RU2349504C1

RU2349504C1 - Propeller

Info

Publication number: RU2349504C1
Application number: RU2007121890/11A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Иванович Пивоваров (RU); Вячеслав Иванович Пивоваров
Original assignee: Вячеслав Иванович Пивоваров
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2009-03-20
Also published as: RU2007121890A

Abstract

FIELD: aeronautical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to propellers with variable blade pitch the variable blade pitch propeller comprises blades (6) linked up, via torsions (2), with shaft (1) and elements designed to control the pitch of every blade. Every torsion (2), on the whole flexible section between blade (6) and shaft (1), or in an area of the said length, represents a beam made up of a set of open-section lengthwise power elements jointed together by an elastic filler. The said power elements are rigidly jointed together in twisting and bending areas, at the joints between the torsion, blade, shaft and intermediate parts, as well as in areas of twisting and bending of one torsion or between torsions.

EFFECT: simpler design, lower weight.

6 cl, 26 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к устройству несущих и рулевых винтов вертолетов.The invention relates to the field of aeronautical engineering, in particular to the device of the main and tail rotors of helicopters.

Изобретение также может быть использовано в других воздушных винтах с изменяемым шагом, в конструкции роторов ветродвигателей, а также в других областях техники, где необходима гибкая связь между двумя твердыми телами, например в виде упругих муфт.The invention can also be used in other variable pitch propellers, in the design of wind turbine rotors, as well as in other technical fields where a flexible connection between two solids is necessary, for example in the form of elastic couplings.

Известен винт, лопасти которого соединены с валом при помощи упругих на изгиб и кручение торсионов (патент Франции №2041747, МПК В64С 27/00). В этом винте упругая средняя по длине (рабочая) часть торсиона состоит из продольно расположенных отдельных пучков высокопрочных волокон, соединенных между собой эластичным материалом с низким сопротивлением сдвигу. Недостатком этой конструкции является низкая изгибная жесткость торсиона при поперечном изгибе, то есть при действии перерезывающих сил. Это может привести к выбору неоптимальных соотношений размеров торсиона, к завышенному весу конструкции, а также к нарушению передаточных соотношений между отклонениями органов управления и изменениями углов установки лопастей при воздействиях на торсионы перерезывающих сил от поводков лопастей и от самих лопастей.A known screw, the blades of which are connected to the shaft by means of torsion resilient bending and torsion (French patent No. 2041747, IPC ВСС 27/00). In this screw, the elastic average length (working) part of the torsion bar consists of longitudinally spaced separate bundles of high-strength fibers, interconnected by an elastic material with low shear resistance. The disadvantage of this design is the low bending stiffness of the torsion bar in the transverse bending, that is, under the action of cutting forces. This can lead to the choice of non-optimal ratios of the torsion’s sizes, to an overestimated weight of the structure, as well as to a violation of the gear ratios between the deviations of the controls and changes in the angles of installation of the blades when the torsion forces are subjected to cutting forces from the leads of the blades and from the blades themselves.

Известны также винты, лопасти которых соединены с валом при помощи упругих на изгиб и кручение торсионов (патенты США №4427340, МПК В64С 27/38 и №4746272, МПК В64С 27/38). В этих винтах выполненная как единое целое упругая, средняя по длине (рабочая) часть каждого торсиона состоит из двух зон по его длине: ближняя к лопасти винта зона, работающая в основном на кручение, состоит из монолитных продольно расположенных ребристых балок из композиционных материалов, выполненных в виде элементов открытого профиля, а зона со стороны вала винта представляет собой работающую в основном на изгиб монолитную пластину. Необходимые упругие свойства торсионов в этих двух вариантах конструкций достигаются подбором свойств связующего (смол с различными добавками) и материалов наполнителя (матрицы), которые пропитываются связующим. К недостаткам таких конструкций следует отнести трудности получения оптимальных размеров торсионов для требований обеспечить высокие изгибные жесткости при низкой жесткости на кручение в их зонах кручения, а также противоречивые требования к свойствам связующего и ограниченный выбор материалов для торсионов.Also known are screws whose blades are connected to the shaft by means of torsion resilient bending and torsion (US Pat. Nos. 4,427,340, IPC B64C 27/38 and No. 4746272, IPC B64C 27/38). In these screws, made as a single unit, the elastic, middle (working) part of each torsion bar consists of two zones along its length: the zone closest to the rotor blade, working mainly on torsion, consists of monolithic longitudinally located ribbed beams made of composite materials made of in the form of elements of an open profile, and the area on the side of the screw shaft is a monolithic plate working mainly on bending. The necessary elastic properties of torsion bars in these two designs are achieved by selecting the properties of the binder (resins with various additives) and the materials of the filler (matrix), which are impregnated with a binder. The disadvantages of such structures include the difficulty of obtaining optimal torsion dimensions for the requirements to provide high bending stiffness with low torsional stiffness in their torsion zones, as well as conflicting requirements for the properties of the binder and a limited choice of materials for torsion bars.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в разработке конструкции воздушных винтов с возможностью широкого изменения изгибных и крутильных жесткостей торсионов при их оптимальных соотношениях за счет применения специальной конструкции и различных форм геометрии упругих частей торсионов, использования различных материалов с требуемым набором свойств, в снижении веса конструкции винта, в улучшении управления лопастями винта.The technical problem solved by the present invention is to develop the design of propellers with the possibility of wide changes in the bending and torsional stiffnesses of torsion bars at their optimal ratios due to the use of a special design and various forms of geometry of the elastic parts of the torsion bars, the use of various materials with the required set of properties, in reducing weight screw design, in improving the control of the rotor blades.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в воздушном винте с изменяемым шагом лопастей, включающем в себя лопасти, соединенные с валом винта при помощи упругих на изгиб и кручение торсионов, элементы управления шагом каждой лопасти, каждый из торсионов на всем упругом участке между лопастью и валом или в зоне по длине этого участка, испытывающей преимущественно деформации кручения, выполнен в виде балки, состоящей из набора продольно расположенных силовых элементов открытого профиля с высокой прочностью материала, соединенных между собой эластичным заполнителем из материала с низким сопротивлением сдвигу, а в заделках по концам торсиона или зоны кручения - в зоне изгиба, в местах соединения торсиона с лопастью, валом, промежуточными деталями, в местах соединения зон кручения и изгиба одного торсиона или торсионов между собой - силовые элементы соединены между собой жестко материалом с высокой прочностью. Предусматривается также то, что в определенных вариантах конструкций воздушных винтов силовые элементы и эластичный заполнитель в разных местах торсиона как по длине, так и в разных секторах его поперечных сечений имеют разные механические свойства, а также то, что силовые элементы торсионов выполнены из анизотропного материала. Кроме того, предусмотрено, что группы торсионов (пары, тройки и больше) или все торсионы одного винта могут быть выполнены как единое целое, а также то, что лопасти винта могут быть выполнены как единое целое с торсионами, при этом материал лопасти является продолжением материала высокопрочных элементов ее торсиона. К отличительным особенностям изобретения относится также то, что каждый торсион или все торсионы одного винта могут быть соединены с валом винта через шарниры с расположением осей в плоскости, перпендикулярной оси вала винта.The essence of the invention lies in the fact that in a propeller with a variable pitch of the blades, which includes blades connected to the shaft of the screw by means of bending and torsion resilient torsions, pitch controls for each blade, each of the torsions in the entire elastic section between the blade and by a shaft or in a zone along the length of this section, which experiences predominantly torsional deformations, is made in the form of a beam, consisting of a set of longitudinally located power elements of an open profile with high material strength, interconnected by an elastic filler from a material with low shear resistance, and in terminations at the ends of the torsion bar or torsion zone - in the bending zone, at the junction of the torsion bar with a blade, shaft, intermediate parts, at the junction of the torsion and bending zones of one torsion bar or torsion bar between by themselves - power elements are interconnected rigidly with high strength material. It is also envisaged that, in certain variants of propeller designs, the power elements and elastic filler in different places of the torsion both in length and in different sectors of its cross sections have different mechanical properties, and also that the power elements of the torsion bars are made of anisotropic material. In addition, it is provided that groups of torsion bars (pairs, triples and more) or all torsion bars of one screw can be made as a whole, and also that the screw blades can be made as a whole with torsion bars, while the blade material is a continuation of the material high strength elements of her torsion bar. The distinctive features of the invention also include the fact that each torsion or all the torsion bars of one screw can be connected to the screw shaft through hinges with the axes in a plane perpendicular to the axis of the screw shaft.

На фиг.1, фиг.2 показан воздушный винт в четырехлопастной конфигурации с жестким креплением каждого торсиона к валу винта и к лопасти, без деления упругой части торсиона (участок L=I) на зоны кручения (зона I) и изгиба (зона (L-I)) - вид сбоку и вид сверху соответственно; на фиг.3 - сечение А-А от фиг.1; на фиг.4, фиг.5 - сечения Б-Б и В-В от фиг.1; на фиг.6, фиг.7 - некоторые из возможных вариантов сечений А-А от фиг.1; на фиг.8, фиг.9 - вариант конструкции воздушного винта в трехлопастной конфигурации, у которого все торсионы выполнены как одно целое, но с отдельными рабочими упругими частями (участок L), разделенными на зоны преимущественно кручения (со стороны лопасти - зона I) и изгиба (со стороны вала винта - зона (L-I)), а вся группа торсионов соединена с валом винта жестко - вид сбоку и вид сверху соответственно; на фиг.10 - сечение Г-Г от фиг.8; на фиг.11, фиг.12 - сечения Д-Д и Е-Е от фиг.8; на фиг.13, фиг.14 - воздушный винт, каждый торсион которого выполнен как одно целое с лопастью без разделения упругой части (участок L=l) на зоны кручения и изгиба и соединен с валом винта через горизонтальный шарнир (упрощенный вид) - вид сбоку и вид сверху соответственно; на фиг.15 - сечение И-И от фиг.13; на фиг.16, фиг.17, фиг.18 - сечения К-К, Л-Л, М-М соответственно от фиг.13; на фиг.19, фиг.20 - вариант конструкции воздушного винта в четырехлопастной конфигурации, у которого пары торсионов выполнены как одно целое, но с отдельными рабочими упругими частями без разделения каждой упругой части (участок L=l) на зоны кручения и изгиба, а все торсионы соединены с валом винта через карданную подвеску (упрощенный вид) - вид сбоку и вид сверху соответственно; на фиг.21 - сечение Н-Н от фиг.19; на фиг.22, фиг.23 - вариант конструкции воздушного винта в двухлопастной конфигурации, у которого оба торсиона выполнены как одно целое, но с отдельными рабочими упругими частями без разделения каждой упругой части (участок L=I) на зоны кручения и изгиба, и два торсиона соединены с валом винта через общий горизонтальный шарнир (упрощенный вид) - вид сбоку и вид сверху соответственно; на фиг.24 - сечение П-П от фиг.22; на фиг.25, фиг.26 - сечения Р-Р и С-С от фиг.22.Figure 1, figure 2 shows the propeller in a four-blade configuration with rigid fastening of each torsion bar to the shaft of the screw and the blade, without dividing the elastic part of the torsion bar (section L = I) into torsion zones (zone I) and bending (zone (LI )) - side view and top view, respectively; figure 3 is a section aa from figure 1; figure 4, figure 5 - section bB and BB of figure 1; figure 6, figure 7 - some of the possible options for sections aa from figure 1; in Fig. 8, Fig. 9 is a design example of a propeller in a three-blade configuration in which all the torsion bars are made integrally, but with separate working elastic parts (section L), divided into zones of predominantly torsion (on the side of the blade - zone I) and bending (from the side of the screw shaft - zone (LI)), and the entire group of torsions is rigidly connected to the screw shaft - side view and top view, respectively; figure 10 is a cross section GG from Fig; in Fig.11, Fig.12 - section DD and EE from Fig.8; in Fig.13, Fig.14 - propeller, each torsion of which is made integrally with the blade without dividing the elastic part (section L = l) into torsion and bending zones and is connected to the screw shaft through a horizontal hinge (simplified view) - view side and top view, respectively; on Fig - section II from Fig; in Fig.16, Fig.17, Fig.18 - section KK, L-L, MM, respectively from Fig.13; in Fig.19, Fig.20 is a variant of the design of the propeller in a four-blade configuration, in which the pairs of torsion bars are made as a whole, but with separate working elastic parts without dividing each elastic part (section L = l) into torsion and bending zones, and all torsion bars are connected to the screw shaft through a cardan suspension (simplified view) - side view and top view, respectively; in Fig.21 is a cross section HH from Fig.19; in Fig.22, Fig.23 is a variant of the design of the propeller in a two-blade configuration, in which both torsion bars are made integrally, but with separate working elastic parts without dividing each elastic part (section L = I) into torsion and bending zones, and two torsion bars are connected to the screw shaft through a common horizontal hinge (simplified view) - side view and top view, respectively; on Fig - section PP from Fig; in Fig.25, Fig.26 - section PP and CC from Fig.22.

Воздушный винт, в частности несущий винт вертолета (фиг.1…7), состоит из вала 1, являющегося одновременно и корпусом втулки; торсионов 2, соединенных с валом 1 упорными кольцами 3 и винтами 4; переходников 5, стыкующих между собой лопасти 6 и торсионы 2 упорными полукольцами 7, винтами 8 и болтами 9; а также поводков 10 управления лопастями, соединенных с торсионами 2 и лопастями 6 винтами 8 через переходники 5.The propeller, in particular the rotor of the helicopter (figure 1 ... 7), consists of a shaft 1, which is also the case of the sleeve; torsion bars 2 connected to shaft 1 by thrust rings 3 and screws 4; adapters 5, interconnecting blades 6 and torsion bars 2 with persistent half rings 7, screws 8 and bolts 9; as well as leads 10 for controlling the blades connected to torsion bars 2 and blades 6 with screws 8 through adapters 5.

Для уменьшения статических нагрузок на элементы конструкции винта оси торсионов 2 могут быть смещены на величину В в плоскости вращения и на угол К начальной конусности в вертикальной плоскости (плоскости взмаха лопасти).To reduce static loads on the structural elements of the screw, the axes of the torsion bars 2 can be shifted by a value of B in the plane of rotation and an angle K of the initial taper in the vertical plane (the plane of the blade sweep).

Торсион 2 имеет по всей длине рабочей упругой части (участок L) или в зоне кручения (зона I) поперечное сечение, состоящее из набора силовых элементов 11 открытого профиля, выполненных из материала с высокой прочностью, соединенных между собой эластичным заполнителем 12 из материала с низким сопротивлением сдвигу. Эластичный заполнитель 12 расположен по длине торсиона 2 на всем его рабочем участке или в зоне кручения, а в местах стыковки всего рабочего участка или зоны кручения с валом 1, лопастью 6, с зоной изгиба или торсионов между собой (в заделках) место эластичного заполнителя 12 занимает высокопрочный материал 13, например такой же, из которого выполнены силовые элементы 11, или иной, обеспечивающий прочное соединение силовых элементов 11 между собой.Torsion 2 has a cross section along the entire length of the working elastic part (section L) or in the torsion zone (zone I), consisting of a set of open profile force elements 11 made of material with high strength, interconnected by elastic filler 12 of material with low shear resistance. The elastic filler 12 is located along the length of the torsion 2 on its entire working area or in the torsion zone, and in the places where the entire working section or torsion zone is joined with the shaft 1, the blade 6, with the bending zone or torsion between them (in the seals) the place of the elastic filler 12 occupies a high-strength material 13, for example, the same of which the power elements 11 are made, or another, which provides a strong connection of the power elements 11 to each other.

Рабочая часть L торсиона 2 может иметь по длине как постоянное, так и переменное сечение. Также для одного торсиона 2 его силовые элементы 11 и эластичный заполнитель 12 могут иметь на участках L или в зоне I как постоянное, так и переменное сечение. В частности, на концах торсиона 2 или его зоны кручения (в местах перехода к заделкам) специально подобранные по длине торсиона 2 изменения размеров силовых элементов 11 и эластичного заполнителя 12 сглаживают характерный для этих мест скачок жесткостей и напряжений.The working part L of torsion 2 may have a constant or variable cross-section along the length. Also, for one torsion 2, its strength elements 11 and elastic filler 12 can have both constant and variable sections in sections L or in zone I. In particular, at the ends of torsion 2 or its torsion zone (at the points of transition to terminations), specially selected along the length of torsion 2 changes in the size of the force elements 11 and elastic filler 12 smooth out the jump in stiffness and stress characteristic of these places.

В целях обеспечения наилучшего соотношения изгибных и крутильной жесткостей рабочей части L торсиона 2, а также для получения достаточного конструкционного демпфирования (гашения) колебательных движений системы лопасть-втулка в разных местах торсиона силовые элементы 11 и эластичный заполнитель 12 могут иметь разные механические свойства, например разные изгибные и крутильные жесткости для силовых элементов 11, а также разные жесткости на сдвиг или разные свойства гистерезиса (внутреннего трения в материале при циклическом деформировании) для заполнителя 12. Эти свойства могут меняться как по длине торсиона, так и по различным секторам его поперечных сечений, отдельным элементам или отдельным промежуткам между силовыми элементами 11.In order to ensure the best ratio of bending and torsional stiffnesses of the working part L of torsion 2, as well as to obtain sufficient structural damping (damping) of the vibrational movements of the blade-sleeve system at different places of the torsion, the force elements 11 and elastic filler 12 can have different mechanical properties, for example, different bending and torsional stiffnesses for power elements 11, as well as different shear stiffnesses or different hysteresis properties (internal friction in the material during cyclic deformation u) for the filler 12. These properties may vary both along the length of the torsion bar, and the various sectors of its transverse sections, individual elements or individual gaps between the structural elements 11.

Для тех же целей, а также для повышения технологичности конструкции силовые элементы 11 открытого профиля торсиона 2 могут быть выполнены из анизотропного композиционного материала.For the same purposes, as well as to improve the manufacturability of the design, the power elements 11 of the open profile of the torsion bar 2 can be made of anisotropic composite material.

Для снижения массы, габаритов и жесткости в месте стыка торсиона с валом винта стык каждого торсиона 2 с валом 1 винта может отсутствовать. В этом случае все торсионы одного винта или группы торсионов в составе одного винта (по два, по три и больше) выполняются как одно целое и соединяются с валом 1 непосредственно или через промежуточные элементы конструкции (например, шарниры) как одна деталь. Такие варианты конструкций винта представлены на фиг.8…12, фиг.19…21, фиг.22…26. В варианте на фиг.8…12 выполненные как одно целое три торсиона 2 крепятся непосредственно к валу 1 винта болтами 14. В этом же варианте конструкции винта отсутствуют переходные детали, соединяющие торсионы 2 и лопасти 6, а лопасти непосредственно соединены с наружными концами торсионов болтами 15, что также снижает массу и габариты элементов конструкции винта. В варианте на фиг.19…21 выполненные как одно целое по два торсиона 2 четырехлопастного винта соединены с валом 1 через карданную подвеску, а в варианте на фиг.22…26 выполненные как одно целое два торсиона 2 двухлопастного винта соединены с валом 1 при помощи общего горизонтального шарнира.To reduce the mass, dimensions and rigidity at the junction of the torsion bar with the screw shaft, the joint of each torsion bar 2 with the shaft 1 of the screw may be absent. In this case, all the torsion bars of one screw or a group of torsion bars in a single screw (two, three or more) are made as a whole and are connected to the shaft 1 directly or through intermediate structural elements (for example, hinges) as one part. Such screw designs are shown in FIGS. 8 ... 12, FIG. 19 ... 21, FIG. 22 ... 26. In the embodiment of Figs. 8 ... 12 made three torsion bars 2 as a whole are attached directly to the shaft 1 of the screw by bolts 14. In the same embodiment of the screw there are no transitional parts connecting the torsion bars 2 and blades 6, and the blades are directly connected to the outer ends of the torsion bars by bolts 15, which also reduces the mass and dimensions of the structural elements of the screw. In the embodiment of FIGS. 19 ... 21, two torsion bars 2 of the four-bladed screw are integral with each other and connected to the shaft 1 via a cardan suspension, and in the embodiment of FIGS. 22 ... 26, two torsion bars of the two-blade screws, made one and the same, are connected to the shaft 1 by means of general horizontal hinge.

В целях устранения высоконагруженного стыка лопасти 6 с торсионом 2 и, как следствие, снижения веса конструкции лопасть 6 может быть выполнена как единое целое с торсионом 2. На фиг.13…18 показан вариант конструкции такого винта. В этом варианте материал лопасти 6 является продолжением материала силовых элементов 11 ее торсиона 2. В этом же варианте конструкции соединение торсионов 2 с валом 1 винта выполнено при помощи горизонтальных шарниров. Такой вариант востребован, когда требуется обеспечить минимальную изгибную жесткость в вертикальной плоскости (плоскости взмаха лопасти) в месте соединения торсионов с валом винта, а также связанные с этим необходимые эффективность управления и уровень вибраций на винте. При этом наличие дополнительных промежуточных деталей, например, в виде болтов 16, проушин 17, пальцев 18, корпуса 19 втулки и гайки 20 вала может быть оправдано для удовлетворения специальным техническим требованиям к параметрам винта.In order to eliminate the highly loaded junction of the blade 6 with the torsion 2 and, as a result, reduce the weight of the structure, the blade 6 can be made as a unit with the torsion 2. Figure 13 ... 18 shows a design variant of such a screw. In this embodiment, the material of the blade 6 is a continuation of the material of the power elements 11 of its torsion 2. In the same embodiment, the connection of the torsion bars 2 with the shaft 1 of the screw is made using horizontal hinges. This option is in demand when it is required to provide minimal bending stiffness in the vertical plane (the plane of the blade sweep) at the junction of the torsion bars with the screw shaft, as well as the necessary control efficiency and vibration level on the screw associated with this. Moreover, the presence of additional intermediate parts, for example, in the form of bolts 16, eyes 17, fingers 18, housing 19 of the sleeve and nut 20 of the shaft can be justified to meet the special technical requirements for the parameters of the screw.

Также при специальных требованиях к конструкции винта его торсионы 2 могут быть соединены с валом 1 на карданном подвесе или на общем горизонтальном шарнире для двух лопастей. На фиг 19…21 представлен винт, у которого каждая пара из четырех торсионов 2 выполнена как единое целое, а все торсионы соединены с валом 1 через пальцы 21 и 22 кардана, карданное кольцо 23, корпус 24 втулки. На фиг.22…26 показана конструкция двухлопастного винта на общем горизонтальном шарнире, где два торсиона 2, выполненные как единое целое, непосредственно соединены с валом 1 винта через палец 25 шарнира. Типы всех вышеуказанных шарниров могут быть разными (эластомерные, сухого трения, механические или другие) и выбираются под конкретные технические требования.Also, with special requirements for the design of the screw, its torsions 2 can be connected to the shaft 1 on a gimbal or on a common horizontal hinge for two blades. On Fig 19 ... 21 presents a screw in which each pair of four torsion bars 2 is made as a whole, and all the torsion bars are connected to the shaft 1 through the fingers 21 and 22 of the universal joint, the universal joint ring 23, the housing 24 of the sleeve. On Fig ... 26 shows the design of a two-blade screw on a common horizontal hinge, where two torsion bars 2, made as a whole, are directly connected to the shaft 1 of the screw through the pin 25 of the hinge. The types of all the above hinges can be different (elastomeric, dry friction, mechanical or others) and are selected for specific technical requirements.

Необходимость использования тех или иных вышеперечисленных особенностей конструкций винтов с предлагаемыми торсионами определяется при проектировании винта под определенные технические требования в процессе выбора различных параметров его элементов.The need to use one or another of the above features of screw designs with the proposed torsions is determined when designing a screw for certain technical requirements in the process of selecting various parameters of its elements.

В представленных выше конструкциях воздушных винтов для различных вариантов в качестве примеров использованы торсионы с разными геометрическими формами поперечных сечений их рабочих частей из множества возможных вариантов. Выбор варианта геометрии для конструкции торсионов зависит от технических требований к параметрам винта.In the above propeller designs for various options, torsion bars with different geometric cross-sectional shapes of their working parts from a variety of possible options are used as examples. The choice of geometry for the design of torsion bars depends on the technical requirements for the parameters of the screw.

Изменение углов установки (шага) каждой лопасти может осуществляться с применением известных элементов управления, с различным соединением этих элементов с втулкой и лопастью.Changing the installation angles (pitch) of each blade can be carried out using known controls, with various connections of these elements with the sleeve and the blade.

Так, например, на фиг.1…7 и на фиг.13…18 показаны воздушные винты, у которых управление углами установки каждой лопасти осуществляется при помощи поводка 10, выполненного в виде балки переменного сечения и жестко соединенного с наружным концом торсиона 2. Изгибные жесткости торсионов для этих вариантов конструкции высоки, и поводку 10 не требуется дополнительных опор.So, for example, in Fig.1 ... 7 and Fig.13 ... 18 shows propellers in which the control angles of each blade is carried out using a leash 10, made in the form of a beam of variable cross section and rigidly connected to the outer end of the torsion bar 2. Flexural the torsion stiffnesses for these design options are high, and the leash 10 does not require additional supports.

На фиг.8…12 изображен винт с управлением шагом каждой лопасти при помощи кожуха (полой трубы) 26, выполненного как единое целое с лопастью 6 (продолжение лопасти) и соединенного с наружным концом торсиона жестко болтами 15, а с внутренней, преимущественно изгибной, зоной (зона (L-I)) торсиона 2 при помощи подвижной вдоль оси лопасти шаровой опоры 27 и работающих на сдвиг упругих компенсаторов 28 взаимных поперечных (в плоскости вращения) перемещений кожуха 26 и торсиона 2. Такая подвеска кожуха 26 исключает свободные перемещения кожуха вместе с присоединенным к нему поводком лопасти относительно торсиона в вертикальной плоскости (плоскости взмаха) при изгибно-крутильных деформациях торсиона и при воздействиях усилий от системы управления на поводок. Вариант применим для торсионов, имеющих невысокие изгибные жесткости для плоскости взмаха.On Fig ... 12 shows a screw with step control of each blade using a casing (hollow pipe) 26, made as a unit with the blade 6 (continuation of the blade) and connected to the outer end of the torsion bar rigidly with bolts 15, and with the inner, mainly bending, zone (zone (LI)) of torsion 2 using a movable ball axis along the axis of the blade 27 and shear elastic compensators 28 of mutual transverse (in the plane of rotation) movements of the casing 26 and torsion 2. Such a suspension of the casing 26 eliminates free movement of the casing together with the attachment the leash of the blade inward to it relative to the torsion bar in the vertical plane (swing plane) under bending-torsional deformations of the torsion bar and under the influence of forces from the control system on the leash. The option is applicable for torsion bars with low bending stiffnesses for the swing plane.

На фиг.19…21 показан винт, у которого каждый кожух выполнен в виде отдельной трубы 29, выполняющей одновременно функции трубы управления и переходной детали для стыковки лопасти и торсиона. Труба 29 жестко соединена с наружным концом (заделкой) торсиона 2 болтами 30, и при этом непосредственно к трубе 29 болтами 31 и 32 крепится лопасть 6. При достаточно высоких изгибных жесткостях торсиона 2 и трубы 29 в этом варианте дополнительных опор для внутреннего конца трубы 29 с поводком лопасти не требуется.On Fig ... 21 shows a screw, in which each casing is made in the form of a separate pipe 29, which simultaneously performs the functions of the control pipe and the adapter for joining the blade and torsion bar. The pipe 29 is rigidly connected to the outer end (termination) of the torsion 2 by bolts 30, and at the same time, the blade 6 is attached directly to the pipe 29 with bolts 31 and 32. With sufficiently high bending stiffnesses of the torsion 2 and pipe 29 in this embodiment, additional supports for the inner end of the pipe 29 with a leash a blade is not required.

Винт, представленный на фиг.22…26, имеет конструкцию с установкой кожуха 26 управления шагом лопасти аналогично конструкции на фиг.8…12, где роль кожуха управления выполняет комлевая часть лопасти 6, жестко соединенная с наружным концом торсиона 2. На фиг.22…26 лопасть 6 также жестко соединена с наружным концом торсиона 2 болтами 33, а внутренняя заделка торсиона 2 соединена с кожухом 26 и поводком лопасти через две эластичные цилиндрические опоры 34, позволяющие за счет сдвиговых деформаций их эластичных слоев изменять шаг лопасти и обеспечивать компенсацию взаимных перемещений торсиона 2 и кожуха 26.The screw shown in Fig.22 ... 26, has a structure with the installation of the casing 26 control the pitch of the blade similar to the design of Fig.8 ... 12, where the role of the casing of the control is the butt part of the blade 6, rigidly connected to the outer end of the torsion 2. In Fig.22 ... 26 the blade 6 is also rigidly connected to the outer end of the torsion 2 by bolts 33, and the internal seal of the torsion 2 is connected to the casing 26 and the leash of the blade through two elastic cylindrical bearings 34, allowing due to shear deformations of their elastic layers to change the pitch of the blade and provide mpensatsiyu reciprocal torsion movement 2 and the housing 26.

Наличие тех или иных элементов управления шагом лопастей, а также схем их закрепления в конструкции винта определяется при проектировании винта в процессе выбора его параметров.The presence of various controls for the pitch of the blades, as well as schemes for their fastening in the design of the screw is determined during the design of the screw in the process of selecting its parameters.

Если конструкционное демпфирование торсионов недостаточно, в конструкцию винта могут быть установлены дополнительные демпферы, например, такие как эластомерные демпферы 35, показанные для винта на фиг.13…18. Дополнительное демпфирование можно также получить, например, за счет совмещения функций демпферов для упругих компенсаторов 28 в конструкции на фиг.8…12. Возможны и другие варианты установки дополнительных демпфирующих устройств.If the structural damping of the torsion bars is insufficient, additional dampers, for example, such as elastomeric dampers 35, shown for the screw in Figs. 13 ... 18, can be installed in the screw structure. Additional damping can also be obtained, for example, by combining the functions of dampers for elastic compensators 28 in the design of Figs. 8 ... 12. Other installation options for additional damping devices are also possible.

Воздушный винт работает следующим образом.The propeller operates as follows.

При полете вертолета с горизонтальной скоростью его несущий винт находится в неравномерном скошенном потоке воздуха, и лопасти 6 винта совершают маховые движения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, то есть в плоскостях взмаха и вращения. При действии системы управления винтом лопасти 6 винта меняют свои углы установки. Во время работы винта торсионы 2 воспринимают нагрузки от лопастей 6 и передают на лопасти крутящий момент от вала 1 винта.When flying a helicopter at a horizontal speed, its main rotor is in an uneven oblique air flow, and the rotor blades 6 rotate in the vertical and horizontal planes, that is, in the planes of swing and rotation. Under the action of the screw control system, the blades of the 6 screws change their installation angles. During operation of the screw, the torsion bars 2 absorb the loads from the blades 6 and transmit torque to the blades from the shaft 1 of the screw.

При маховом движении необходимая подвижность лопастей 6 обеспечивается соответствующим выбором изгибных жесткостей торсионов 2 в плоскостях взмаха и вращения, жесткостей их заделок по концам, а также наличием в некоторых вариантах шарниров для движений в плоскости взмаха.During the flywheel movement, the necessary mobility of the blades 6 is ensured by the appropriate choice of the bending stiffnesses of the torsion 2 in the planes of the swing and rotation, the stiffness of their terminations at the ends, as well as the presence of hinges for movements in the plane of the stroke in some variants.

Возможность изменения углов установки лопастей 6 путем закручивания торсионов 2 через элементы управления достигается тем, что при кручении торсиона 2 силовые элементы 11, соединенные между собой эластичным заполнителем 12, имеют возможность сдвига один относительно другого, так как эластичный заполнитель выполнен из материала с низким сопротивлением сдвигу, например из резины.The ability to change the installation angles of the blades 6 by twisting the torsion bars 2 through the control elements is achieved by the fact that when the torsion bar 2 is twisted, the force elements 11 interconnected by the elastic filler 12 are able to shift one relative to the other, since the elastic filler is made of a material with low shear resistance , for example from rubber.

Устойчивость силовых элементов 11 при изгибе торсиона в сжатой зоне достигается тем, что эластичный заполнитель 12, соединенный с силовыми элементами, не дает им выпучиваться (терять устойчивость), и торсион 2 при изгибе работает как одно целое.The stability of the power elements 11 when bending the torsion bar in the compressed zone is achieved by the fact that the elastic aggregate 12 connected to the force elements does not allow them to bulge (lose stability), and the torsion bar 2 acts as a whole when bending.

При изгибах торсиона 2, благодаря сдвигу силовых элементов 11 за счет эластичного заполнителя 12, деформации каждого силового элемента распределяются на всю его длину, что снижает напряжения в этом элементе, повышает усталостную прочность торсиона 2 и ресурс конструкции винта в целом. Сдвиговые деформации в эластичном заполнителе 12 при изгибах и кручении торсионов 2 определяют демпфирующие свойства конструкции торсионов.When bending torsion bar 2, due to the shift of the power elements 11 due to the elastic filler 12, the deformation of each power element is distributed over its entire length, which reduces stress in this element, increases the fatigue strength of torsion bar 2 and the life of the screw structure as a whole. Shear deformations in the elastic core 12 during bending and torsion of the torsion bars 2 determine the damping properties of the torsion bar structure.

Технический эффект изобретения заключается в простоте конструкции воздушного винта, малом весе, небольшом количестве деталей, малом аэродинамическом сопротивлении ненесущих элементов, минимальных затратах на производство и техническое обслуживание. Разделение рабочей части торсионов на множество параллельно работающих силовых элементов и применение анизотропных композиционных материалов для их изготовления повышает надежность и безопасность конструкции воздушного винта.The technical effect of the invention lies in the simplicity of the propeller design, low weight, few parts, low aerodynamic drag of non-load-bearing elements, and minimal production and maintenance costs. The separation of the working part of the torsion bars into many parallel power elements and the use of anisotropic composite materials for their manufacture increases the reliability and safety of the propeller design.

Claims

1. A propeller with a variable pitch of the blades, which includes blades connected to the screw shaft by means of bending and torsion resilient torsion elements, pitch control elements of each blade, characterized in that each of the torsion bars on the entire elastic section between the blade and the shaft or the zone along the length of this section, which experiences predominantly torsional deformations, is made in the form of a beam, consisting of a set of longitudinally located power elements of an open profile with high material strength, interconnected by an elastic filling by a body made of a material with low shear resistance, and in terminations at the ends of the torsion bar or torsion section - in the bending zone, at the junction of the torsion bar with the blade, shaft, intermediate parts, at the junction of the torsion and bending zones of one torsion bar or torsion bar with each other - power elements are interconnected rigidly with high strength material.

2. The propeller according to claim 1, characterized in that the power elements and elastic filler in different places of the torsion bar have different mechanical properties.

3. The propeller according to claim 1, characterized in that the power elements of the torsion bars are made of anisotropic material.

4. The propeller according to claim 1, characterized in that the group of torsion bars or all the torsion bars of one screw are made as a whole.

5. The propeller according to claim 1, characterized in that the rotor blades are made integrally with torsion bars, while the blade material is a continuation of the material of the high-strength elements of its torsion bar.

6. A propeller according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the torsion bars are connected to the screw shaft through hinges with the axes in a plane perpendicular to the axis of the screw shaft.