Введение….4
1 Анализ конструкций втулок несущих винтов вертолетов….…5
1.1 Актуальность проблем, связанных с обслуживанием трехшарнирной втулки несущего винта вертолета…5
1.2 Типы втулок несущего винта вертолета…7
1.3 Особенности использования эластомерных подшипников….…11
1.4 Сравнение втулки с эластомерным подшипником со втулкой с шарнирным креплением лопастей….14
2 Расчет втулки НВ с металлофторопластовым подшипником и бесшарнирной втулки НВ….20
2.1 Физическая картина нагружения несущего винта….20
2.2 Эксплуатационные и расчетные нагрузки….23
2.3 Выбор и расчет втулки несущего винта ….…26
3 Разработка технологических карт обслуживания бесшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….49
3.1 Стратегии технического обслуживания и ремонта авиационной техники.49
3.2 Обслуживание шарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….….55
3.3 Разработка технологии обслуживания бесшарнирной втулки несущего винта на основе анализа эксплуатации втулки несущего винта вертолета BK-117….75
4 Безопасность полетов в сложных географических и температурных условиях…80
4.1 Безопасность полетов вертолетов….….80
4.2 Влияние на безопасность полетов эксплуатации в условиях высоких и низких температур наружного воздуха….…81
4.3 Анализ характерных авиационных происшествий, связанных с ошибками и нарушениями экипажа при заходе на посадку в сложных метеорологических условиях…84
5 Расчет и сравнение экономических затрат от внедрения бесшарнирной втулки несущего винта…89
5.3 Расчет эксплуатационных затрат на обслуживание шарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8….…90
5.4 Расчет эксплуатационных затрат на обслуживание бесшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8 и сравнение полученных затрат с затратами на обслуживание шарнирной втулки несущего винта ….….93
6 Обеспечение безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….…95
6.1 Введение….….….….95
6.2 Работы по замене втулки несущего винта….….…96
6.3 Анализ и оценка безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….98
6.4 Разработка необходимых мероприятий для обеспечения безопасности при замене втулки несущего винта на вертолете Ми-8….….101
Заключение….….105
Список литературы….….106
Дипломная работа:
АНАЛИЗ И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ЭЛЕКТРОСВЯЗИДипломная работа:
Технико-экономическое обоснование мероприятий по повышению эффективности деятельности транспортного хозяйства
Введение (выдержка)
Один из самых нагруженных элементов конструкции вертолета в процессе эксплуатации – несущая система вертолета, основным агрегатом которой является втулка несущего винта. Втулка несущего винта с шарнирным креплением лопастей за годы эксплуатации зарекомендовала себя как весьма надежный элемент конструкции несущей системы вертолета. Однако, из-за обилия деталей, мест смазки и объектов осмотра, обслуживание такой втулки весьма трудоемко и осуществляется по наработке, то есть через определенное количество часов налета. Такая стратегия эксплуатации не всегда оправдана, так как замена элемента зачастую осуществляется до достижения им предотказного состояния.
Мировой опыт вертолетостроения показал, что при использовании других технологических решений по исполнению втулки несущего винта, таких как бесшарнирная втулка и втулка с металлофторопластовым подшипником и торсионом, эксплуатация может осуществляться более эффективно.
Рассмотренные в ВКР варианты реализации бесшарнирной втулки несущего винта и втулки несущего винта с металлофторопластовым подшипником на вертолете Ми-8 позволят оценить возможность повышения эффективности технической эксплуатации втулки несущего винта.
Основная часть (выдержка)
1 Анализ конструкций втулок несущих винтов вертолетов
1.1 Актуальность проблем, связанных с обслуживанием трехшарнирной втулки несущего винта вертолета
Из опыта эксплуатации вертолетов с классической схемой втулки несущего винта известно, что данный тип втулок имеет ряд недостатков. Основным видом регламентных работ по несущему винту с классической схемой является регулярное пополнение и периодическая замена смазки в шарнирных сочленениях его втулки. Подшипники шарниров втулки работают постоянно под действием переменных и значительных по своей величине нагрузок. Для обеспечения смазки трущихся поверхностей этих шарниров (горизонтального, вертикального и осевого) применяются специальные масла.
Масло в определенном количестве заливается в полости указанных шарниров через воронку или специальным штоковым шприцем.
По мере наработки несущим винтом определенного числа часов масло загрязняется, и его смазывающие качества ухудшаются. Поэтому регламентом технического обслуживания предусматривается периодическая замена масла.
Несоблюдение сроков замены масла приводит к преждевременному износу опорных поверхностей подшипников и выходу их из строя. К таким же последствиям приводит и применение сортов масла, не предусмотренных для смазки подшипников.
Практика показывает, что игольчатые подшипники наиболее долговечно работают при смазке их специальным гипоидным маслом, а шариковые подшипники - при смазке моторным маслом .
Общую тенденцию процесса развития разработки и конструирования втулок несущих винтов вертолетов не так просто последовательно проследить, поскольку каждая конкретная вертолетная фирма, как правило, применяет втулки определенной конструкции.
Однако, можно отметить возрастающую сложность конструкции втулокнесущих винтов с шарнирным креплением лопастей при одновременном улучшении их весовых характеристик, надежности и усталостной прочности, что достигается более тщательной проработкой, деталей конструкции с учетом более глубокого понимания условий работы несущего винта.
В последнее время большой интерес проявляется к упрощенной конструкции втулки несущего винта, в которой шарниры заменяются упругими элементами. Существует несколько путей достижения этой цели, отличающиеся своими принципиальными и конструктивными особенностями у различных авиационных фирм. Вряд ли при переходе к бесшарнирному креплению лопастей можно рассчитывать на существенное снижение веса втулки. Достигаемое усовершенствование конструкции нацелено на повышение эффективности за счет снижения себестоимости и эксплуатационных расходов и на улучшение характеристик управляемости ввиду значительного увеличения мощности управления. Эти улучшения достигался ценой преодоления значительных трудностей вследствие усложнения процессов, расчета.
Весовое совершенство втулки, характеризующееся коэффициентом:
, (1.1)
где mвт –масса втулки;
z - число лопастей;
Р - центробежная сила;
К - коэффициент.
Весовое совершенство втулки существенно повышается за счет: замены стали на титановые сплавы; применения проволочных торсионов в конструкции осевого шарнира (ОШ) и самосмазывающихся подшипников в рычагах поворота лопасти; модернизации центробежных ограничителей свеса; использования пружинно-гидравлических демпферов, снижающих действующие в полете переменные нагрузки в плоскости вращения; некоторого повышения напряженности конструкции с учетом современных конструктивно технологических мероприятий, (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Весовое совершенство втулок несущего винта различных типов
Стремление максимально облегчить конструкцию, снизить ее стоимость и упростить техническое обслуживание в эксплуатации привело к созданию втулокиз композиционных материалов без обычных горизонтальных шарниров (ГШ), такие втулки называют бесшарнирными .
1.2 Типы втулок несущего винта вертолета
В настоящее время практически применяется восемь основных схем втулок несущих винтов, кинематические схемы которых приведены в рисунке 1.2. Рассмотрим наиболее широко применяющиеся конструкции втулок и определим преимущества и недостатки каждой схемы.
Классическая схема втулки несущего винта с шарнирным креплением лопастей: допасти крепятся посредством горизонтальных, вертикальных и осевых шарниров. В этом случае существенную роль играет величина разноса (расстояния от оси втулки) горизонтальных и вертикальных шарниров, которая определяет конструкцию втулки.
Несущий винт с совмещенными горизонтальными шарнирами и вертикальными шарнирами достаточно приемлем в конструктивном отношении, допускает использование простой методики при определении напряжений.
.
а - классическая трехшарнирная; б - с совмещенными ГШ и ВШ; в - с вынесенным ВШ; г - с вынесенным ГШ и ВШ; д - на кардане; е - с эластомерным общим шарниром; ж - полужесткие винты; з - жесткие винты
Рисунок 1.2 - Кинематические схемы втулок несущего винта
Однако, вертолет с таким несущим винтом неустойчив, имеет неудовлетворительные характеристики управляемости, подвержен опасности возникновения самовозбуждающихся колебаний на земле и в воздухе. Втулка такого несущего винта тяжела и сложна, должна также включать демпферы колебания лопасти относительно вертикальных шарниров и упора-ограничителя, ограничивающего перемещение лопастей в шарнирах.
Несущий винт с вертикальными и горизонтальными шарнирами, имеющими небольшой разнос, обладает значительно лучшими характеристиками устойчивости к управляемости, но ему присущи, в определенной степени, все остальные недостатки схемы с совмещенными вертикальными и горизонтальными шарнирами.
Несущий винт с большим разносом горизонтальных и вертикальных шарниров имеет превосходные характеристики устойчивости и управляемости, подбором увеличенного разноса вертикальных шарниров и соответствующих характеристик демпфировании устраняются самовозбуждающиеся колебания вертолета. Однако втулка и комлевые части лопастей получаются неизбежно тяжелее и сложнее, чем у несущего винта с совмещенными шарнирами. Большой разнос шарниров привлекает внимание конструкторов также в связи с проблемой уменьшения срыва потока на отступающей лопасти.
Схемы втулок несущих винтов с шарнирным креплением лопастей помимо того, что они отличатся взаиморасположением шарниров и величиной их разноса, могут иметь и другие отличия, например, проушины горизонтального шарнира могут быть смещены так, что ось вертикального шарнира не совпадает с радиальным положением продольной оси лопасти.
Втулка несущего винта с эластомерным подшипником обладает всеми преимуществами системы с шарнирным креплением лопастей при значительно упрощенной конструкции втулки. Эластомерный подшипник состоит из чередующихся сферических слоев эластомера (резины) и металла. Под действием центробежной силы лопасти эластомерный подшипник сжимается, а перемещения лопастей в плоскости взмаха и в плоскости вращения, а также изменение угла установки лопасти - приводят к сдвигу эластомера.
Втулка несущего винта на кардане не имеет сложных элементов, свойственных схеме с шарнирной подвеской лопастей и является, по-видимому, самой простой в конструктивном выполнении. В ней отсутствуют вертикальные шарниры и демпферы для демпфирования колебаний лопастей относительно вертикальных шарниров. Недостатком этой схемы является неприменимость ее для больших вертолетов вследствие ограничений, связанных с постоянным углом конусности лопастей несущего винта. Кроме того, несущему винту на кардане свойственен особый вид неустойчивости типа аэродинамического флаттера, получивший название "волнение" несущего винта (от волнообразной траектории, прочерчиваемой в пространстве концами лопастей).
Жесткий несущий винт не имеет ни горизонтальных, ни вертикальных шарниров. Однако, при отсутствии шарниров, лопасти могут крепиться к втулке несущего винта жестко или посредством упругих элементов - торсионов, поэтому точнее следует называть такие несущие винты винтами с бесшарнирным креплением лопастей. Жесткое крепление лопастей может быть применено на небольших вертолетах, чтобы избежать чрезмерной величины переменного изгибающего момента, действующего в комле лопасти. Отклонение лопастей в плоскости взмаха и в плоскости вращения несущего винта, в этом случае, осуществляется благодаря упругой деформации самих лопастей, которые, следовательно, должны бить выполнены достаточно упругими.
При креплении лопастей к втулке посредством упругих элементов-торсионов, последние воспринимают действующие на лопасти центробежные силы и позволяют лопастям отклоняться в плоскости взмаха и в плоскости вращения несущего винта. Жесткий несущий винт обладает рядом преимуществ: допускает значительное смещение центровки вертолета, быстро реагирует на управление и обеспечивает хорошие характеристики устойчивости вертолета.
Экспериментально было определено, что мощность управления жесткого несущего винта вдвое превышает мощность управления несущего винта на кардановом подвесе, причем, теоретические расчеты показали, что жесткий винт имеет в 14 раз большую потенциальную возможность управления в сравнении с винтом на кардане. У вертолета с жестким несущим винтом может быть обеспечена хорошая продольная управляемость без хвостового оперения.
Применение жесткого несущего винта допускает использование наклоняющегося пилона, обеспечивающего возможность изменения угла атаки несущего винта и благодаря этому возможность установки в полете фюзеляжа в положение, соответствующее минимальному сопротивлению вертолета, что особенно существенно для скоростных вертолетов. Кроме того, жесткое крепление лопастей несущего винта позволяет перераспределять аэродинамическую нагрузку на ометаемую площадь несущего винта (путем бокового смещения центра тяжести вертолета) таким обрезом, что это может быть использовано для отдаления срывного режима на отступающей лопасти, уменьшения вибраций и увеличения максимальной скорости полета вертолета.
1.3 Особенности использования эластомерных подшипников
У втулки несущего винта с эластомерными подшипниками маховое движение, перемещение в плоскости вращения и изменение угла установки каждой лопасти обеспечивается одним эластомерным подшипником (рисунок 1.3). Для сохранения постоянного положения геометрического центра эластомерного подшипника применяется дополнительный самосмазывающийся подшипник, воспринимающий только небольшие поперечные нагрузки, перпендикулярные продольной оси лопасти.
1-вал несущего винта, 2- лопасть, 3- эластомерный подшипник.
Рисунок 1.3 - Схема втулки несущего винта с эластомерным подшипником
Эластомерный подшипник должен выполнять следующие четыре функции:
- воспринимать полную центробежную силу лопасти;
- обеспечивать изменение угла установки лопасти;
- обеспечивать маховое движение лопасти;
- обеспечивать перемещение лопасти в плоскости вращения.
Одновременное выполнение всех этих четырех функций одним подшипником возможно прежде всего лишь в том случае, если подшипник имеет сферическую форму. Сферический эластомерный подшипник состоит из чередующихся слоев стали и резины склеенных друг с другом Центробежная сила сжимает весь подшипник, который имеет очень высокую степень упругости при сжатии, более высокую, чем предполагалось при расчетных исследованиях, что является большим преимуществом данной конструкции, так как дает при сжатии незначительное смещение относительно оси несущего винта как центра подшипника, так и комля лопасти.
Изменение угла установки лопасти и перемещения ее в плоскости взмаха и в плоскости вращения вызывает относительное смещение металлических пластин подшипника, ограничиваемое силами, возникающими в слоях резины при их сдвиге.
По сравнению с обычными шарнирами эластомерный подшипник, в котором угловые перемещения лопастей осуществляются за счет сдвига упругих (эластомерных) элементов, имеет следующие преимущества:
- уменьшается количество деталей;
- упрощается техническое обслуживание;
- отсутствует истирание, износ или проскальзывание вращающихся элементов;
-устранено загрязнение рабочих деталей (шарнирных подшипников) присутствующими в окружающей среде грязью, пылью, водой.
В качестве эластомерного (упругого) элемента в эластомерном подшипнике выбирают натуральный каучук, обладающий рядом преимуществ, важных для выполнения намечаемых функций, в то время как недостатки его не вызывают серьезных конструктивных проблем.
Преимуществами выбранного материала в данном случае являются превосходные прочностные характеристики. Недостатками являются: ограниченный диапазон рабочих температур; чувствительность к воздействию света, озона, загрязнению маслом; старение.
Кратко рассмотрим возможное влияние недостатков натурального каучука, при использовании его в эластомерном подшипнике, на рабочие характеристики изделия. Диапазон рабочих температур втулки несущего винта изменяется, примерно, от -54°С до +71°С. Путем определенных добавок к натуральному каучуку получены сорта резины эффективный диапазон температур которых изменяется от -54°С до +82°С, что перекрывает диапазон рабочих температур втулки.
Для выяснения влияния повышенных температур на усталостную прочность эластомерного подшипника были проведены 500 часовые динамические испытания подшипника при температуре 93°С, На рисунке 1.4 показана зависимость деформации подшипника от нагрузки до и после 500 часовых испытаний на усталостную прочность. Как следует из графиков рисунка 1.4, после 500 часовых испытаний при температуре 93°С степень упругости испытываемого образца оставалась в пределах производственных допусков.
1-до динамических испытаний 2 – после 500-часовых динамических испытаний на усталость при температуре 93º
Рисунок 1.4 - Графики зависимости деформации эластомерного подшипника от нагрузки
При предельной отрицательной температуре (-54°С) резко увеличивается жесткость резины. Характеристика хрупкости при этом не достигает критической точки, которая наступает при температуре (-62°С) Динамические испытания, проведенные при температуре (-64°С), показали, что несмотря на увеличение жесткости в 22 раза по сравнению с жесткостью при комнатной температуре, подшипник продолжает нормально работать без разрушения.
Одним из основных преимуществ втулки с эластомерным подшипником является отсутствие смазки, так что опасность загрязнения эластомерного подшипника маслом практически исключается. Однако, в демпфере лопасти (при ее перемещении в плоскости вращения несущего винта) применяется гидравлическая жидкость. Для защиты от возможного загрязнения эластомерного подшипника гидравлической падкостью и от воздействия солнечного света и озона может быть применено защитное покрытие подшипника.
Для резины характерно изменение ее физических свойств с течением времени, т.е. старение. Процесс старения усиливается от воздействия таких факторов, как солнечный свет, кислород, озон, тепло, дождь и другие неблагоприятные влияния окружающей среды при эксплуатации вертолета. За процессом старения эластомерного подшипника должен быть установлен строгий контроль с регулированием условий хранения для ограничения его старения с момента вулканизации подшипника и до постановки втулки с этим подшипником на вертолет.
Заключение (выдержка)
В выпускной квалификационной работе произведен анализ существующих типов втулок несущих винтов вертолетов, а также произведены расчеты на прочность бесшарнирной втулки несущего винта и втулки несущего винта с металлофторопластовым подшипником и торсионом. Результаты анализа доказали возможность установки на вертолет Ми-8 втулок данных типов. Повышение эффективности эксплуатации втулки несущего винта вертолета Ми-8 достигается значительным сокращением работ по осмотру креплений и смазке втулки, эти факты рассмотрены в специальной части выпускной квалификационной работы. Кроме того, срок эксплуатации бесшарнирной втулки напрямую зависит от условий ее эксплуатации и результатов дефектоскопии, в то время как втулка несущего винта вертолета Ми-8 имеет ресурс 20000 часов после чего подлежит замене. Экономическое обоснование замены.
Раздел безопасность полетов связан обеспечением безопасности полетов в сложных метеорологических условиях. Это весьма сложная задача, требующая комплексного подхода и тщательного контроля за исполнением требуемых предписаний, анализа и проработки свершающихся происшествий. Безопасности полетов при посадке в особых метеорологических условиях можно добиться соблюдая все требования и наставления по эксплуатации вертолета, а также проводя дополнительные предпосадочные подготовки, способствующие совершенствованию навыков экипажа.
Экономическое обоснование замены втулки, рассмотренное в пятой части работы доказывает целесообразность замены трехшарнирной втулки несущего винта вертолета Ми-8 на бесшарнирную втулку несущего винта.
В разделе безопасность и экологичность проекта проанализированы факты влияющие на безопасность персонала при работе на высоте. Особо отмечены факторы риска, связанные с работами на высоте при замене втулки, влияние которых снижается за счет соблюдения правил техники безопасности.
Расчеты экономических затрат на обслуживание бесшарнирной и шарнирной втулок несущего винта вертолета показал. что затраты на обслуживание бесшарнирной втулки несущего винта меньше затрат на обслуживание шарнирной втулки несущего винта, это доказывает экономическую целесообразность замены втулки несущего винта на бесшарнирную. Кроме того, бесшарнирная втулка несущего винта имеет значительно меньшую массу, и замена втулки даст дополнительную полезную нагрузку и тем самым увеличит экономический эффект от замены элемента несущий системы. Годовой эффект от установки одной втулки составит руб.
Литература
1 Аэродинамика, динамики полета, конструкция, оборудование и техническая эксплуатация вертолетов. Справочник. А.М. Володко, М.П. Верхозин, В.А. Горшков. –М., Военное издательство. 1992.-556с.
2 Конструкция вертолетов. Учебник для ВУЗов В.Н. Далин, С.В. Михеев. - М., МАИ, 2001. – 352с.
3 Втулки несущих винтов вертолетов. Перевод М.А. Лернер. – М., ЦАГИ, 1972.-54с.
4 Конструирование втулок несущих винтов вертолетов. Учебное пособие Сохань О.Н. - М., МАИ, 1981.-54с.
5 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Bo-105 1967 [Электронный ресурс] -Режим доступа свободный: h**t://w*w.aviastar.org/helicopters_rus/mbb-105-r.html Дата обращения (23.10.2010)
6 Конструирование винтов силовых установок приводов. Учебник для ВУЗов. Ф.П. Курочкин. -М., МАИ, 1980.-139с.
7 Металлофторопластовые подшипники А.П. Семенов, Ю.Э.Савинский. -М.Машиностроение 1976.- 192с.
8 Руководство по технической эксплуатации вертолета Ми-8 книга 2, 1984.
9 Вертолет Ми-8(устройство и техническое обслуживание).В.А.Данилов Транспорт, 1988.-278с.
10 Выбор рациональных конструктивных параметров торсиона втулки несущего винта вертолета из композиционных материалов. Учебное пособие для ВУЗов. Е.А Башаров.-М, МАИ -2010.
11 Основы механики, проектирования и технологии изготовления изделий из слоистых композиционных материалов. Учебное пособие для ВУЗов. Ю.С.Первушин, В.С. Жернаков. -Уфа, 2008. -298с.
12 Техническая эксплуатация летательных аппаратов. Под редакцией Н.Н.Смирнова – М.: Транспорт, 1997.
13 Руководство по технической эксплуатации вертолета Bk-117
14 Конструкция и эксплуатация вертолетов и двигателей. Учебник для
ВУЗов. Судаков В.Я. -М., Воениздат, 1987.
15 Анализ безопасности полетов по типу воздушного судна. Государственный центр «Безопасность полетов на воздушном транспорте» .- М. 2008-148с.
16 Экономика гражданской авиации. Учебник для ВУЗов Степанова Н.И., МГТУГА 2003.-103с.
17 Межотраслевые правила труда при работе на высоте. -М. 2004.
18 Инструкция по охране труда при проведении работ повышенной опасности ИОТ 0011-02, 2002.
19 Наставления по технической эксплуатации и ремонту авиационной техники в гражданской авиации России. (НТЭРАТ ГА-93) - М.,1994.
20 Конструкция вертолетов. Учебник для авиационных техникумов.ЮС Богданов, Р.А.Михеев. М., Машиностроение 1990.-267с.
21. Регламент технического обслуживания вертолета Ми-26 книга 2.
22 Регламент технического обслуживания вертолета Bo-105
23 Справочник по авиационным материалам и технологии их применения
Александров В.Г., Базанов Б.И., -М., 1979
24 Техническая эксплуатация вертолетов. Учебное пособие.Беляков В.Т. Воениздат.1961г. 312 с.
25 Расчетно-экспериментальное исследование прочности упругих элементов бесшарнирных винтов вертолетов Голованов А. И., Митряйкин В. И. Изв. вузов. -Казань: Авиационная техника, 2001.
26 Основы проектирования и изготовления конструкции ЛА из КМ Васильев В. В. - М.: МАИ, 1985.
27 Оптимальное проектирование элементов авиационных конструкций из КМ. Дудченко А. А. -М.: Издательство МАИ, 2002.
28 Композиционные материалы: Справочник / Под ред. В. В. Васильева. - М.: Машиностроение, 1990.
29 Конструкция вертолетов Завалов О. А. -М.: Изд-во МАИ, 2004.
30 Методы проектирования конструкций. Бирюк В. И., Липин Е. К., Фролов В. -М.- М.: Машиностроение, 1977.
Втулка несущего винта предназначена для крепления лопастей, для передачи крутящего момента от вала главного редуктора на лопасти, а также для восприятия и передачи на фюзеляж сил, возникающих на лопастях.
Основными элементами втулки являются: корпус втулки, горизонтальные шарниры промежуточные скобы, вертикальные шарниры, осевые шарниры, рычаги поворота лопастей, гидравлические демпферы, центробежные ограничители свеса лопастей, маятниковый гаситель вибрации.
Корпус втулки на шлицах устанавливается на вал главного редуктора центрируется на валу нижним и верхним конусными кольцами и фиксируется гайкой. Сверху на корпусе втулки крепятся компенсационный бачок гидродемпферов, токосъёмник НВ и маятниковый гаситель вибрации.
Каждый горизонтальный шарнир образуют проушина корпуса втулки, две проушины промежуточной скобы и палец, который установлен на двух игольчатых подшипниках. Усилия, действующие вдоль оси пальца воспринимают два бронзовых кольца. От осевого перемещения палец фиксируется гайкой, а от проворачивания относительно скобы - шпонкой. Палец с одной стороны имеет две проушины для крепления штока гидродемпфера, а с другой стороны проушину для крепления штормовой струбцины.
Промежуточная скоба представляет собой деталь коробчатого сечения с двумя парами проушин на концах. Внутри каждой скобы смонтирован механизм центробежного ограничителя свеса лопасти.
Вертикальный шарнир образуют две проушины промежуточной скобы, проушина цапфы осевого шарнира и палец, который установлен на двух игольчатых подшипниках и двух бронзовых кольцах.
Осевой шарнир образован соединением цапфы и корпуса осевого шарнира. На хвостовике цапфы установлены подшипники осевого шарнира: два шариковых радиальных подшипника, которые воспринимают нагрузку от изгибающего момента, и один роликовый упорный подшипник, воспринимающий нагрузку от центробежной силы. Корпус осевого шарнира выполнен в виде стакана, на днище которого с наружной стороны расположена гребенка с проушинами для крепления лопасти.
Рычаг поворота лопасти одним концом жестко крепится к корпусу осевого шарнира, а другим шарнирно соединяется с вертикальной тягой автомата перекоса.
Гидравлический демпфер состоит из цилиндра, штока с поршнем и крышки. Цилиндр демпфера шарнирно установлен на кронштейнах цапфы осевого шарнира. Поршень имеет восемь перепускных клапанов, которые открываются при достижении перепада давления между полостями цилиндра 20 кгс/см 2 . Клапаны установлены так, что четыре перепускают жидкость в одном направлении, а четыре - в обратном. В крышке гидродемпфера установлен шариковый компенсационный клапан, через который полости цилиндра сообщаются с компенсационным бачком для отвода пузырьков воздуха и компенсации температурных изменений объёма жидкости.
Механизм центробежного ограничителя свеса лопастей установлен на промежуточной скобе и состоит из противовеса, пружины, тяги и собачки. При невращающемся несущем винте пружина удерживает механизм в таком положении, что упор собачки ограничивает свес лопасти до 1°40 / . При раскрутке несущего винта под действием центробежных сил противовес отводит собачку и угол максимально возможного свеса лопасти увеличивается до 4°. При уменьшении частоты вращения несущего винта до 108 об/мин (54,5%) вследствие уменьшения центробежных сил противовес начинает обратное движение и при частоте вращения несущего винта 95 об/мин (50%) и менее пружина установит противовес и собачку в исходное положение.
Маятниковый гаситель вибрации установлен на корпусе втулки и состоит из кронштейна, ступицы с пятью рукавами и пяти маятников, которые соединены с рукавами ступицы бифилярными подвесками. Каждая бифилярная подвеска представляет собой две роликовые связи свободно посаженные в отверстия втулок маятников и ступицы. Кронштейн крепится к втулке несущего винта пятью полыми болтами, через полости которых заливается масло в горизонтальные шарниры. Ступица крепится на кронштейне шпильками.
Изобретение относится к области авиации, более конкретно - к втулкам несущих винтов. Втулка несущего винта состоит из звезды, прикрепленных к ней рукавов, состоящих из оси рукава, распорных втулок, резинового демпфера, опорных подшипников и вилки с поводком и лопастью. Звезда опирается на приводной вал при помощи сферического шарнира, а крутящий момент к рукавам передается при помощи водила, состоящего из верхнего и нижнего корпусов, профилированных пластин и цапф. Втулка выполнена с совмещенным горизонтальным шарниром, с возможностью реализовывать расчетные вынос оси рукава от оси вращения винта, угол конусности несущего винта и вертикальный вынос совмещенного горизонтального шарнира относительно вершины конуса несущего винта. Втулка может быть модернизирована для несущего винта с любым количеством лопастей изменением числа лучей звезды и профиля пластин. Изобретение направлено на создание втулки несущего винта с любым количеством лопастей. 2 ил.
Рисунки к патенту РФ 2363620
Использование: для крепления лопастей несущего винта к приводящему валу.
Сущность: втулка несущего винта представляет собой узел, состоящий из водила и звезды с прикрепленными к ней рукавами. Водило состоит из верхнего и нижнего корпусов, профилированных пластин и цапф для опоры резиновых демпферов. Водило служит для передачи крутящего момента приводящего вала на звезду с рукавами и лопастями, а также для передачи подъемной силы и управляющих моментов с несущего винта на приводной вал. Рукав состоит из вилки, которая через радиальный и упорный подшипник насажена на ось, на которой установлен резиновый демпфер. Положение демпфера задается распорными втулками. Рукав вкручен в звезду, опирающуюся сферическим подшипником на приводной вал. К вилкам втулки прикреплены поводки, с помощью которых задается угол установки вилок с прикрепленными к ним лопастями. Эта втулка несущего винта предназначена для использования на беспилотных вертолетах, эксплуатация которых не предполагает перевернутого полета. Данная втулка несущего винта может быть модернизирована для несущего винта с любым количеством лопастей изменением числа лучей звезды и профиля пластин. Жесткость демпфера может быть изменены либо его конфигурацией, либо использованием для его изготовления резины другого состава.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Втулка несущего винта
Изобретение относится к втулкам несущих винтов с совмещенным горизонтальным шарниром и может быть использовано на беспилотных вертолетах.
Известна установка, патент RU 2061626 С1, кл. 6 В64С 27/605, содержащая несущий винт с жестко установленными (присутствует только осевой шарнир) в закрепленной на валу втулке лопастями. Конструкция дает возможность применять ее для многолопастных винтов. При применении на беспилотном вертолете для телевизионной съемки к недостаткам втулки несущего винта, входящей в состав описываемой системы, может быть отнесена ее высокая жесткость, что приводит к высокой скорости реакций, т.е. рывкам и тряске. Кроме того, отсутствие угла между продольной осью рукава и плоскостью вращения и отсутствие выноса рукава от оси вращения вала вызывает высокие изгибающие моменты лопастей несущего винта и, как следствие, их малый ресурс.
Известна установка, патент RU 2235662 С2, В64С 27/48, содержащая вращающийся наружный корпус с зубчатым колесом предварительной раскрутки, соединенный с невращающимся внутренним валом, внутри которого расположен рычажный механизм управления, осуществляющий наклон оси и перемещение в вертикальном направлении соединенного с ним коромысла. Коромысло установлено на рычажный механизм управления и соединено с каждой из лопастей через скобу с осевым шарниром. Последний выполнен в виде пальца и расположен в корпусе качалки под конструктивным углом конусности к плоскости вращения втулки. На консольные части каждого пальца установлена скоба и опора с упорным подшипником, имеющие возможность поворота относительно оси пальца. Скоба соединена с опорой с упорным подшипником, через который центробежная сила с лопасти передается на корпус качалки. Корпус качалки шарнирно соединен с вращающимся наружным корпусом втулки через карданную рамку, расположенную над корпусом качалки. Оси рамки взаимно перпендикулярны, а точка пересечения их осей лежит на оси вращения втулки. Ось рамки, параллельная оси лопастей, является осью общего осевого шарнира, относительно которого отклоняется корпус качалки при отклонении коромысла, а ось рамки, перпендикулярная оси лопастей, совмещена с осью, соединяющей коромысло с рычагами поворота лопастей на одном из углов установки лопастей, и является осью общего горизонтального шарнира. Рычажный механизм управления имеет три раздельные тяги. К недостаткам втулки несущего винта, входящей в состав описываемой системы, может быть отнесена ее технологическая сложность, отсутствие возможности управления общим шагом винта, а также возможность использовать такую конструкцию только для двухлопастных винтов. Втулка несущего винта этой установки аналогична конструкции данного изобретения и по совокупности существенных признаков и технической сущности наиболее близка к данному изобретению и выбрана поэтому в качестве прототипа.
В настоящем изобретении конструкция втулки позволяет совместное перемещение звезды с рукавами втулки относительно сферического шарнира, надетого на приводящий вал и вынесенного на расчетную высоту относительно вершины конуса, по которой движутся лопасти во время вращения винта. Крутящий момент на систему лопастей с приводящего вала передает водило. Водило жестко крепится к приводящему валу верхним и нижним корпусами, на которых установлены профилированные пластины, удерживающие цапфы для опоры резиновых демпферов. Перемещение звезды с рукавами и лопастями не является свободным и сталкивается с противодействием деформирующихся резиновых демпферов. Данная втулка несущего винта может быть модернизирована для несущего винта с любым количеством лопастей изменением числа лучей звезды и профиля пластин, а также с возможностью реализовать расчетные вынос оси рукава от оси вращения винта, угол конусности несущего винта и вертикальный вынос совмещенного горизонтального шарнира относительно вершины конуса несущего винта.
Таким образом, по сравнению с ближайшим аналогом данное изобретение обладает новизной, причем совокупность отличительных признаков не следует явным для специалиста образом из источников, соответствующих уровню современной техники. Что касатеся промышленной применимости, то она доказывается приведенным ниже описанием и применением настоящего изобретения в одном из проектов автора. Следовательно, данное изобретение соответствует всем трем условиям патентоспособности.
На фиг.1 приведена схема втулки несущего винта, являющейся предметом настоящего изобретения. Лопасти несущего винта условно не показаны. На фиг.2 показана схема сборки втулки несущего винта.
Позиции на фиг.1 и 2 означают: 1 - сферический шарнир, 2 - звезда, 3 - ось рукава, 4 - втулка распорная, 5 - втулка распорная, 6 - резиновый демпфер, 7 - подшипник радиальный, 8 - вилка, 9 - подшипник упорный, 10 - верхний корпус, 11 - профилированная пластина, 12 - цапфа, 13 - нижний корпус, 14 - поводок, 15 - сферическая опора.
Втулка несущего винта имеет звезду 2, которая опирается на приводящий вал сферическим шарниром 1. В лучи звезды вкручиваются оси рукавов, на каждой из которых собраны: распорные втулки 4 и 5, резиновый демпфер 6, радиальный подшипник 7, упорный подшипник 9 и вилка 8. Крутящий момент от приводящего вала к рукавам передает водило, которое состоит из верхнего 10 и нижнего 13 корпусов, профилированных пластин 11 и цапф 12. Местом передачи крутящего момента является пятно контакта резинового демпфера с цапфой. Изменение угла установки лопасти производится поворотом вилки за поводок 14, к которому крепятся тяги, идущие от автомата перекоса.
Втулка несущего винта работает следующим образом. Циклические изменения углов установки лопастей во время вращения несущего винта приводят к возникновению моментов, которые пытаются опустить одну часть винта и поднять противоположную, при этом винт до момента полного обжатия демпфера 6 может двигаться относительно сферического шарнира, надетого на вал винта, наращивая передаваемый момент постепенно. Это обеспечивает, во-первых, нежесткий характер управления вертолетом, а во-вторых, меньшие нагрузки на комлевые части лопастей. Конструкция дает возможность предусмотреть расчетные углы установки рукавов относительно плоскости вращения винта и вынос относительно оси вращения винта, что позволяет значительно снизить переменные нагрузки на комлевые части лопастей. Используя демпферы различной формы или сортов резины можно подбирать характеристики несущего винта для типовых условий полета, привычек или возможностей оператора, эксплуатационных допущений бортовой аппаратуры.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Втулка несущего винта, состоящая из звезды, прикрепленных к ней рукавов, состоящих из оси рукава, распорных втулок, резинового демпфера, опорных подшипников и вилки с поводком и лопастью, отличающаяся тем, что звезда опирается на приводной вал при помощи сферического шарнира, а крутящий момент к рукавам передается при помощи водила, состоящего из верхнего и нижнего корпусов, профилированных пластин и цапф, при этом втулка выполнена с совмещенным горизонтальным шарниром, с возможностью реализовывать расчетные вынос оси рукава от оси вращения винта, угол конусности несущего винта и вертикальный вынос совмещенного горизонтального шарнира относительно вершины конуса несущего винта и может быть модернизирована для несущего винта с любым количеством лопастей изменением числа лучей звезды и профиля пластин.
Втулка несущего винта
Рис. 1. Шарнирная втулка несущего винта.
вту́лка несу́щего винта́ основной агрегат несущего винта; предназначается для крепления лопастей, передачи крутящего момента от вала главного редуктора к лопастям, а также для восприятия и передачи на фюзеляж аэродинамических сил, возникающих на лопастях несущего винта. Различают следующие типы В. н. в. : шарнирные, упругие и жёсткие.
В конструкции шарнирной втулки (рис. 1) крепление лопастей к корпусу втулки осуществляется посредством горизонтальных, вертикальных и осевых шарниров. Горизонтальные шарниры обеспечивают возможность махового движения лопастей. Вертикальные шарниры позволяют лопастям совершать колебания в плоскости вращения (эти колебания возникают под действием переменных сил лобового сопротивления и сил Кориолиса, появляющихся при колебаниях лопасти относительно горизонтального шарнира). Благодаря шарнирному сочленению лопастей с корпусом втулки значительно снижаются переменные напряжения в элементах несущего винта и уменьшаются передающиеся от винта на фюзеляж вертолёта моменты аэродинамических сил. Осевые шарниры В. н. в. предназначены для изменения углов установки лопастей. В целях уменьшения свеса (изгиба) лопастей и создания необходимых зазоров между лопастями и хвостовой балкой вертолёта при невращающемся несущем винте и при малой частоте вращения несущего винта в конструкцию В. н. в. введены центробежные ограничители свеса.
Во всех шарнирах, в которых используются подшипники качения, предусматриваются системы смазки и уплотнений. В осевых шарнирах в качестве элементов, воспринимающих центробежные силы лопастей, применяются пластинчатые и проволочные торсионы, изготовленные из высокопрочной нержавеющей стали. Имеются так называемые эластомерные В. н. в. , в шарнирах которых применяются цилиндрические, конические или сферические эластомерные подшипники. Эти подшипники выполнены из слоев стали и привулканизированных к ним слоев эластомера. Отсутствие трущихся металлических деталей уменьшает износ узлов. Конструкция В. н. в. упрощается, устраняется необходимость применения торсионов, сокращается время на техническое обслуживание, увеличивается надёжность конструкции. В конструкциях шарнирных В. н. в. с целью предотвращения явления «земного резонанса» колебания лопастей относительно вертикальных шарниров гасятся с помощью демпферов. которые в зависимости от используемого рабочего элемента подразделяются на фрикционные, гидравлические, пружинно-гидравлические и эластомерные. Шарнирные В. н. в. в зависимости от схемы могут быть трёх типов: с разнесёнными горизонтальными шарнирами (оси горизонтальных шарниров находятся на некотором расстоянии от оси несущего винта), с совмещёнными горизонтальными шарнирами (оси горизонтальных шарниров пересекаются на оси несущего винта), с совмещёнными горизонтальными и вертикальными шарнирами (оси обоих шарниров пересекаются в одной точке, отнесённой на некоторое расстояние от оси несущего винта).
Упругая втулка (рис. 2) может быть выполнена с упругим элементом только в одном вертикальном или горизонтальном шарнире либо сразу в обоих шарнирах. Корпус упругой В. н. в. изготовляется, как правило, из композиционных материалов. За осевым шарниром, который может быть выполнен по схеме с подшипниками качения и торсионом или с эластомерными подшипниками, расположена внешняя упругая часть втулки, обеспечивающая маховые движения лопасти. На несущем винте с такой втулкой может быть значительно повышена эффективность управления по сравнению с шарнирной В. н. в. , что способствует увеличению манёвренности вертолёта.
Жёсткая втулка (рис. 3) имеет прочный центр, корпус (обычно из титанового сплава), прикреплённый к жёсткому приводному валу, и осевые шарниры, к корпусам которых через гребёнки прикреплены лопасти из композиционных материалов. В несущем винте с такой втулкой лопасть совершает колебательные движение в плоскости тяги и вращения не путём поворота в шарнирах, а благодаря большим деформациям лопасти или её более тонкого комлевого участка. Эти деформации оказываются допустимыми вследствие высокой прочности композиционных материалов. Такой винт с жесткой втулкой может рассматриваться подобным винту с шарнирной втулкой, имеющей большой разнос горизонтальных шарниров (1035% от радиуса винта). Вертолёт с жёсткой В. н. в. обладает хорошими характеристиками управляемости. Важным преимуществом жёсткой В. н. в. является её простота (отсутствие высоконагруженных подшипников в шарнирах, демпферов и центробежных ограничителей свеса лопастей), облегчающая и удешевляющая изготовление винта и обслуживание его в эксплуатации.
В. П. Нефёдов.
Рис. 2. Упругая втулка несущего винта.
Рис. 3. Жёсткая втулка несущего винта.
Энциклопедия «Авиация». - М.: Большая Российская Энциклопедия . Свищёв Г. Г. . 1998 .
Смотреть что такое "втулка несущего винта" в других словарях:
Втулка несущего винта - основной агрегат несущего винта; предназначается для крепления лопастей, передачи крутящего момента от вала главного редуктора к лопастям, а также для восприятия и передачи на фюзеляж аэродинамических сил, возникающих на лопастях несущего винта.… … Энциклопедия техники
Энциклопедия «Авиация»
Рис. 1. Шарнирная втулка несущего винта. втулка несущего винта основной агрегат несущего винта; предназначается для крепления лопастей, передачи крутящего момента от вала главного редуктора к лопастям, а также для восприятия и передачи на… … Энциклопедия «Авиация»
Рис. 1. Шарнирная втулка несущего винта. втулка несущего винта основной агрегат несущего винта; предназначается для крепления лопастей, передачи крутящего момента от вала главного редуктора к лопастям, а также для восприятия и передачи на… … Энциклопедия «Авиация»
Несущий винт - вертолета Ми 2 Несущий (основной) винт воздушный винт с вертикальной осью вращения, обеспечивающий подъёмную силу летательному аппар … Википедия - Colibri EC120 B - многоцелевой легкий вертолет, способный перевозить до четырех пассажиров. Просторный грузовой отсек позволяет вместить пять больших чемоданов. Авария вертолета под Мурманском Разработчик: франко германо испанская Группа… … Энциклопедия ньюсмейкеров
Энциклопедия «Авиация»
Рис. 1. Шарнирный несущий винт вертолёта. несущий винт вертолёта воздушный винт, предназначенный для создания аэродинамических сил, необходимых для осуществления полёта, а также для управления вертолётом. По характеру обеспечения… … Энциклопедия «Авиация»
от системы предупреждения появления трещин. Лопасти имеют большой ресурс, но весьма сложны в производстве.
Рисунок 16. Сечение многолонжеронной лопасти несущего винта.
1 – лонжероны, 2 – слои стеклоткани, 3 – сотовый заполнитель.
Композиционные лопасти. Композиционные лопасти, на сегодняшний день, являются самыми распространенными в мире. В России их применяют на вертолетах Ми-28, Ми-34, Ка-50 и др. Конструкции композиционных лопастей весьма многообразны. Сечения некоторых из них представлены на рисунке 17.
Достаточно простые лопасти подразумевают использование С–образного лонжерона и пористого (рисунок 17а) или сотового (рисунок 17б) заполнителя. Более сложные лопасти имеют многозамкнутый лонжерон и приклеенную хвостовой отсек. Пример сечения такого лонжерона показан на рисунке 17в, г, д. Промежуточные стенки, установленные в канале многозамкнутого лонжерона, увеличивают жесткость пустотелой лопасти. Такие лонжероны обладают высокой живучестью, так как при разрушении лонжерона в районе одной из полостей другие могут сохранять несущую способность. Хвостовой отсек лопасти, в настоящее время, чаще делается неразрезным, что значительно упрощает конструкцию.
В качестве материалов изготовления лонжеронов и лопастей используются угле, стекло, органопластики или их комбинации.
Рисунок 17. Сечение композиционных лопастей несущего винта.
а – вертолета ЕС145, б – ЕС332 МК2, в – Ка-50, г - ЕС225,
д - NH90.
1 – стеклопластиковый лонжерон, 2 – пористый заполнитель, 3 – углепластиковое покрытие, 4 – сотовый заполнитель.
2.6. Втулки несущих винтов
Втулка несущего винта вертолета осуществляет передачу крутящего момента от главного редуктора к лопастям несущего винта, при этом выполняя ряд других функций.
По способу крепления лопасти к валу, вращающему винт, несущие винты, можно подразделить на несколько типов.
Несущие винты с трехшарнирной подвеской лопастей (рисунок 18а) и втулкой с универсальным эластомерным подшипником (рисунок 18д) применяются на вертолетах разных
классов. Винт с общим горизонтальным шарниром (рисунок 18б) весьма распространен на сверхлегких и легких вертолетах. В некоторых случаях применяются винты на кардане (рисунок 18в) и с жестким креплением лопастей (рисунок 18г).
Втулки несущего винта с трехшарнирным креплением лопастей широко применялись в вертолетостроении. В настоящее время их использование сокращается, и на новых аппаратах они, практически, не встречаются. В России такие втулки использовались на вертолетах Ми-2, Ми-24, Ми-26 и др. Втулка имеет разнесенные горизонтальные (ГШ), вертикальные (ВШ) и осевые (ОШ) шарниры (рисунок 19). Подобное соединение лопасти дает ей возможность колебаться в нескольких плоскостях.
Рисунок 18. Типы несущих винтов.
а – с трехшарнирной подвеской лопастей; б – с общим горизонтальным шарниром; в – на кардане; г – с жестким креплением лопастей; д- с эластомерным подшипником.
1 – горизонтальный шарнир (ГШ), 2 – вертикальный шарнир (ВШ), 3 – осевой шарнир (ОШ), 4 – общий горизонтальный шарнир, 5 – кардан, 6 – эластомерный подшипник, 7- торсион.
Горизонтальные шарниры обеспечивают маховое движение (колебания в вертикальной плоскости) под действием пе-
ременных по азимуту аэродинамических сил. Вертикальные шарниры позволяют лопастям совершать колебания в плоскости вращения. Эти колебания происходят под действием переменных сил лобового сопротивления и сил Кориолиса. Колебания лопастей относительно вертикального шарнира гасятся гидравлическими демпферами. Обычно демпферы соединяют подвижную и неподвижную часть лопасти.
Благодаря шарнирному креплению лопастей с корпусом втулки, значительно снижаются переменные напряжения в элементах несущего винта.
Осевые шарниры втулки предназначены для изменения углов установки лопастей. Для уменьшения угла установки лопасти при взмахе вверх и увеличения угла установки при движении ее вниз подбирают угол σ1 , образованный осью ГШ и отрезком, соединяющим центр ГШ с концом поводка рычага поворота лопасти.
Рисунок 19. Схема втулки с разнесёнными ГШ.
1- ось вала, 2- ГШ, 3- ВШ, 4-ОШ, 5- гидродемпфер, 6- поводок лопасти.
В некоторых случаях демпферы соединяют между собой подвижные части разных лопастей (рисунок 20), что упрощает конструкцию и облегчает вес несущей системы.
Рисунок 20. Схема карусельной установки демпфера. 1-лопасть, 2-демпфер, 3-ВШ.
Втулки с эластомерными подшипниками являются са-
мыми распространенными. Одна из разновидностей универсальной эластомерной шарнирной втулки представлена на рисунке 21.
Рисунок 21. Схема эластомерного шарнира втулки несущего винта.
1 - слой металла, 2 - слой резины, 3 - металлический стержень, соединяющийся с лопастью.
Принцип действия эластомерного подшипника основан на использовании свойств резины: подвергаться значительным деформациям при растяжении, сжатии и кручении.
Эластомерные подшипники представляют собой съемные блоки, состоящие из слоев резины и металла. Они не требуют смазки, уменьшают количество деталей втулки несущего винта, упрощают эксплуатацию и снижают стоимость. В связи с тем, что резина в подшипнике подвергается термомеханическому воздействию, она быстро стареет. Вследствие этого эластомерные подшипники обычно подлежат замене каждые 4 года.
Втулки с общим ГШ применяются на двухлопастных винтах. Лопасти жестко соединяются между собой. Подвеска на шарнире позволяет исключить влияние асимметрии обтекания.
Центробежные силы лопастей замыкаются на корпусе втулки и не нагружают подшипники, образующие ось ГШ. Для разгрузки комля лопасти от изгибающего момента имеют небольшой конструктивный угол конусности а0 =2…6°. К достоинствам втулок с общим ГШ следует отнести: простоту конструкции втулки, малую массу. Недостатками таких винтов являются большие изгибающие моменты в комле лопасти и большой уровень вибрации на втулке двухлопастного винта, вызываемый второй гармоникой аэродинамических сил. Такая конструкция широко используется на легких и сверхлегких вертолетах для несущих и двухлопастных рулевых винтов.
Втулки на кардане также имеют жесткое крепление лопастей между собой. Втулка крепится к валу с помощью универсального шарнира (кардана). Горизонтальные шарниры заменены карданами. Центробежные силы лопастей замыкаются на корпусе втулки и не нагружают подшипники, образующие ось кардана. ОШ нагружены сильнее, чем у винтов с шарнирным креплением лопастей. Центр кардана для облегчения управления выносят наверх. Такая конструкция широко используется на втулках рулевых винтов.
Втулки с жестким креплением лопастей имеет простую конструкцию, однако в лопастях и валах создаются большие
изгибающие моменты, что приводит к утяжелению конструкции.
Существуют также втулки несущих винтов, рукава которых выполнены из упругих материалов, что позволяет лопастям совершать маховое движение в плоскостях тяги и вращение за счет упругости конструкционного материала. Это частично разгружает комлевую часть лопасти от изгибающих моментов.
2.7. Конструкция втулок несущих винтов
За последние годы конструкция втулок несущего винта претерпела существенные изменения в сторону упрощения.
Наиболее сложной является конструкция трехшарнирной втулки (рисунок 22). Ее корпус 1 обычно изготавливается из стали или титанового сплава. Он закреплен на валу главного редуктора посредством шлиц и центрируется верхним 2 и нижним 17 конусами. Верхнее конусное кольцо состоит из двух половин, а нижнее - разрезное. Сверху корпус закрепляется на валу гайкой. Середины проушин корпуса смещены от оси вращения несущего винта, что позволяет равномерно нагружать подшипники ГШ и ВШ. Проушины корпуса вместе со скобой 5 образуют корпус ГШ. На пальце ГШ 4 установлены внутренние кольца 3 игольчатых подшипников. Наружные кольца находятся в проушинах корпуса. Между кольцами установлены две шайбы, выполняющие роль упорных подшипников скольжения. Они воспринимают осевые усилия, возникающие при колебаниях лопасти относительно ВШ. Между шайбами и внутренними кольцами имеется упорное кольцо. В качестве уплотнения ГШ используются резиновые армированные манжеты. К проушине пальца ГШ крепится шток демпфера ВШ. Для ограничения колебаний лопасти относительно ГШ на втулке имеются упоры. Верхние ограничители необходимы для предотвращения полного закидывания лопастей вверх при сильном ветре. Нижний ограничитель может изменять свое положение в зависимости от частоты вращения. Это вызвано тем, что допустимый угол свеса лопасти при неработающем
Рисунок 22. Конструкция втулки несущего винта.
1 - корпус втулки, 2 - верхний конус, 3 – внутреннее кольцо игольчатых подшипников, 4 – палец ГШ, 5- скоба, 6 – противовес, 7- цапфа ОШ, 8, 11шариковый радиальный подшипник, 9 – двухрядный роликовый подшипник, 10 – корпус ОШ, 12 – пружина, 13, 15 – пальцы, 14 – тяга, 16– собачка, 17 – нижний конус, 18 – рычаг поворота лопасти, 19 – валик рычага поворота лопасти, 20 – подшипник.
винте гораздо меньше, чем потребный угол маха лопасти вниз в полете. Поэтому на скобе имеются постоянные упоры и центробежный ограничитель свеса. Осевой шарнир образован соединением цапфы 7 и корпуса 10 ОШ. К цапфе крепится кронштейн, расположенный на цилиндре гидродемпфера. На хвостовике цапфы установлены подшипники ОШ: два шариковых радиальных 8, 11, которые воспринимают усилия от изгибающих моментов, действующих на лопасть, и упорный двухрядный роликовый 9, воспринимающий центробежную
силу лопасти. Гнезда сепаратора роликового подшипника развернуты под углом 50" к радиальному направлению. При таком расположении гнезд сепаратор не только колеблется, но и непрерывно вращается в одном направлении. В связи с этим ролики постоянно мигрируют и дорожки колец подшипника полностью участвуют в работе. В результате увеличиваются срок службы подшипников и ресурс ОШ. Корпус ОШ выполнен в виде стакана с проушинами для крепления лопасти. Скоба и цапфа образуют корпус ВШ, который конструктивно выполнен аналогично ГШ. Рычаг поворота 18 лопасти крепится болтами к корпусу ОШ. В цилиндрической полости на конце рычага на двухрядном радиально-упорном шарикоподшипнике и радиальном роликовом подшипнике установлен валик 19. В проушине валика на двух шарикоподшипниках 20 установлен палец, соединяющий рычаг поворота лопасти с тягой автомата перекоса.
Центробежный ограничитель (рисунок 23) смонтирован на нижней поверхности вертикального ограничителя 1 с помощью кронштейна 4 и сухаря 2. На кронштейн 4 на двух шариковых подшипниках установлен подвижный кронштейн 5. К нему крепится центробежный упор свеса 9 и две пластины 6, к которым крепится груз 7, состоящий из набора стальных шайб. Пружина 8 одним концом закреплена на кронштейне 4, а другим - за болт крепления груза 7. На малых частотах вращения несущих винтов зуб центробежного упора свеса 9 под действием пружины 8 находится, в зазоре между упорами корпуса втулки 10 и вертикального ограничителя 1, уменьшая, таким образом, свес лопасти.
Контактная поверхность упора 9 плотно прилегает к соответствующим поверхностям на корпусе 10 и вертикальном ограничителе 1. Подшипники ограничителя свеса посажены в корпус кронштейна 4 на резиновых втулках амортизаторах, что разгружает их от больших нагрузок.
При увеличении частоты вращения несущего винта грузы 7 под действием центробежной силы начинают преодолевать сопротивление пружины 8 и выводить зуб упора свеса 9 из за-
зора между упорами на корпусе 10 и вертикальном ограничителе 1.
Рисунок 23. Центробежный ограничитель свеса.
1 - вертикальный ограничитель, 2 - сухарь, 3 - болт, 4 - кронштейн, 5 - подвижный кронштейн, 6 - стальные пластины, 7 - груз, 8- пружина, 9 - упор свеса, 10 - корпус втулки.
При уменьшении частоты вращения несущего винта уменьшается центробежная сила груза 7 и упор 9 под действием пружины 8 возвращается в исходное положение. Таким образом, на рабочих частотах вращения несущего винта упор свеса 9 не препятствует маховому движению лопасти.
В конструкции втулок часто удается узлы навески лопасти совместить с вертикальным шарниром (рисунок 24). В этом случае лопасти непосредственно соединяются с демпфером вертикального шарнира. Конструкция при этом упрощается. Если же соединение с демпфером делается легкоразъемным, то лопасти, поворачиваясь относительно ВШ, могут быть сложены вручную вдоль хвостовой балки.
В настоящее время часто применяются осевые шарниры с торсионом (рисунок 25). Обычно торсион представляет собой набор металлических пластин, которые выдерживают растяги-
