ЛОПАСТЬ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к конструкции лопасти несущего винта вертолета с управляемым (активным) закрылком.
Аналогом заявляемого технического решения является патент США №5224826 публикация от 06.07.1993 г., где конструкция активного закрылка выполнена с актуатором привода закрылка на основе пьезоэлектрического материала. Такой актуатор имеет особенность, заключающуюся в том, что он может развивать достаточно большие усилия при крайне малых ходах исполнительного элемента, порядка нескольких десятков микрон. Это требует сложных устройств для механического увеличения хода исполнительного элемента. В результате актуаторы такого типа могут быть применены только на небольших вертолетах, лопасти которых имеют хорду не более 100-150 мм. Они неприменимы, например, для вертолета Ми-8, лопасти которого имеют хорду 550 мм. В настоящее время известно использование пьезоэлектрических актуаторов для привода активных закрылков только на вертолете ВК-117 полетным весом около 3 т.
Недостатком данного технического решения является то, что применение такого активного закрылка ограничено размером хорды лопасти несущего винта не более 100-150 мм, что не позволяет использовать его на вертолетах среднего и тяжелого классов.
Прототипом заявляемой полезной модели является патент РФ №2549735 приоритет от 06.06.2013, где в конструкции активного закрылка применен актуатор линейного типа с системой рычагов и шарниров для привода закрылка.
Недостатком данного технического решения является то, что практическая реализация такой конструкции требует разработки особой лопасти, для размещения в ней актуатора и элементов привода, существенно снижая область применения. Также существенным недостатком данного технического решения является то, что в нем применяется линейный привод активного закрылка, обладающий худшими динамическими характеристиками по сравнению с приводом поворотного типа.
Целью заявляемого технического решения является создание лопасти несущего винта вертолета с конструкцией закрылка, обладающего высокими динамическими характеристиками, что позволит успешно применять его в автоматических системах подавления вибраций вертолета, требующих высокой точности отработки управляющих сигналов, а также применять данное техническое решение в лопастях без коренного изменения их конструкции.
Поставленная техническая задача решена благодаря тому, что узел лопасти несущего винта, выполненный в виде лопасти с участком, содержащим управляемый закрылок и привод, размещенный внутри этой лопасти согласно заявляемой полезной модели - один из хвостовых отсеков лопасти содержит управляемый закрылок с хордой 10-20% от хорды лопасти, шарнирно закрепленный в нервюрах, образующих края отсека лопасти, при этом закрылок содержит нервюры, носовую и хвостовую части, а также трубчатый лонжерон с торсионом и шарнирно соединен с помощью тяги с выходным валом электромеханического привода, закрепленного на стенке лонжерона лопасти, примыкающей к хвостовому отсеку лопасти с закрылком.
При этом электромеханический привод закреплен на лонжероне через крепежные пластины на вытяжных заклепках.
Кроме того, хвостовой отсек лопасти частично заполнен сотовыми элементами и содержит тонкослойную обшивку из композитного материала.
Конструкция управляемого закрылка, содержащая торсион, позволяющий воспринимать перегрузку от центробежных сил, рассчитана на использование в серийных лопастях (например, вертолета Ми-8), выполненных из композитных материалов, что позволяет применять данное техническое решение в лопастях без коренного изменения их конструкции.
Шарнирное крепление указанного закрылка позволяет воспринимать нагрузки от центробежных сил, возникающих при вращении лопасти (перегрузка от центробежных сил составляет около 400 g) благодаря тому, что одна из подшипниковых опор воспринимает центробежную силу, а другая допускает осевые перемещения лонжерона закрылка под воздействием центробежной силы.
Применение электромеханического привода, способного развивать достаточные усилия при достаточно больших перемещениях исполнительного элемента, позволяет применять его на лопастях большой хорды.
Заявляемая конструкция лопасти несущего винта вертолета представлена на чертежах:
Фиг. 1 - Лопасть несущего винта в плане
Фиг. 2 - Вид отсека лопасти с активным закрылком
Фиг. 3 - Конструкция закрылка
Фиг. 4 - Крепление ЭМП к лонжерону лопасти (вид лопасти снизу)
Фиг. 5 - Конструкция подшипниковой опоры закрылка на внутренней стороне отсека
Фиг. 6 - Конструкция подшипниковой опоры закрылка на внешней стороне отсека
Лопасть несущего винта вертолета содержит лонжерон из слоистых композитных материалов, а также хвостовую часть из наборных хвостовых отсеков 1, образующих в сечении аэродинамический профиль, законцовку со стреловидностью по передней и задней кромкам, и регулировочные пластины, установленные на задней кромке (фиг. 1).
Один из наборных хвостовых отсеков 1, расположенный, например, на относительном радиусе от 0,76R до 0,83R, содержит управляемый закрылок 2 с хордой около 0,15В (где В - хорда лопасти), шарнирно закрепленный в нервюрах 3, расположенных по краям хвостового отсека 1. (фиг. 2)
Закрылок 2 (фиг. 2) содержит трубчатый лонжерон 4 с нервюрами 5 и 18, носовую и хвостовую части, выполненные из алюминиевого сплава. При этом внутри лонжерона 4 размещен пластинчатый торсион 6. Рычаг 7 закрылка 2 закреплен на трубчатом лонжероне 4 активного закрылка 2 (фиг. 3). Через тягу 8 указанный закрылок 2 шарнирно соединен с электромеханическим приводом 9, установленным на части лонжерона 11 лопасти, примыкающей к отсеку 1 (фиг. 4). Угол поворота закрылка 2 при воздействии электромеханического привода 9 составляет около +/-5 градусов. Электромеханический привод 9 и блоки соединителей 10 закреплены на лонжероне лопасти 11 через крепежные пластины 12, соединенные с ним при помощи вытяжных заклепок (не показаны). Электромеханический привод 9 и блоки соединителей 10 крепятся винтами (не показаны) к указанным пластинам 12 (фиг. 4).
На внешней стороне отсека 1 (фиг. 1), расположенной со стороны законцовки лопасти (фиг. 5), установлен подшипниковый узел, выполненный следующим образом. Пластинчатый торсион 6 закреплен во втулке 14, соединенной с нервюрой закрылка 5 с помощью штифта 16. Внешний конец втулки 14 установлен в сферическом подшипнике 17 подшипникового узла 13 кронштейна 15.
На внутренней стороне отсека 1 лопасти, расположенной со стороны комля (фиг. 6), подшипниковый узел выполнен следующим образом: пластинчатый торсион 6 неподвижно закреплен во втулке 20, жестко соединенной с кронштейном 22, установленном на нервюре отсека лопасти 3 посредством штифта 21. Втулка 20, установленная в сферическом подшипнике 17, расположенном в подшипниковом узле 19 нервюры 18 закрылка 2.
Устройство работает следующим образом.
При включении электромеханического привода 9 (фиг. 4), последний обеспечивает ход тяги 8 в направлении, перпендикулярном оси лопасти. Привод 9 через тягу 8 (фиг. 3) приводит в движение рычаг 7 закрылка, который, в свою очередь, поворачивает закрылок 2.
Закрылок 2, частью которого являются нервюры 5 и 18 с трубчатым лонжероном 4, вращается относительно неподвижной втулки 20 на сферических подшипниках 17 (фиг. 6). Благодаря упругости пластинчатого лонжерона закрылок может поворачиваться вместе с втулкой 14 в сферическом подшипнике 17, установленном в подшипниковом узле 13 нервюры 3 отсека 1.
Лопасть несущего винта с закрылком согласно заявляемой полезной модели предназначена для создания автоматической системы подавления вибраций вертолета, принцип действия которой основан на управлении несущим винтом по высоким гармоникам. При работе автоматической системы подавления вибраций активный (управляемый) закрылок отклоняется с частотами, равными 4-й, 5-й и 6-й гармоникам частоты оборотов винта (для 5-лопастного винта). Амплитуду и фазу сигнала каждой из гармоник определяет вычислитель системы на основе замера вибраций на фюзеляже вертолета. Таким образом, лопасть с активным закрылком, согласно заявляемой полезной модели, является основным элементом автоматической системы подавления вибраций вертолета. Вибрации на преобладающей «лопастной» частоте (равной 5-й гармонике оборотов для 5-лопастного винта, около 16 Гц), при надлежащем выборе параметров управляющего сигнала, могут быть снижены на 90%.