BR102021023416A2

BR102021023416A2 - Junta para um atuador de uma aeronave de rotor, atuador para uma aeronave de rotor, aeronave de rotor, e, método para operar um rotor de cauda de uma aeronave de rotor

Info

Publication number: BR102021023416A2
Application number: BR102021023416-4A
Authority: BR
Inventors: Dario MOLINELLI; Michele RESTUCCIA; Franco Maino
Original assignee: Microtecnica S.R.L.
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2022-07-05
Also published as: CA3138248A1; US20220194574A1; US11827345B2; EP4015856B1; EP4015856A1

Abstract

JUNTA PARA UM ATUADOR DE UMA AERONAVE DE ROTOR, ATUADOR PARA UMA AERONAVE DE ROTOR, AERONAVE DE ROTOR, E, MÉTODO PARA OPERAR UM ROTOR DE CAUDA DE UMA AERONAVE DE ROTOR. É fornecida uma junta (34) para um atuador (20) de uma aeronave de rotor, a junta (34) compreendendo: um alojamento (38) configurado para ser acoplado a uma alavanca de entrada (30) do atuador (20); e um mancal rotativo (44) acoplado ao alojamento (38), o mancal rotativo (44) compreendendo uma pista interna (48) e uma pista externa (50) e configurado para ser acoplado a uma haste de controle (24), em que a pista interna (48) e a pista externa (50) são rotativamente fixas uma em relação à outra até que um torque aplicado à junta (34) ultrapasse um valor de torque de limiar, mediante o qual há uma capacidade de rotação relativa entre a pista interna (48) e a pista externa (50).

Description

JUNTA PARA UM ATUADOR DE UMA AERONAVE DE ROTOR, ATUADOR PARA UMA AERONAVE DE ROTOR, AERONAVE DE ROTOR, E, MÉTODO PARA OPERAR UM ROTOR DE CAUDA DE UMA AERONAVE DE ROTOR

CAMPO TÉCNICO

[001] Esta divulgação se refere a uma junta para um atuador de uma aeronave de rotor. Esta divulgação também se refere a um atuador para uma aeronave de rotor e uma aeronave de rotor, tal como um helicóptero, compreendendo um rotor de cauda e um atuador.

FUNDAMENTOS

[002] Aeronaves de rotor, tal como helicópteros, muitas vezes usam um rotor de cauda em cooperação com um rotor principal para ajudar a controlar a direção de voo (controle de guinada). O rotor principal produz elevação vertical e o rotor de cauda produz empuxo horizontal para neutralizar o torque produzido por rotação do rotor principal.

[003] A quantidade de empuxo produzida pelo rotor de cauda tipicamente depende do ângulo de arfagem das pás do rotor de cauda. O ângulo de arfagem pode ser controlado por um atuador que fornece movimento linear para uma haste de controle de arfagem. Uma extremidade da haste de controle de arfagem é acoplada ao atuador por uma junta, tal como a junta convencional mostrada na Figura 1. A outra extremidade da haste de controle de arfagem é acoplada ao rotor de cauda por um mancal duplex, como mostrado na Figura 2.

[004] O atuador de rotor de cauda é uma característica crítica de segurança porque ele fornece controle sobre o ângulo de guinada da aeronave de rotor e falha do atuador pode resultar em uma falha catastrófica da aeronave de rotor.

[005] O atuador de rotor de cauda é projetado para transportar cargas axiais e de flexão e, em operação normal, experimenta um baixo nível de torque do rotor de cauda. Se o mancal duplex travar ou de outro modo falhar, por exemplo, devido à contaminação do mancal duplex, um aumento em atrito no mancal pode fazer com que uma alta quantidade de torque seja transferida do rotor de cauda, ao longo da haste de controle de arfagem, para o atuador. Esta transferência de torque pode fazer com que o atuador quebre, de modo que a conexão com a haste de controle de arfagem seja perdida. Esta situação pode ser uma falha crítica porque o piloto não tem mais controle do ângulo de arfagem da pá do rotor de cauda e não pode controlar o efeito antitorque do rotor de cauda ou o ângulo de guinada da aeronave de rotor.

[006] Uma vez que o mancal duplex falha, o torque transferido para o atuador começará a aumentar até um ponto no qual um alerta de piloto pode ser emitido antes que o atuador de rotor de cauda falhe. O piloto pode, então, decidir tentar fazer um pouso de emergência antes que o atuador falhe e o controle de guinada seja perdido. No entanto, o tempo disponível para fazer um pouso de emergência é limitado pela resistência do atuador e pela capacidade de suportar o torque transferido sem quebrar. Atuadores convencionais de rotor de cauda têm juntas entre a haste de controle de aarfagem e a alavanca de entrada que são fixadas rotativamente e permitem apenas movimento linear.

[007] Uma junta convencional 1 para um atuador de rotor de cauda é mostrada na Figura 1. Uma alavanca de entrada 2 é acoplada a uma haste de controle de arfagem 4 via um munhão 8 (e em um ponto de articulação 6). A alavanca de entrada 2 pode ser girada por um operador, o que faz com que ela articule em torno do ponto de articulação 6, levando a movimento linear da haste 4 na direção do eixo 10. A haste 4 é fixada ao munhão 8 de modo que ele não possa girar em torno do eixo 10. Por conseguinte, se a haste 4 transferir torque demais para a junta 1, o munhão 8 pode quebrar, de modo que a conexão entre a alavanca de entrada 2 e a haste 4 seja cortada. Esses tipos de juntas podem quebrar de forma relativamente rápida sob torque elevado e podem não fornecer ao piloto tempo suficiente para fazer um pouso de emergência.

[008] Consequentemente, existe uma necessidade de melhorar a durabilidade dos atuadores empregados em rotores de cauda de aeronaves de rotor para aumentar o tempo disponível para um pouso de emergência quando houver elevação indesejável em torque transferido do rotor de cauda para o atuador.

SUMÁRIO

[009] Um aspecto da presente divulgação fornece uma junta para um atuador de uma aeronave de rotor, a junta compreendendo um alojamento configurado para ser acoplado a uma alavanca de entrada do atuador; e um mancal rotativo acoplado ao alojamento, o mancal rotativo compreendendo uma pista interna e uma pista externa e configurado para ser acoplado a uma haste de controle (por exemplo, uma haste de controle de arfagem de pá), em que a pista interna e a pista externa são rotativamente fixas em relação uma a outra até que um torque aplicado à junta ultrapasse um valor de torque de limiar, mediante o qual há uma capacidade de rotação relativa entre a pista interna e a pista externa.

[0010] A junta pode compreender ainda pelo menos um elemento de cisalhamento acoplado ao mancal rotativo para fixar rotativamente a pista interna e a pista externa em relação uma à outra. O pelo menos um elemento de cisalhamento pode ser configurado para quebrar quando um torque aplicado à junta (por exemplo, via a haste de controle) ultrapassa o valor de torque de limiar de modo que mediante o qual haja uma capacidade de rotação relativa entre a pista interna e a pista externa.

[0011] O pelo menos um elemento de cisalhamento pode ser um pino de cisalhamento compreendendo uma cintura estreitada. O pino de cisalhamento pode ser configurado para quebrar na cintura estreitada quando um torque aplicado à junta ultrapassar o valor de torque de limiar.

[0012] O pelo menos um elemento de cisalhamento pode se estender através da pista interna, pista externa e do alojamento e pode ser configurado para quebrar em uma área localizada entre a pista interna e a pista externa.

[0013] A pista externa pode ser acoplada ao alojamento, a pista interna pode ser configurada para ser acoplada a uma haste de controle e a capacidade de rotação relativa entre a pista interna e a pista externa pode ser fornecida pela pista interna sendo rotativa em relação à pista externa.

[0014] A junta pode compreender ainda um sistema de fixação para fixar a junta a uma haste de controle.

[0015] Outro aspecto da presente divulgação fornece um atuador para uma aeronave de rotor compreendendo a junta e uma haste de controle para um rotor de cauda e acoplada à junta, de modo que um torque aplicado à haste de controle seja transferido para a junta, a haste de controle rotativamente fixa em relação à junta até que o torque aplicado à junta via a haste de controle ultrapasse um valor de torque de limiar, em que, quando o torque aplicado à junta via a haste de controle ultrapassa um valor de torque de limiar, a haste de controle fica rotativa com a pista interna e/ou pista externa devido à sua rotatividade relativa, conforme mencionado anteriormente.

[0016] O pelo menos um elemento de cisalhamento pode acoplar o alojamento ao mancal rotativo e à haste de controle. O pelo menos um elemento de cisalhamento (por exemplo, um pino de cisalhamento) pode se estender através de um furo passante no mancal e no alojamento. Uma extremidade do pelo menos um elemento de cisalhamento pode ser recebida dentro de um furo, tal como um furo cego, na haste de controle. Se houver uma pluralidade de elementos de cisalhamento, cada elemento de cisalhamento pode se estender através de ou ser recebido dentro de furos separados no mancal, alojamento e/ou na haste de controle.

[0017] A junta pode ser fixada à haste de controle por um sistema de fixação. O sistema de fixação pode compreender uma primeira porca e uma segunda porca, e movimento axial do alojamento e da pista externa em relação a um eixo longitudinal da haste de controle pode ser restringido pela segunda porca e movimento axial da pista interna pode ser restringido pela primeira porca.

[0018] Quando um torque aplicado à junta ultrapassa um valor de torque de limiar, a pista interna e a primeira porca podem ser rotativas em relação à pista externa, ao alojamento e à segunda porca.

[0019] O atuador pode compreender ainda uma alavanca de entrada acoplada ao alojamento para aplicar uma força à haste de controle via o alojamento, causando movimento linear da haste de controle. A alavanca de entrada pode ser acoplada de forma articulada ao alojamento.

[0020] Outro aspecto da presente divulgação fornece uma aeronave de rotor compreendendo um rotor de cauda e o atuador, em que a haste de controle é acoplada ao rotor de cauda e configurada para controlar arfagem de uma pá do rotor de cauda.

[0021] Outro aspecto da presente divulgação fornece um método para operar um rotor de cauda de uma aeronave de rotor, em que o rotor de cauda é acoplado a uma primeira extremidade de uma haste de controle e uma segunda extremidade da haste de controle é acoplada por uma junta a uma alavanca de entrada, a junta compreendendo um alojamento acoplado à alavanca de entrada e um mancal rotativo acoplado entre o alojamento e a haste de controle, o método compreendendo: receber um torque na junta, o torque transferido do rotor de cauda para a junta pela haste de controle; manter o alojamento, mancal rotativo e a haste de controle rotativamente fixados em relação a um eixo longitudinal através da haste de controle, enquanto o torque recebido na junta permanece abaixo de um valor de limiar; uma vez que o torque recebido na junta ultrapassa o valor de limiar, permitir que a haste de controle e uma pista interna do mancal rotativo girem em torno do eixo longitudinal em relação ao alojamento e uma pista externa do mancal rotativo de modo que o torque transferido para o alojamento diminua abaixo do valor de limiar.

[0022] O alojamento, o mancal rotativo e a haste de controle podem ser mantidos rotativamente fixos em relação ao eixo longitudinal por pelo menos um elemento de cisalhamento que é configurado para quebrar uma vez que o torque recebido na junta ultrapasse o valor de limiar, de modo a permitir que a haste de controle e a pista interna do mancal rotativo girem em torno do eixo longitudinal.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0023] Um ou mais exemplos não limitativos serão agora descritos, apenas a título de exemplo, e com referência às figuras anexas nas quais:
Figura 1 mostra uma junta convencional para um atuador de rotor de cauda;
Figura 2 mostra um conjunto compreendendo um atuador de rotor de cauda de acordo com uma modalidade da presente divulgação;
Figura 3 mostra uma vista em perspectiva mais próxima do atuador de rotor de cauda da Figura 2;
Figura 4 mostra uma vista em corte de uma junta para o atuador de rotor de cauda da Figura 2 de acordo com uma modalidade da presente divulgação;
Figura 5 mostra uma vista em seção transversal da junta da Figura 4;
Figura 6 mostra outra vista em seção transversal da junta, tomada ao longo da linha A-A da Figura 5;
Figura 7 mostra uma vista em perspectiva de parte da junta da Figura 4; e
Figura 8 mostra gráficos ilustrando o efeito de transferência de torque para o atuador de rotor de cauda com o tempo para uma junta convencional e para a junta da Figura 4.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] Com referência à Figura 2, um atuador 20 para um rotor de cauda 22 é mostrado de acordo com uma modalidade da presente divulgação. O atuador 20 é mostrado acoplado a um rotor de cauda 22 de uma aeronave de rotor (não mostrada), tal como um helicóptero, via uma haste de controle de arfagem 24. A haste de controle de arfagem 24 é acoplada ao rotor de cauda 22 por um mancal duplex 26 de modo que movimento linear da haste de controle de arfagem 24 ao longo do eixo longitudinal 28 da haste de controle de arfagem 24 mude a arfagem de pelo menos uma pá do rotor de cauda (não mostrado). Os detalhes de como a haste de controle de arfagem 24 pode controlar arfagem de pá não são descritos aqui, mas serão compreendidos pelos especialistas. O acoplamento da haste de controle de arfagem 24 ao rotor de cauda 22 via o mancal duplex 26 significa que, se o mancal duplex 26 travar ou falhar de outra forma, a quantidade de torque transferida do rotor de cauda 22 para a haste de controle de arfagem 24 e o atuador 20 aumentará.

[0025] O atuador 20 compreende uma alavanca de entrada 30 para aplicar uma força à haste de controle de arfagem 24 para produzir movimento linear da haste de controle de arfagem 24. A força pode ser aplicada por rotação da alavanca de entrada 30 e a atuação da alavanca de entrada 30 pode ser controlada por uma ação por um piloto da aeronave de rotor, tal como a depressão de um pedal na cabine de pilotagem. A alavanca de entrada 30 compreende braços 32 que são acoplados ao atuador 20 por uma junta tipo munhão 34.

[0026] Com referência às Figuras 3, 4 e 5, um eixo 36 se estende entre as extremidades distais dos braços 32 da alavanca de entrada 30 para acoplar a alavanca de entrada 30 à junta 34. A junta 34 compreende um alojamento 38 com um furo 40 que recebe o eixo 36 da alavanca de entrada 30. O furo 40 se estende geralmente perpendicularmente ao eixo de haste de controle 28. A alavanca de entrada 30 pode girar em torno dos eixos longitudinais coincidentes 42 do eixo 36 e do furo 40. Os braços 32 são fixados no eixo 36 por porcas 35 e podem compreender um mancal rotativo 37 para facilitar o movimento de rotação da alavanca de entrada 30 em torno do eixo 36, como mostrado na Figura 6.

[0027] Quando a alavanca de entrada 30 é girada em torno dos eixos 42, a capacidade de a alavanca de entrada 30 articular no alojamento 38 permite que o movimento de rotação da alavanca de entrada 30 seja transladado para uma tração linear ou força de empurrão na haste de controle de arfagem 24 ao longo de seu eixo 28.

[0028] Como mostrado nas Figuras 4, 5 e 6, o alojamento 38 é arranjado concentricamente em torno da haste de controle de arfagem 24 e a junta 34 compreende ainda um mancal rotativo 44 disposto dentro do alojamento 38 e concentricamente em torno da haste de controle de arfagem 24. O mancal compreende elementos rolagem 46 mantidos entre uma pista interna 48 e uma pista externa 50. A pista interna 48 é montada em uma superfície externa da haste de controle de arfagem 24. Figura 7 mostra o mancal rotativo 44 disposto dentro do alojamento 38 sem a haste de controle de arfagem 24.

[0029] Em outros exemplos, o mancal rotativo 44 está disposto dentro da haste de controle de arfagem 24 de modo que a pista externa 50 seja montada em uma superfície interna da haste de controle de arfagem 24.

[0030] Com referência à Figura 5, o alojamento 38 compreende uma superfície interna se estendendo axialmente 52 que toca uma superfície externa se estendendo axialmente 54 da pista externa 50, de modo que o mancal rotativo 44 seja mantido no lugar radialmente em relação ao eixo 28 pelo alojamento 38. O mancal rotativo 44 pode ser qualquer tipo adequado de mancal de esferas ou um mancal de rolos.

[0031] O mancal 44 é mantido no lugar axialmente em relação ao alojamento 38 e a haste de controle de arfagem 24 por um sistema de fixação 56. Nesta modalidade, o sistema de fixação 56 compreende duas porcas 58, 60. A primeira porca 58 é acoplada à extremidade da haste de controle de arfagem 24, por exemplo, por uma conexão roscada, e é configurada para fixar axialmente a pista interna de mancal 48 em relação à haste de controle de arfagem 24. A haste de controle de arfagem 24 pode compreender um lábio 64 com uma superfície se estendendo radialmente contra a qual a pista interna 48 encosta, de modo que a pista interna 48 seja axialmente restrita entre a primeira porca 58 e o lábio 64.

[0032] A segunda porca 60 é montada no alojamento 38 concentricamente em torno da primeira porca 58 e a haste de controle de arfagem 24 e é configurada para fixar axialmente a pista externa 50 em relação ao alojamento 38 e a haste de controle de arfagem 24. A superfície externa se estendendo axialmente 66 da segunda porca 60 é montada em uma superfície interna se estendendo axialmente 68 do alojamento 38. Por exemplo, as superfícies 66, 68 podem ser rosqueadas para engatar entre si por uma conexão rosqueada. O alojamento 38 pode compreender um flange se estendendo radialmente 70 com uma superfície se estendendo radialmente contra a qual a pista externa 50 encosta, de modo que a pista externa 50 seja axialmente restrita entre o flange e a segunda porca 60. O flange 70 pode ser um flange anular 70.

[0033] As porcas 58, 60 podem ser fixadas à junta 34 por dispositivos de travamento, tal como fio de travamento ou contrapinos (não mostrados).

[0034] Será entendido que dentro do escopo desta divulgação outros sistemas de fixação adequados podem ser usados para fixar a junta 34 à haste de controle de arfagem 24.

[0035] Com referência às Figuras 4 a 7, a junta 34 também compreende pelo menos um elemento de cisalhamento 72 para evitar rotação relativa das pistas de mancal internas e externas 48, 50 em torno do eixo 28 até que uma quantidade mínima predeterminada de torque seja transferida para a junta 34 da haste de controle de arfagem 24, por exemplo, via o elemento de cisalhamento 72.

[0036] O número e o tipo de elementos de cisalhamento 72 usados podem depender da resistência de cada elemento de cisalhamento 72, por exemplo, devido ao material e/ou às dimensões do elemento de cisalhamento 72 e aos requisitos de resistência de torque da junta 34. O pelo menos um elemento de cisalhamento 72 pode ser fornecido como um ou mais componentes separados, como na modalidade descrita abaixo, ou pode ser na forma de uma seção integral de pelo menos um do mancal rotativo 44, da haste de controle de arfagem 24 ou do alojamento 38. O pelo menos um elemento de cisalhamento 72 pode compreender uma combinação de componentes separados e seções integrais.

[0037] O elemento de cisalhamento 72 é projetado para quebrar sob a aplicação de um torque mínimo predeterminado transferido para a junta 34 da haste de controle de arfagem 24. O elemento de cisalhamento 72 está disposto dentro da junta 34 de modo que, uma vez que o elemento de cisalhamento 72 é quebrado, a pista interna 48 do mancal 44 está livre para girar com a haste de controle de arfagem 24 e em relação à pista externa 50. Isso evita transferência adicional de torque para o atuador 20 além do mancal para o alojamento 38, que por sua vez protege a junta 34 de quebrar devido ao alto torque. Se o mancal 44 estiver disposto dentro da haste de controle de arfagem 24, então, uma vez que o elemento de cisalhamento 72 é quebrado, a pista externa estaria livre para girar com a haste de controle de arfagem 24 e em relação à pista interna 48.

[0038] O elemento de cisalhamento 72 pode conectar o alojamento 38, a pista externa 50, a pista interna 48 e a haste de controle 24 e ser configurado para quebrar entre a pista externa 50 e pista interna 48. O alojamento 38 e a pista externa 50 podem, então, permanecer rotativamente fixados um ao outro, e a pista interna 48 e a haste de controle 24 podem permanecer rotativamente fixadas entre si, mas podem girar em relação ao alojamento 38 e à pista externa 50.

[0039] Nesta modalidade, o pelo menos um elemento de cisalhamento 72 compreende pinos de cisalhamento 74 acoplando o alojamento 38 à haste de controle de arfagem 24 via o mancal 44 e fixando rotativamente a pista interna 48 em relação à pista externa 50. Figuras 4 a 7 mostram que cada pino de cisalhamento 74 se estende através de um furo passante 80 no alojamento 38 e furos passantes correspondentes 82 nas pistas de mancal 48, 50. A extremidade radialmente interna de cada pino de cisalhamento 74 é recebida por um furo cego 84 na haste de controle de arfagem 24. Quatro pinos de cisalhamento 74 são mostrados nas Figuras 6 e 7, mas será entendido que dentro do escopo desta divulgação o número de pinos de cisalhamento 74 pode ser menor ou maior que quatro.

[0040] Cada pino de cisalhamento 74 nesta modalidade compreende seção transversal circular com uma cintura estreitada 76 na qual o pino de cisalhamento 74 é projetado para quebrar sob aplicação de um torque mínimo predeterminado que é transferido para o pino de cisalhamento 74 através da haste de controle de arfagem 24 do rotor de cauda 22. Os elementos de cisalhamento 72 podem ser projetados para quebrar sob a aplicação de um torque na faixa de 150 Nm a 500 Nm, ou mais estreitamente na faixa de 200 Nm a 300 Nm, por exemplo, 230 Nm.

[0041] Será entendido que os pinos de cisalhamento 74 não estão limitados a este projeto particular e podem ter outras características de cisalhamento em outras modalidades dentro do escopo desta divulgação. Por exemplo, os pinos de cisalhamento 74 podem ter outras formas de seção transversal, tal como uma seção transversal retangular, com uma zona de cisalhamento específica que quebra se o torque ultrapassar um limite. Os pinos de cisalhamento 74 podem não ter cinturas estreitas, mas podem ter uma forma uniforme, tal como uma haste, compreendendo um diâmetro e/ou material escolhido para fornecer propriedades de cisalhamento específicas.

[0042] Uma vez que os pinos de cisalhamento 74 quebraram sob a aplicação do torque mínimo da haste de controle de arfagem 24, a haste de controle de arfagem 24 e a pista de mancal interna 48 estão livres para girar sob o torque aplicado do rotor de cauda 22. Nesta modalidade, a primeira porca 58 do sistema de fixação 56 também girará com a haste de controle de arfagem 24 em relação à pista externa 50, segunda porca 60 e alojamento 38.

[0043] Embora a haste de controle de arfagem 24 esteja livre para girar, a conexão de atuação entre a alavanca de entrada 30 e a haste de controle de arfagem 24 é mantida via o mancal 44 e alojamento 38, de modo que a alavanca de entrada 30 ainda pode transmitir uma força linear para a haste de controle de arfagem 24 para controlar a arfagem da pá de rotor de cauda.

[0044] Portanto, se o mancal duplex 26 no rotor de cauda 22 falhar de modo que o torque na haste de controle de arfagem 24 seja aumentado e transferido para a junta 34, os pinos de cisalhamento 74 quebrarão para proteger a junta 34, permitindo à pista de mancal interna 48 girar com a haste de controle de arfagem 24, mas a alavanca de entrada 30 ainda será capaz de controlar o movimento linear da haste de controle de arfagem 24.

[0045] Por conseguinte, o piloto pode manter controle da arfagem de pá de rotor de cauda e do ângulo de guinada do helicóptero mesmo quando o mancal duplex 26 falhou e um alto torque é transferido do rotor de cauda 22 através da haste de controle de arfagem 24 para o atuador de rotor de cauda 20 . Isto está em contraste com atuadores de rotor de cauda convencionais, nos quais a junta, tal como a junta 1 na Figura 1 entre a alavanca de entrada 2 e a haste de controle de arfagem 4 quebraria sob o torque elevado. Nessas situações, a conexão de atuação entre a alavanca de entrada 2 e a haste de controle de arfagem 4 seria perdida, levando, por sua vez, à perda completa de controle de guinada da aeronave de rotor.

[0046] A tolerância de torque pelo presente atuador de rotor de cauda 20 evita uma falha crítica do helicóptero e mantém controle de guinada para dar ao piloto tempo suficiente para fazer um pouso de emergência.

[0047] O tempo elevado 250 disponível para fazer um pouso de emergência que é fornecido pelo atuador de rotor de cauda 22 tolerante a torque da presente divulgação é demonstrado pelos gráficos 100, 200 na Figura 8. O primeiro gráfico 100 demonstra como a quantidade de torque transferida do rotor de cauda para uma junta de atuador convencional, tal como a junta convencional 1 mostrada na Figura 1, muda com o tempo quando o mancal duplex 26 trava 110. O segundo gráfico 200 demonstra para o atuador tolerante a torque presentemente divulgado 20 como a quantidade de torque transferida do rotor de cauda 22 para o alojamento de junta 38 muda com o tempo quando o mancal duplex 26 trava. A linha pontilhada horizontal 120 em cada gráfico 100, 200 mostra o limite da resistência da junta de atuador convencional 1 e a quantidade de torque que fará com que a junta convencional 1 quebre, levando à perda do controle de guinada.

[0048] Durante operação normal 130, a quantidade de torque transferida permanece em um nível baixo que a haste de controle de arfagem 4, 24 e a junta 1, 34 são projetadas para suportar, por exemplo, em torno de 80 Nm. Mediante travamento do mancal duplex 110, o torque transferido começa a aumentar e um alerta 140 pode ser emitido para o piloto. Uma vez que o alerta 140 tenha sido emitido, por exemplo, quando o torque aumentou até em torno de 170 Nm, o piloto pode começar a fazer um pouso de emergência. Com a junta de atuador convencional 1, o torque transferido continua a aumentar e, como demonstrado na Figura 8, pode começar a aumentar a taxas mais altas. O piloto, portanto, só tem o tempo 150 entre o alerta sendo emitido e o torque transferido atingindo o limite de resistência de atuador convencional 120 para fazer um pouso de emergência.

[0049] Com o atuador 20 e a junta 34 da presente divulgação, o torque transferido para o alojamento 38 apenas aumenta até o limiar de torque máximo 260 ajustado pelos elementos de cisalhamento 72, por exemplo, um torque máximo na faixa de 150 Nm a 500 Nm, ou mais estreitamente na faixa de 200 Nm a 300 Nm, por exemplo 230 Nm. Uma vez que este limiar 260 tenha sido alcançado, os elementos de cisalhamento 72 quebram para permitir que a haste de controle de arfagem 24 e a pista interna 48 do mancal 44 girem sob o excesso de torque transferido do rotor de cauda 22 para a junta 34, em vez deste excesso de torque sendo transferido para o alojamento 38 (onde ele poderia quebrar a conexão com a alavanca de entrada 30). O gráfico mostra que este torque em excesso transferido para o alojamento 38 é, então, eliminado de modo que a quantidade de torque transferida caia até abaixo do nível baixo durante operação normal 130. Quando a junta 34 permite rotação, o torque transferido será o torque passivo do mancal duplex 26, que pode ser de cerca de 1/3 Nm.

[0050] Desta forma, a conexão de atuação fornecida pela junta 34 entre a alavanca de entrada 30 e a haste de controle de arfagem 24 é protegida e a falha do mancal duplex 26 não pode resultar na perda desta conexão e na perda de controle sobre o ângulo de arfagem de pá. O piloto, então, tem uma quantidade de tempo mais longa 250 disponível para fazer um pouso de emergência.

[0051] Uma vez que a aeronave de rotor pousou, o mancal duplex 26 pode ser reparado ou substituído e a junta 34 pode ser substituída ou reajustada, por exemplo, substituindo os elementos de cisalhamento quebrados 72 por novos elementos de cisalhamento não quebrados 72.

[0052] Embora certas vantagens tenham sido discutidas em relação a certas características acima, outras vantagens de certas características podem se tornar aparentes para o especialista após a presente divulgação.

Claims

Junta (34) para um atuador (20) de uma aeronave de rotor, a junta (34) caracterizada pelo fato de que compreende:
um alojamento (38) configurado para ser acoplado a uma alavanca de entrada (30) do atuador (20); e
um mancal rotativo (44) acoplado ao alojamento (38), o mancal rotativo (44) compreendendo uma pista interna (48) e uma pista externa (50) e configurado para ser acoplado a uma haste de controle (24), em que o a pista interna (48) e a pista externa (50) são rotativamente fixas uma em relação à outra até que um torque aplicado à junta (34) ultrapasse um valor de torque de limiar, mediante o qual há uma capacidade de rotação relativa entre a pista interna (48) e a pista externa (50).
Junta de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda pelo menos um elemento de cisalhamento (72) acoplado ao mancal rotativo (44) para fixar rotativamente a pista interna (48) e a pista externa (50) em relação uma à outra, em que o pelo menos um elemento de cisalhamento (72) é configurado para quebrar quando um torque aplicado à junta (34) ultrapassa o valor de torque de limiar de modo que haja uma capacidade de rotação relativa entre a pista interna (48) e a pista externa (50).
Junta de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um elemento de cisalhamento (72) é um pino de cisalhamento (74) compreendendo uma cintura estreitada (76), em que o pino de cisalhamento (74) é configurado para quebrar na cintura estreitada (76) quando um torque aplicado à junta (34) ultrapassa o valor de torque de limiar.
Junta de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que o pelo menos um elemento de cisalhamento (72) se estende através da pista interna (48), da pista externa (50) e do alojamento (38) e é configurado para quebrar em uma área localizada entre a pista interna (48) e a pista externa (50).
Junta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que a pista externa (50) é acoplada ao alojamento (38) e a pista interna (48) é configurada para ser acoplada a uma haste de controle (24), em que a capacidade de rotação relativa entre a pista interna (48) e a pista externa (50) é fornecida pela pista interna (48) sendo rotativa em relação à pista externa (50).
Junta de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que compreende ainda um sistema de fixação (56) para fixar a junta (34) a uma haste de controle (24).
Atuador (20) para uma aeronave de rotor, caracterizado pelo fato de que compreende:
a junta (34) de qualquer das reivindicações 1 a 5; e
uma haste de controle (24) para um rotor de cauda (22) e acoplada à junta (34) de modo que um torque aplicado à haste de controle (24) seja transferido para a junta (34), a haste de controle (24) fixada rotativamente em relação à junta (34) até que o torque aplicado à junta (34) via a haste de controle (24) ultrapasse um valor de torque de limiar, em que, quando o torque aplicado à junta (34) via a haste de controle (24) ultrapassa um valor de torque de limiar, a haste de controle (24) fica rotativa com a pista interna (48) e/ou pista externa (50) devido a sua rotatividade relativa, conforme mencionado.
Atuador de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um elemento de cisalhamento (72) acopla o alojamento (38) ao mancal rotativo (44) e à haste de controle (24).
Atuador de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado pelo fato de que a junta (34) é fixada à haste de controle (24) por um sistema de fixação (56), o sistema de fixação (56) compreendendo uma primeira porca (58) e uma segunda porca (60) ), em que movimento axial do alojamento (38) e da pista externa (50) em relação a um eixo longitudinal (28) da haste de controle (24) é restringido pela segunda porca (60) e movimento axial da pista interna (48) é restringido pela primeira porca (58).
Atuador de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que, quando um torque aplicado à junta (34) ultrapassa um valor de torque de limiar, a pista interna (48) e a primeira porca (58) podem girar em relação à pista externa (50), ao alojamento (38 ) e a segunda porca (60).
Atuador de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma alavanca de entrada (30) acoplada ao alojamento (38) para aplicar uma força à haste de controle (24) via o alojamento (38), causando movimento linear da haste de controle (24).
Aeronave de rotor, caracterizada pelo fato de que compreende um rotor de cauda (22) e o atuador de qualquer das reivindicações 7 a 11, em que a haste de controle (24) é acoplada ao rotor de cauda (22) e configurada para controlar uma arfagem de pá do rotor de cauda (22).
Método para operar um rotor de cauda (22) de uma aeronave de rotor, em que o rotor de cauda (22) é acoplado a uma primeira extremidade de uma haste de controle (24) e uma segunda extremidade da haste de controle (24) é acoplada por um junta (34) a uma alavanca de entrada (30), a junta (34) compreendendo um alojamento (38) acoplado à alavanca de entrada (30) e um mancal rotativo (44) acoplado entre o alojamento (38) e a haste de controle (24), o método caracterizado pelo fato de que compreende:
receber um torque na junta (34), o torque transferido do rotor de cauda (22) para a junta (34) pela haste de controle (24);
manter o alojamento (38), o mancal rotativo (44) e a haste de controle (24) rotativamente fixados em relação a um eixo longitudinal (28) através da haste de controle (24) enquanto o torque recebido na junta (34) permanece abaixo de um valor de limiar;
uma vez que o torque recebido na junta (34) ultrapassa o valor de limiar, permitir que a haste de controle (24) e uma pista interna (48) do mancal rotativo (44) girem em torno do eixo longitudinal (28) em relação ao alojamento ( 38) e uma pista externa (50) do mancal rotativo (44) de modo que o torque transferido para o alojamento (38) diminua abaixo do valor de limiar.
Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o alojamento (38), o mancal rotativo (44) e a haste de controle (24) são mantidos rotativamente fixos em relação ao eixo longitudinal (28) por pelo menos um elemento de cisalhamento (72) que é configurado para quebrar uma vez que o torque recebido na junta (34) ultrapasse o valor de limiar, de modo a permitir que a haste de controle (24) e a pista interna (48) do mancal rotativo (44) girem em torno do eixo longitudinal (28).