EA040564B1 - STEP CONTROL SYSTEM - Google Patents

STEP CONTROL SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
EA040564B1
EA040564B1 EA202090831 EA040564B1 EA 040564 B1 EA040564 B1 EA 040564B1 EA 202090831 EA202090831 EA 202090831 EA 040564 B1 EA040564 B1 EA 040564B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
blade
housing
guide
guide element
control system
Prior art date
Application number
EA202090831
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Райан Майкл Рэндалл
Чуньмэй Чэнь
Original Assignee
Циндао Юниверсити
Циндао Рэндалл Аэродайнемик Энжиниринг
Ллс
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Циндао Юниверсити, Циндао Рэндалл Аэродайнемик Энжиниринг, Ллс filed Critical Циндао Юниверсити
Publication of EA040564B1 publication Critical patent/EA040564B1/en

Links

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к области систем управления углом установки вращающихся лопастей.The present invention relates to the field of rotary blade angle control systems.

Уровень техникиState of the art

Турбомашины в целом включают в себя один или более круговых массивов вращающихся лопастей. Такие массивы включают: осевые вентиляторы, центробежные вентиляторы, смешанные вентиляторы, воздушные винты, несущие винты и лопасти воздушных турбин. Все такие лопасти могут иметь постоянный или изменяемый угол установки лопасти. В системах неподвижного шага обычно изменяют скорость вращения, чтобы получить необходимые значения параметра (например, скорости), в то время как в некоторых системах с переменным шагом поддерживают приблизительно постоянную скорость вращения (например, несущих винтов вертолета).Turbomachines generally include one or more circular arrays of rotating blades. Such arrays include: axial fans, centrifugal fans, mixed fans, propellers, rotors and wind turbine blades. All such blades may have a fixed or variable pitch angle. Fixed pitch systems typically vary the rotation speed to obtain the required parameter values (eg speeds), while some variable pitch systems maintain an approximately constant rotation speed (eg helicopter rotors).

При использовании высокоэффективных или энергоемких турбин часто имеет смысл управлять как шагом, так и скоростью вращения для максимизации аэродинамической эффективности, тяги или другого интересующего параметра. В дополнение к оптимизации характеристик системы управления шагом могут решать такие проблемы, как избыточное вращение.When using high-efficiency or energy-intensive turbines, it often makes sense to control both pitch and rotational speed to maximize aerodynamic efficiency, thrust, or another parameter of interest. In addition to optimizing performance, pitch control systems can address issues such as over-rotation.

Множество существующих систем управления шагом имеют достаточно низкое качество. Шагом может вручную управлять человек, перемещающий рычаг, что приводит к неоптимальным сочетаниям шага и скорости вращения. В случае воздушных винтов с изменяемым шагом пилот может эффективно установить шаг воздушного винта один раз перед взлетом и еще раз во время полета в крейсерском режиме. В этом случае шаг изменяется только дважды в течение нескольких часов. Если бы шаг автоматически и непрерывно изменялся в зависимости от скорости вращения на протяжении всего полета, преимущества такого режима могли бы включать в себя снижение расхода топлива, увеличение дальности и продолжительности полета.Many existing pitch control systems are of rather poor quality. Pitch can be manually controlled by the person moving the lever, resulting in sub-optimal combinations of pitch and rotational speed. In the case of variable pitch propellers, the pilot can effectively set the propeller pitch once before takeoff and again during cruise flight. In this case, the pitch changes only twice within a few hours. If the pitch were to automatically and continuously change depending on the rotational speed throughout the flight, the benefits of such a mode could include reduced fuel consumption, increased range and flight duration.

Существующие системы управления шагом могут автоматически и непрерывно изменять угол установки лопасти. Например, в вертолетах используются сложные шарнирные сочленения, автоматы перекоса и другие механизмы для вызова повторяющегося цикла установки угла установки лопасти. Цикл установки шага используют для управления креном и тангажом вертолета. Эти системы управления шагом соответствуют только узкому диапазону случаев применения.Existing pitch control systems can automatically and continuously change the pitch of the blade. For example, helicopters use complex articulations, swashplates, and other mechanisms to cause a repeating blade pitch cycle. The pitch set cycle is used to control the roll and pitch of the helicopter. These pitch control systems only fit a narrow range of applications.

Существующие усовершенствованные системы управления шагом могут непрерывно и автоматически регулировать угол установки лопасти даже во время операции изменения скорости вращения, но не имеют широкого применения из-за их сложности и высокой стоимости. Для множества турбомашин может быть обеспечено преимущество путем использования более простой и менее дорогостоящей системы, которая подходит для небольших лопастей, включая воздушные винты радиоуправляемых летательных аппаратов.Existing advanced pitch control systems can continuously and automatically adjust the pitch of the blade even during the rotation speed change operation, but are not widely used due to their complexity and high cost. Many turbomachines can be advantageous by using a simpler and less expensive system that is suitable for small blades, including radio controlled aircraft propellers.

В настоящее время, передовые системы управления шагом почти исключительно применяются к большим и дорогостоящим турбомашинам, в том числе большим ветровым турбинам. В случае больших ветровых турбин эти системы обычно включают в себя отдельный двигатель для каждой лопасти. Каждый двигатель имеет шестерню, которая сопряжена с зубьями, вырезанными в лопасти или в части, которая прикреплена к лопасти. Двигатель получает электрические команды от бортового компьютера на основании внутренних программ и данных, полученных от: анемометров, термометров, тахометров и других датчиков. Несмотря на свою функциональность, такие системы также являются сложными и дорогими. Ошибка или неисправность любого датчика может привести к: ухудшению характеристик системы, серьезному повреждению и/или полной остановке работы ветровой турбины. Такие системы также подвержены воздействию разрядов молнии, отключениям электроэнергии и другим неисправностям электрической системы, а также ошибкам пользователя, которые могут происходить, когда человек передает команды, изменяет параметры настройки или обновляет программное обеспечение. Время простоя может повлечь за собой большие расходы, поскольку техническое обслуживание обычно происходит на высоких башнях в удаленных местах. Уровень техники даже для больших турбомашин может быть усовершенствован путем использования более простой и надежной системы управления шагом.At present, advanced pitch control systems are almost exclusively applied to large and expensive turbomachines, including large wind turbines. In the case of large wind turbines, these systems usually include a separate motor for each blade. Each motor has a gear that is mated with teeth cut into the blade or part that is attached to the blade. The engine receives electrical commands from the on-board computer based on internal programs and data received from: anemometers, thermometers, tachometers and other sensors. Despite their functionality, such systems are also complex and expensive. An error or malfunction of any sensor can result in: degraded system performance, severe damage and/or complete shutdown of the wind turbine. Such systems are also susceptible to lightning strikes, power outages and other electrical system failures, as well as user errors that can occur when a person sends commands, changes settings, or updates software. Downtime can be costly as maintenance usually takes place on tall towers in remote locations. The state of the art, even for large turbomachines, can be improved by using a simpler and more reliable pitch control system.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

В настоящем изобретении предложена система управления шагом в турбомашиностроении, которая решает вышеуказанные проблемы уровня техники. Система (100) управления шагом содержит втулку (12) по меньшей мере с двумя корпусами (2) для лопасти. Корпуса (2) для лопасти расположены круговым массивом вокруг оси (40) втулки. Лопасть (1) взаимодействует с каждым корпусом (2) для лопасти, так что лопасть (1) может перемещаться по спирали в направлении к оси (40) втулки и от оси (40) втулки вдоль сегмента спирального пути (43) для вызова изменения угла установки лопасти (1). Направление спирали проходит вдоль продольной оси (41) корпуса. Существует воображаемая плоскость (42), ортогональная к оси (40) втулки. Продольная ось корпуса (41) ориентирована под углом θ относительно воображаемой плоскости (42). Значение θ равно 30° или меньше.The present invention provides a turbomachine pitch control system that solves the above problems of the prior art. The pitch control system (100) includes a bushing (12) with at least two housings (2) for the blade. Cases (2) for the blade are arranged in a circular array around the axis (40) of the bushing. The vane (1) interacts with each vane body (2) so that the vane (1) can move in a helical direction towards the hub axle (40) and away from the hub axle (40) along a segment of the helical path (43) to cause an angle change blade installation (1). The direction of the helix runs along the longitudinal axis (41) of the body. There is an imaginary plane (42) orthogonal to the axis (40) of the hub. The longitudinal axis of the housing (41) is oriented at an angle θ relative to an imaginary plane (42). The θ value is 30° or less.

Один или более упругих элементов (3) прямо или косвенно притягивают лопасть (2) к оси (40) втулки. Механизм (4) установки шага обеспечивает возможность перемещения лопасти (1) по спиралиOne or more elastic elements (3) directly or indirectly attract the blade (2) to the axis (40) of the hub. The mechanism (4) for setting the pitch provides the ability to move the blade (1) in a spiral

- 1 040564 вдоль продольной оси (41) корпуса. Лопасть (1) подвергается воздействию упругой и центробежной сил. Упругая сила является результатом действия одного или более упругих элементов. Центробежная сила является результатом вращения втулки (12), которое принуждает лопасти (1) вращаться вокруг оси (40) втулки. Каждая сила имеет противодействующую компоненту, ориентированную в продольном направлении (41) корпуса. Лопасть (1) перемещается в направлении от оси (40) втулки, когда компонента центробежной силы больше, чем компонента упругой силы (без учета других сил, включая аэродинамическую, гравитационную и фрикционную). Когда компонента центробежной силы меньше, чем компонента упругой силы, лопасть (1) притягивается к оси (40) втулки.- 1 040564 along the longitudinal axis (41) of the housing. The blade (1) is subjected to elastic and centrifugal forces. The elastic force is the result of the action of one or more elastic elements. The centrifugal force is the result of the rotation of the hub (12) which forces the blades (1) to rotate around the axle (40) of the hub. Each force has a counteracting component oriented in the longitudinal direction (41) of the body. The blade (1) moves in a direction away from the hub axle (40) when the centrifugal force component is greater than the elastic force component (ignoring other forces, including aerodynamic, gravitational and frictional forces). When the component of the centrifugal force is less than the component of the elastic force, the blade (1) is attracted to the axis (40) of the hub.

Механизм (4) установки шага включает в себя направляющую (5), которая простирается вдоль сегмента спирального пути (43), и сопряженную с направляющей часть (6), причем направляющая (5) и сопряженная с направляющей часть (6) связаны отношениями связанного перемещения, которые включают скольжение или качение вдоль друг друга для обеспечения возможности перемещения лопасти (1) по спирали вдоль продольной оси (41) корпуса.The pitch setting mechanism (4) includes a guide (5) that extends along a segment of the spiral path (43) and a part (6) associated with the guide, whereby the guide (5) and the guide part (6) associated with the guide are connected by coupled displacement relations , which include sliding or rolling along each other to enable the blade (1) to move in a spiral along the longitudinal axis (41) of the housing.

Корпуса (2) для лопасти могут иметь две боковых поверхности, т.е. внутреннюю боковую поверхность (44) и наружную боковую поверхность (45). Комли (16) лопастей также могут иметь две боковых поверхности: внутреннюю боковую поверхность (46) и наружную боковую поверхность (47). Существуют два способа выполнения направляющей (5) и сопряженных с направляющей частей (6). Согласно первому способу направляющие (5) могут быть размещены на боковой поверхности (44, 45) корпуса для лопасти, в то время как сопряженная с направляющей часть расположена на боковой поверхности (46, 47) комля лопасти. Альтернативно каждая направляющая может быть расположена на боковой поверхности (46, 47) комля лопасти, в то время как сопряженные с направляющей части могут быть размещены на боковой поверхности (44, 45) корпуса для лопасти. Набор подшипников может быть расположен на комле (16) лопасти и/или корпусе (2) для лопасти для уменьшения трения между комлем (16) лопасти и корпусом (2) для лопасти или между направляющими (5) и сопряженными с направляющей частями (6). Обтекатель (13) расположен на втулке (12) и вращается вокруг оси (40) втулки. Обтекатель (13) по существу имеет форму купола или конуса.The housings (2) for the blade may have two side surfaces, i. e. inner side surface (44) and outer side surface (45). The butts (16) of the blades can also have two side surfaces: an inner side surface (46) and an outer side surface (47). There are two ways to make the guide (5) and the parts associated with the guide (6). According to the first method, the guides (5) can be placed on the side surface (44, 45) of the blade housing, while the part associated with the guide is located on the side surface (46, 47) of the blade butt. Alternatively, each guide can be located on the side surface (46, 47) of the butt of the blade, while the parts associated with the guide can be placed on the side surface (44, 45) of the blade housing. A set of bearings can be located on the butt (16) of the blade and / or housing (2) for the blade to reduce friction between the butt (16) of the blade and the housing (2) for the blade or between the guides (5) and associated with the guide parts (6) . The fairing (13) is located on the sleeve (12) and rotates around the axis (40) of the sleeve. Fairing (13) essentially has the shape of a dome or cone.

Упругие элементы (3) расположены внутри втулки (12) и/или корпуса (2) для лопасти. Упругие элементы (3) могут быть прямо или косвенно прикреплены одним концом к комлям (16) лопасти и другим концом к корпусам (2) для лопасти, втулке (12), валу (10), обтекателю (13) или механизму (7) компенсации веса лопасти.The elastic elements (3) are located inside the sleeve (12) and/or housing (2) for the blade. The elastic elements (3) can be directly or indirectly attached with one end to the butts (16) of the blade and the other end to the housings (2) for the blade, the sleeve (12), the shaft (10), the fairing (13) or the compensation mechanism (7) blade weight.

Наружный диаметр комлей (16) лопасти может быть меньше, чем внутренний диаметр корпусов (2) для лопасти, так что комли (16) лопасти скользят в соответствующих им корпусах (2) для лопасти. Согласно еще одному варианту реализации комли (16) лопасти могут иметь внутренние диаметры, которые больше, чем наружные диаметры соответствующих им корпусов (2) для лопасти, так что комли (16) лопасти скользят поверх соответствующих им корпусов (2) для лопасти. Корпуса (2) для лопасти могут полностью или частично содержаться внутри втулки (12) или полностью находиться за пределами втулки (12).The outer diameter of the butt (16) of the blade may be smaller than the inner diameter of the bodies (2) for the blade, so that the butts (16) of the blade slide in their respective bodies (2) for the blade. According to another embodiment, the blade butts (16) may have inner diameters that are larger than the outer diameters of their respective blade housings (2), so that the blade butts (16) slide over their respective blade housings (2). The housings (2) for the blade may be wholly or partly contained within the hub (12) or wholly outside the hub (12).

Система управления шагом также может содержать механизм (7) компенсации веса лопасти, который полностью или частично противостоит нарушающему балансировку воздействию веса лопасти на продольное положение корпуса для лопасти относительно других лопастей. Механизм (7) компенсации веса лопасти содержит направляющий элемент (8) и сопряженную с направляющим элементом часть (9). Направляющий элемент (8) расположен вокруг оси (40) втулки и образует замкнутый контур. Перемещение сопряженной с направляющим элементом части (9) вокруг направляющего элемента (8) является ограниченным. Направляющий элемент (8) может иметь некруглое поперечное сечение и/или может быть вертикально смещен относительно оси (40) втулки.The pitch control system may also include a blade weight compensation mechanism (7) that fully or partially resists the unbalanced effect of the blade weight on the longitudinal position of the blade housing relative to other blades. The blade weight compensation mechanism (7) comprises a guide element (8) and a part (9) coupled with the guide element. The guide element (8) is located around the axis (40) of the sleeve and forms a closed loop. The movement of the part (9) associated with the guide element around the guide element (8) is limited. The guide element (8) may have a non-circular cross section and/or may be vertically offset relative to the axis (40) of the sleeve.

В некоторых вариантах реализации системы управления шагом могут использоваться упругие элементы (3), которые являются цилиндрическими пружинами, выровненными с продольной осью (41) корпуса. Упругие элементы (3) проходят через втулку (12), боковую стенку (27), корпус (2) для лопасти и соединены одним концом с комлем (16) лопасти и другим концом с механизмом (7) компенсации веса лопасти.In some implementations of the pitch control system, elastic elements (3) may be used, which are coil springs aligned with the longitudinal axis (41) of the housing. Elastic elements (3) pass through bushing (12), side wall (27), housing (2) for the blade and are connected at one end to the butt (16) of the blade and at the other end to the blade weight compensation mechanism (7).

В предпочтительном варианте реализации системы управления шагом используется направляющий элемент (8), сопряженная с направляющим элементом часть (9) которого также является концентрической с направляющим элементом (8) и осью (40) втулки. Сопряженная с направляющим элементом часть (9) вращается вокруг направляющего элемента (8). В предпочтительном варианте реализации используется упругий элемент (3), являющийся пружиной (48) кручения, которая окружает внутреннюю часть или наружную часть направляющего элемента (8) и присоединена к сопряженной с направляющим элементом части (9).In the preferred implementation of the pitch control system, a guide element (8) is used, the part (9) associated with the guide element of which is also concentric with the guide element (8) and the axis (40) of the bushing. The part (9) associated with the guide element rotates around the guide element (8). In the preferred embodiment, an elastic element (3) is used, which is a torsion spring (48), which surrounds the inner part or the outer part of the guide element (8) and is attached to the part (9) associated with the guide element.

В предпочтительном варианте реализации также используются стержни (19), расположенные круговым массивом вокруг оси (40) втулки. Каждый из стержней имеет два конца. Один конец расположен внутри комля (16) лопасти или корпуса (2) лопасти и прямо или косвенно соединен с комлями (16) лопастей. Другой конец проходит через боковую стенку (27) во втулку (12), где он шарнирно соединен с одним концом рычага (24). Другой конец рычага (24) шарнирно соединен с сопряженной с направляющим элементом частью (9). Вкладыш (22) используют для уменьшения трения между стержнем (19) и боковойIn a preferred embodiment, rods (19) are also used, arranged in a circular array around the axis (40) of the sleeve. Each rod has two ends. One end is located inside the butt (16) of the blade or body (2) of the blade and is directly or indirectly connected to the butts (16) of the blades. The other end passes through the side wall (27) into the sleeve (12) where it is pivotally connected to one end of the lever (24). The other end of the lever (24) is pivotally connected to the part (9) conjugated with the guide element. The insert (22) is used to reduce friction between the rod (19) and the side

- 2 040564 стенкой (27) втулки, когда стержень (19) скользит во втулку и из нее. Подшипник (20) используют для уменьшения трения, когда лопасть (1) вращается относительно стержня (19).- 2 040564 wall (27) of the bushing, when the rod (19) slides into and out of the bushing. The bearing (20) is used to reduce friction when the blade (1) rotates relative to the rod (19).

По сравнению с уровнем техники преимуществами настоящего изобретения являются:Compared to the prior art, the advantages of the present invention are:

1) широкая применимость;1) wide applicability;

2) простота;2) simplicity;

3) низкая стоимость;3) low cost;

4) низкие эксплуатационные расходы;4) low operating costs;

5) долговечность;5) durability;

6) надежность, которая не подвержена воздействию:6) reliability that is not affected by:

a. потери питания;a. power loss;

b. неисправности электронных средств;b. malfunctions of electronic means;

c. погрешности датчиков; илиc. sensor errors; or

d. ошибки пользователя.d. user errors.

Краткое описание нескольких видов на чертежахBrief description of several views in the drawings

На фиг. 1А изображена система управления шагом трехлопастного воздушного винта или турбины с главными плоскостью и осями.In FIG. 1A shows the pitch control system of a three-blade propeller or turbine with main plane and axes.

На фиг. 1В изображен заданный диапазон углов, ограничивающий угловое отклонение корпусов для лопасти.In FIG. 1B shows a predetermined range of angles limiting the angular deflection of the housings for the blade.

На фиг. 2 изображена система управления шагом, прикрепленная к двигателю.In FIG. 2 shows a pitch control system attached to a motor.

На фиг. 3 изображена система управления шагом с корпусом, окружающим двигатель или генератор.In FIG. 3 shows a pitch control system with a housing surrounding a motor or generator.

На фиг. 4 изображен увеличенный вид одиночной лопасти и корпуса для лопасти для варианта А реализации.In FIG. 4 is an enlarged view of a single blade and blade housing for Embodiment A.

На фиг. 5 представлено покомпонентное объемное изображение варианта А реализации.In FIG. 5 is an exploded 3D view of Embodiment A.

На фиг. 6 представлено прозрачное покомпонентное объемное изображение варианта А реализации.In FIG. 6 shows a transparent exploded 3D view of Embodiment A.

На фиг. 7 изображена альтернативная форма варианта А реализации, где комель лопасти скользит поверх корпуса лопасти.In FIG. 7 shows an alternative form of Embodiment A where the blade butt slides over the blade body.

На фиг. 8 изображены направляющие на комле лопасти и сопряженные с направляющей части на корпусе для лопасти.In FIG. 8 shows guides on the butt of the blade and coupled with the guide part on the housing for the blade.

На фиг. 9 изображены сопряженные с направляющей части низкого трения.In FIG. 9 shows low-friction mated guide parts.

На фиг. 10 изображен вариант А реализации с корпусами для лопасти внутри втулки.In FIG. 10 shows embodiment A with blade housings inside the hub.

На фиг. 11 изображена альтернативная удерживающая часть для варианта А реализации.In FIG. 11 shows an alternative holding part for Embodiment A.

На фиг. 12 изображен вид в разрезе варианта В реализации с механизмом компенсации веса лопасти.In FIG. 12 is a sectional view of Embodiment B with a blade weight compensation mechanism.

На фиг. 13 изображена крышка двигателя для варианта В реализации.In FIG. 13 shows the engine cover for Embodiment B.

На фиг. 14 изображен приведенный в качестве примера двигатель для варианта В реализации.In FIG. 14 shows an exemplary engine for Embodiment B.

На фиг. 15 изображена собранные лопасть и корпус для лопасти для варианта В реализации.In FIG. 15 shows the assembled blade and blade housing for Embodiment B.

На фиг. 16 представлено объемное покомпонентное изображение деталей лопасти и корпуса для лопасти для варианта В реализации.In FIG. 16 is an exploded view of the details of the blade and blade housing for Embodiment B.

На фиг. 17 представлено объемное изображение приведенной в качестве примера сопряженной с направляющим элементом части.In FIG. 17 is a three-dimensional view of an exemplary guide member-associated portion.

На фиг. 18 изображены приведенные в качестве примера направляющие элементы.In FIG. 18 shows exemplary guide elements.

На фиг. 19 изображен вид в разрезе направляющих элементов.In FIG. 19 is a sectional view of the guide elements.

На фиг. 20 представлено объемное покомпонентное изображение направляющих элементов.In FIG. 20 is an exploded view of the guide elements.

На фиг. 21 изображены направляющие элементы и сопряженные с направляющим элементом части, установленные на место.In FIG. 21 shows the guide elements and the parts associated with the guide element, installed in place.

На фиг. 22 изображен прозрачный вид спереди направляющих элементов с сопряженными с направляющим элементом частями, на котором ясно видна некруглая форма и вертикальное смещение направляющего элемента.In FIG. 22 is a transparent front view of the guide elements with their mating portions, clearly showing the non-circular shape and the vertical offset of the guide element.

На фиг. 23 изображены упругие элементы, прикрепленные к сопряженным с направляющим элементом частям.In FIG. 23 shows elastic elements attached to the parts mating with the guide element.

На фиг. 24 изображены наземная и связанная с корпусом для лопасти системы координат.In FIG. 24 shows the ground and hull coordinate systems for the blade.

На фиг. 25 изображены важные силы и моменты, действию которых подвергается лопасть.In FIG. 25 shows the important forces and moments to which the blade is subjected.

На фиг. 26 изображена ортогональная система координат, используемая для показа нормали и бинормали.In FIG. 26 shows the orthogonal coordinate system used to display the normal and binormal.

На фиг. 27 изображена связанная с направляющей система координат относительно системы координат, связанной со втулкой.In FIG. 27 shows the coordinate system associated with the guide relative to the coordinate system associated with the sleeve.

На фиг. 28 изображен вариант С реализации с удаленным обтекателем.In FIG. 28 shows embodiment C with the fairing removed.

На фиг. 29 представлено объемное покомпонентное изображение лопасти и корпуса для лопасти согласно варианту С реализации.In FIG. 29 is an exploded view of a blade and blade housing according to Embodiment C.

На фиг. 30 представлено еще одно объемное покомпонентное изображение лопасти и корпуса для лопасти согласно варианту С реализации.In FIG. 30 is another exploded view of a blade and blade housing according to Embodiment C.

- 3 040564- 3 040564

На фиг. 31 изображен вид в разрезе собранного варианта С реализации.In FIG. 31 is a sectional view of an assembled Embodiment C.

На фиг. 32 представлено объемное покомпонентное изображение расположенных внутри втулки частей для варианта С реализации.In FIG. 32 is an exploded view of the parts inside the sleeve for Embodiment C.

На фиг. 33 изображен сегмент спирального пути на наружной боковой поверхности комля лопасти с вырезанной направляющей вдоль указанного пути.In FIG. 33 shows a segment of the spiral path on the outer side surface of the butt of the blade with a guide cut out along the indicated path.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Динамика.Dynamics.

Лопасти установлены в корпусах для лопасти, которые расположены во втулке по ее окружности. Ко всем вращающимся лопастям приложена центробежная сила, которая пропорциональна квадрату скорости вращения втулки. Чем выше скорость вращения, тем больше центробежная сила, отделяющая лопасть от втулки. Центробежной силе противодействует упругий элемент. Для обсуждения временно предположено, что упругим элементом является линейная пружина, которая растягивается при увеличении скорости вращения. При растяжении пружины лопасть вынуждена поворачиваться вокруг ее продольной оси, перемещаясь вдоль направляющих своими ответными сопряженными с указанными направляющими частями. Сопряженные с направляющей части могут быть выполнены с возможностью жесткого увеличения шага при увеличении скорости вращения (в случае воздушного винта) или увеличения шага больше безопасной зоны (в случае турбины) с последующим уменьшением и/или обнулением шага, если скорость вращения становится слишком высокой.The blades are mounted in housings for the blade, which are located in the sleeve along its circumference. All rotating blades are subjected to centrifugal force, which is proportional to the square of the speed of rotation of the hub. The higher the rotation speed, the greater the centrifugal force that separates the blade from the hub. The centrifugal force is counteracted by an elastic element. For discussion, it is temporarily assumed that the elastic element is a linear spring, which stretches with increasing rotation speed. When the spring is stretched, the blade is forced to rotate around its longitudinal axis, moving along the guides with its reciprocal paired with the specified guide parts. The guide mating portions can be configured to hard increase the pitch as the rotation speed increases (in the case of a propeller) or increase the pitch beyond the safe zone (in the case of a turbine) and then decrease and/or zero the pitch if the rotation speed becomes too high.

Система управления шагом разработана нетривиальным способом конструирования, который специалисту в данной области техники, возможно, не сразу будет понятен. Для анализа динамики и поведения с целью облегчения соответствующего проектирования конструкции для данного случая применения должна быть создана динамическая модель системы. Для иллюстрации данного способа построена приведенная в качестве примера динамическая модель вращения втулки с постоянной скоростью в вертикальной плоскости с весом лопасти в качестве грузика согласно варианту реализации В. Эта модель может быть легко приведена в соответствие с функционированием без учета веса лопасти (согласно варианту реализации А) и может дать понимание моделирования различных других вариантов реализации системы управления шагом, включая вариант реализации С.The pitch control system is designed in a non-trivial way of design that a person skilled in the art may not immediately understand. To analyze the dynamics and behavior in order to facilitate the appropriate design of the structure for a given application, a dynamic system model must be created. To illustrate this method, an exemplary dynamic model of rotation of the hub at constant speed in a vertical plane with the weight of the blade as a weight according to embodiment B is built. This model can be easily adjusted to function without taking into account the weight of the blade (according to embodiment A) and can provide insight into modeling various other pitch control system implementations, including implementation C.

Для этого полезно образовать систему координат, связанную с Землей (наземную систему координат), и систему координат, связанную с втулкой (втулочную систему координат). XYZ - наземная система координат, и xyz - система координат, связанная со втулкой, как изображено на фиг. 24. Центр обеих систем определен в точке, в которой пересекаются осевые линии корпусов для лопасти. Ось X является вертикальной, ось Y выходит из страницы, и ось Z является горизонтальной. Оси y и Y всегда коллинеарны, но оси x и z изменяют свою ориентацию при повороте втулки на некоторый угол β, так что ось z всегда проходит вдоль осевой линии одного корпуса для лопасти.To do this, it is useful to form a coordinate system associated with the Earth (terrestrial coordinate system) and a coordinate system associated with the hub (hub coordinate system). XYZ is the ground coordinate system and xyz is the coordinate system associated with the hub, as shown in FIG. 24. The center of both systems is defined at the point where the center lines of the housings for the blade intersect. The x-axis is vertical, the y-axis exits the page, and the z-axis is horizontal. The y and y axes are always collinear, but the x and z axes change their orientation when the hub is rotated through some angle β, so that the z axis always runs along the centerline of one blade housing.

Следует подробно рассмотреть силы и моменты, прикладываемые к лопасти, для моделирования и понимания ее перемещения, включая ее реакции на возмущающие воздействия. Такие силы обусловлены аэродинамикой, силой тяжести, взаимодействиями между направляющими и сопряженными с указанными направляющими частями, центробежной силой, упругой силой и взаимодействиями между лопастью и корпусом для лопасти. Для понимания указанных сил и моментов является полезной диаграмма свободного тела, изображенная на фиг. 25.The forces and moments applied to a blade should be considered in detail in order to model and understand its movement, including its response to disturbances. Such forces are due to aerodynamics, gravity, interactions between guides and associated with said guides, centrifugal force, elastic force and interactions between the blade and the housing for the blade. In order to understand these forces and moments, the free body diagram shown in FIG. 25.

Имеются четыре ключевых точки: A, C, R и G. Точка A является аэродинамическим фокусом лопасти, и в этой точке к лопасти приложены аэродинамическая сила и момент (W“)·There are four key points: A, C, R and G. Point A is the aerodynamic focus of the blade, and at this point an aerodynamic force and moment ( W “) are applied to the blade

Предполагается, что аэродинамическая сила, действующая в направлении оси z, пренебрежимо мала, как и аэродинамические моменты вокруг осей x и y.It is assumed that the aerodynamic force acting in the z direction is negligible, as are the aerodynamic moments around the x and y axes.

Точка С является центром масс лопасти, и в этой точке к лопасти приложена центробежная сила (£) и сила (обусловленная весом лопасти. Вес лопасти при ее вращении может действовать в различных связанных со втулкой координатных направлениях. К сожалению, указанный вес в целом действует в плоскости xz и вносит свой вклад в силу, действующую в направлении оси z, что приводит к циклическому изменению силы оттягивания лопасти, которая в конечном счете определяет угол установки каждой лопасти. Поскольку угол установки каждой лопасти циклически изменяется, будет происходить циклическое изменение всех приложенных сил и моментов с частотой вращения лопасти. Механизм компенсации веса лопасти предназначен для коррекции этого эффекта путем выталкивания лопасти наружу, когда она находится в верхней части своего цикла вращения, и втягиванием лопасти внутрь, когда она находится в нижней части своего цикла. В результате положение лопасти вдоль оси z не будет зависеть от ее углового положения, т.е. угла β, но только от скорости вращения втулки. Математически можно смоделировать работу механизма компенсации веса лопасти путем изменения свободной длины zs0 пружины как функции угла β.Point C is the center of mass of the blade, and at this point centrifugal force (£) and force (due to the weight of the blade) are applied to the blade. The weight of the blade during its rotation can act in various coordinate directions associated with the sleeve. Unfortunately, the indicated weight generally acts in the xz plane and contributes to the force acting in the z-direction, which results in a cycling of the blade retraction force, which ultimately determines the pitch angle of each blade.As the pitch angle of each blade is cycling, there will be a cycling of all applied forces and The blade weight compensation mechanism is designed to correct for this effect by pushing the blade out when it is at the top of its rotation cycle and pulling the blade in when it is at the bottom of its cycle. z will not depend on its angular position, i.e. the angle β, but only on the speed of rotation of the sleeve. Mathematically, it is possible to simulate the operation of the blade weight compensation mechanism by changing the free length z s0 of the spring as a function of the angle β.

Важный вопрос состоит в том, можно ли избежать дополнительных расходов и осложнений, связанных с механизмом компенсации веса лопасти. Вес лопасти является постоянным, тогда как центробежная сила пропорциональна квадрату скорости вращения втулки, поэтому при больших скоростях вращения центробежная сила будет доминировать над весом. Кроме того, действие веса лопасти можетAn important question is whether the additional costs and complications associated with the blade weight compensation mechanism can be avoided. The weight of the blade is constant, while the centrifugal force is proportional to the square of the rotational speed of the hub, so at high rotational speeds the centrifugal force will dominate the weight. In addition, the effect of the weight of the blade can

- 4 040564 быть уменьшено путем проектирования лопастей с увеличением массовых плотностей в направлении к кончикам лопастей, что также увеличит центробежную силу относительно веса. Чтобы избежать резонанса, система может быть спроектирована таким образом, что ее собственные частоты будут находиться за пределами диапазона скоростей вращения. Также может быть применено регулируемое демпфирование системы. Может быть рассмотрена простая точечная масса, вращающаяся в вертикальной плоскости, соединенная струной с центром ее вращения. Когда точечная масса находится в своем самом низком положении, центробежная сила и вес действуют в одном направлении, и в этом случае растягивающее напряжение в струне составляет:- 4 040564 be reduced by designing the blades with increasing mass densities towards the tips of the blades, which will also increase the centrifugal force relative to the weight. To avoid resonance, the system can be designed so that its natural frequencies are outside the range of rotational speeds. Adjustable system damping can also be applied. A simple point mass can be considered, rotating in a vertical plane, connected by a string to its center of rotation. When the point mass is at its lowest position, centrifugal force and weight act in the same direction, in which case the tensile stress in the string is:

Fr = m-(i2l+g)· где l - длина струны, и g - ускорение свободного падения.F r = m-(i 2 l+g)· where l is the length of the string and g is the gravitational acceleration.

Для небольшого беспилотного летательного аппарата (БПЛА) радиус воздушного винта может составлять 0,1 м, что соответствует длине струны примерно 0,035 м. Скорость вращения воздушного винта небольшого БПЛА во время полета может составлять 78,5-130,9 рад/с, поэтому следует избегать этих частот как собственных частот системы. Для случая небольшого БПЛА, смоделированного в виде массы и струны, сила тяжести составляет от 1,6 до 4,5% центробежной силы по всему диапазону скоростей вращения втулки. Для этого случая колебание шага будет небольшим, поэтому может оказаться целесообразным вообще исключить механизм компенсации веса лопасти. Все системы, вращение которых происходит в горизонтальной плоскости, или которые работают в среде без гравитации, будут отлично работать без механизма компенсации веса лопасти. В качестве еще одного примера может быть рассмотрена типичная большая ветровая турбина, вращающаяся в вертикальной плоскости со скоростью 1,05 рад/с и имеющая лопасти длиной 40 м и массой 5500 кг. В этом случае сила тяжести составляет 67% центробежной силы, так что требуется механизм компенсации веса лопасти.For a small unmanned aerial vehicle (UAV), the propeller radius may be 0.1 m, which corresponds to a string length of approximately 0.035 m. avoid these frequencies as natural frequencies of the system. For the case of a small UAV modeled as a mass and a string, gravity is between 1.6 and 4.5% of the centrifugal force over the entire range of hub rotation speeds. For this case, the pitch fluctuation will be small, so it may be appropriate to eliminate the blade weight compensation mechanism altogether. All systems that rotate in a horizontal plane, or that operate in an environment without gravity, will work fine without a blade weight compensation mechanism. As another example, consider a typical large wind turbine rotating in a vertical plane at a speed of 1.05 rad/s and having blades 40 m long and weighing 5500 kg. In this case, gravity is 67% of the centrifugal force, so a blade weight compensation mechanism is required.

Точка R является точкой, в которой, как предполагается, приложена сила и момент реакции. В действительности, распределение сил реакции по комлям лопастей зависит от деталей взаимодействия между корпусом и комлем, предположительно через один или более подшипники, которые способствуют плавному перемещению корней лопастей относительно корпусов для лопасти. В данном примере точка R изображена на наружном крае корпуса для лопасти в центре его круглого поперечного сечения. Если опустить детали, положение точки R становится в некоторой степени произвольным, поскольку точная система сил и моментов реакции может быть определена для любой предполагаемой точки приложения. Сила и момент реакции в направлении оси z считается ничтожно малой (при хорошей смазке и отсутствии трения). Упругая сила также проходит через точку R в качестве геометрического резуль тата.Point R is the point at which the reaction force and moment are assumed to be applied. In reality, the distribution of reaction forces across the blade butts depends on the details of the interaction between the housing and the butt, presumably through one or more bearings, which facilitate smooth movement of the blade roots relative to the blade housings. In this example, point R is depicted on the outer edge of the housing for the blade in the center of its circular cross section. If details are omitted, the position of the R point becomes somewhat arbitrary, since the exact system of forces and reaction moments can be determined for any intended application point. The reaction force and moment in the direction of the z-axis is considered negligible (with good lubrication and no friction). The elastic force also passes through point R as a geometric result.

Последней ключевой точкой является точка G. Она находится в центре круглого поперечного сечения в плоскости сопряженных с направляющими частей. Путем разделения сил реакции и сил, действующих на сопряженную с направляющей часть, сопряженные с направляющей части могут быть спроектированы надлежащим образом, чтобы выдерживать приложенные нагрузки. В данном примере силы, “ (К) приложенные к сопряженным с направляющей частям, смоделированы как одна сила а приложенная в точке G, с соответствующим моментом s^'The last key point is point G. It is located in the center of the circular cross section in the plane of the parts mating with the guides. By separating the reaction forces and the forces acting on the guiding mating part, the guiding mating parts can be designed appropriately to withstand the applied loads. In this example, the forces “(K) applied to the mating parts of the guide are modeled as one force a applied at point G, with the corresponding moment s ^'

Направляющие и сопряженные с ними части могут быть спроектированы множеством различных способов. На фиг. 26 приведен пример, в котором предположено, что глубина направляющей является достаточной для препятствования касанию кончиков сопряженных с указанной направляющей частей с основанием соответствующих направляющих. В результате отсутствует сила, приложенная к сопряженным с направляющей частям в направлении бинормали к указанной направляющей,Guides and their associated parts can be designed in many different ways. In FIG. 26 shows an example in which it is assumed that the depth of the guide is sufficient to prevent the tips of the parts mating with said guide from touching the base of the respective guides. As a result, there is no force applied to the parts mated with the guide in the direction of the binormal to the specified guide,

Кроме того, трением можно пренебречь, так что отсутствует сила, действующая на сопряженную с направляющей часть в направлении касательной к указанной направляющей, f In addition, friction can be neglected, so that there is no force acting on the part mating with the guide in the direction of the tangent to said guide, f

Таким образом, направляющие моделируются с учетом сил, приложенных к сопряженным с направляющей частям, действующих только в направлении, нормальном к указанной направляющейThus, the guides are modeled taking into account the forces applied to the mating parts of the guide, acting only in the direction normal to the specified guide.

W = f s гд гд ьп как изображено на фиг. 26.W = fs d d d d n as shown in fig. 26.

- 5 040564- 5 040564

Предполагается, что лопасть является абсолютно твердой, и описывающие перемещение равенства выведены следующим образом:It is assumed that the blade is absolutely rigid, and the equalities describing the movement are derived as follows:

3, ^ах Г Их F ^дх Г ®3, ^ax r Ux F ^dx r - ®

Ь. Fay + Fry Fgy — 0 с Р + Fs + Fgz + Wz = mz d . ~ Fay (¾ Zr) + Fgy (zR — Zg) + = 0b. Fay + Fry Fgy - 0 with P + F s + F gz + W z \u003d mz d. ~ Fay (¾ - Zr) + Fgy (z R - Zg) + = 0

e. Fax (¾ - z^-F^ (zR - zc) + Wx (zc - ZR} + Af^ = 0 f ^az + + ^gz = ^ze. Fax (¾ - z^-F^ (z R - z c ) + W x (z c - Z R } + Af^ = 0 f ^az + + ^gz = ^z

Шесть равенств, описывающих перемещение, имеют восемь неизвестных величин:The six equalities describing displacement have eight unknowns:

Fgx , Fgy , Mgz f Frx , Fry f f Mry .Fgx , Fgy , Mgz f F r x , Fry ff M ry .

но могут быть записаны большее количество равенств, относящихся к взаимодействиям роликов с направляющими элементами:but more equalities can be written relating to the interactions of rollers with guide elements:

g. Fgx = Fg О h . Fgy — Fg (<?Ώ J)g. Fgx \u003d F g O h. Fgy - F g (<? Ώ J)

i. Fgz Fg {Уп F)i. Fgz Fg {Pg F)

Три новых равенства записаны с четырьмя новыми неизвестными величинами, представленными как:Three new equalities are written with four new unknowns, represented as:

Fg , (еи-0, (^-Л , (еп ' , но величина 71 будет определена во время процесса проектирования направляющей. Позже величины Fgx, Fgy и Fgz станут функциями одной неизвестной величины Fg, и тогда останутся девять равенств с девятью неизвестными величинами, которые представляют собой разрешимую систему с единствен ным решением.Fg , (e and -0, (^-L , ( e p ' , but the value 71 will be determined during the guide design process. Later, the quantities Fgx, F gy and F gz will become functions of one unknown quantity Fg, and then there will be nine equalities with nine unknowns, which are a solvable system with a unique solution.

Конструкция направляющей является новой для данного конкретного изобретения. В данном случае удобно образовать систему координате индексом д, которая начинается на внутреннем крае направляющей, так что z=zg+zg0, как показано на фиг. 27. В данном примере каждая направляющая проходит на постоянном радиальном расстоянии от осевой линии корпуса для лопасти, вследствие чего удобно использовать цилиндрические координаты.The design of the guide is new to this particular invention. In this case, it is convenient to form a coordinate system with index d that starts at the inner edge of the guide, so that z=z g +z g0 as shown in FIG. 27. In this example, each guide extends at a constant radial distance from the centerline of the blade body, making it convenient to use cylindrical coordinates.

i rt = гпМ + гп ш 6аёв + z-k г = constanti rt \u003d g pM + g p w 6 a e c + zk g \u003d constant

I У У У У УI

Τ'Τ'

Величина р может быть выражена как функция одной переменной zg, где указанная функция θg(zg) определяет угол установки лопасти, когда ее приводят в конкретное положение zg. Для конкретной конструкции лопасти, работающей в конкретной среде, могут быть вычислены несколько оптимальных сочетаний скорость вращения/шаг. Для получения величины θg(zg) к оптимальным точкам сочетаний скорость вращения/шаг в указанной области может быть применено вычерчивание кривой по точкам. Преобразование назад к основной системе декартовых координат, связанной с втулкой, приводит к подходящему для использования описанию указанного направляющего элемента: к. мМ) = + М + zkThe value of p can be expressed as a function of one variable z g , where said function θ g (z g ) determines the angle of the blade when it is brought to a particular position z g . For a particular blade design operating in a particular environment, several optimal rotation speed/pitch combinations can be calculated. To obtain the value of θ g (z g ) to the optimal points of combinations of rotational speed/step in the specified area can be applied to the curve drawing point by point. Converting back to the base Cartesian coordinate system associated with the hub results in a usable description of the specified guide element: k.mM) = + M + zk

Затем, длина s кривой направляющей определяется как функция z.Then, the length s of the guide curve is determined as a function of z.

Вводя соотношения dx , ds , —j— — х . , — s ,etc az azIntroducing the relations dx, ds, -j— - x. , -s ,etc az az

- 6 040564 можно определить единичный вектор нормали как:- 6 040564 you can define a unit normal vector as:

r! s' -rfs! r ! s' -r f s !

Центробежная сила моделируется как:The centrifugal force is modeled as:

m - масса лопасти;m is the mass of the blade;

$ - скорость вращения втулки; и zc - местоположение центра масс лопасти, которое является функцией β .$ - sleeve rotation speed; and zc is the location of the center of mass of the blade, which is a function of β.

Если втулка вращается в вертикальной плоскости, вес лопасти не будет содержать y-компоненту. В этом случае созданная весом сила в системе координат, связанной со втулкой, будет зависеть от угла вращения лопасти следующим образом:If the hub rotates in a vertical plane, the weight of the blade will not contain a y-component. In this case, the force created by the weight in the coordinate system associated with the hub will depend on the angle of rotation of the blade as follows:

0 wx = -w-зад Р Wz = —W-cosfe) 0 w x \u003d -w-ass P W z \u003d -W-cosfe)

Если упругий элемент, как предполагается, является пружиной, которая имеет линейную характеристику во всем своем рабочем диапазоне, сила, которую она прикладывает к лопасти, может быть смоделирована как:If the resilient element is assumed to be a spring that has a linear response over its entire operating range, the force it applies to the blade can be modeled as:

q. К - где:q. K - where:

ks - линейный коэффициент жесткости пружины; и zs0 - положение роликов лопасти на оси z, соответствующее нулевому сжатию или удлинению пружины.k s - linear coefficient of spring stiffness; and z s0 is the position of the blade rollers on the z axis, corresponding to zero compression or elongation of the spring.

Величину zs0 проектируют с возможностью компенсации веса Wz лопасти в направлении оси z; она становится известной функцией угла β вращения втулки. Изменение угла установки лопасти вызывает скручивание, а также удлинение пружины. Если (1) момент пружины является существенным, (2) связь пренебрежимо мала, и (3) момент, вызванный скручиванием, является линейным, тогда:The value of z s0 is designed to compensate for the weight W z of the blade in the direction of the z axis; it becomes a known function of the rotation angle β of the sleeve. Changing the blade angle causes twisting as well as elongation of the spring. If (1) the spring moment is significant, (2) the coupling is negligible, and (3) the torque-induced moment is linear, then:

г. м) = (е - es0)k где:m) = (e - e s0 )k where:

Ts - крутящий коэффициент жесткости пружины; и θs0 - угол установки, соответствующий нулевому скручиванию пружины.T s - torsional spring constant; and θ s0 is the installation angle corresponding to zero twist of the spring.

С учетом представленного выше, чистые сила и момент реакции, приложенные к лопасти, могут быть определены с использованием выведенных выше равенств, описывающих перемещение.With the above in mind, the net reaction force and moment applied to the blade can be determined using the displacement equations derived above.

Следует помнить, что перемещение лопастей вдоль корпусов вызывает изменения диаметра диска, образуемого вращающимися лопастями, и, следовательно, скорости вследствие вращения в конкретном сечении лопасти. Если перемещение является существенным, эти аэродинамические эффекты в представленных выше моделях могут не быть пренебрежимо малыми. В этом случае особенное внимание должно быть обращено на аэродинамические силы и моменты, приложенные к лопасти, и также должны учитываться изменения площади диска, образуемого вращающимися лопастями.It should be remembered that the movement of the blades along the housings causes changes in the diameter of the disk formed by the rotating blades, and, consequently, the speed due to rotation in a particular section of the blade. If the displacement is significant, these aerodynamic effects in the above models may not be negligible. In this case, particular attention must be paid to the aerodynamic forces and moments applied to the blade, and changes in the area of the disk formed by the rotating blades must also be taken into account.

Конструкция.Design.

Для описания различных конструктивные решений для системы управления шагом представлены три приведенных в качестве примера варианта реализации. Все приведенные в качестве примера варианты реализации системы управления шагом содержат: лопасти (1), корпусы (2) для лопастей, упругие элементы (3), механизмы (4) установки шага с направляющими (5) и сопряженными с направляющей частями (6), вал (10), втулку (12), обтекатель (13) и двигатель (14). Два приведенных в качестве примера варианта реализации содержат механизм (7) компенсации веса лопасти с направляющими элементами (8) и сопряженные с направляющими элементами части (9).Three exemplary embodiments are presented to describe various designs for a pitch control system. All the embodiments of the pitch control system given as an example contain: blades (1), housings (2) for the blades, elastic elements (3), mechanisms (4) for setting the pitch with guides (5) and associated with the guide parts (6), shaft (10), bushing (12), fairing (13) and motor (14). The two exemplary embodiments comprise a blade weight compensation mechanism (7) with guide elements (8) and parts (9) associated with the guide elements.

Втулка, корпусы для лопасти и лопасти вращаются валом. Требуется, чтобы центростремительная сила поддерживала круговое перемещение лопастей, обеспеченное упругим элементом, который прямо или косвенно соединен с каждой лопастью. Чем выше скорость вращения вала, тем больше растяжение упругих элементов и больше перемещение лопастей в наружном направлении.The bushing, blade housings and blades are rotated by the shaft. The centripetal force is required to support the circular movement of the blades, provided by the elastic element, which is directly or indirectly connected to each blade. The higher the speed of rotation of the shaft, the greater the stretching of the elastic elements and the greater the movement of the blades in the outward direction.

Механизмы изменения шага преобразуют продольное перемещение лопасти в изменение угла лопасти путем направления лопасти к угловому повороту лопастей вокруг их продольных осей всякий раз, когда лопасти перемещаются в своих продольных направлениях. Для достижения этого эффекта в корпусах лопасти или в комлях лопастей выполнены направляющие. Соответствующие части, сопряженные с направляющими, размещены в комлях лопастей или в корпусах лопасти. Сопряженные с направляющиThe pitch change mechanisms convert the longitudinal movement of the blade into a change in the angle of the blade by directing the blade to angular rotation of the blades about their longitudinal axes whenever the blades are moved in their longitudinal directions. To achieve this effect, guides are made in the blade bodies or in the butts of the blades. The corresponding parts associated with the guides are placed in the butts of the blades or in the blade housings. Mated with rails

- 7 040564 ми части принуждаются указанными направляющими к перемещению таким образом, что для каждой скорости вращения достигается необходимая установка угла лопасти. В зависимости от случая применения механизмы изменения шага могут быть спроектированы с возможностью максимизации аэродинамической эффективности путем поддержки оптимального сочетания угла лопасти и скорости вращения. Согласно еще одному варианту реализации указанные механизмы изменения шага могут быть спроектированы с обеспечением возможности двигателю иметь более узкий диапазон скоростей вращения и в то же время обеспечивать более широкий диапазон скоростей потока. Для турбин механизмы изменения шага могут обеспечивать защиту от избыточного вращения путем уменьшения угла лопасти, когда скорость вращения становится чрезмерной. Механизмы установки угла лопасти обычно проектируются для увеличения шага с ростом скорости вращения лопасти. В этих случаях при линейном перемещении каждой лопасти в наружном направлении ее угол установки постепенно увеличивается. Наоборот, когда каждая лопасть линейно перемещается внутрь, ее угол установки постепенно уменьшается.- 7 040564 These parts are forced to move by said guides in such a way that for each speed of rotation the required setting of the blade angle is achieved. Depending on the application, the pitch change mechanisms can be designed to maximize aerodynamic efficiency by maintaining the optimal combination of blade angle and rotational speed. In yet another embodiment, these pitch change mechanisms can be designed to allow the motor to have a narrower range of rotational speeds while still providing a wider range of flow rates. For turbines, pitch change mechanisms can provide over-rotation protection by reducing the blade angle when the rotation speed becomes excessive. Blade angle adjustment mechanisms are usually designed to increase the pitch as the blade speed increases. In these cases, with the linear movement of each blade in the outward direction, its installation angle gradually increases. Conversely, as each blade moves inward linearly, its pitch angle gradually decreases.

На фиг. 33 изображены приведенные в качестве примера три направляющих (5), размещенных на наружной боковой поверхности комля (47) лопасти, которые следуют за сегментом спирального пути (43). Приведенные в качестве примера направляющие имеют установочную секцию (55), которая позволяет им скользить поверх сопряженных с направляющей частей (6), расположенных на внутренней боковой поверхности соответствующего корпуса (2) лопасти. Приведенные в качестве примера направляющие имеют секцию (53) увеличения шага, которая вызывает увеличение шага при увеличении скорости вращения. Когда скорость вращения приближается к своему порогу безопасности, лопасти продолжают перемещаться в наружном направлении, но угол их установки уменьшается из-за секции (54) уменьшения шага.In FIG. 33 shows three exemplary guides (5) placed on the outer side surface of the butt (47) of the blade, which follow the helical path segment (43). The exemplary guides have a mounting section (55) that allows them to slide over the guide-mating parts (6) located on the inner side surface of the corresponding blade housing (2). The exemplary guides have a pitch increase section (53) which causes the pitch to increase as the rotation speed increases. When the rotational speed approaches its safety threshold, the blades continue to move outward, but their pitch angle is reduced due to the pitch reduction section (54).

Когда вал вращается с постоянной скоростью, результирующие сила и момент, действующие на каждую лопасть, становятся сбалансированными, и каждой лопастью реализуется состояние однородного кругового перемещения вокруг указанного вала. Каждая лопасть, правильно спроектированная и построенная, перемещается на приблизительно эквивалентное продольное расстояние и поворачивается на приблизительно эквивалентный угол установки. Инерционные и аэродинамические силы обоснованно и хорошо сбалансированы по всему диску, образуемому вращающимися лопастями, и имеется небольшая тенденция к индуцированию вибрации. Механизм компенсации веса лопасти не требуется для систем, в которых ось диска, образуемого вращающимися лопастями (ось втулки), ориентирована вертикально (параллельно вектору силу тяжести), или систем с высокими скоростями вращения. Примеры таких систем включают в себя вертолеты с несколькими несущими винтами любого размера (вертикально ориентированными осями дисков, образуемых вращающимися лопастями) и воздушные винты (с высокой скоростью вращения) небольших радиоуправляемых (RC) летательных аппаратов.When the shaft rotates at a constant speed, the resulting force and moment acting on each blade become balanced, and each blade realizes a state of uniform circular motion around the said shaft. Each blade, properly designed and built, travels an approximately equivalent pitch distance and rotates an approximately equivalent pitch angle. The inertial and aerodynamic forces are reasonably and well balanced across the entire disk formed by the rotating blades and there is little tendency to induce vibration. A blade weight compensation mechanism is not required for systems in which the axis of the disk formed by the rotating blades (hub axis) is oriented vertically (parallel to the gravity vector) or systems with high rotational speeds. Examples of such systems include helicopters with multiple rotors of any size (vertically oriented discs formed by rotating blades) and propellers (high speed rotation) of small radio controlled (RC) aircraft.

Вариант А реализации.Implementation option A.

Множество корпусов (2) для лопасти расположены вдоль окружности втулки (12), как изображено на фиг. 1. Обтекатель (13) прикреплен к втулке. Втулка (12) прикреплена к двигателю (14), как изображено на фиг. 2. Между двигателем и втулкой может быть расположен редуктор. Способ крепления втулки двигателя может включать в себя цангу, пластину с винтовым креплением или другой механизм. Двигатели обычно закрыты крышками (15), как изображено на фиг. 3.A plurality of housings (2) for the blade are arranged along the circumference of the hub (12), as shown in FIG. 1. The fairing (13) is attached to the hub. The sleeve (12) is attached to the motor (14) as shown in FIG. 2. A gearbox can be located between the motor and the hub. The motor hub mounting method may include a collet, screw-on plate, or other mechanism. Motors are usually covered with covers (15) as shown in fig. 3.

Корпуса (2) для лопасти обеспечивают возможность установки лопастей (1) вокруг втулки. Корпуса (2) для лопасти согласно представленным вариантам реализации имеют установочные отверстия (28) для лопастей (1). Корпуса для лопасти и комли лопасти (16) могут иметь форму цилиндрических труб. Корпуса для лопасти не ограничивают перемещение соответствующих им лопастей в их по существу продольном направлении. Перемещение лопастей относительно корпусов напоминает выдвижение или втягивание классического телескопа. Для способствования гладкому перемещению лопастей относительно корпусов для лопасти могут использоваться радиальный линейный подшипник, смазка или другое уменьшающее трение средство. Если наружный диаметр комлей лопасти меньше, чем внутренний диаметр корпусов для лопасти, комли лопасти могут перемещаться скольжением в корпусах для лопасти, как показано на фиг. 4.The housings (2) for the blade make it possible to install the blades (1) around the hub. The housings (2) for the blade according to the embodiments shown have mounting holes (28) for the blades (1). The housings for the blade and the butt of the blade (16) may be in the form of cylindrical tubes. The blade housings do not restrict the movement of their respective blades in their substantially longitudinal direction. The movement of the blades relative to the bodies resembles the extension or retraction of a classical telescope. A radial linear bearing, lubricant, or other friction reducing agent may be used to help smooth movement of the blades relative to the blade housings. If the outer diameter of the blade root is smaller than the inner diameter of the blade housings, the blade root can slide in the blade housings as shown in FIG. 4.

Для варианта А реализации упругий элемент (3) показан в виде цилиндрической пружины. В каждой концевой пластине упругого элемента имеется отверстие (как изображено на фиг. 5) для резьбовых крепежных элементов. Комель лопасти (как изображено на фиг. 6) и втулка также имеют отверстия для указанных крепежных элементов. Один конец каждого упругого элемента соединен с комлем лопасти, и его другой конец соединен с втулкой. Упругие элементы проходят через центр корпусов для лопасти и центр комлей лопастей. Внутренние боковые поверхности комлей лопастей и корпусов (46, 44) для лопасти препятствуют прогибанию упругих элементов при их сжатии. Направляющие расположены по окружности вдоль внутренних боковых поверхностей корпусов для лопасти. Они показаны в виде пазов, вырезанных во внутренней боковой поверхности.For implementation variant A, the elastic element (3) is shown as a coil spring. Each end plate of the elastic element has a hole (as shown in Fig. 5) for threaded fasteners. The butt of the blade (as shown in Fig. 6) and the sleeve also have holes for these fasteners. One end of each elastic element is connected to the butt of the blade, and its other end is connected to the sleeve. Elastic elements pass through the center of the housings for the blade and the center of the butts of the blades. The inner side surfaces of the butts of the blades and housings (46, 44) for the blades prevent bending of the elastic elements when they are compressed. The guides are arranged circumferentially along the inner side surfaces of the housings for the blade. They are shown as grooves cut into the inner side surface.

Сопряженные с направляющей части (6) показаны в виде кругового массива выступающих элементов, которые окружают комель лопасти. Когда комель лопасти скользит в корпусе для лопасти, сопряженные с направляющей части скользят в направляющих. Резьбовой крепежный элемент используют для болтового соединения не прикрепленного конца упругого элемента с корпусом (2) для лопасти или боковой стенкой (27) втулки со стороны внутренней части втулки, как изображено на фиг. 6.Conjugated with the guide part (6) are shown as a circular array of protruding elements that surround the butt of the blade. As the butt of the blade slides in the blade housing, the guide mating portions slide in the guides. The threaded fastener is used to bolt the unattached end of the elastic element to the blade housing (2) or the side wall (27) of the hub from the inside of the hub, as shown in FIG. 6.

После установки лопастей в корпуса для лопасти устанавливают удерживающие части (11) для пре- 8 040564 дотвращения выскальзывания указанных лопастей из корпусов для лопасти. Приведенная в качестве примера удерживающая часть показана в виде гибкого кольца с разрезом, пересекающим его, так что его можно раскрывать путем растягивания, размещать на открытом конце корпуса для лопасти и прикреплять резьбовыми крепежными элементами. Это кольцо закрывает открытый конец направляющих.After the blades are installed in the blade housings, holding parts (11) are installed to prevent said blades from slipping out of the blade housings. An exemplary holding portion is shown as a flexible ring with a slit across it so that it can be opened by stretching, positioned at the open end of the blade housing, and attached with threaded fasteners. This ring covers the open end of the guides.

На фиг. 7 изображена альтернативная версия варианта A реализации, согласно которой внутренний диаметр комлей лопастей выполнен больше, чем наружный диаметр корпусов для лопасти, так что комли лопастей скользят поверх корпусов для лопасти.In FIG. 7 shows an alternative version of Embodiment A in which the inner diameter of the butts of the blades is larger than the outer diameter of the blade housings so that the butts of the blades slide over the blade housings.

Удерживающая часть может состоять из двух отдельных частей, которые объединяются и привинчиваются к открытому концу комлей лопастей, как изображено на фиг. 8. Направляющие необязательно должны быть расположены на корпусах для лопасти; они также могут быть выполнены в комлях лопастей. Когда направляющие выполнены в комлях лопастей, сопряженные с направляющими части должны быть размещены на корпусах для лопасти, что также изображено на фиг. 8.The holding part may consist of two separate parts which are combined and screwed to the open end of the butts of the blades, as shown in fig. 8. Guides do not have to be located on the housings for the blade; they can also be made in the butts of the blades. When the guides are made in the butts of the blades, the parts associated with the guides must be placed on the housings for the blade, which is also shown in Fig. 8.

Сопряженные с направляющей части могут включать в себя два круговых массива, расположенных в различных продольных местоположениях вокруг комля лопасти или корпуса для лопасти, как изображено на фиг. 8 и 9. Продольное разделение двух круговых массивов поддерживает изгиб лопасти, предотвращает заклинивание между комлями лопасти и корпусами, предотвращает прямой контакт внутренней и наружной поверхностей перемещения друг с другом и позволяет пользователю не использовать радиальные линейные подшипники. Форма поперечного сечения комлей лопасти и корпусов для лопасти не обязательно должна быть круглой при условии достаточно большого размера зазора между лопастями и корпусами для лопасти.The guide mating portions may include two circular arrays located at different longitudinal locations around the blade root or blade housing as shown in FIG. 8 and 9. The longitudinal separation of the two circular arrays maintains blade flex, prevents wedging between the blade butts and housings, prevents the inner and outer travel surfaces from making direct contact with each other, and allows the user to avoid the use of radial linear bearings. The cross-sectional shape of the butt of the blade and the housings for the blade does not have to be round, provided that the gap between the blades and the housings for the blade is sufficiently large.

На фиг. 9 изображена уникальная специально построенная уменьшающая трение система. Ее сопряженные с направляющей части имеют два подшипника: один нормальный подшипник (17) и один бинормальный подшипник (18). Нормальный подшипник вращается вокруг оси, которая перпендикулярна оси бинормального подшипника. Бинормальный подшипник расположен внутри нормального подшипника и во время использования контактирует с дном желобообразных направляющих. Бинормальные подшипники расположены под углом, обеспечивающим возможность тангенциального качения вдоль направляющих без заедания. Нормальные подшипники имеют немного меньший размер, чем ширина желобообразных направляющих. В результате они входят в контакт только с одной стенкой направляющих в текущий момент времени и, таким образом, вращаются без заедания. Бинормальные подшипники не обязательно должны быть размещены в центре нормальных подшипников; они также могут быть выполнены полностью раздельными.In FIG. 9 shows a unique custom built friction reducing system. Its guiding parts have two bearings: one normal bearing (17) and one binormal bearing (18). A normal bearing rotates about an axis that is perpendicular to the axis of a binormal bearing. The binormal bearing is located inside the normal bearing and contacts the bottom of the grooved guides during use. The binormal bearings are angled to allow tangential rolling along the guides without binding. Normal bearings are slightly smaller than the width of grooved guides. As a result, they come into contact with only one wall of the guides at a given time and thus rotate without jamming. Binormal bearings do not have to be placed in the center of normal bearings; they can also be made completely separate.

Корпуса для лопасти обычно являются тупыми объектами, которые могут вызвать разделение потока и турбулентность при воздействии потока жидкости. У турбомашин с небольшими отношениями размеров втулки и лопастей корпуса для лопасти будут выступать из втулки и подвергаться воздействию потока, но соответствующие неблагоприятные воздействия потока будут минимальными. У турбомашин с большим отношением размеров втулки и лопастей корпуса для лопасти могут быть частично или полностью охвачены втулкой, как изображено на фиг. 10. В этом случае они не подвергаются воздействию внешнего потока, вследствие чего уменьшается разделение потока, турбулентность следа и аэродинамическое сопротивление корпусов для лопасти.Vane housings are typically blunt objects that can cause flow separation and turbulence when exposed to fluid flow. For turbomachines with small hub to blade ratios, the housings for the blade will protrude from the hub and be affected by the flow, but the associated adverse effects of the flow will be minimal. For turbomachines with a large hub-to-vane ratio, the housings for the blade may be partially or completely enclosed by the hub, as shown in FIG. 10. In this case, they are not exposed to external flow, thereby reducing flow separation, wake turbulence and aerodynamic drag of the housings for the blade.

Используемые лопасти могут быть любого типа, включая лопасти осевого вентилятора (фиг. 10). Направляющие могут быть вырезаны вдоль всего корпуса для лопасти. Кроме того, удерживающая часть может состоять из пружинящего стопорного кольца, размещенного внутри втулки, как изображено на фиг. 11.The blades used can be of any type, including axial fan blades (FIG. 10). Guides can be cut along the entire body for the blade. In addition, the retaining part may consist of a snap ring placed inside the sleeve, as shown in FIG. eleven.

Вариант В реализации.Option In implementation.

В некоторых случаях применения необходимо использовать механизм компенсации веса лопасти для противодействия компоненте веса лопасти, действующей в продольном направлении корпуса для указанной лопасти. Механизм компенсации веса лопасти может противодействовать этой компоненте независимо от угла вращения лопасти вокруг вала. Потребность в механизме компенсации веса лопасти возрастает с весом каждой лопасти и степенью близости ориентации оси втулки к горизонтали (перпендикулярной направлению вектора силы тяжести). Потребность в механизме компенсации веса лопасти уменьшается с увеличением скорости вращения втулки и устраняется совсем, когда ось втулки является вертикальной (параллельной направлению вектора силы тяжести). Механизм компенсации веса лопасти согласно варианту В реализации не подходит для случаев применения со значительно изменяющейся ориентацией диска, образуемого вращающимися лопастями, (например, в случае полномасштабного винтового самолета-истребителя).In some applications, it is necessary to use a blade weight compensation mechanism to counteract the blade weight component acting in the longitudinal direction of the housing for said blade. The blade weight compensation mechanism can counteract this component regardless of the angle of rotation of the blade around the shaft. The need for a blade weight compensation mechanism increases with the weight of each blade and the degree of closeness of the hub axis orientation to the horizontal (perpendicular to the direction of the gravity vector). The need for a blade weight compensation mechanism decreases with increasing hub rotation speed and is eliminated altogether when the hub axis is vertical (parallel to the direction of the gravity vector). The blade weight compensation mechanism of Embodiment B is not suitable for applications where the orientation of the disk formed by the rotating blades varies greatly (eg, in the case of a full scale propeller-driven fighter aircraft).

На фиг. 12 изображен вариант В реализации. Внутри корпуса (15) размещен двигатель (14). Двигатель и корпус двигателя показаны на фиг. 13 и 14 соответственно. В данном приведенном в качестве примера варианте реализации задняя стенка (26) втулки (12) соединена болтами с пластиной, которая соединена сваркой с валом (10) двигателя. В целом известны множество различных способов крепления втулки к валу, любой из которых может использоваться. Согласно варианту В реализации обтекатель (13) прикреплен к боковой стенке (27) втулки по окружности ее периферийной области с использованием резьбовых крепежных элементов. Корпуса для лопасти могут быть выполнены с задней стенкой и боко- 9 040564 вой стенкой за одно целое. Согласно еще одному варианту реализации корпуса для лопасти могут быть выполнены по отдельности и затем прикреплены к боковой стенке посредством резьбы, выполненной на наружных боковых поверхностях корпусов для лопасти, с размещением соответствующих резьбовых отверстий в боковой стенке. Известны множество других способов соединения боковой стенки втулки с индивидуально изготовленными корпусами для лопасти, включая использование массива крепежных элементов или соединение адгезивом. Независимо от используемого способа должны быть предприняты меры предосторожности для обеспечения уверенности в том, что после сборки корпуса для лопасти и направляющие ориентированы должным образом.In FIG. 12 shows variant In the implementation. Inside the housing (15) is placed the engine (14). The engine and engine housing are shown in Fig. 13 and 14 respectively. In this exemplary embodiment, the rear wall (26) of the sleeve (12) is bolted to a plate that is welded to the motor shaft (10). In general, there are many different ways of fastening the sleeve to the shaft, any of which can be used. According to embodiment B, the fairing (13) is attached to the side wall (27) of the sleeve along the circumference of its peripheral region using threaded fasteners. The housings for the blade can be made with a rear wall and a side wall in one piece. According to another embodiment, the blade housings may be made separately and then attached to the side wall by means of threads made on the outer side surfaces of the blade housings, with the corresponding threaded holes in the side wall. Many other methods are known for attaching the side wall of the hub to custom blade housings, including using an array of fasteners or bonding with adhesive. Regardless of the method used, precautions must be taken to ensure that the blade housing and guides are properly oriented after assembly.

В варианте B реализации сопряженные с направляющим элементом части (9) показаны в виде роликов, как изображено на фиг. 15. Они прикреплены к упругим элементам с использованием множества болтов, как изображено на фиг. 16. Другие способы крепления являются одинаково применимыми. Вариант В реализации содержит восемь колес (как изображено на фиг. 17), но могут использоваться большее или меньшее количество колес. Для вариантов реализации, подобных варианту B реализации, рекомендуется включать в сопряженную с направляющим элементом часть по меньшей мере четыре колеса.In embodiment B, the parts (9) associated with the guide element are shown as rollers, as shown in FIG. 15. They are attached to the resilient members using a plurality of bolts as shown in FIG. 16. Other methods of fastening are equally applicable. Embodiment B contains eight wheels (as depicted in FIG. 17), but more or fewer wheels may be used. For embodiments like Embodiment B, it is recommended to include at least four wheels in the guiding element mating part.

Направляющий элемент (8) механизма компенсации веса лопасти образует замкнутые контуры, которые не обязательно должны быть круглыми (как изображено на фиг. 18). Для показанного на чертеже варианта реализации направляющий элемент представляет собой два параллельных прямоугольных канала, образованных тремя концентрическими частями (как изображено на фиг. 19), которые также не обязательно должны быть круглыми. Самая задняя концентрическая часть прикреплена к корпусу двигателя посредством резьбовых крепежных элементов. Каждая концентрическая часть имеет множество отверстий, расположенных вокруг ее периферийной области, посредством которых она скреплена вместе с другими концентрическими частями (как изображено на фиг. 20). Сопряженные с направляющим элементом части размещают внутри направляющих элементов во время скрепления вместе указанных трех концентрических частей направляющих элементов (8) (как изображено на фиг. 21). Сопряженные с направляющим элементом части могут перемещаться только внутри каналов направляющего элемента и не могут быть удалены из каналов направляющего элемента без демонтажа указанных концентрических частей (как изображено на фиг. 22). Направляющий элемент вертикально смещен в направлении от оси втулки, и для каждой лопасти имеется одна сопряженная с направляющим элементом часть.The guide element (8) of the blade weight compensation mechanism forms closed contours, which do not have to be round (as shown in Fig. 18). For the embodiment shown in the drawing, the guide element is two parallel rectangular channels formed by three concentric parts (as shown in Fig. 19), which also need not be round. The rearmost concentric portion is attached to the engine housing by means of threaded fasteners. Each concentric part has a plurality of holes located around its peripheral region, through which it is fastened together with other concentric parts (as shown in Fig. 20). The parts mating with the guide element are placed inside the guide elements while fastening said three concentric parts of the guide elements (8) together (as shown in Fig. 21). Parts mating with the guide element can only move within the channels of the guide element and cannot be removed from the channels of the guide element without dismantling said concentric parts (as shown in Fig. 22). The guide element is vertically displaced in the direction from the hub axis, and for each blade there is one part associated with the guide element.

Упругие элементы (3) являются цилиндрическими пружинами, которые одним концом прикреплены к сопряженным с направляющим элементом частям (9) (как изображено на фиг. 23) и другим концом к комлям (16) лопастей с использованием резьбовых крепежных элементов. Лопасти (1) удерживаются в корпусах (2) для лопасти с использованием удерживающих частей (11) как в варианте А реализации.The elastic elements (3) are cylindrical springs, which are attached at one end to the parts (9) mated with the guide element (as shown in Fig. 23) and at the other end to the butts (16) of the blades using threaded fasteners. The blades (1) are held in the housings (2) for the blade using the retaining parts (11) as in embodiment A of the implementation.

Во втулке имеется сквозное отверстие, диаметр которого равен внутреннему диаметру цилиндрических корпусов для лопасти (как изображено на фиг. 12, 16). В варианте В реализации упругие элементы показаны в виде пружин, которые проходят через отверстие в боковой стенке и корпуса для лопасти для соединения с комлями лопастей. Следует отметить, что корпус для лопасти также проходит внутрь к направляющим элементам, что предотвращает прогибание упругих элементов во время сжатия. Такая конструкция также предотвращает боковую деформацию упругих элементов в промежутке между направляющим элементом и боковой стенкой.The sleeve has a through hole, the diameter of which is equal to the inner diameter of the cylindrical housings for the blade (as shown in Fig. 12, 16). In embodiment B, the resilient elements are shown as springs that pass through an opening in the side wall and the blade housing for connection to the butts of the blades. It should be noted that the housing for the blade also extends inwardly towards the guide elements, which prevents the resilient elements from buckling during compression. This design also prevents lateral deformation of the elastic elements in the gap between the guide element and the side wall.

Поскольку сопряженные с направляющим элементом части принуждены перемещаться только вдоль направляющего элемента, один конец каждого упругого элемента также принужден перемещаться вдоль направляющего элемента. Это приводит к перемещению внутреннего конца упругих элементов при вращении вала. Перемещение внутреннего конца упругих элементов предназначено для противодействия весу каждой лопасти, действующему в ее продольном направлении.Since the parts mating with the guide element are forced to move only along the guide element, one end of each elastic element is also forced to move along the guide element. This leads to the movement of the inner end of the elastic elements during the rotation of the shaft. The movement of the inner end of the elastic elements is designed to counteract the weight of each blade acting in its longitudinal direction.

Лопасти периодически вращаются вместе с валом, в то время как их весовые векторы указывают вниз. Компонента весового вектора может указывать в продольном направлении лопасти и добавляться к вектору центробежной силы или вычитаться из него. В результате возникает нежелательный периодический вклад веса лопасти в центробежную силу.The blades periodically rotate with the shaft while their weight vectors point down. The weight vector component may point in the longitudinal direction of the blade and be added to or subtracted from the centrifugal force vector. As a result, there is an undesirable periodic contribution of the weight of the blade to the centrifugal force.

Когда ось диска, образуемого вращающимися лопастями, является горизонтальной (перпендикулярной весовому вектору), а лопасть находится в ее самом низком положении, вес лопасти добавляется к центробежной силе, вызывая чрезмерную растягивающую деформацию прикрепленного к ней упругого элемента. Результат состоит в том, что лопасть переместится слишком далеко вниз. Чтобы противодействовать этому, направляющий элемент принуждает внутренний конец упругого элемента перемещаться вверх к оси втулки (как изображено на фиг. 22). Противоположное действие происходит, когда лопасть находится в верхней части цикла ее вращения, и ее вес действует против центробежной силы. В этом случае растягивающая деформация упругого элемента недостаточна, так что лопасть не будет значительно перемещаться вверх. Для компенсации этого эффекта направляющий элемент принуждает внутренний конец упругого элемента перемещаться вверх дальше от оси втулки. Ось втулки коллинеарна валу.When the axis of the disk formed by the rotating blades is horizontal (perpendicular to the weight vector) and the blade is at its lowest position, the weight of the blade is added to the centrifugal force, causing excessive tensile deformation of the elastic member attached to it. The result is that the blade will move too far down. To counteract this, the guide element forces the inner end of the elastic element to move upward towards the axis of the sleeve (as shown in Fig. 22). The opposite action occurs when the blade is at the top of its rotation cycle and its weight is acting against the centrifugal force. In this case, the tensile deformation of the elastic element is insufficient, so that the blade will not move upward significantly. To compensate for this effect, the guide element forces the inner end of the elastic element to move upwards away from the hub axis. The axis of the sleeve is collinear to the shaft.

Вариант С реализации.Option C implementation.

В варианте С реализации используются дополнительные части, включая: стержни (19), подшипники (20), ограничители (21), вкладыши (22), соединитель (23), рычаги (24) и штифты (25). Общий перспективный вид варианта С реализации без обтекателя изображен на фиг. 28.Implementation C uses additional parts including: rods (19), bearings (20), stops (21), bushings (22), connector (23), levers (24) and pins (25). A general perspective view of embodiment C without fairing is shown in FIG. 28.

- 10 040564- 10 040564

Согласно варианту С реализации лопасти (1) и корпуса (2) для лопасти объединены следующим образом: изготовленные по отдельности гильзовидные направляющие (5) вставлены в корпуса (2) для лопасти. Указанные направляющие имеют один или более ключей (29), и корпуса для лопасти имеют один или более ключевых пазов (30). Ключи и ключевые пазы сопряжены друг с другом для предотвращения относительного вращения между направляющими и корпусами для лопасти, как изображено на фиг. 29.According to implementation variant C, the blades (1) and the blade housings (2) are combined as follows: sleeve-like guides (5) manufactured separately are inserted into the blade housings (2). Said guides have one or more keys (29) and the blade housings have one or more key slots (30). The keys and key slots mate with each other to prevent relative rotation between guides and housings for the blade, as shown in FIG. 29.

Стержень (19) вставлен в подшипник (20) и проходит через ограничитель (21). Подшипник размещен в углублении, выполненном в ограничителе. Ограничитель имеет резьбу вокруг своей периферийной области. Комель (16) каждой лопасти имеет резьбу, проходящую вдоль его цилиндрической внутренней поверхности, как изображено на фиг. 30. Ограничитель (21) ввинчен в комель (16) лопасти для соединения стержня (19) и подшипника (20) с комлем лопасти. Подшипник (20) является опорным подшипником; стержень (19) может скользить вдоль продольного направления лопасти, причем стержень (19) имеет головку на одном конце, препятствующую его полному выходу из комля лопасти, подшипника и ограничителя. Глубина комля лопасти недостаточна для осуществления возможности стержню перемещаться слишком далеко внутрь. В другом конце каждого стержня имеется отверстие для штифта (25) для последующего соединения с рычагами (24), как изображено на фиг. 31.The rod (19) is inserted into the bearing (20) and passes through the stop (21). The bearing is located in a recess made in the limiter. The stopper is threaded around its peripheral region. The butt (16) of each blade is threaded along its cylindrical inner surface, as shown in FIG. 30. The limiter (21) is screwed into the butt (16) of the blade to connect the rod (19) and bearing (20) with the butt of the blade. The bearing (20) is a thrust bearing; the rod (19) can slide along the longitudinal direction of the blade, and the rod (19) has a head at one end that prevents it from completely leaving the butt of the blade, bearing and limiter. The depth of the butt of the blade is insufficient to enable the rod to move too far inward. At the other end of each rod there is a hole for a pin (25) for subsequent connection with the levers (24), as shown in Fig. 31.

В задней части каждого корпуса лопасти имеется отверстие. Отверстие проходит через боковую стенку (27) втулки (12). В каждом отверстии установлен вкладыш (22). Комли лопасти имеют сопряженные с направляющей части (6), которые скользят в направляющих (5). В то же время указанные стержни скользят через вкладыши и боковую стенку во внутреннюю часть втулки. Удерживающая часть (11) в форме пружинящего стопорного кольца установлена в наружной части каждого корпуса для лопасти для запирания соответствующих ему гильзовидной направляющей и комля лопасти. Свободный конец каждого стержня (19) прикреплен к одному концу каждого рычага (24).There is a hole in the back of each blade housing. The hole passes through the side wall (27) of the sleeve (12). An insert (22) is installed in each hole. The butt blades are paired with the guide part (6), which slide in the guides (5). At the same time, said rods slide through the bushings and the side wall into the inside of the sleeve. A retaining part (11) in the form of a spring retaining ring is installed in the outer part of each blade housing for locking the sleeve-shaped guide and blade root corresponding to it. The free end of each rod (19) is attached to one end of each lever (24).

Вариант С реализации имеет механизм (7) компенсации веса лопасти, как изображено на фиг. 28. Он имеет только один направляющий элемент (8), который представляет собой: по существу стержень или трубку, расположенные в центре втулки и выровненные с осью вращения втулки. Трубчатый направляющий элемент проходит в наружном направлении из внутренней поверхности задней стенки (26). Имеется только одна сопряженная с направляющим элементом часть (9), которая также является по существу трубчатой или кольцевой; ее насаживают скольжением поверх направляющего элемента, пока она не остановится на небольшом уступе у дна направляющего элемента. Направляющий элемент и сопряженная с направляющим элементом часть являются концентрическими.Embodiment C has a blade weight compensation mechanism (7) as shown in FIG. 28. It has only one guide element (8) which is essentially a rod or tube located in the center of the bushing and aligned with the axis of rotation of the bushing. The tubular guide element extends outwardly from the inner surface of the rear wall (26). There is only one part (9) associated with the guide element, which is also essentially tubular or annular; it is slipped over the guide element until it stops on a small ledge at the bottom of the guide element. The guide element and the portion conjugated with the guide element are concentric.

Упругий элемент (3) в форме спиральной пружины кручения насажен скольжением на направляющий элемент и окружает его. Согласно еще одному варианту реализации упругий элемент может быть насажен скольжением поверх сопряженной с направляющим элементом части. Упругий элемент одним концом прикреплен к направляющему элементу и другим концом к сопряженной с направляющим элементом части. Сопряженная с направляющим элементом часть выполнена с возможностью вращения вокруг направляющего элемента, но без возможности перемещения вдоль него. Упругий элемент оказывает сопротивление вращению сопряженной с направляющим элементом части.The elastic element (3) in the form of a helical torsion spring is slid onto the guide element and surrounds it. According to another implementation variant, the elastic element can be slipped over the part conjugated with the guide element. The elastic element is attached at one end to the guide element and at the other end to the part conjugated with the guide element. The part conjugated with the guide element is made with the possibility of rotation around the guide element, but without the possibility of moving along it. The elastic element resists the rotation of the part associated with the guide element.

Сопряженная с направляющим элементом часть имеет соединительные части (31), расположенные вокруг нее, как изображено на фиг. 32. Один конец каждого рычага прикреплен к соединительным частям, и его другой конец прикреплен к стержню. Штифтовые соединения обеспечивают возможность плоского вращения каждого рычага относительно его соответствующей сопряженной с направляющим элементом части и стержня. Штифты (25) согласно варианту С реализации могут быть штифтами с отверстием под шплинт, имеющими одну головку (как изображено на фиг. 32).The part mating with the guide element has connecting parts (31) arranged around it, as shown in FIG. 32. One end of each lever is attached to the connecting parts, and its other end is attached to the rod. The pin connections enable each lever to rotate flatly with respect to its respective guide element mating part and the stem. The pins (25) of Embodiment C may be cotter pins having a single head (as shown in FIG. 32).

Верхняя внутренняя поверхность трубчатого направляющего элемента является резьбовой для облегчения установки обтекателя (13). Обтекатель сопряжен с верхней стороной втулки и коаксиален с втулкой. Обтекатель имеет центральный трубчатый соединитель (23), который выступает внутрь от центра его внутренней купольной или конусовидной поверхности. Соединитель (23) имеет резьбу на одном конце для обеспечения возможности ввинчивания обтекателя в направляющий элемент. Согласно еще одному варианту реализации соединитель может иметь внутренний диаметр, который больше диаметра направляющего элемента, для навинчивания поверх направляющего элемента. Имеется уступ, проходящий вокруг периферийной части открытого конца обтекателя (13). Указанный уступ сопряжен с уступом, проходящим вдоль открытого конца боковой стенки (27), для обеспечения гладкой непрерывной поверхности между обтекателем и боковой стенкой.The upper inner surface of the tubular guide is threaded to facilitate installation of the fairing (13). The fairing is mated with the upper side of the hub and is coaxial with the hub. The fairing has a central tubular connector (23) that protrudes inward from the center of its inner domed or conical surface. The connector (23) is threaded at one end to allow the fairing to be screwed into the guide. According to another embodiment, the connector may have an inner diameter that is larger than the diameter of the guide element for screwing over the guide element. There is a ledge passing around the peripheral part of the open end of the fairing (13). Said ledge is associated with a ledge extending along the open end of the side wall (27) to provide a smooth continuous surface between the fairing and the side wall.

При вращении втулки к обтекателя приложен момент, который имеет тенденцию к затягиванию обтекателя. В то же время центробежные силы тянут лопасти в наружном направлении, что вызывает перемещение стержней в наружном направлении. Указанное перемещение в наружном направлении преобразуется посредством прикрепленных рычагов во вращение сопряженной с направляющим элементом части. Указанное перемещение в наружном направлении прекращается при достижении баланса моментов вокруг сопряженной с направляющим элементом части. Баланс происходит между моментом, являющимся результатом деформации упругого элемента, и моментом, являющийся результатом центробежных сил, приложенных к лопастям.As the hub rotates, a torque is applied to the fairing that tends to tighten the fairing. At the same time, centrifugal forces pull the blades outward, which causes the rods to move outward. Said movement in the outward direction is converted by means of the attached levers into rotation of the portion associated with the guide element. Said movement in the outward direction stops when the balance of moments around the part associated with the guide element is reached. The balance occurs between the moment resulting from the deformation of the elastic element, and the moment resulting from the centrifugal forces applied to the blades.

Все три лопасти механически принуждены иметь один и тот же угол установки при одинаковойAll three blades are mechanically forced to have the same installation angle at the same

- 11 040564 скорости вращения независимо от веса лопасти или ее ориентации. Лопасти в нижней части диска, образуемого их вращением, увеличивают силу, действующую в наружном направлении. В то же время другие лопасти в верхней части диска, образуемого их вращением, уменьшают силу, действующую в наружном направлении. Таким образом, действие веса лопасти автоматически компенсируется независимо от угла наклона диска, образуемого вращающимися лопастями, или локального ускорения свободного падения. Этот механизм будет работать одинаково хорошо в космическом пространстве, на Марсе, в горизонтальной плоскости, вертикальной плоскости или в любой плоскости между ними. Узел компенсации веса лопасти согласно варианту С реализации механически принуждает все лопасти смещаться на одно и то же продольное расстояние и иметь один и тот же угол установки в данный момент времени. Если возникает чрезмерное трение в одной из направляющих, соответствующая лопасть не будет отклоняться от угла установки других лопастей.- 11 040564 rotation speed regardless of the weight of the blade or its orientation. The blades at the bottom of the disk formed by their rotation increase the outward force. At the same time, the other blades at the top of the disk formed by their rotation reduce the outward force. In this way, the effect of the weight of the blade is automatically compensated regardless of the angle of inclination of the disk formed by the rotating blades or the local acceleration of gravity. This mechanism will work equally well in outer space, on Mars, in the horizontal plane, the vertical plane, or any plane in between. The blade weight compensation unit according to Embodiment C mechanically forces all the blades to move the same longitudinal distance and have the same pitch angle at a given time. If excessive friction occurs in one of the guides, the corresponding blade will not deviate from the angle of the other blades.

В описанной системе управления шагом используется простое механическое устройство, которое не подвержено влиянию перебоев в подаче энергии, погрешностей датчиков или ошибок пользователя. Такой подход повышает надежность системы. Общая конструкция является достаточно простой. Затраты на изготовление и техническое обслуживание, как ожидается, будут обоснованно низкими.The pitch control system described uses a simple mechanical device that is not affected by power outages, sensor errors, or user error. This approach increases the reliability of the system. The general design is quite simple. Manufacturing and maintenance costs are expected to be reasonably low.

Несмотря на то, что предшествующее письменное описание настоящего изобретения обеспечивает возможность специалисту в данной области техники осуществить и использовать то, что в настоящее время считается наилучшим режимом настоящего изобретения, специалисты поймут и оценят возможные изменения, сочетания и эквиваленты данного конкретного варианта реализации, способа и примеров, представленных в настоящем документе. Таким образом, настоящее изобретение не должно быть ограничено представленными выше описанными вариантами реализации, способами и примерами, но включает все варианты реализации и способы в объем охраны и принципа настоящего изобретения.Although the foregoing written description of the present invention provides an opportunity for a person skilled in the art to make and use what is currently considered the best mode of the present invention, those skilled in the art will understand and appreciate possible variations, combinations and equivalents of this particular embodiment, method and examples. presented in this document. Thus, the present invention should not be limited to the above-described embodiments, methods and examples, but includes all embodiments and methods within the scope and principle of the present invention.

( 1) Определения.(1) Definitions.

Термин вал относится к валу, вокруг которого вращаются втулка и лопасти. Этот вал может быть соединен с двигателем непосредственно или через редуктор, или другой набор передаточных механизмов.The term shaft refers to the shaft around which the hub and blades rotate. This shaft may be connected to the motor directly or through a gearbox or other set of gears.

Термин двигатель в целях настоящего патента интерпретируется с включением в себя двигателей, машин и генераторов. Двигатель приводит в действие вращающиеся лопасти или приводится в действие вращающимися лопастями.The term engine for the purposes of this patent is interpreted to include engines, machines and generators. The motor drives the rotating vanes or is driven by the rotating vanes.

Термин упругий элемент относится к любой эластичной части или набору частей, соединенных с лопастями прямо или косвенно, которые могут сопротивляться перемещению лопастей относительно корпусов лопасти.The term resilient element refers to any elastic part or set of parts connected directly or indirectly to the blades, which can resist movement of the blades relative to the blade housings.

Термин направляющая относится к любому направляющему элементу, пазу, щели, каналу, дорожке, шине, звену стержню, или другому устройству, которое принуждает должным образом сконструированные сопряженные с направляющей части к перемещению вдоль него. Термин направляющая конкретно применим к механизмам установки шага.The term guide refers to any guide, slot, slot, channel, track, bus, link, bar, or other device that forces properly designed guide mating portions to move along it. The term guide is specifically applicable to pitch setting mechanisms.

Термин сопряженная с направляющей часть относится к любой выступающей части, штифту, язычку, ролику, колесу, ползуну, кольцу или другому устройству, выполненному с возможностью сопряжения с направляющей для принудительного перемещения вдоль указанной направляющей. Термин сопряженная с направляющей часть конкретно применим к механизмам установки шага.The term "guided part" refers to any protruding part, pin, tongue, roller, wheel, slider, ring, or other device capable of mating with a rail to force movement along said rail. The term guide mating part is specifically applicable to pitch setting mechanisms.

Термин направляющий элемент относится к любому направляющему элементу, пазу, щели, каналу, дорожке, рельсу, планке, стержню, трубе или другому устройству, выполненному с возможностью принуждения должным образом спроектированных сопряженных с направляющим элементом частей перемещаться вдоль него. Термин направляющий элемент конкретно применим к механизмам компенсации веса лопасти.The term guiding element refers to any guiding element, groove, slot, channel, track, rail, bar, rod, pipe, or other device capable of forcing properly designed parts mating with the guiding element to move along it. The term guide member is specifically applicable to the weight compensation mechanisms of a blade.

Термин сопряженная с направляющим элементом часть относится к любой выступающей части, язычку, ролику, колесу, ползуну, кольцевому выступу, трубе или другому устройству, которое выполнено с возможностью сопряжения с направляющим элементом для принудительного перемещения вдоль указанного направляющего элемента. Термин сопряженная с направляющим элементом часть конкретно применим к механизмам компенсации веса лопасти.The term guiding member refers to any protrusion, tongue, roller, wheel, slider, collar, tube, or other device that is configured to mate with the guiding member to force movement along said guiding member. The term guiding member part is specifically applicable to the weight compensation mechanisms of the blade.

Термин удерживающая часть относится к любой части, которая препятствует перемещению лопастей в наружном направлении достаточно далеко для выскальзывания или выхода из их соответствующих корпусов для лопасти. Удерживающие части не обязательно являются кольцевыми.The term retaining portion refers to any portion that prevents the blades from moving outwardly far enough to slide out of or exit their respective blade housings. The holding portions are not necessarily annular.

Термин механизм шага относится к любому механизму или набору механизмов, используемых для принуждения лопастей устанавливать угол установки, когда они перемещаются относительно корпусов для лопасти.The term pitch mechanism refers to any mechanism or set of mechanisms used to cause the blades to establish a pitch angle as they move relative to the blade housings.

Термин механизм компенсации веса лопасти относится к набору частей, который частично или полностью противодействует воздействию веса лопасти на установку угла установки лопасти.The term blade weight compensation mechanism refers to a set of parts that partially or completely counteracts the effect of the weight of the blade on the pitch setting of the blade.

Термины винтовой и спиральный относятся к кривой или перемещению вдоль кривой, образованной любой линией, проведенной на плоскости, когда эта плоскость обернута вокруг цилиндрической поверхности.The terms helical and helical refer to a curve or movement along a curve formed by any line drawn on a plane when that plane is wrapped around a cylindrical surface.

Термин любая линия включает в себя линии, которые изогнуты и/или имеют прерывистые (не гладкие) производные.The term any line includes lines that are curved and/or have discontinuous (not smooth) derivatives.

--

Claims (12)

Термины цилиндрический, цилиндр и цилиндрически не следует рассматривать как ограничение прямым, сплошным или круговым цилиндрами.The terms cylindrical, cylinder, and cylindric should not be construed as a limitation to straight, solid, or circular cylinders. 1. Система (100) управления шагом, содержащая:1. System (100) step control, containing: (a) втулку (12);(a) sleeve (12); (b) корпус (2) для лопасти, расположенный на втулке (12) вокруг оси (40) втулки;(b) housing (2) for the blade, located on the sleeve (12) around the axis (40) of the sleeve; (с) лопасть (1), взаимодействующую с корпусом (2) для лопасти, (a) выполненную с возможностью перемещения по спирали к оси (40) втулки и от нее вдоль сегмента спирального пути (43) для вызова изменения угла установки лопасти (1), причем направление спирали проходит вдоль продольной оси (41) корпуса;(c) a blade (1) cooperating with the housing (2) for the blade, (a) movable in a spiral to and from the axis (40) of the hub along a segment of the spiral path (43) to cause a change in the angle of installation of the blade (1 ), and the direction of the spiral runs along the longitudinal axis (41) of the housing; (b) где имеются по меньшей мере две лопасти (1) и два корпуса (2) для лопасти;(b) where there are at least two blades (1) and two housings (2) for the blade; - 13 040564 (d) упругий элемент (3), прямо или косвенно притягивающий лопасть (1) к оси (40) втулки; и (e) механизм (4) установки шага, выполненный с возможностью способствования перемещению лопасти (1) по спирали вокруг продольной оси (41) корпуса:- 13 040564 (d) elastic element (3), directly or indirectly attracting the blade (1) to the axis (40) of the bushing; and (e) a pitch setting mechanism (4) configured to facilitate the movement of the blade (1) in a spiral around the longitudinal axis (41) of the housing: (a) в направлении от оси (40) втулки, если без учета других сил центробежная сила больше, чем противодействующая упругая сила в продольном направлении (41) корпуса, когда обе силы приложены к лопасти (1), и когда центробежная сила является результатом вращения втулки (12), а упругая сила является результатом действия одного или более упругих элементов (3); или (b) в направлении к оси (40) втулки, если без учета других сил указанная центробежная сила меньше, чем указанная упругая сила, действующая в продольном направлении (41) корпуса, при этом механизм (4) установки шага содержит направляющую (5), которая простирается вдоль сегмента спирального пути; и сопряженную с направляющей часть (6), причем между направляющей (5) и сопряженной с ней частью (6) существует отношение связанного перемещения, которое включает в себя скольжение или качение вдоль друг друга, для обеспечения возможности перемещения лопасти (1) по спирали вдоль продольной оси (41) корпуса;(a) in the direction away from the axis (40) of the hub, if, without taking into account other forces, the centrifugal force is greater than the opposing elastic force in the longitudinal direction (41) of the housing, when both forces are applied to the blade (1), and when the centrifugal force is the result of rotation bushings (12), and the elastic force is the result of the action of one or more elastic elements (3); or (b) in the direction towards the axis (40) of the sleeve, if, without taking into account other forces, the specified centrifugal force is less than the specified elastic force acting in the longitudinal direction (41) of the housing, while the pitch setting mechanism (4) contains a guide (5) , which extends along the spiral path segment; and a part (6) associated with the guide, and between the guide (5) and the part (6) associated with it, there is a relation of associated movement, which includes sliding or rolling along each other, to enable the blade (1) to move in a spiral along longitudinal axis (41) of the housing; механизм (4) установки шага содержит механизм (7) компенсации веса лопасти, который полностью или частично противодействует нарушающему балансировку воздействию веса лопасти на продольное относительно корпуса для лопасти положение лопасти относительно других лопастей, причем механизм (7) компенсации веса лопасти содержит:the pitch setting mechanism (4) comprises a blade weight compensation mechanism (7), which fully or partially counteracts the imbalance effect of the blade weight on the longitudinal position of the blade relative to the blade housing relative to other blades, and the blade weight compensation mechanism (7) comprises: (a) направляющий элемент (8), расположенный вокруг оси (40) втулки; и (b) сопряженную с направляющим элементом часть (9), причем перемещение указанной сопряженной с направляющим элементом части (9) ограничено перемещением вокруг направляющего элемента (8).(a) a guide element (8) located around the axis (40) of the sleeve; and (b) a part (9) coupled with the guide element, wherein the movement of said part (9) coupled with the guide element is limited to movement around the guide element (8). 1 - лопасть,1 - blade, 2. Система (100) управления шагом по п.1, в которой:2. The pitch control system (100) of claim 1, wherein: (a) направляющая (5) расположена на боковой поверхности (44, 45) корпуса (2) для лопасти; и (b) сопряженная с направляющей часть (6) расположена на боковой поверхности (46, 47) комля (16) лопасти.(a) the guide (5) is located on the side surface (44, 45) of the housing (2) for the blade; and (b) mating with the guide part (6) is located on the side surface (46, 47) of the butt (16) of the blade. 2 - корпус для лопасти,2 - housing for the blade, (2) Список символов.(2) List of characters. 3. Система (100) управления шагом по п.1, в которой:3. The pitch control system (100) of claim 1, wherein: (a) направляющая (5) расположена на боковой поверхности (46, 47) комля (16) лопасти; и (b) сопряженная с направляющей часть (6) расположена на боковой поверхности (44, 45) корпуса (2) для лопасти.(a) the guide (5) is located on the side surface (46, 47) of the butt (16) of the blade; and (b) mating with the guide part (6) is located on the side surface (44, 45) of the housing (2) for the blade. 3 - упругий элемент,3 - elastic element, 4. Система (100) управления шагом по п.1, в которой:4. The pitch control system (100) of claim 1, wherein: (a) внутренний диаметр комля (16) лопасти больше, чем наружный диаметр соответствующего ему корпуса (2); и (b) комель (16) лопасти выполнен с возможностью скольжения поверх соответствующего ему корпуса (2) для лопасти.(a) the inner diameter of the butt (16) of the blade is larger than the outer diameter of its corresponding body (2); and (b) the butt (16) of the blade is slidable over its corresponding housing (2) for the blade. 4 - механизм установки шага,4 - step setting mechanism, 5. Система (100) управления шагом по п.1, в которой корпус (2) для лопасти полностью или частично содержится внутри втулки (12).5. The pitch control system (100) of claim 1, wherein the housing (2) for the blade is wholly or partly contained within the sleeve (12). 5 - направляющая,5 - guide, 6. Система (100) управления шагом по п.5, в которой корпус (2) для лопасти выступает радиально наружу за внешнюю боковую поверхность втулки (12).6. The pitch control system (100) of claim 5, wherein the blade body (2) protrudes radially outward from the outer side surface of the hub (12). 6 - сопряженная с направляющей часть,6 - interfaced with the guide part, 7. Система (100) управления шагом по п.1, в которой направляющий элемент (8) имеет некруглое поперечное сечение или центр, который вертикально смещен от оси (40) втулки.7. The pitch control system (100) of claim 1, wherein the guide element (8) has a non-circular cross-section or center that is vertically offset from the hub axis (40). 7 - механизм компенсации веса лопасти,7 - blade weight compensation mechanism, 8. Система (100) управления шагом по п.1, в которой упругим элементом (3) является цилиндрическая пружина, которая:8. The pitch control system (100) according to claim 1, in which the elastic element (3) is a coil spring, which: (a) выровнена с продольной осью (41) корпуса;(a) aligned with the longitudinal axis (41) of the housing; (b) проходит через втулку (12), боковую стенку (27) и корпус (2) для лопасти;(b) passes through the sleeve (12), the side wall (27) and the housing (2) for the blade; (c) соединена одним своим концом с комлем (16) лопасти и другим своим концом - с механизмом (7) компенсации веса лопасти.(c) connected at one end to the butt (16) of the blade and at its other end to the blade weight compensation mechanism (7). 8 - направляющий элемент,8 - guide element, 9. Система (100) управления шагом по п.1, в которой:9. The pitch control system (100) of claim 1, wherein: (a) направляющий элемент (8) имеет цилиндрическую форму; и (b) сопряженная с направляющим элементом часть (9) имеет цилиндрическую форму и является концентрической с направляющим элементом (8), причем сопряженная с направляющим элементом часть (9) выполнена с возможностью вращения вокруг направляющего элемента (8).(a) the guide element (8) has a cylindrical shape; and (b) the part (9) associated with the guide element is cylindrical and concentric with the guide element (8), wherein the part (9) associated with the guide element is rotatable around the guide element (8). 9 - сопряженная с направляющим элементом часть,9 - part associated with the guide element, 10. Система (100) управления шагом по п.1, также содержащая:10. The pitch control system (100) of claim 1, also comprising: (a) стержень (19), имеющий первый конец и второй конец;(a) a rod (19) having a first end and a second end; (b) рычаг (24), имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец стержня (19) находится внутри комля (16) лопасти или корпуса (2) для лопасти и проходит через отверстие в боковой стенке втулки (12), второй конец стержня (19) шарнирно соединен с первым концом рычага (24), второй конец которого шарнирно соединен с сопряженной с направляющим элементом частью (9).(b) a lever (24) having a first end and a second end, wherein the first end of the rod (19) is inside the butt (16) of the blade or housing (2) for the blade and passes through the hole in the side wall of the sleeve (12), the second end rod (19) is pivotally connected to the first end of the lever (24), the second end of which is pivotally connected to the part (9) conjugated with the guide element. 10 - вал,10 - shaft, 11. Система (100) управления шагом по п.1, в которой упругим элементом (3) является пружина (48) кручения, которая окружает внутреннюю часть или наружную часть направляющего элемента (8) и соединена с сопряженной с направляющим элементом частью (9).11. The pitch control system (100) according to claim 1, in which the elastic element (3) is a torsion spring (48) that surrounds the inner part or the outer part of the guide element (8) and is connected to the part (9) associated with the guide element . 11 - удерживающая часть,11 - holding part, 12 - втулка,12 - bushing, 13 - обтекатель,13 - fairing, 14 - двигатель,14 - engine, 15 - крышка двигателя,15 - engine cover, 16 - комель лопасти,16 - butt of the blade, 17 - нормальный подшипник,17 - normal bearing, 18 - бинормальный подшипник,18 - binormal bearing, 19 - стержень,19 - rod, 20 - подшипник,20 - bearing, 21 - ограничитель,21 - limiter, 22 - вкладыш,22 - insert, 23 - соединитель,23 - connector, 24 - рычаг,24 - lever, 25 - штифт,25 - pin, 26 - задняя стенка,26 - back wall, 27 - боковая стенка,27 - side wall, 28 - установочное отверстие,28 - mounting hole, 29 - ключ,29 - key, 30 - ключевой паз,30 - key groove, 31 - соединительные части,31 - connecting parts, 40 - ось втулки,40 - hub axle, 41 - продольная ось корпуса для лопасти,41 - longitudinal axis of the housing for the blade, 42 - воображаемая плоскость,42 - imaginary plane, 43 - сегмент спирального пути,43 - spiral path segment, 44 - боковая внутренняя поверхность корпуса для лопасти,44 - side inner surface of the housing for the blade, 45 - боковая наружная поверхность корпуса для лопасти,45 - side outer surface of the housing for the blade, 46 - боковая внутренняя поверхность комля лопасти,46 - lateral inner surface of the butt of the blade, 47 - боковая наружная поверхность комля лопасти,47 - lateral outer surface of the butt of the blade, 48 - пружина кручения,48 - torsion spring, 49 - первый конец стержня,49 - the first end of the rod, 50 - второй конец стержня,50 - the second end of the rod, 51 - первый конец рычага,51 - the first end of the lever, 52 - второй конец рычага,52 - the second end of the lever, 53 - секция увеличения шага,53 - step increase section, 54 - секция уменьшения шага,54 - step reduction section, 55 - установочная секция,55 - installation section, 100 - система управления шагом.100 - step control system. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 12. Система (100) управления шагом по п.1, в которой:12. The pitch control system (100) of claim 1, wherein: --
EA202090831 2017-09-25 2018-08-15 STEP CONTROL SYSTEM EA040564B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710917712.3 2017-09-25
CN201710917578.7 2017-09-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA040564B1 true EA040564B1 (en) 2022-06-24

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11136110B2 (en) Pitch control system
US11097850B2 (en) Electric propulsion engine for an aircraft
US8152466B2 (en) Centrifugal force actuated variable span helicopter rotor
EP3231711B1 (en) Electric propulsion engine for an aircraft
EP2949870B1 (en) Variable-pitch rotor with remote counterweights
CN110683049B (en) Hub device for small-sized tilt rotor aircraft
CN110030150A (en) The automatic pitch-controlled system of the counterweight of generator, motor and engine
US20170036758A1 (en) Systems and methods for damping rotor blade assemblies
US20060123937A1 (en) Centrifugal generator of a thrust force for aviation and space apparatuses
EA040564B1 (en) STEP CONTROL SYSTEM
CN110030154B (en) Elastic movement steering system
CN210106068U (en) Automatic pitch control system with counterweight device
CN110030156A (en) Automatic pitch-controlled system with counter weight device
CN110030157A (en) Automatic pitch-controlled system
CN106043671A (en) Variable pitch propeller and aerial vehicle with same
CN209990591U (en) Automatic pitch control system of generator, motor and engine
CN210106069U (en) Automatic variable-pitch system
CN110030149B (en) Elastic movement steering system with counterweight device
CN209990592U (en) Counterweight automatic variable-pitch system of generator, motor and engine
CN210106067U (en) Passive pitch control system with counterweight device
CN219635479U (en) Helicopter drive coupling assembling and helicopter
KR101988383B1 (en) Wing with automatically adjusted angle of attack and aircraft and ship having the same
CN110030151A (en) A kind of passive paddle changing system
CN209274885U (en) A kind of variable-pitch propeller and unmanned plane
Van Holten et al. Forced flapping mechanism designs for the Ornicopter: A single rotor helicopter without reaction torque