RU2233231C1

RU2233231C1 - Helicopter rotor hub (two versions)

Info

Publication number: RU2233231C1
Application number: RU2002135370/11A
Authority: RU
Inventors: Г.Ю. Шацкий (RU); Г.Ю. Шацкий; Н.А. Назаров (RU); Н.А. Назаров
Original assignee: Шацкий Геннадий Юрьевич; Назаров Николай Андреевич
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2002-12-30
Publication date: 2004-07-27

Abstract

FIELD: aviation; helicopter rotor hubs connecting blades with drive shaft.

SUBSTANCE: proposed hub has boss with cantilevers having slots and sleeves received by slot of each cantilever and connected with peripheral part of cantilever through rocker arm and frame and with boss in base of cantilever through articulated support on bracket whose bearing surfaces are engageable with mating upper and lower surfaces of boss. According to first version, bracket has locking projection received by slot of cantilever and engageable with surface of slot. According to second version, bearing surfaces of bracket are interconnected by common locking projection received by slot of cantilever and engageable with surface of slot.

EFFECT: enhanced reliability and strength; increased service life of rotor hub.

5 cl, 6 dwg

Description

Изобретения относятся к авиации, а именно к конструкции втулки винта вертолета, соединяющей лопасти винта с его приводным валом.The invention relates to aviation, namely, to the design of the helicopter rotor hub connecting the rotor blades with its drive shaft.

Известна конструкция втулки несущего винта вертолета, в которой ступица имеет четыре петлеобразных консоли и две крестовины, закрепленные сверху и снизу ступицы (патент США №4257739, кл. В 64 С 27/38, НКИ 416-132, публ. 1981 г.). Внутри каждой консоли расположен рукав, проушины которого охватывают петлю консоли и имеют отверстия для крепления лопастей. Рукав прикреплен к петле консоли через упорный подшипник с помощью вильчатой рамки, и в основании консоли - к крестовинам с помощью шарнирной опоры, демпфера и кронштейна.A known design of the rotor hub of the helicopter, in which the hub has four hinge-shaped consoles and two crosses, mounted on top and bottom of the hub (US patent No. 4257739, CL 64 C 27/38, NCI 416-132, publ. 1981). Inside each console there is a sleeve, the eyes of which cover the console loop and have holes for attaching the blades. The sleeve is attached to the console loop through a thrust bearing using a forked frame, and at the base of the console to the crosses using a hinge support, a damper and an arm.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату для предлагаемых вариантов выполнения является втулка несущего винта вертолета по Патенту №2119876, МКИ В 64 С 27/32, в которой ступица имеет несколько, по числу лопастей винта, консолей с прорезью. В прорези каждой консоли установлен рукав, концевая часть которого выполнена с двумя проушинами, охватывающими периферийную часть консоли и имеющими отверстия для крепления лопасти, средняя - через качающееся коромысло и вильчатую рамку соединена с петлеобразной периферийной частью консоли, а комлевая часть рукава соединена со ступицей в основании консоли через шарнирную опору, демпфер и кронштейн. Опорные поверхности кронштейна опираются на верхнюю и нижнюю поверхности ступицы.The closest in technical essence and achieved by using the result for the proposed embodiments is the rotor hub of the helicopter according to Patent No. 2119876, MKI B 64 C 27/32, in which the hub has several consoles with a slot for the number of rotor blades. A sleeve is installed in the slot of each console, the end of which is made with two eyes covering the peripheral part of the console and having holes for mounting the blade, the middle is connected through the rocker arm and the fork frame to the loop-shaped peripheral part of the console, and the butt part of the sleeve is connected to the hub at the base consoles through the hinge support, damper and bracket. The supporting surfaces of the bracket rest on the upper and lower surfaces of the hub.

Расположение отверстий в ступице под крепежные элементы кронштейна “в тени” основных действующих сил - между прорезью консоли и отверстием под приводной вал - привело к конструкции кронштейна, при которой силы на кронштейне от комлевой части рукава (реакции от изгибающих моментов в плоскости тяги винта и плоскости вращения) передаются кронштейном на ступицу не по линии их действия, а с эксцентриситетом, что приводит к нагружению кронштейна изгибающими моментами в двух плоскостях и неблагоприятному нагружению головок крепежных болтов - с изгибом, и резьбы под гайками этих болтов - с повышенной концентрацией напряжений. Для обеспечения ресурса этим элементам необходимо усиливать кронштейн и крепежные элементы, что увеличивает массу конструкции втулки.The location of the holes in the hub for the mounting elements of the bracket “in the shadow” of the main acting forces - between the slot of the console and the hole for the drive shaft - led to the design of the bracket, in which the forces on the bracket from the butt part of the sleeve (reaction from bending moments in the plane of the screw rod and plane rotations) are transmitted by the bracket to the hub not along the line of their action, but with eccentricity, which leads to the loading of the bracket by bending moments in two planes and adverse loading of the heads of the fixing bolts - with a bend, and threads under the nuts of these bolts - with a high concentration of stress. To ensure the resource of these elements, it is necessary to strengthen the bracket and fasteners, which increases the mass of the sleeve structure.

Общей технической задачей, решаемой предлагаемыми изобретениями, является повышение прочности узла кронштейна, увеличение ресурса втулки без увеличения массы втулки за счет устранения эксцентриситета между действующей на кронштейн от рукава через шарнирную опору силы и реакции на кронштейне от его крепежных элементов без повреждения отверстиями под крепеж высоконагруженного участка ступицы у основания консоли, уменьшения размеров крепежных элементов и отверстий под них вплоть до полного их устранения.The general technical problem solved by the proposed invention is to increase the strength of the bracket assembly, increase the life of the sleeve without increasing the mass of the sleeve by eliminating the eccentricity between the force acting on the bracket through the hinge support and the reaction on the bracket from its fasteners without damage to the holes for fasteners of a highly loaded area hubs at the base of the console, reducing the size of the fasteners and the holes under them until they are completely eliminated.

Другой задачей, решаемой настоящими изобретениями, является снабжение втулки ограничителями маха лопасти, защищающих конструкцию вертолета от ударов лопастей на маневренных режимах полета и на стоянке вертолета в условиях сильного ветра.Another problem solved by the present invention is the supply of the sleeve with the limiters of the swing blades protecting the helicopter design from impacts of the blades in maneuvering flight modes and when the helicopter is parked in high wind conditions.

Техническая задача решена благодаря тому, что во втулке винта вертолета, содержащей ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, согласно первому варианту выполнения кронштейн имеет фиксирующий выступ, располагаемый в прорези консоли и сопрягаемый с поверхностью прорези.The technical problem is solved due to the fact that in the rotor hub of the helicopter containing a hub with consoles, in each of which a slot is made, and sleeves installed in the slot of each console and connected to the peripheral part of the console through the beam and frame and with the hub in the base of the console through according to the first embodiment, the bracket has a locking protrusion located in the slot of the console and we mate with the hinge support on the bracket, the supporting surfaces of which are mated with the mating upper and lower surfaces of the hub suspended with a slot surface.

Фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопрягаются с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.The fixing protrusion of the bracket and the slot of the console are mated along a cylindrical surface, and the supporting surfaces of the bracket mate with the counter surfaces of the hub along planes perpendicular to the axis of the cylindrical portion of the surface of the slot of the console.

Кроме этого втулка винта снабжена ограничителями маха лопасти, выполненными в виде верхних и нижних упоров, установленных на кронштейне, и ответных упоров, размещенных на рукаве втулки.In addition, the screw sleeve is equipped with a blade swing limiters made in the form of upper and lower stops mounted on the bracket, and reciprocal stops placed on the sleeve sleeve.

Техническая задача решена также благодаря тому, что во втулке винта вертолета, содержащей ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, согласно второму варианту выполнения опорные поверхности кронштейна соединены между собой общим фиксирующим выступом, располагаемым в прорези консоли и сопрягаемым с поверхностью прорези.The technical problem is also solved due to the fact that in the rotor hub of the helicopter containing a hub with consoles, in each of which a slot is made, and sleeves installed in the slot of each console and connected to the peripheral part of the console through the rocker and frame and with the hub at the base of the console - according to the second embodiment, the supporting surfaces of the bracket are interconnected by a common fixing in the hinge support on the bracket, the supporting surfaces of which are mated with the mating upper and lower surfaces of the hub mortar, is located in the slot console and mating with the surface of the slot.

При этом общий фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопряжены с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.In this case, the common fixing protrusion of the bracket and the slot of the console are mated along a cylindrical surface, and the supporting surfaces of the bracket are mated with mating surfaces of the hub along planes perpendicular to the axis of the cylindrical portion of the surface of the slot of the console.

Выполнение кронштейна втулки предлагаемой конструкции позволило разместить его фиксирующий выступ в прорези консоли. Наружная поверхность фиксирующего выступа кронштейна сопряжена с цилиндрической поверхностью прорези консоли. Таким образом, кронштейн имеет четыре поверхности, сопрягаемые со ступицей: две опорные поверхности, которые сопряжены с наружными поверхностями ступицы; две другие - поверхности фиксирующего выступа, которые сопряжены с цилиндрическим участком прорези. Форма и расположение четырех сопряженных со ступицей поверхностей кронштейна позволяет воспринимать силы от рукава со стороны шарнирной опоры без эксцентриситета и передавать их на ступицу кратчайшим путем. При этом наибольшая из действующих на кронштейн сил - сила в плоскости вращения винта - передается на ступицу через фиксирующие выступы кронштейна, минуя крепежные элементы.The implementation of the sleeve bracket of the proposed design allowed to place its locking protrusion in the slots of the console. The outer surface of the locking protrusion of the bracket mates with the cylindrical surface of the slot of the console. Thus, the bracket has four surfaces mating with the hub: two supporting surfaces that are mated to the outer surfaces of the hub; the other two are the surfaces of the locking protrusion, which are associated with the cylindrical section of the slot. The shape and location of the four surfaces of the bracket coupled to the hub allows you to perceive the forces from the sleeve from the side of the articulated support without eccentricity and transfer them to the hub in the shortest way. In this case, the greatest of the forces acting on the bracket — the force in the plane of rotation of the screw — is transmitted to the hub through the fixing protrusions of the bracket, bypassing the fasteners.

Конструкция кронштейна по первому варианту выполнения втулки позволила существенно уменьшить диаметры крепежных элементов и отверстия под них в ступице, разместив эти отверстия “в тени” основного потока напряжений от центробежной силы вращающейся лопасти, а также уменьшить массу кронштейна с крепежом.The design of the bracket according to the first embodiment of the sleeve made it possible to significantly reduce the diameters of the fasteners and the holes for them in the hub by placing these holes “in the shadow” of the main flow of stresses from the centrifugal force of the rotating blade, and also reduce the mass of the bracket with fasteners.

Выполнение втулки винта вертолета в соответствии со вторым вариантом, при котором кронштейн имеет общий фиксирующий выступ, соединяющий между собой его опорные поверхности, позволило выполнить кронштейн в виде одной детали. При этом общий фиксирующий выступ и опорные поверхности кронштейна, сопряженные с ответными элементами ступицы, образуют замок, позволяющий передать все приходящие на кронштейн и далее на ступицу силы, минуя крепежные элементы. Такое выполнение кронштейна позволило полностью отказаться от крепежных элементов.The implementation of the helicopter rotor hub in accordance with the second embodiment, in which the bracket has a common locking protrusion connecting to one another its supporting surfaces, made it possible to make the bracket in one piece. In this case, the common locking protrusion and the supporting surfaces of the bracket, conjugated with the counter elements of the hub, form a lock that allows you to transfer all the forces coming to the bracket and further to the hub, bypassing the fasteners. This embodiment of the bracket allowed to completely abandon the fasteners.

Отсутствие отверстий под крепежные элементы кронштейна в самом нагруженном месте ступицы повышает надежность и прочность всей втулки винта вертолета, увеличивает ее ресурс.The absence of holes for the mounting elements of the bracket in the most stressed part of the hub increases the reliability and strength of the entire helicopter rotor hub, and increases its service life.

Изобретения поясняются чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

фиг. 1 - втулка винта вертолета (1 вариант), вид сбоку с продольным разрезом;FIG. 1 - helicopter rotor hub (1 option), side view with a longitudinal section;

фиг. 2 - то же, вид сверху с местным вырывом;FIG. 2 - the same, top view with a local breakaway;

фиг. 3 - сочленение кронштейна со ступицей в изометрии;FIG. 3 - articulation of the bracket with the hub in isometry;

фиг. 4 - то же, что и фиг. 1, но с эластомерными демпферами между кронштейном и сферической опорой;FIG. 4 is the same as FIG. 1, but with elastomeric dampers between the bracket and the spherical support;

фиг. 5 - втулка винта вертолета (2 вариант), вид сбоку с продольным разрезом;FIG. 5 - helicopter rotor hub (option 2), side view with a longitudinal section;

фиг. 6 - сочленение кронштейна (2 вариант) со ступицей в изометрии.FIG. 6 - articulation of the bracket (option 2) with the hub in isometry.

Втулка винта вертолета содержит (фиг. 2) ступицу 1 с консолями 2, в которых выполнена прорезь 3, придающая периферийной части 4 консоли 2 петлеобразную форму. Рукав 5 установлен в прорези 3 и соединен в своей средней части с периферийной частью 4 консоли 2 через коромысло 6 (фиг. 1) и вильчатую рамку 7 и со ступицей 1 в основании консоли 2 - через шарнирную опору 8 на кронштейне 9. Опорные поверхности 10 кронштейна 9 сопряжены с ответными поверхностями 11 ступицы 1. Кронштейн 9 стянут крепежными элементами 12.The helicopter rotor hub contains (Fig. 2) a hub 1 with consoles 2, in which a slot 3 is made, which makes the peripheral part 4 of the console 2 a loop-like shape. The sleeve 5 is installed in the slot 3 and connected in its middle part to the peripheral part 4 of the console 2 through the beam 6 (Fig. 1) and the forked frame 7 and with the hub 1 in the base of the console 2 through the hinge support 8 on the bracket 9. Support surfaces 10 the bracket 9 are mated with the mating surfaces 11 of the hub 1. The bracket 9 is pulled together by fasteners 12.

Кронштейн 9 имеет фиксирующий выступ 13, сопряженный с поверхностью 14 (фиг. 2) прорези 3 консоли 2.The bracket 9 has a locking protrusion 13, conjugated with the surface 14 (Fig. 2) of the slot 3 of the console 2.

Фиксирующий выступ 13 и сопрягаемая поверхность 14 прорези 3 имеют цилиндрическую форму (фиг. 2, 3). Опорные поверхности 10 кронштейна 9 и ответные поверхности 11 ступицы 1 выполнены плоскими (фиг. 1, 3) и перпендикулярными оси цилиндрической поверхности 14.The locking protrusion 13 and the mating surface 14 of the slot 3 have a cylindrical shape (Fig. 2, 3). The supporting surfaces 10 of the bracket 9 and the counter surfaces 11 of the hub 1 are made flat (Fig. 1, 3) and perpendicular to the axis of the cylindrical surface 14.

Кронштейн 9 имеет упор кронштейна 15 (фиг. 1, 3), а рукав 5 - упор рукава 16.The bracket 9 has an emphasis of the bracket 15 (Fig. 1, 3), and the sleeve 5 - the emphasis of the sleeve 16.

На фиг. 5, 6 изображена втулка винта вертолета по 2 варианту, у которой кронштейн 9 выполнен в виде одной детали, верхняя и нижняя опорные поверхности 10 которого соединены общим фиксирующим выступом 13.In FIG. 5, 6 shows the helicopter rotor hub according to embodiment 2, in which the bracket 9 is made in the form of a single part, the upper and lower supporting surfaces 10 of which are connected by a common locking protrusion 13.

Общий фиксирующий выступ 13 и сопрягаемая поверхность 14 прорези 3 имеют цилиндрическую форму (фиг. 5, 6). Опорные поверхности 10 кронштейна 9 и ответные поверхности 11 ступицы 1 выполнены плоскими и перпендикулярными оси цилиндрической поверхности 14.The common locking protrusion 13 and the mating surface 14 of the slot 3 have a cylindrical shape (Fig. 5, 6). The supporting surfaces 10 of the bracket 9 and the counter surfaces 11 of the hub 1 are made flat and perpendicular to the axis of the cylindrical surface 14.

На фиг. 4 изображена конструкция втулки винта вертолета, в которой между кронштейном 9 и шарнирной опорой 8 установлены эластомерные демпферы 17.In FIG. 4 shows the design of the helicopter rotor hub, in which elastomeric dampers 17 are installed between the bracket 9 and the hinged support 8.

Втулка винта вертолета работает следующим образом. Лопасти вращающегося винта вместе с рукавами 5, к которым они прикреплены, совершают маховые движения, вызванные управляющими действиями летчика. Эти маховые движения условно разделяют на движения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: плоскости тяги и плоскости вращения винта. Результатом маховых движений лопастей являются изгибающие моменты в плоскости тяги и в плоскости вращения, которые с рукава 5 (фиг. 1) в виде пар сил-реакций передаются с одной стороны через коромысло 6, рамку 7 на периферийную часть 4 консоли 2, с другой - через шарнирную опору 8, кронштейн 9 - на ступицу 1 в основании консоли 2.The hub of the helicopter screw operates as follows. The blades of the rotary screw together with the sleeves 5 to which they are attached, perform flywheel movements caused by the pilot's control actions. These swing movements are conventionally divided into movements in two mutually perpendicular planes: the thrust plane and the plane of rotation of the screw. The result of the swing movements of the blades are bending moments in the thrust plane and in the plane of rotation, which are transmitted from the sleeve 5 (Fig. 1) in the form of force-reaction pairs on the one hand through the rocker 6, frame 7 to the peripheral part 4 of the console 2, on the other - through the hinge support 8, the bracket 9 - to the hub 1 in the base of the console 2.

Силы, приходящие на кронштейн 9 в плоскости тяги через крепежные элементы 12, замыкаются на ступице 1 (фиг. 1). В варианте выполнения кронштейна 9 (фиг. 5, 6) с общим фиксирующим выступом 13 силы в плоскости тяги через фиксирующий выступ 13 и опорную поверхность 10 замыкаются на ступице 1.The forces coming to the bracket 9 in the plane of the thrust through the fastening elements 12 are closed on the hub 1 (Fig. 1). In an embodiment of the bracket 9 (Fig. 5, 6) with a common locking protrusion 13, forces in the draft plane through the locking protrusion 13 and the supporting surface 10 are closed on the hub 1.

Силы, приходящие на кронштейн 9 в плоскости вращения через фиксирующий выступ 13, передаются на сопрягаемую поверхность 14 прорези 3 консоли 2 (фиг. 2).The forces coming to the bracket 9 in the plane of rotation through the locking protrusion 13 are transmitted to the mating surface 14 of the slot 3 of the console 2 (Fig. 2).

Собираемость конструкции 2-го варианта втулки винта вертолета обеспечивается выполнением размера L₂ (фиг. 5) кронштейна 9 меньшим размера L₁ (фиг. 2) “горлышка” прорези 3 консоли 2. Кронштейн 9 вставляется в среднюю широкую часть прорези 3 консоли 2 боком, повернутым на 90°. Затем кронштейн 9 заводится боком через “горлышко” на участок сопрягаемой поверхности 14 цилиндрической формы, проворачивается на 90° до своего номинального положения и фиксируется клеем.The assemblability of the construction of the 2nd variant of the helicopter rotor hub is ensured by making the size L ₂ (Fig. 5) of the bracket 9 smaller than the size L ₁ (Fig. 2) the “neck” of the slot 3 of the console 2. The bracket 9 is inserted sideways into the middle wide part of the slot 3 of the console 2 rotated 90 °. Then the bracket 9 is wound sideways through the “neck” to a portion of the mating surface 14 of a cylindrical shape, rotates 90 ° to its nominal position and is fixed with glue.

Выполнение кронштейна 9 с фиксирующим выступом 13 позволяет эффективно воспринимать и передавать на ступицу 1 наиболее существенные из действующих на кронштейн сил - силы в плоскости вращения винта.The implementation of the bracket 9 with the locking protrusion 13 allows you to effectively perceive and transmit to the hub 1 the most significant of the forces acting on the bracket - the forces in the plane of rotation of the screw.

Цилиндрическая форма наружной поверхности фиксирующего выступа 13 и плоская форма опорной поверхности 10 кронштейна 9 являются его наиболее технологичным и экономичным решениями.The cylindrical shape of the outer surface of the locking protrusion 13 and the flat shape of the supporting surface 10 of the bracket 9 are its most technologically advanced and economical solutions.

Объединение в кронштейне 9 двух функций: держателя шарнирной опоры 8 и ограничителя маха лопасти существенно упрощает конструкцию втулки винта.The combination of two functions in the bracket 9: the hinged support holder 8 and the blade swing limiter greatly simplifies the design of the screw hub.

Выполнение кронштейна 9 с общим монолитным фиксирующим выступом 13 позволяет отказаться от использования дополнительных крепежных элементов 12, что еще более упрощает конструкцию и сборку втулки винта. Отсутствие отверстий в ступице под крепежные элементы увеличивает ее прочность.The implementation of the bracket 9 with a common monolithic locking protrusion 13 allows you to refuse to use additional fasteners 12, which further simplifies the design and assembly of the screw sleeve. The absence of holes in the hub for fasteners increases its strength.

Благодаря этому втулка винта вертолета стала более легкой и надежной; увеличился ее ресурс, снизилась ее стоимость.Thanks to this, the helicopter rotor hub has become lighter and more reliable; its resource increased, its cost decreased.

Данная конструкция может быть рекомендована, в первую очередь, для втулок винтов вертолетов со ступицами из композитных материалов.This design can be recommended, first of all, for helicopter screw bushings with hubs made of composite materials.

Claims

1. Helicopter screw hub containing a hub with consoles, each of which has a slot, and sleeves installed in the slots of each console and connected to the peripheral part of the console through the beam and frame and with the hub in the base of the console through the hinged support on the bracket, supporting the surface of which is mated with the mating upper and lower surfaces of the hub, characterized in that the bracket has a locking protrusion located in the slot of the console and mating with the surface of the slot.

2. The sleeve according to claim 1, characterized in that the fixing protrusion of the bracket and the slot of the console are mated on a cylindrical surface, and the supporting surfaces of the bracket mate with the counter surfaces of the hub along planes perpendicular to the axis of the cylindrical portion of the surface of the slot of the console.

3. The sleeve according to claim 1 or 2, characterized in that it is equipped with limiters of the blade swing, made in the form of upper and lower stops mounted on the bracket, and response stops placed on the sleeve of the sleeve.

4. Helicopter screw hub containing a hub with consoles, each of which has a slot, and sleeves installed in the slots of each console and connected to the peripheral part of the console through the beam and frame and with the hub in the base of the console through the hinge support on the bracket, supporting the surface of which is mated with the mating upper and lower surfaces of the hub, characterized in that the supporting surfaces of the bracket are interconnected by a common locking protrusion located in the slot of the console and mating with the surface cut through.

5. The sleeve according to claim 4, characterized in that the common fixing protrusion of the bracket and the slot of the console are mated on a cylindrical surface, and the supporting surfaces of the bracket are mated with mating surfaces of the hub along planes perpendicular to the axis of the cylindrical portion of the surface of the slot of the console.