ВТУЛКА ВИНТА ВЕРТОЛЕТА
HELICOPTER ROTOR HEAD

Изобретение относится к авиации, а именно к конструкции втулки винта вертолета, соединяющей лопасти винта с его приводным валом.
Известна конструкция втулки несущего винта вертолета по патенту РФ №2119876, опубликован 10.10.1998 г., в которой ступица имеет несколько, по числу лопастей винта, консолей с прорезью. В прорези каждой консоли установлен рукав, концевая часть которого выполнена с двумя проушинами, охватывающими периферийную часть консоли и имеющими отверстия для крепления лопасти, средняя - через качающееся коромысло и вильчатую рамку соединена с петлеобразной периферийной частью консоли, а комлевая часть рукава соединена со ступицей в основании консоли через шарнирную опору, демпфер и кронштейн. Опорные поверхности кронштейна опираются на верхнюю и нижнюю поверхности ступицы.
Известная конструкция втулки несущего винта имеет сложную конструкцию с большими размерами высоконагруженных участков, увеличивающих массу и снижающих ресурс втулки.
Известна конструкция втулки несущего винта вертолета по патенту РФ №2233231, опубликован 27.07.2004 г., по совокупности существенных признаков принятая в качестве прототипа.
Втулка несущего винта, по первому варианту патента содержащая ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, отличающаяся тем, что кронштейн имеет фиксирующий выступ, располагаемый в прорези консоли и сопрягаемый с поверхностью прорези.
Фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопрягаются с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.
Втулка снабжена ограничителями маха лопасти, выполненными в виде верхних и нижних упоров, установленных на кронштейне, и ответных упоров, размещенных на рукаве втулки.
Втулка винта вертолета, по второму варианту содержащая ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, отличающаяся тем, что опорные поверхности кронштейна соединены между собой общим фиксирующим выступом, располагаемым в прорези консоли и сопрягаемым с поверхностью прорези.
Общий фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопряжены с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.
Эта втулка хотя и имеет фиксирующие выступы ограничителей взмаха, но также конструктивно сложна, имеет большие размеры высоконагруженных участков, увеличивающих массу и снижающих ресурс втулки.
Общей технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение и снижение массы конструкции за счет уменьшения размеров высоконагруженных участков и направления действующих на ступицу сил напрямую через шарнирную опору.
Техническая задача по первому варианту решена благодаря тому, что во втулке винта вертолета, содержащей снабженные ограничителями маха лопасти ступицу с упругими консолями и соединенные с ними через упорные сферические подшипники рукава с отверстиями для крепления лопастей, каждый рукав по концам выполнен с корневыми и концевыми проушинами и со стороны последних имеет подшипниковую опору на эластомерном демпфере, взаимодействующую с осью на конце сужающейся к периферии консоли, а каждый рукав корневыми проушинами соединен вертикальным болтом с основанием консоли через упорный сферический шарнир так, что в месте соединения образуется совмещенный горизонтальный, вертикальный и осевой шарнир.
В корневой части каждого рукава установлен сферический шарнир рычага поводка лопасти, ось которого проходит через центр упорного сферического шарнира, а тяга управления лопастью проходит вдоль приводного вала вертолета.
Упругие консоли выполнены в виде единой тонкой металлической закаленной пластины, закрепленной между двумя частями ступицы.
Взаимодействующие между собой рабочие поверхности упорных сферических подшипников и подшипниковых опор концевых проушин каждого рукава выполнены самосмазывающимися с пылезащитными эластомерными крышками.
Техническая задача по второму варианту решена благодаря тому, что по крайней мере одно из отверстий на рукаве для крепления каждой лопасти взаимодействует с лопастью через эластомерный демпфер.
Изобретение поясняется конструктивными схемами, на которых изображены:
фиг. 1 - втулка винта вертолета (1 вариант), вид сбоку (сечение А-А) с продольным разрезом;
фиг. 2 - то же, вид сверху (сечение Б-Б);
фиг. 3 - сечение В-В (1 вариант);
фиг. 4 - сечение Г-Г (1 вариант);
фиг. 5 - втулка винта вертолета (2 вариант), вид сбоку (сечение Д-Д) с продольным разрезом;
фиг. 6 - то же, вид сверху (сечение Е-Е).
Втулка винта вертолета по первому варианту содержит (фиг. 1) ступицу 1 с верхним 2 и нижним 3 ограничителями маха лопасти (упорами) с упругой консолью 4 между двумя частями ступицы. С консолью 4 через ее ось 5 и упорный сферический подшипник 6 соединен упорным болтом 7 рукав 8, корневые проушины которого 9 имеют верхний 10 и нижний 11 ограничители (упоры) маха лопасти. Рукав 8 концевыми проушинами 12 со стороны корневых проушин имеет подшипниковую опору 13 на эластомерном демпфере 14, взаимодействующую с осью 5 на конце сужающейся к периферии консоли 4. Такое соединение образует совмещенный горизонтальный, вертикальный и осевой шарнир 15.
В корневой части каждого рукава установлен сферический шарнир 16 рычага 17 поводка лопасти 18 (фиг. 1-3). Ось рычага 17 проходит через центр упорного сферического шарнира 15, а поводок управления лопастью 18 проходит вдоль приводного вала вертолета. К концевым проушинам 12 рукава 8 двумя болтами 19 крепится комель лопасти 20 (фиг. 1).
Упругие консоли 4 выполнены в виде единой тонкой упругой металлической (например, стальной закаленной) пластины, закрепленной между двумя частями ступицы.
Взаимодействующие между собой рабочие поверхности упорных сферических подшипников 6 и подшипниковых опор концевых проушин 13 каждого рукава выполнены самосмазывающимися с пылезащитными эластомерными крышками 21 и 22.
Для крепления каждой лопасти 20 рукав 8 втулки винта вертолета по второму варианту (фиг. 2, 5 и 6) имеет по крайней мере одно из отверстий увеличенного диаметра, взаимодействующее с лопастью через эластомерный демпфер 23.
При вращении винта центробежные и аэродинамические силы от лопасти 20 передаются через болты 19 на рукава 8 и далее, через проушины 9, болт 7 в центр шарнира 15 и через его корпус сначала на консоль 4, а затем на ступицу 1 (фиг. 1 и 2). Стояночный свес лопасти 20 ограничивается жесткостью изгиба консоли 4 и демпфером 14. Перемещения лопастей в вертикальной плоскости на маневренных режимах полета и на стоянке вертолета при сильном ветре ограничены упорами 2, 3, 10 и 11. Маховые перемещения лопасти в плоскости вращения также ограничиваются как этими упорами (в меньшей степени), так и демпферами 14 (по первому варианту), а демпферами 23 (по второму варианту) - в большей степени. Демпферы 14 по первому варианту в сечении Г-Г (фиг. 4) могут иметь в плоскости вращения большую протяженность и податливость, чем в вертикальной плоскости. По второму варианту демпферы 14 могут выполняться в сечении Г-Г круглыми, а недостающая податливость лопасти в плоскости вращения обеспечивается демпфером 23 (фиг. 2 или фиг. 5 и 6).
Предложенная конструктивная схема втулки обеспечивает поворот лопастей вокруг оси Х-Х в пределах эксплуатационных углов от 0 до 40 градусов и наклоном осей Y и Z в пределах (плюс/минус) от 10 до 15 градусов при минимальных габаритах и весе втулки.
Собираемость конструкции втулки винта вертолета обеспечивается «нанизыванием» рукавов 8 на оси 5 консолей 4 с последующим их соединением болтами 7 со ступицей 1.
Благодаря этому втулка винта вертолета стала более простой, легкой и надежной; увеличился ее ресурс, снизилась ее стоимость.
Данная конструкция может быть рекомендована в первую очередь для втулок винтов беспилотных вертолетов взлетной массой 50…3000 кг, а также пилотируемых вертолетов массой от 300 кг.