НЕСУЩИЙ ВИНТ ВИНТОКРЫЛОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
MAIN ROTOR OF ROTARY-WINGED AIRCRAFT

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к многолопастным несущим, рулевым или тяговым винтам винтокрылого летательного аппарата.
Известен несущий винт винтокрылого летательного аппарата - патент EP №0089381, B64C 27/32, B64C 27/45, B64C 27/48. Несущий винт, смонтированный на вале винта, состоит из лопастей, втулки, вала осевого шарнира, промежуточной детали, поводки управления лопастью, торсиона и подшипников качения, составляющих осевой шарнир. Втулка представляет собой корпусную деталь с рукавами. Вал осевого шарнира представляет собой стержень переменного сечения, выполненный с продольным отверстием и буртиком и заканчивающийся вилкой с поперечными отверстиями под два болта крепления лопасти. Промежуточная деталь представляет собой трубу, выполненную с одной стороны с перпендикулярным относительно продольной оси рычагом, шлицами с противоположной стороны, отверстием для крепления торсиона и буртиком в непосредственной близости от этого отверстия. Вал осевого шарнира посредством двух радиальных подшипников качения монтируется на рукав втулки. Промежуточная деталь вставлена в отверстие в стержне вала осевого шарнира, своим буртиком упирается в его ответный буртик, а рычагом заходит в вилку вала осевого шарнира, с противоположной стороны монтируется на шлицах поводок управления лопастью, закрепленный гайкой. Поводок управления лопастью и проводка управления находятся внутри вала винта. Торсион крепится штырями с одной стороны к промежуточной детали, с другой - к центральной детали внутри втулки.
Лопасть монтируется своим комлем в вилку вала осевого шарнира и крепится двумя болтами.
Из-за того, что у прототипа лопасть крепится к валу осевого шарнира посредством двух болтов, а данная конструкция несущего винта характеризуется большой нагруженностью от изгибающих моментов, то место соединения лопасти с валом осевого шарнира посредством болтов является критичным, ограничивающим ресурс. Кроме того, при установке/съеме лопастей введение лопастей между проушинами вала осевого шарнира, монтирование болтов, затяжка гаек тарированным моментом, контровка болтов и гаек усложняют и увеличивают трудоемкость эксплуатации.
У прототипа вал осевого шарнира представляет трудоемкую в изготовлении деталь, крепление поводка управления лопастью осуществляется посредством шлицев, что в совокупности увеличивает трудоемкость изготовления.
Передача управляющего момента на лопасть у прототипа производится через промежуточную деталь, являющуюся силовой, что увеличивает массу втулки.
Конструктивные особенности известного несущего винта ухудшают его прочностные, массовые, технологические и эксплуатационные характеристики.
Технической задачей заявляемого технического решения является увеличение ресурса и надежности несущего винта винтокрылого летательного аппарата, упрощение эксплуатации при одновременном уменьшении его массы и трудоемкости изготовления.
Техническая задача обеспечивается тем, что в несущем винте винтокрылого летательного аппарата, смонтированном на вале винта и включающем в себя лопасти, втулку с рукавами, радиальные подшипники качения, вал осевого шарнира, представляющий собой стержень переменного сечения с продольным отверстием, соединенный через радиальные подшипники качения с втулкой, промежуточную деталь, выполненную в виде трубы, имеющей буртик, отверстие и рычаг, торсион, закрепленный штырем через отверстие в промежуточной детали, и поводок управления лопастью, находящийся внутри вала винта, продольное отверстие вала осевого шарнира выполнено в виде переходящих друг в друга цилиндрических поверхностей разного диаметра и эксцентрично расположенных друг относительно друга, взаимодействующих с комлем лопасти, комель лопасти выполнен в виде стержня переменного сечения с ответными к отверстию в вале осевого шарнира поверхностями, и имеет продольное отверстие прямоугольного сечения, переходящее в отверстие с круглым сечением, на границе которых выполнен паз, ось которого составляет с осью прямоугольного сечения отверстия в комле лопасти угол 90°, или близкий к нему, отверстие заканчивается упорным торцем, промежуточная деталь выполнена с головкой со стороны буртика и отверстия, а рычаг расположен на противоположном конце, боковая поверхность головки имеет форму, ответную пазу в отверстии комля лопасти, а буртик промежуточной детали взаимодействует с упорной торцевой плоскостью паза, поводок управления лопасти закреплен также посредством двух эксцентрических цилиндрических поверхностей на конце вала осевого шарнира, торсион другим концом закреплен на кронштейне, смонтированном на втулке, между валом осевого шарнира и комлем лопасти в продольном направлении расположен фиксатор.
Изобретение поясняется чертежами, где
на Фиг.1 изображен разрез рукава втулки вдоль продольной оси в плоскости вращения,
на Фиг.2 изображен вертикальный разрез по оси осевого шарнира,
на Фиг.3 изображена промежуточная деталь с установленным торсионом,
на Фиг.4 изображено сечение A-A рукава втулки,
на Фиг.5 изображено сечение комля лопасти в зоне паза.
Несущий винт винтокрылого летательного аппарата, смонтированный на вале винта, состоит из лопастей 1, втулки 2, вала осевого шарнира 3, поводки управления лопастью 4, торсиона 5, промежуточной детали 6 и радиальных подшипников качения 7, 8 и включает только осевой шарнир. (См. Фиг.1, Фиг.2.)
Втулка 2 представляет собой корпусную деталь с рукавами 9. Вал осевого шарнира 3 представляет собой стержень переменного сечения с продольным отверстием 10, выполненным в виде переходящих друг в друга двух цилиндрических поверхностей 11, 12. Цилиндрическая поверхность 11 имеет меньший, чем цилиндрическая поверхность 12, размер и эксцентрична относительно продольной оси вала осевого шарнира 3. Промежуточная деталь 6 является трубой, выполненной на конце со стороны лопасти с головкой 13 и с противоположной стороны с рычагом 14. Головка 13 имеет боковую поверхность 15, отверстие 16 и буртик 17. (См. Фиг.3). Вал осевого шарнира 3 посредством двух радиальных подшипников качения 7, 8 монтируется на рукав 9. На вале осевого шарнира 3 смонтирован поводок управления лопастью 4. Крепление осуществляется также за счет фиксации на двух эксцентричных друг относительно друга цилиндрических поверхностях 18, 19 вала осевого шарнира 3. Поводок управления лопастью 4 и проводка управления находятся внутри вала винта. Комель 20 лопасти 1 представляет собой стержень с ответными к отверстиям 11, 12 вала осевого шарнира 3 цилиндрическими поверхностями 21, 22, одна из которых эксцентрична, и имеет продольное отверстие 23. Форма сечения продольного отверстия 23 на начальном участке от вала винта представляет собой прямоугольник 24 (См. Фиг.4), а на конце со стороны лопасти - окружность 25, заканчивающаяся упорным торцем 26. На плоскости 27 сопряжения двух видов сечения отверстия выполнен паз 28 с торцевой упорной плоскостью 29, продольная ось которого с продольной осью сечения прямоугольника 24 составляет угол 90°, или близкий к нему, обеспечивающий максимальную площадь опоры. Промежуточная деталь 6 вставлена в отверстие 23 в комле 20 лопасти 1 и входит боковыми поверхностями 15 головки 13 в паз 28, по форме повторяющий боковую поверхность 15 головки 13. (См. Фиг.5) Торсион 5 крепится штырями 30, 31 с одной стороны к головке 13 промежуточной детали 6, с другой - к кронштейну 32, закрепленному на втулке 2. Между торцевыми плоскостями 33 вала осевого шарнира 3 и 34 комля 20 лопасти 1 имеется фиксатор 35.
При полете винтокрылого летательного аппарата его несущий винт находится в неравномерном потоке воздуха, и лопасти 1 несущего винта совершают маховые движения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При действии системы управления лопасти 1 несущего винта меняют свои углы установки. Изменение шага лопасти обеспечивается осевым шарниром. При маховом движении лопастей 1 возникают изгибающие моменты в деталях в плоскостях взмаха и вращения.
Центробежная сила с лопасти 1 передается на торсион 5 через торцевую упорную плоскость 29 внутри отверстия 23 в комле 20 лопасти 1. Замыкается центробежная сила через штырь 30 и кронштейн 32 на втулке 2.
Передача управляющего момента с поводка управления лопастью 4 на вал осевого шарнира 3 и далее на комель 20 лопасти 1 передается через контакты по двум эксцентрическим друг относительно друга цилиндрическим поверхностям: 18, 19 - для поводка управления лопастью 4 и вала осевого шарнира 3; и 11 (21), 12 (22) - для вала осевого шарнира 3 и комля лопасти 20. Изгибающие моменты в плоскости вращения и взмаха лопасти 1 также передаются с комля 20 лопасти 1 на вал осевого шарнира 3 через контакт по этим же двум эксцентрическим друг относительно друга цилиндрическим поверхностям 11 (21), 12 (22). Далее изгибающий момент воспринимается двумя радиальными подшипниками качения 7, 8 и замыкается на рукаве 3 втулки 2.
Монтаж лопастей 1 происходит следующим образом: лопасть 1 своим комлем 20 посредством наличия двух эксцентрических друг относительно друга цилиндрических поверхностей 21, 22 вставляется в ответное отверстие вала осевого шарнира 3 с самоцентрированием, при этом рычагом 13 промежуточной детали 6 торсион 6 предварительно закручивается для возможности свободного прохождения его во внутреннее прямоугольное отверстие 23 в комле 20 лопасти 1. При достижении упорного торца 26 отверстия 23 в комле 20 лопасти 1 происходит принудительное раскручивание промежуточной деталью 6 торсиона 5 в исходное положение и фиксация в пазе 28. При этом внутренний к валу буртик 17 головки 13 промежуточной детали 6 упирается в торцевую упорную плоскость 29 комля 20 лопасти 1. После этого перемещением лопасти 1 в направлении от вала винта головка 13 входит боковыми поверхностями 15 в паз 28 и в этом положении производится фиксация лопасти 1 в продольном направлении фиксаторами 35. Съем лопастей происходит в обратном порядке.
Выполнение комля 20 лопасти 1 и вала осевого шарнира 3 без болтового соединения и соответственно концентраторов напряжений, позволяет получать более высокие показатели динамической и статической прочности стыковых деталей несущего винта.
Контакт комля 20 лопасти 1 и вала осевого шарнира 3 через две эксцентрические цилиндрические поверхности 11 (21), 12 (22) позволяет упростить конструкцию, уменьшить трудоемкость изготовления и увеличить надежность стыка лопасти 1 с валом осевого шарнира 3, увеличить эксплуатационную технологичность и упростить монтаж/демонтаж лопасти 1.
Наличие продольного отверстия 23 в комле 20 лопасти 1 и закрепление торсиона 5 в промежуточной детали 6 позволяет осуществлять монтаж/демонтаж лопасти без использования болтовых соединений, упрощая процесс монтажа/демонтажа.
Передача управляющего момента на вал осевого шарнира 3 с поводка управления лопастью 4 также осуществляется посредством двух точеных эксцентрических друг относительно друга цилиндрических поверхностей 18, 19, что уменьшает трудоемкость изготовления.
Промежуточная деталь 6 в полете не нагружена, поэтому имеет минимальную массу.
Описанная выше совокупность конструктивных особенностей несущего винта винтокрылого летательного аппарата позволили увеличить ресурс и надежность несущего винта, упростить эксплуатацию и одновременно уменьшить его массу и трудоемкость изготовления.