Втулка рулевого винта вертолета

Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к устройству втулок рулевых винтов (далее - ВРВ) вертолетов.
Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является ВРВ вертолета, описанная в патенте США №3784319, НКИ 416/135, оп. 08.01.1974. Известная ВРВ содержит два ярусно расположенных (т.е. расположенных друг над другом) и развернутых на фиксированный угол относительно друг друга в их плоскостях вращения модуля крепления лопастей винта. Каждый из модулей включает соединенный со ступицей горизонтальный шарнир (далее - ГШ), образованный двуплечим коромыслом и закрепленной на ступице траверсой. ГШ и траверса связаны между собой через опоры. Кроме того, каждый из упомянутых модулей включает также индивидуальные для каждого плеча коромысла осевые шарниры (далее - ОШ), корпуса которых опираются на цапфы коромысла и связаны с ними подвижно с возможностью поворота вокруг них, при этом корпуса осевых шарниров снабжены средствами крепления к ним лопастей винта и первыми элементами присоединения тяг поворота корпусов осевых шарниров. Вторые элементы присоединения тяг поворота корпусов осевых шарниров соединены с распределительным элементом в виде крестовины, обладающей возможностью перемещения вдоль оси ступицы и взаимодействия с ползуном, управляемым посредством элемента внешнего управления.
Модули развернуты относительно друг друга на фиксированный угол ≈60° в их плоскостях вращения. Под плоскостями вращения модулей крепления лопастей винта здесь и далее понимаются плоскости вращения одноименных (идентичных) точек указанных модулей.
В известной ВРВ использован механизм управления шагом рулевого винта, состоящий из расположенных снаружи ступицы вращающегося и невращающегося колец, установленных на ползуне и совместно перемещаемых системой рычагов, соединенной с элементом внешнего управления, являющегося частью системы управления вертолета. Вращающееся кольцо соединяется с корпусами ОШ посредством тяг поворота корпусов осевых шарниров.
Известная конструкция ВРВ имеет ряд существенных недостатков, а именно:
- высокое вредное аэродинамическое сопротивление во время полета;
- большая масса ВРВ из-за наружного расположения, по отношению к ступице, большого количества конструктивных элементов, а также большого количества шарнирных соединений;
- низкая защищенность ее элементов от неблагоприятных механических воздействий и климатических факторов.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в снижении аэродинамического сопротивления ВРВ, уменьшении ее массы, а также в повышении защищенности ее элементов от неблагоприятных механических и атмосферных воздействий.
Указанный технический результат достигается тем, что во втулке рулевого винта вертолета, содержащей два модуля крепления лопастей винта, ярусно расположенных и развернутых на фиксированный угол относительно друг друга в их плоскостях вращения, каждый из которых включает соединенный со ступицей горизонтальный шарнир, образованный двуплечим коромыслом и закрепленной на ступице траверсой, связанными через опоры, а также индивидуальные для каждого плеча коромысла осевые шарниры, корпуса которых опираются на цапфы коромысла и связаны с ними подвижно с возможностью поворота вокруг них, при этом корпуса осевых шарниров снабжены средствами крепления к ним лопастей винта и первыми элементами присоединения тяг поворота корпусов осевых шарниров, вторые элементы присоединения тяг поворота корпусов осевых шарниров соединены с крестовиной, обладающей возможностью перемещения вдоль оси ступицы и взаимодействия с ползуном, управляемым посредством элемента внешнего управления, крестовина выполнена, как одно целое, с размещенным внутри полости ступицы и связанным с ней посредством шлицевого соединения полым ползуном, снабженным установленным в его полости радиально-упорным подшипником качения, являющимся средством присоединения к элементу внешнего управления.
Наиболее оптимально, когда подвижная связь корпусов осевых шарниров с цапфами коромысла осуществлена через проволочные торсионы. В частном случае, корпуса осевых шарниров опираются на цапфы коромысла через самосмазывающиеся радиальные подшипники скольжения. В каждом модуле крепления лопастей винта в качестве опор, связывающих двуплечие коромысла и траверсы, могут быть применены радиально-упорные подшипники, в качестве которых могут быть использованы конические эластомерные подшипники.
Конструкция ВРВ вертолета поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан вид втулки рулевого винта сверху;
на фиг. 2 показан разрез на виде сбоку втулки рулевого винта.;
на фиг. 3 показана конструкция горизонтального и осевого шарниров втулки рулевого винта на виде сверху.
ВРВ вертолета содержит два ярусно расположенных (т.е. расположенных друг над другом) и развернутых относительно друг друга в их плоскостях вращения на фиксированный угол 30-60 градусов одинаковых модуля крепления лопастей рулевого винта вертолета. Каждый из модулей представляет собой два ОШ, смонтированных на общем двуплечем коромысле 1, которое в совокупности с закрепленной на полой ступице 2 траверсой 3 и двумя опорами 4 образует ГШ, общий для двух противолежащих ОШ модуля крепления лопастей рулевого винта. Термин «горизонтальный шарнир» использован в настоящем описании в соответствии с определением этого понятия, данным в ГОСТ 21892-76. Винты и трансмиссия вертолетов. Термины и определения: «Горизонтальный шарнир - шарнир, обеспечивающий возможность колебательного движения лопасти в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения или близкой к ней». Термин «осевой шарнир» использован в настоящем описании в соответствии с определением этого понятия, данным в ГОСТ 21892-76. Винты и трансмиссия вертолетов. Термины и определения: «Осевой шарнир - шарнир, обеспечивающий возможность изменения угла установки лопасти».
В качестве опор 4, связывающих двуплечие коромысла 1 и траверсы 3, могут быть использованы радиально-упорные подшипники и, в частности, конические эластомерные (тонкослойные резинометаллические) подшипники.
ОШ являются индивидуальными для каждого плеча коромысел 1 и образованы корпусами 5 ОШ, опирающимися на цапфы 6 коромысел 1 через самосмазывающиеся радиальные подшипники 7 скольжения, обеспечивающие возможность поворота корпусов 5 ОШ вокруг цапф 6 коромысел 1. В осевом направлении корпуса 5 ОШ подвижно связаны с коромыслом 1 упругими проволочными торсионами 8, крепящимися к коромыслу пальцами 9, а к корпусам ОШ 5 - пальцами 10.
Модули установлены на трубчатую ступицу 2 с использованием неподвижного шлицевого соединения 11 и жестко зафиксированы на ступице 2 гайкой 12.
Для управления шагом рулевого винта вертолета посредством поворота корпусов 5 ОШ вокруг цапф 6 коромысел 1 служит узел управления, включающий в себя полый ползун 13, присоединенный к штоку 14 хвостового редуктора вертолета (хвостовой редуктор не показан) через радиально-упорный подшипник 15, установленный в полости ползуна 13. Жесткая фиксация штока 14 относительно ползуна 13 осуществляется гайкой 16. Соединение тяг 17 поворота корпусов ОШ с рычагами 18 поворота лопасти, выполненными как одно целое с корпусами ОШ, осуществлено посредством первых элементов 27 присоединения тяг 17, выполненных в виде сферических самосмазывающихся подшипников скольжения.
Соединение упомянутых тяг 17 с крестовиной 26 ползуна 13 осуществлено посредством вторых элементов 19 присоединения тяг 17, также выполненных в виде сферических самосмазывающихся подшипников скольжения.
Ползун 13 размещен в полости 25 ступицы 2 и соединен с ней посредством подвижного шлицевого соединения 20. Применение шлицевого соединения обеспечивает ползуну 13 свободу его перемещений вдоль оси ступицы 2.
В качестве средств крепления лопастей 21 рулевого винта к корпусам 5 ОШ могут быть использованы болты 22. Весовая балансировка ВРВ осуществляется грузами 23, крепящимися к пальцам 10.
Для защиты узла ползуна 13 от грязи и неблагоприятных атмосферных воздействий ВРВ снабжена гофрированным резиновым чехлом 24.
При работе ВРВ вертолета ступица 2 приводится во вращение от хвостового редуктора вертолета (не показан). Вместе со ступицей 2 вращаются оба модуля крепления лопастей винта, жестко зафиксированные на ступице 2 с помощью неподвижного шлицевого соединения 11 и гайки 12. Изменение тяги рулевого винта осуществляется за счет изменения углов установки лопастей 21 следующим образом.
Перемещение штока 14, входящего в состав хвостового редуктора вертолета, в направлении вдоль оси вращения ВРВ осуществляется по сигналам системы управления вертолета (не показана). Через радиально-упорный подшипник 15 указанное перемещение штока 14 передается на ползун 13. Крестовина 26 ползуна 13, перемещаясь вместе ним, обеспечивает передачу движения через первые 19 и вторые 27 элементы присоединения тяг 1, а также сами тяги 17 на рычаги 18 поворота корпусов 5 ОШ каждого модуля крепления лопастей винта. Наличие подвижного шлицевого соединения 20 обеспечивает свободу перемещений ползуна 13 вдоль оси ступицы 2. Поворот корпусов 5 ОШ, опирающихся на самосмазывающиеся радиальные подшипники 7 скольжения, вызывает закручивание проволочных торсионов 8, крепящимися к коромыслу пальцами 9, а к корпусам ОШ 5 - пальцами 10. Проволочные торсионы 8 податливы на кручение, но имеют высокие жесткость и прочность в продольном направлении, что обеспечивает передачу центробежной силы от лопасти 21 на коромысло 1. Горизонтальный шарнир, образованный общим коромыслом 1, закрепленной на полой ступице 2 траверсой 3 и двумя опорами 4, обеспечивает возможность колебательного движения лопасти 21 в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения или близкой к ней.
Таким образом, в предложенной конструкции ВРВ вертолета такие подвижные элементы механизма поворота корпусов ОШ (а, следовательно, и лопастей рулевого винта), как ползун 13 и радиально-упорный подшипник 15 (являющийся средством связи ползуна с элементом внешнего управления - штоком 14) размещаются в полости 25 полой цилиндрической ступицы 2, что обеспечивает снижение массы указанных элементов, уменьшение вредного аэродинамического сопротивления ВРВ, а также ее защиту от механических повреждений и атмосферных воздействий. Выполнение крестовины 26, как одно целое, с размещенным внутри полости ступицы 2 и связанным с ней посредством шлицевого соединения полым ползуном 13, также снижает массу ВРВ за счет исключения дополнительных элементов связи между указанными элементами. Гофрированный резиновый чехол 24 обеспечивает дополнительную защиту элементов ВРВ от неблагоприятных механических и атмосферных воздействий.