ТРАНСМИССИЯ ВЕРТОЛЁТА
HELICOPTER TRANSMISSION

Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано в трансмиссиях, преимущественно, легких пилотируемых и беспилотных вертолетов.
Известны трансмиссии вертолетов, соединяющие двигатель с главным редуктором несущего винта через компенсирующие обгонные муфты и муфты сцепления (см., например, В.Н. Далин, С.В. Михеев «Конструкция вертолетов» М.: Издательство МАИ, 2001 г., стр. 185-234).
В известных технических решениях муфты устанавливаются для компенсации угловых и линейных смещений валов при их соединении с двигателем и редуктором. Для плавной (безударной) раскрутки редуктора с несущим винтом, отключения двигателя при его аварийной остановке в трансмиссиях дополнительно используются муфты сцепления: фрикционная и зубчатая для передачи крутящего момента, а также обгонная (свободного хода) для отключения двигателя от редуктора.
В известных технических решениях муфты устанавливаются, как правило, по отдельности («цепочкой») между двигателем и редуктором, что требует дополнительных опор для каждой муфты и ведет к увеличению расстояния между двигателем и редуктором, а также массы всей конструкции вертолета.
Известна кулачковая муфта с гидравлическим управлением, содержащая кулачковую полумуфту, жестко связанную с валом редуктора, и подвижную в осевом направлении полумуфту, перемещение которой осуществляется гидравлической системой (Патент РФ №2155889, опубликован 10.09.2000 г.).
Однако известная кулачковая муфта имеет большую массу, невозможность синхронизации полумуфт в условиях вращения при включении, что затрудняет его применение в летательных аппаратах в периоды неустановившегося движения - в режимах запуска, прогрева двигателя, выхода на рабочий режим и в случаях полета в режиме авторотации при отказе двигателя.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является техническое решение по патенту РФ №2559676, опубликован 10.08.2015 г., с управляемой муфтой сцепления, кулачковой обгонной и компенсационной муфтами, который принят за прототип.
Трансмиссия вертолета содержит двигатель, посредством муфты своим валом соединенный с ведущим валом редуктора, кинематически связанным с валом несущего винта вертолета, со ступицей винта, несущей шарнирно связанные с ней лопасти с комлями, снабженными поводками для связи с автоматом перекоса. Вал двигателя соединен с полумуфтой, имеющей пазы, выполненные с криволинейными стенками и расположенные параллельно ее оси, в которые входят пакеты из плоских пружин, связанные с ведомой полумуфтой. Полумуфта соединена с возможностью свободного относительного вращения с ведущим валом редуктора, соединенным с барабаном храповым колесом. Зубья храпового колеса расположены с возможностью зацепления с зубьями на буксе, связанной с ведомой полумуфтой цилиндрическим шлицевым соединением и имеющей проточку. На внешней поверхности расположено водило с осевыми пазами, в которых размещены соответствующие зубья буксы. Водило имеет внутренний пустотелый цилиндрический выступ, наружная поверхность которого оснащена кольцевым гребнем. На наружной поверхности расположены колодки с проточками для гребня, снабженные осевыми пазами, имеющие возможность контакта с зубьями вилки. Между зубьями вилки и пазами колодок установлены пружины дугообразной формы. Между водилом и буксой установлены пружины, имеющие возможность опоры на соответствующие торцы водила и буксы.
Однако известная трансмиссия вертолета является сложной, имеет большие габариты и массу, что исключает ее применение в сверхлегких вертолетах, особенно в летательных аппаратах сосной схемы и беспилотных вертолетах.
Технической задачей предлагаемого изобретения является уменьшение расстояния между двигателем и редуктором несущего винта с одновременным снижением веса и габаритов конструкции вертолета.
Поставленная задача решается тем, что в трансмиссии вертолета, включающей вал двигателя, соединенный с ведущим валом редуктора несущего винта посредством управляемой муфты сцепления и компенсационной муфты, управляемая муфта сцепления выполнена в виде закрепляемого на валу двигателя ступицей ведущего фланца, соединенного направляющими элементами с упорным диском, фланец в сторону упорного диска имеет опорную втулку, на которой коаксиально установлена ведомая втулка, фиксированная в осевом направлении и проворачивающаяся в свободном состоянии относительно ведущей втулки, снаружи ведомой втулки с одного конца выполнены пазы, а с другой установлена обгонная муфта, между ведущим фланцем и упорным диском размещены с возможностью свободного осевого перемещения по направляющим элементам ведущие металлические диски и подпружиненный в сторону упорного диска нажимной диск, соединенный с управляемым приводом, между ведущими металлическими дисками размещены ведомые фрикционные диски с возможностью их свободного осевого перемещения по пазам на наружной поверхности ведомой втулки, закрепляемая на валу редуктора своей ступицей компенсационная муфта имеет фланец, соединенный упругими элементами с фланцем своей ведущей полумуфты, на внутреннем диаметре которой закреплена по своему наружному диаметру обгонная муфта.
Направляющие элементы выполнены в виде шпилек.
Для подпружинивания нажимного диска использованы тарельчатые пружины.
Нажимной диск установлен на опорной втулке и через радиальные прорези в ней связан с управляемым приводом тягой, пропущенной через полый вал редуктора двигателя.
По другому возможному варианту нажимной диск через прорези в ведущем фланце двигателя соединен установленной на ступице двигателя буксой управляемого привода.
Упругие элементы компенсационной муфты выполнены в виде металлических штырей с упругими втулками на концах.
Настоящее изобретение поясняют подробным описанием и фиг. 1, на которой показана конструктивная схема трансмиссии вертолета.
Трансмиссия вертолета включает вал двигателя 1, соединенный с ведущим валом 2 редуктора несущего винта 3 посредством управляемой муфты сцепления 4 и компенсационной муфты 5. Управляемая муфта сцепления выполнена в виде закрепляемого на валу двигателя ступицей ведущего фланца 6, соединенного направляющими элементами 7 с упорным диском 8, фланец в сторону упорного диска имеет опорную втулку 9, на которой коаксиально установлена ведомая втулка 10, фиксированная в осевом направлении и проворачивающаяся в свободном состоянии относительно ведущей втулки. Снаружи ведомой втулки с одного конца выполнены пазы 11, а с другой установлена обгонная муфта 12, между ведущим фланцем и упорным диском размещены с возможностью свободного осевого перемещения по направляющим элементам ведущие металлические диски 13 и подпружиненный в сторону упорного диска нажимной диск 14, соединенный с управляемым приводом. Между ведущими металлическими дисками размещены ведомые фрикционные диски 15 с возможностью их свободного осевого перемещения по пазам на наружной поверхности ведомой втулки. Закрепляемая на валу редуктора своей ступицей компенсационная муфта имеет фланец 16, соединенный упругими элементами 23 штырей 17 с фланцем 18 своей ведущей полумуфты, на внутреннем диаметре которой закреплена по своему наружному диаметру обгонная муфта.
Направляющие элементы 7 выполнены в виде шпилек.
Для подпружинивания нажимного диска использованы тарельчатые пружины.
Нажимной диск 14 установлен на опорной втулке и через радиальные прорези в ней связан с управляемым приводом тягой 20, пропущенной через полый вал редуктора двигателя.
Нажимной диск через прорези в ведущем фланце 6 двигателя соединен установленной на ступице двигателя буксой (на фиг. 1 букса не показана) управляемого привода.
Упругие элементы компенсационной муфты выполнены в виде металлических штырей 17 с упругими втулками 23 на концах.
Трансмиссия вертолета работает следующим образом.
Перед запуском двигателя тягой 20 управляемого привода расцепляется нормально включенная пружиной 19 фрикционная муфта.
Запуск и прогрев двигателя производится при малой частоте вращения его вала 1. При увеличении частоты вращения вала 1 по показаниям датчика оборотов двигателя 22 постепенно отпускается тяга 20 (пилотом на пилотируемом вертолете или автопилотом на беспилотном). Возникающий момент трения фрикционной муфты через элементы 7, диски 15, втулку 10, муфту 12, фланец 18, штыри 17, втулки 23 и фланец 16 передается на вал редуктора 2 несущего винта 3 и он начинает вращаться. Увеличение частоты вращения вала 2 фиксируется датчиком 21 и при достижении расчетных оборотов тяга 20 отпускается, муфта полностью включается. Крутящий момент вала двигателя непосредственно передается с ведущего вала редуктора и трансмиссия приходит в состояние готовности к полету.
При отказе двигателя в полете его вал 1 останавливается, обгонная муфта 12 расцепляется и несущий винт переходит в режим авторотации. Во всех режимах звенья 26 и 27, образующие шлиц-шарнир, согласуют частоты вращения вала несущего винта 17 и ротора 23 автомата перекоса.
Возможность появления крутильного резонанса и взаимный перекос валов 1 и 2 устраняется подбором упругих втулок 23.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет в пределах незначительной длины главного вала разместить без дополнительных опор как фрикционную, так и обгонную муфты, которые включаются автоматически по мере раскрутки двигателя до рабочих оборотов.
Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позволяет не только максимально приблизить двигатель к редуктору, но и сократить общую длину вертолета и его вес, а также улучшить центровку за счет меньшей, потребной для уравновешивания двигателя, массы общевертолетного оборудования.
Изложенные технические решения могу быть использованы как на пилотируемых, так и на беспилотных вертолетах различной весовой категории. Наиболее эффективно технические решения могут быть использованы при создании беспилотных многофункциональных вертолетов с поршневыми двигателями в категории взлетных масс 150-1500 килограмм.