ВЕРТЛЮГ-ТОКОСЪЕМНИК ДЛЯ ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКИ ВЕРТОЛЕТА

Предлагаемое техническое решение относится к авиационной технике, а именно к оборудованию летательных аппаратов, в частности, вертолетов, предназначенных для транспортирования груза на внешней подвеске.
Известен вертлюг для внешней подвески вертолета (Руководство по технической эксплуатации вертолета Ми-26, 2000 г, Раздел 132.50.10, стр. 13, рис. 6). Он состоит из следующих основных деталей: корпус с проушиной для крепления непосредственно к верхнему замку вертолета или к переходным звеньям, ось с опорной кольцевой пятой и переходником (наконечником с ухом) для крепления деталей внешней подвески, подшипник, размещенный в корпусе под опорной кольцевой пятой и опирающийся на гайку, ввернутую в корпус. Вертлюг исключает возможность скручивания центрального каната при вращении груза на внешней подвеске вертолета. Вертлюг прост по конструкции, имеет малые габариты и массу (9 кг) при самой высокой грузоподъемности (20 т) в авиации. Однако отцепка груза от внешней подвески с этим штатным вертлюгом возможна только наземной бригадой, которая вручную должна открыть грузозахваты (грузодержатель, крюк и пр.), присоединенные к нижнему концу центрального каната. При размещении в нижней точке центрального каната электрозамка штатный вертлюг не обеспечит его работу, т.к. не содержит устройство типа вращающегося токосъемника. Поэтому по канату нет смысла прокладывать кабель к электрозамку - при скручивании он порвется. В этом случае электрозамок можно будет использовать как простой механический грузозахват с открыванием вручную наземной бригадой.
Известен вертлюг с токосъемником для внешней подвески вертолета (Замок ВТ-ДГ20. Руководство по технической эксплуатации, 1986, или: Раздел 132.50.13 "Электрозамок ВТ-ДГ20" в Руководстве по технической эксплуатации вертолета Ми-26, или см. http://www.aviadocs.net/RLE/Mi-26T/Cd2/RTE%205-7/Mi-26T_rtve_kniga6.pdf). Вертлюг встроен в общий корпус с электрозамком, и содержит полую ось с опорной кольцевой пятой и переходником для крепления деталей внешней подвески, подшипник, размещенный в корпусе над опорной кольцевой пятой и на который опирается корпус. В полости оси установлен токосъемник, который состоит из кожуха, прикрепленного к оси, внутри которого размещен барабан из электроизоляционного материала с токопроводящими кольцами на цилиндрической поверхности. Барабан посредством полого вала прикреплен к корпусу замка, а внутри кожуха закреплены колодки с подпружиненными контактами, с возможностью их постоянного взаимодействия с токопроводящими кольцами. К контактам прикреплены провода, выведенные через полый вал и вторые концы которых подключены к исполнительному электромеханизму (соленоиду) в корпусе электрозамка. Во внутренней полости барабана размещены припаянные к токопроводящим кольцам провода, выведенные жгутом (электрокабелем) через переходник к центральному канату. Электрокабель закреплен хомутами по всей длине центрального каната и введен в кабину, где подсоединен к источнику электропитания. Поэтому при любых поворотах электрозамка вокруг оси каната (или наоборот) обеспечивается его бесперебойное электропитание.
Совместное размещение вертлюга-токосъемника и электрозамка в едином корпусе обеспечивает компактность устройства. Однако такая конструкция электрозамка ВТ-ДГ20 с вертлюгом-токосъемником имеет кроме достоинств и недостатки. Например, хорошо, что обеспечивается возможность управляемой из кабины отцепки груза после его транспортирования или после выполнения несложного вида строительно-монтажных работ (СМР) с приблизительной установкой на фундамент. Но для выполнения сложных видов СМР необходимо обеспечение более устойчивого положения груза, чего можно достигнуть при его подцепке хотя бы за две точки. Для этого необходимо использование внешней подвески с двумя разъединенными центральными канатами с электрозамками в нижних точках (в США на вертолете-кране S-64 в основном применяют внешнюю подвеску с четырьмя электрозамками). Собрать такую внешнюю подвеску на вертолете Ми-26 невозможно из-за отсутствия отдельного вертлюга-токосъемника, предназначенного для питания двух (и более) электрозамков и имеющего соответствующую грузоподъемность (20 т).
Такой вертлюг-токосъемник должен устанавливаться в месте разъединения центральных канатов с проложенными по ним электрокабелями к каждому замку. Создание указанного вертлюга-токосъемника, обеспечивающего питание нескольких электрозамков, обеспечило бы выполнение сложных СМР.
Наиболее близким по технической сущности, т.е. прототипом, является вертлюг-токосъемник для внешней подвески вертолета Ка-32 (см. переизданное Руководство по эксплуатации замка ДГ-65.8500-0, 2003 г., лист 8 и рис. 5 на листе 25). Вертлюг-токосъемник содержит неподвижный корпус и имеющую возможность вращения ось с наконечником и опорной пятой, под которой установлен подшипник, опирающийся на гайку, ввернутую в корпус. К корпусу присоединен полый барабан из электроизоляционного материала с установленными на внешней поверхности токопроводящими кольцами, прикрепленный к оси держатель с подпружиненными контактами с возможностью их взаимодействия с токопроводящими кольцами на барабане. Имеются средства механического соединения корпуса и оси с узлами внешней подвески вертолета: на корпусе сверху - проушина, а на оси снизу - наконечник с ухом. Кроме того, имеются жгуты проводов, подсоединенных к токопроводящим кольцам и подпружиненным контактам, обеспечивающие подачу электрического питания с борта вертолета к управляемым устройствам, например, электрозамкам, расположенным на канатах внешней подвески ниже вертлюга-токосъемника. Этот вертлюг-токосъемник поставляется в комплекте с электрозамком, как единое изделие, но каждый из них выполнен в собственном корпусе. Несмотря на то, что конструкторами предусмотрена их эксплуатация в сборке, возможно их раздельное применение - вариант использования выбирают исходя из специфики выполняемой авиаработы. Такое исполнение вертлюга-токосъемника может обеспечить питание нескольких электрозамков, что делает возможным его применение в системах азимутальной ориентации груза (САО), которые используются для выполнения сложных видов СМР.
Однако из-за малой грузоподъемности (12 т) этот вертлюг-токосъемник не может быть использован на вертолете Ми-26, а необходимый для него - не изготавливается промышленностью.
Поэтому для выполнения сложных видов СМР необходимо было создать вертлюг-токосъемник грузоподъемностью 20 т, и изготовить его силами авиапредприятия, остро нуждающегося в нем (НПК "ПАНХ" выполняет весь спектр авиаработ). Основным условием при этом было использование в качестве основного компонента штатного вертлюга для внешней подвески Ми-26 (первый из рассмотренных выше аналогов) с сохранением его грузоподъемности, что могло быть обеспечено недопущением ослабления силовых элементов при его доработке.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание нового вертлюга-токосъемника с расширенными функциональными свойствами (по сравнению с первым аналогом) за счет введения дополнительных узлов и деталей, применяемых в других аналогах, а по сравнению с прототипом - с обеспечением увеличенной грузоподъемности за счет применения известных элементов, но при их новом взаиморасположении и при новой взаимосвязи.
Сущность полезной модели заключается в том, что в вертлюге-токосъемнике для внешней подвески вертолета, содержащем неподвижный корпус и имеющую возможность вращения ось с наконечником и опорной пятой, под которой установлен подшипник, опирающийся на гайку, ввернутую в корпус, присоединенный к корпусу полый барабан из электроизоляционного материала с установленными на внешней поверхности токопроводящими кольцами, прикрепленный к оси держатель с подпружиненными контактами с возможностью их взаимодействия с токопроводящими кольцами на барабане, средства механического соединения корпуса и оси с узлами внешней подвески вертолета и жгуты проводов, подсоединенных к токопроводящим кольцам и подпружиненным контактам, обеспечивающие подачу электрического питания с борта вертолета к управляемым устройствам, например, электрозамкам, расположенным на канатах внешней подвески ниже вертлюга-токосъемника, барабан размещен снаружи корпуса и зафиксирован относительно него, токопроводящие кольца выполнены разного диаметра и установлены концентрично на нижней плоской кольцевой поверхности барабана, держатель выполнен в виде кольца, закрепленного на оси, к держателю прикреплены консоли, на которых установлены подпружиненные контакты, причем на корпусе дополнительно закреплена втулка, к которой прикреплен защитный кожух, выполненный в виде стакана, внутри которого размещены барабан с кольцами и держатель с консолями и подпружиненными контактами, а в дне стакана выполнено отверстие для выхода наконечника оси.
При этом:
- консоли выполнены разной длины для обеспечения взаимодействия подпружиненных контактов с концентричными кольцами,
- длина каждой консоли равна радиусу одного из концентричных токопроводящих колец.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - общий вид вертлюга-токосъемника сбоку в разрезе,
на фиг. 2 - вид по сечению 1-1 на фиг. 1.
Предлагаемый вертлюг-токосъемник состоит из корпуса 1 с проушиной 2, в которой выполнено отверстие 3 для болта крепления к верхнему замку вертолета непосредственно или с помощью промежуточных звеньев. В корпусе 1 размещена ось 4 с опорной пятой 5 и наконечником 6, в котором выполнено отверстие 7 для болта присоединения внешней подвески вертолета. В корпус ввернута гайка 8, между которой и опорной пятой 5 оси 4 размещен подшипник 9. Снаружи корпуса 1 посредством фиксирующих винтов 10 закреплены втулка 11 и барабан 12, выполненный из электроизоляционного материала. На нижней плоской поверхности барабана 12 концентрично установлены токопроводящие кольца 14 разного диаметра. На нижней цилиндрической поверхности оси 4 с помощью фиксирующих винтов закреплено кольцо 15 с консолями 16 разной длины. К консолям прикреплены контакты 17 на держателях 18 на расстоянии от центра оси 4 в соответствии с радиусами концентричных токопроводящих колец 14. Контакты 17 могут быть выполнены в виде подпружиненных графитовых щеток или упругих металлических пластин, что обеспечивает их постоянное прилегание к кольцам 14. Снаружи установлен защитный кожух 19, выполненный в виде стакана с отверстием в дне для выхода наконечника 6 оси 4. Кожух 19 закреплен на втулке 11 и барабане 12 с помощью винтов 20. Для подвода электрического тока из кабины вертолета на втулке 11 закреплен штепсельный разъем 21, от которого внутри кожуха 19 разведены провода 21, концы которых припаяны к кольцам 14. Ко всем контактам 17 присоединены провода 22, собранные в жгут 23, который выведен через отверстие в дне кожуха 19 и распаян к штепсельному разъему 24.
Вертлюг-токосъемник работает следующим образом. Перед полетами корпус 1 подсоединяют проушиной 2 к верхнему замку вертолета. К штепсельному разъему 21 присоединяют ответную часть на жгуте, выходящем из кабины, например, от коробки управления. К наконечнику 6 оси 4 посредством штатных переходных звеньев присоединяют канаты внешней подвески, по которым прокладывают и закрепляют хомутами электрокабели. Верхние концы электрокабелей присоединяют к штепсельному разъему 24, а нижние - к электрозамкам, установленным на нижних концах канатов. При подцепке груза к электрозамкам закрывают их вручную.
В полете при вращении груза на внешней подвеске под действием аэродинамических сил или от привода САО ось 4 поворачивается относительно неподвижного корпуса 1, прикрепленного к верхнему замку вертолета. Благодаря постоянному взаимодействию вращающихся контактов 17 с неподвижными кольцами 14 обеспечивается бесперебойная подача электрического напряжения от коробки управления к электрозамкам, которые находятся в дежурном режиме. При необходимости отцепки груза, в кабине нажимают кнопку "сброс", электрический ток поступает по замкнутой цепи через вертлюг-токосъемник по кабелям к электрозамкам и они открываются - происходит управляемая отцепка вертолета от груза без участия наземной бригады.
Предлагаемый вертлюг-токосъемник несложен по конструкции, состоит из минимального количества деталей, обычно используемых в других подобных изделиях, но установленных теперь снаружи силового корпуса и защищенных кожухом. После длительных летных испытаний вертлюг-токосъемник признан работоспособным и надежным. Он работал без замечаний и отказов в составе двухзамковой внешней подвески при транспортировании грузов массой до 20 т, а также в САО при выполнении сложных СМР.
Вертлюг-токосъемник может быть использован для передачи электроэнергии из кабины к другим электромеханизмам, расположенным в нижней точке канатов внешней подвески, например, управляющим открытием клапана водосливных устройств, применяемых при тушении пожаров, и др.
Предполагается использование этого вертлюга-токосъемника при проведении летных испытаний по отработке систем мягкой посадки макетов возвращаемого космического корабля в составе внешней подвески по патенту на ПМ №191205.
Создание этого вертлюга-токосъемника на базе штатного устройства, не имеющего токосъемника, обеспечило расширение номенклатуры и диапазона грузоподъемности вертлюгов-токосъемников, используемых в авиации.