ITTO20070826A1 - Sistema di trasmissione meccanico con ammortizzatore magnetico per aerogiro. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Sistema di trasmissione meccanico con ammortizzatore magnetico per aerogiro"

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa a un sistema di trasmissione di aerogiro comprendente un ammortizzatore magnetico, e a un aerogiro comprendente un tale sistema.

Il campo tecnico dell'invenzione è quello della fabbricazione di elicotteri.

La presente invenzione è particolarmente relativa a un sistema di trasmissione che comprende un albero di trasmissione presentante due estremità longitudinali, nelle quali un organo di collegamento - quale un organo deformabile di accoppiamento -equipaggia ciascuna estremità dell'albero, i due organi di collegamento connettendo rispettivamente l'albero a due organi rotanti dell'aerogiro, quali una scatola di trasmissione principale (BTP) da una parte e una scatola di trasmissione posteriore (BTA) dall'altra parte, in modo che l'albero possa assicurare l'azionamento di un rotore posteriore -o rotore di coda - dell'aerogiro mediante la BTP, per mezzo della BTA.

I brevetti FR 2817 234 e US 6 680 554 descrivono un tale sistema di trasmissione di potenza fra due scatole di trasmissione di un elicottero, che comprende un tubo (cavo) facente funzione dell'albero di trasmissione.

L'albero è qualificato come supercritico per certificare che la frequenza corrispondente ad una velocità di rotazione dell'albero (nella sua fascia normale di funzionamento), è superiore alla frequenza propria (naturale) più ridotta dell'albero.

Un ammortizzatore magnetico attivo è disposto fra le due scatole di trasmissione, 1'ammortizzatore è comandato mediante un calcolatore che gestisce segnali trasmessi da un sensore sensibile alla posizione laterale (radiale) dell'albero e comprendente un regolatore PID, per ammortizzare le vibrazioni dell'albero al passaggio delle frequenze proprie .

Questo ammortizzatore magnetico corrisponde ad un cuscinetto magnetico radiale attivo che ammortisce le vibrazioni dell'albero, che presenta una rigidità sufficientemente ridotta per non sfalsare le frequenze proprie dell'albero di più del 3%, e presenta un gioco da 3 a 4 millimetri con l’albero.

Particolarmente a causa della complessità e della criticità dei componenti materiali e software di un cuscinetto magnetico attivo, la loro realizzazione a bordo di un aerogiro è ostacolata dai costi importanti degli sviluppi necessari a permettere la loro qualifica o certificazione.

I brevetti EP 1068 665 e US 6 268 676 descrivono un sistema per supportare un albero che comprende un cuscinetto magnetico radiale passivo la cui parte statorica (vale a dire non rotante) magnetizzata è collegata a un supporto mediante quattro ammortizzatori elastomerici.

La massa e la stabilità di un tale sistema rendono difficile il suo utilizzo per supportare un albero di trasmissione di aerogiro.

Un obiettivo dell'invenzione è di proporre dispositivi o sistemi di trasmissione meccanica tali che siano migliorati e/o che rimedino, almeno in parte, alle lacune o inconvenienti dei dispositivi conosciuti .

Nella presente domanda, salvo indicazione esplicita o implicita contraria, ì termini quali "radiale" o "radialmente" si riferiscono all'asse longitudinale (di rotazione) dell'albero di trasmissione .

Secondo un aspetto dell'invenzione, è proposto un sistema di trasmissione di un aerogiro che comprende un albero di trasmissione che può particolarmente essere montato rotativo rispetto all'aerogiro per mezzo di due cuscinetti non magnetici, di induttori elettromagnetici di un ammortizzatore magnetico attivo che si estendono intorno all'albero e determinano insieme a quest'ultimo un gioco radiale, il sistema comprendendo inoltre un ammortizzatore radiale supplementare, generalmente non magnetico - qui di seguito denominato ARNM - che si estende {senza contatto) intorno all'albero con un distanziamento radiale inferiore al gioco radiale, in modo che in caso di avaria dell'ammortizzatore magnetico attivo, l'ammortizzamento degli spostamenti radiali dell’albero rispetto al suo asse teorico/nominale è (almeno in parte) assicurato dal-1'ammortizzatore radiale supplementare, e il danneggiamento degli induttori è limitato o evitato.

L’ARNM comprende una prima parte "statorica" che è predisposta per essere fissata alla struttura dell'aerogiro, all 'occorrenza mediante la parte statorica dell'ammortizzatore magnetico attivo.

L'ARNM comprende inoltre una seconda parte "flottante", spostabile radialmente rispetto alla prima parte, che circonda l'albero secondo detto distanziamento radiale, e che presenta di preferenza una forma generale di boccola o di anello.

L'ARNM comprende ugualmente un dispositivo di ammortizzamento che collega queste due parti e ammortizza gli spostamenti relativi della seconda parte rispetto alla prima parte. L'ammortizzamento mediante questo dispositivo può risultare da un attrito solido/solido, solìdo/liquido, viscoso oppure no, in particolare da un attrito secco fra superfici di pezzi rispettivamente connessi a due parti dell 'ARNM.

La rigidità (radiale) del dispositivo che collega le due parti dell'ARNM è debole, in particolare sensibilmente nulla, e di preferenza appena sufficiente a sopportare il peso della parte flottante, vale a dire qualche decina o centinaia di grammi.

Il coefficiente dì ammortizzamento del dispositivo è preferibilmente elevato, in particolare dello stesso ordine di grandezza del coefficiente di ammortizzamento dell'ammortizzatore magnetico.

Il valore del coefficiente di ammortizzamento del dispositivo di ammortizzamento dell'ARNM espresso in Newton secondi al metro (N s rrf<1>), è preferibilmente situato in un intervallo che parte da 100 circa a 5000 circa, tanto che il valore del coefficiente di ammortizzamento dell'ammortizzatore magnetico può essere situato in un intervallo che parte da 100 N s m<"1>circa a 1000 N s m<"1>circa.

A titolo di esempio, un ammortizzatore ad attrito che presenta un coefficiente di ammortizzamento radiale uguale a 800 N s m<1>e un ammortizzatore magnetico presentante un coefficiente di ammortizzamento radile uguale 400 N s m<'1>e una rigidità radile uguale 150000 N rrf<1>circa, hanno dato dei risultati soddisfacenti.

Secondo un modo preferito di realizzazione, il valore del rapporto del coefficiente di ammortizzamento {in N s m<'1>) dell<1>ammortizzatore magnetico alla rigidezza (in Newton per metro) di questo ammortizzatore magnetico, può essere situato in un intervallo che va da IO<'3>secondi circa a IO<'2>secondi circa.

Altri aspetti, caratteristiche e vantaggi dell’invenzione appariranno nella descrizione seguente, che si riferisce ai disegni allegati e che illustra, senza alcun carattere limitativo, modi preferiti di realizzazione dell'invenzione.

La figura 1 illustra schematicamente in prospettiva un dispositivo secondo l'invenzione comprendente uno statore di ammortizzamento magnetico e due ammortizzatori ad attrito fissati allo statore, e anche a un troncone di albero di trasmissione di cui una parte è circondata dagli ammortizzatori.

La figura 2 è una vista secondo la lìnea II-II della figura 1, vale a dire una vista in sezione del dispositivo secondo un piano "diametrale" contenente l'asse di rotazione dell'albero di trasmissione.

La figura 3 è una vista in sezione di una parte di un ammortizzatore ad attrito dì un sistema secondo l’invenzione, come quelli illustrati nelle figure 1, 2 e da 4 a 7, che mostra più in dettaglio la posizione delle superfici dì attrito.

La figura 4 illustra una variante di realizzazione di un ammortizzatore ad attrito e di un sistema secondo l'invenzione·

La figura 5 è una vista in prospettiva schematica semplificata, in spaccato, di pezzi flottanti/mobili dell'ammortizzatore ad attrito delle figure 1 e 2.

Le figure 6 e 7 illustrano schematicamente gli spostamenti relativi delle superfici di attrito di un ammortizzatore ad attrito quale quello illustrato nelle figure da 1 a 5.

La figura 8 illustra schematicamente un sistema di trasmissione secondo 1<1>invenzione e la sua integrazione a un elicottero.

Con riferimento alle figure 1 e 8 in particolare, il dispositivo 20 di ammortizzamento secondo l'invenzione è predisposto per ammortizzare le vibrazioni radiali di un albero 21 di trasmissione che si estende secondo il suo asse 22 longitudinale - e di rotazione -,

Con riferimento alla figura 8, l'albero 2 è connesso all'albero 23 in modo che il BTP 24 solidale alla struttura 25 dell'elicottero, per mezzo di un primo accoppiamento 26 omocinetico.

In modo simile, l'albero 21 è connesso mediante un secondo accoppiamento omocinetico 27 all<1>albero di ingresso 28 di una BTA 29 solidale alla trave di coda dell'elicottero.

Il dispositivo 20 comprende induttori elettromagnetici 30, 31 solidali alla struttura dell'elicottero che sono previsti per essere alimentati in modo da generare un campo elettromagnetico che varia nel tempo per ammortizzare le vibrazioni radiali della parte dell'albero avvolta dagli induttori.

A questo scopo, la superficie o parte esterna dell ‘albero 21 è realizzata di materiale ferromagnetico; nel modo di realizzazione illustrato nella figura 8, l'albero comprende un elemento ferromagnetico che si presenta nella forma dì una boccola 32 che circonda - ed è girevole con - la parte dell'albero che si estende affacciata agli induttori.

Lo spazio lìbero fra la superficie esterna della boccola 32 e le facce interne 34 degli induttori corrisponde ad un gioco radiale 33 che è per esempio prossimo a 1 o 2 mm.

Il dispositivo 20 illustrato nella figura 8 comprende inoltre un ammortizzatore meccanico 35 che comprende una parte 36 statorica collegata alla struttura 25 ed anche una parte 37 montata mobile e/o flottante rispetto alla parte statorica.

La parte 37 flottante della figura 8 è in forma di anello che circonda una zona dell'albero 21; la parte 37 presenta una faccia interna cilindrica 38 sensibilmente coassiale all'albero 21, e il cui diametro determina, con il diametro dell'albero 21 un distanziamento radiale 39 il cui valore è inferiore a quello del gioco 33, per esempio prossimo alla metà del gioco 33.

L<1>anello 37 presenta inoltre una faccia piana 40 sensibilmente perpendicolare all'asse della faccia cilindrica 38 (e conseguentemente all’asse 22 dell'albero 21).

La parte statorica 36 comprende una faccia piana 41 che circonda l'albero 21 ed affacciata alla quale si estende la faccia 40 dell'anello flottante 37.

L'anello 37 è mantenuto in appoggio con la sua faccia 40 sulla faccia 41 del supporto statorico 36 mediante una molla 42.

Un gioco radiale 99 superiore al distanziamento radiale 39 è previsto fra l'albero 21 e lo statore 36 dell'ammortizzatore 35.

Quindi, quando l’albero 21 viene in contatto con la faccia 38 dell'anello 37 e sposta radialmente questo anello giacente contro la faccia di appoggio 41, le forze di attrito si oppongono allo spostamento reciproco delle facce 40 e 41 in appoggio reciproco, ammortizzando lo spostamento radiale dell 'albero 21.

Al fine di facilitare l'impegno dell'anello flottante intorno all'albero di trasmissione, guesto anello può essere sostituito dalla struttura flottante 48 illustrata in spaccato nella figura 5.

Questa struttura 48 comprende due pezzi 37a e 37b in forma generale di semianello che possono essere identiche e rese solide in particolare mediante due manicotti tubolari 46 e 47.

Ciascuno dei pezzi 37a e 37b comprende un corpo 49 in forma di archetto che termina in ciascuna delle sue estremità con un pattino da 50 a 53 di forma anulare.

Ciascun pattino (quale il 50) presenta un foro 54 di asse 44 {o 45) e comprende due facce piane parallelo 55, 56 perpendicolari all'asse 44.

Per l'accoppiamento dei due pezzi 37a, 37b, questi pezzi illustrati nella figura 5 sono avvicinati come illustrato dalle frecce 57, 58 l'uno rispetto all'altro facendo coincidere i loro assi 44, 45 che sono paralleli ad un asse 43 di simmetria del sistema, ciascuno dei manicotti 46, 47 essendo in parte calettato nei due fori allineati 54 corrispondenti .

Questa configurazione di montaggio è illustrata nelle figure 1 e 2, particolarmente dove si vede che i pattini da 50 a 53 presentano uno spessore prossimo alla metà di quella del corpo 49 dei pezzi 37a, 37b flottanti.

Sì osserva nelle figure 1 e 2 che lo statore dell 'ammortizzatore magnetico includente gli induttori comprende due pezzi 60, 61 in forma di gusci sensibilmente identici che sono in contatto reciproco sensibilmente lungo un piano diametrale 62 contenente 1<1>asse 22 dell<1>albero 21; questi due pezzi sono resi solidali mediante organi di collegamento rilasciabile {non mostrati), quali bulloni, il che facilita il montaggio e lo smontaggio del cuscinetto e/o dell'ammortizzatore magnetico.

Si osserva ugualmente nelle figure 1 e 2 che il sistema di ammortizzamento comprende due ammortizzatori 35 meccanici (per attrito) identici disposti da una parte e dall'altra dello statore 60, 61 del-1<1>ammortizzatore magnetico.

La parte statorica dì ciascun ammortizzatore 35 comprende due coppie di placche da 63 a 66 in forma di disco presentante una cavità centrale, due aste 67, 68 di assi rispettivi 144, 145 paralleli all’asse 21 e contenuti in un piano diametrale 69 ortogonale al piano 62 e contenente l'asse 21; le aste 67 e 68 sono rispettivamente fissate ai pezzi 60, 61 dello statore dell<1>ammortizzatore magnetico.

Questa parte statorica comprende inoltre rondelle elastiche 70 ed un dado 71 per ciascuna asta 67, 68. Nella variante illustrata nelle figure 1 e 3, una molla elicoidale 72 sostituisce le rondelle.

Come illustrato nelle figure 1 a 3, ciascuna asta si estende successivamente attraverso una piastra 63, 65 appoggiata contro lo statore 60, 61 attraverso uno dei manicotti 46, 47 di fissaggio coassiale dei pattini flottanti da 50 a 53, attraverso una seconda piastra 64, 66 e quindi attraverso le rondelle 70 (della molla 72}.

Il dado 71 avvitato all'estremità libera filettata di ciascuna asta appoggia sulla piastra 64, 66 per mezzo della molla o delle rondelle, i pattini {quali 50 e 52) essendo quindi leggermente serrati fra le due piastre (quali le 63 e 64}.

Le figure 3 e 5 illustrano in particolare la superficie in forma di corona 73 di appoggio reciproco di ciascun pattino flottante sulla piastra statorica (da 63 a 66) corrispondente.

Ciascun sistema flottante di un ammortizzatore 35 è messo in lieve appoggio sulle piastre statoriche mediante quattro superfici 73 di attrito, mediante la regolazione della posizione del dado 71 di "pre-sollecitazione" sull'asta 67, 68 corrispondente.

Questo appoggio di debole intensità permette lo slittamento - con attrito - dei pattini da 50 a 53 sulle piastre da 63 a 66, particolarmente secondo i movimenti di traslazione (in un piano radiale) rappresentati dalle frecce 74 e 75 della figura 6.

Un tale spostamento dei pattini rispetto alle placche è provocato mediante l'appoggio dell’albero 21 contro la faccia cilindrica interna 38, 38a, 38b degli archetti flottanti 37a, 37b, Questo spostamento è reso possibile mediante il gioco fra il diametro interno dei manicotti 46, 47 ed il diametro esterno delle aste 67, 68.

Questo spostamento può far passare i pattini dalla posizione iniziale "centrata” illustrata nella figura 7, nella quale l'asse 44 dei pattini è indistinto rispetto all'asse 144 dell’asta (designato da 67 e 68 nella figura 2), ad una posizione decentrata illustrata nella figura 6 in cui questi due assi non sono indistinti.

Si comprende che la struttura dell'elemento flottante dell<1>ammortizzatore meccanico in almeno due parti facilita il montaggio e lo smontaggio dell'ammortizzatore 35 e/o dell'albero 21.

La figura 4 illustra una variante di realizzazione di questo ammortizzatore, nella quale i due archetti o semicollari flottanti 80 e 81 sono riuniti da una parte mediante un bullone 82 e dall'altra parte mediante un manicotto di montaggio dei loro pattini 50, 52 sovrapposti secondo l'asse 44.

In questa configurazione, uno dei pattini (quale il 50) è in appoggio su una piastra 83 solidale della struttura dell'aerogiro, ed anche un altro pattino 85 solidale con l'archetto 80 è in appoggio secondo un asse 45 su una seconda piastra 84 ugualmente fissata alla struttura dell'aerogiro. Si osserva che contrariamente ai modi di realizzazione delle figure 1, 2, 5 i pattini di attrito 50, 52, 85 non sono diametralmente opposti.

Claims (18)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di trasmissione di un aerogiro che comprende un albero (21) di trasmissione, induttori (30, 31) elettromagnetici di un ammortizzatore magnetico attivo che si estendono intorno all<1>albero e determinano con quest'ultimo un gioco radiale (33), caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un ammortizzatore radiale supplementare (35) che si estende intorno all'albero con un distanziamento radiale (39) inferiore al gioco radiale, in modo che in caso di avaria dell'ammortizzatore magnetico attivo, l'ammortizzamento degli spostamenti radiali dell'albero rispetto al suo asse (22) è almeno in parte assicurato mediante l<'>ammortizzatore radiale supplementare, ed il danneggiamento degli induttori è limitato o evitato.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui 1 ’ammortizzatore radiale supplementare è un ammortizzatore non magnetico.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui 1<1>ammortizzatore radiale supplementare comprende una parte statorica (36) predisposta per essere fissata alla struttura (25) dell'aerogiro, una parte flottante (37) spostabile radialmente rispetto alla parte statorica e che circonda l'albero secondo detto distanziamento radiale, ed anche un dispositivo di ammortizzamento ad attrito che collega queste due parti ed ammortizza i loro spostamenti relativi reciproci.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui l'ammortizzamento mediante il dispositivo di ammortizzamento risulta da un attrito fra superfici (40, 41, 73) di pezzi (da 50 a 54, da 63 a 66) rispettivamente collegati o integrati alle due parti (36, 37) dell'ammortizzatore radiale supplementare.
5. 5. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il coefficiente di ammortizzamento dell<1>ammortizzatore radiale supplementare è dello stesso ordine di grandezza del coefficiente di ammortizzamento dell<1>ammortizzatore magnetico.
6. 6. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 5, in cui la parte flottante presenta una forma generale di boccola o di anello.
7. 7. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 6, in cui la parte flottante comprende una pluralità di pezzi (37a, 37b) collegati mediante organi (46, 47) di collegamento.
8. 8. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 7, in cui l'ammortizzamento mediante il dispositivo di ammortizzamento risulta da un attrito fra superfici (40, 73) anulari di pattini (da 50 a 54) collegati o integrati alla parte flottante (37), e superfici (41) di dischi (da 63 a 66) collegati o integrati alla parte statorica.
9. 9. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 8, in cui la parte statorica dell'ammortizzatore supplementare è prevista per essere fissata alla superficie dell'aerogiro mediante la parte statorica dell'ammortizzatore magnetico attivo .
10. 10. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui lo statore dell'ammortizzatore magnetico includente gli induttori comprende almeno due pezzi (60, 61) a forma di gusci resi solidali mediante organi di collegamento rilasciatali) .
11. 11. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui una superficie o parte esterna dell'albero (21) è realizzata in un materiale ferromagnetico.
12. 12. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui l'albero comprende un elemento ferromagnetico che si presenta in forma di una boccola (32) circondante la parte dell'albero che si estende in modo affacciato agli induttori.
13. 13. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui il valore del coefficiente di ammortizzamento del dispositivo di ammortizzamento supplementare è situato in un intervallo che parte da 100 N s m<'1>circa a 5000 N s m<'1>circa.
14. 14. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui il valore del coefficiente di ammortizzamento dell<1>ammortizzatore magnetico è situato in un intervallo che parte da 100 N s irf<1>circa a 1000 N s rrf<1>circa.
15. 15. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui il valore del rapporto del coefficiente di ammortizzamento (in N s rrf<1>) del-1<1>ammortizzatore magnetico rispetto alla rigidità (in Newton per metro) di questo ammortizzatore magnetico, è situato in un intervallo che va da 10<~3>secondi circa a IO<'2>secondi circa.
16. 16. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 15, in cui la rigidità radiale del dispositivo di ammortizzamento ad attrito è sufficiente per supportare il peso della parte flottante.
17. 17. Aerogiro comprendente un sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 16.
18. 18. Aerogiro secondo la rivendicazione 17, in cui l'albero (21) è connesso mediante accoppiamenti (26, 27) a due alberi (23, 28) montati rotativi rispetto all'aerogiro per mezzo di cuscinetti non magnetici .