RU2361780C2

RU2361780C2 - Adjustable mechanical system to control and stabilise helicopter multi-blade rotor

Info

Publication number: RU2361780C2
Application number: RU2006129221/11A
Authority: RU
Inventors: Олег Владимирович Комарницкий (RU); Олег Владимирович Комарницкий
Original assignee: Олег Владимирович Комарницкий
Priority date: 2006-08-14
Filing date: 2006-08-14
Publication date: 2009-07-20
Also published as: RU2006129221A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: proposed mechanical system consists of gyro and control blades incorporated with assemblies that serve to control the helicopter multi-blade rotor cyclic pitch. Aforesaid gyro is arranged on the rotor shaft and runs at r.p.m. of the rotor. The gyro represents a ring with two rods attached thereto and furnished with weights locked thereon, and damping and control vanes. The axis of blades crosses the gyro ring and swinging point. Aforesaid control vanes are arranged to vary blade angle, when running on the shaft driven by the tie-rods coupled either directly, or via the system of cranks with swashplate.

EFFECT: reduced structure weight.

2 dwg

Description

Использование: для управления вертолетом путем изменения циклического шага лопастей несущего винта беспилотных малоразмерных вертолетов.Usage: for controlling a helicopter by changing the cyclic pitch of the main rotor blades of unmanned small helicopters.

Сущность: регулируемая механическая система управления и стабилизации многолопастного несущего винта вертолета представляет собой узел, состоящий из гироскопа и лопаток управления. Гироскоп закреплен на валу несущего винта при помощи универсального шарнира и вращается со скоростью вращения несущего винта. Гироскоп представляет собой кольцо с прикрепленными к нему стержнями, на которых зафиксированы грузы, а также демпфирующие и управляющие лопатки. Грузы можно располагать и фиксировать на различном расстоянии от оси вращения несущего винта, тем самым изменяя степень способности гироскопа противодействовать отклонению плоскости концов лопастей несущего винта от плоскости гироскопа. Ось лопаток проходит через точку качания и кольцо гироскопа. Лопатки управления могут изменять угол установки, поворачиваясь на оси под действием тяг, соединенных либо непосредственно, либо через систему качалок с автоматом перекоса. Эту систему можно применять для несущих винтов с любым количеством лопастей, когда усилий имеющихся исполнительных механизмов недостаточно для управления непосредственно лопастями несущего винта, а также существует необходимость в механической регулировке моментов инерции гироскопа.SUBSTANCE: adjustable mechanical control and stabilization system of a multi-blade rotor of a helicopter is a unit consisting of a gyroscope and control blades. The gyroscope is mounted on the rotor shaft using a universal joint and rotates at the rotor speed. A gyroscope is a ring with rods attached to it, on which weights are fixed, as well as damping and control vanes. Weights can be positioned and fixed at different distances from the axis of rotation of the rotor, thereby changing the degree of ability of the gyroscope to counteract the deviation of the plane of the ends of the rotor blades from the plane of the gyroscope. The axis of the blades passes through the swing point and the gyro ring. The control blades can change the installation angle, turning on the axis under the action of rods connected either directly or through a system of rocking machines with a swash plate. This system can be used for rotors with any number of blades, when the efforts of the available actuators are insufficient to directly control the rotor blades, and there is also a need for mechanical adjustment of the inertia of the gyroscope.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDESCRIPTION OF THE INVENTION

Регулируемая механическая система управления и стабилизации многолопастного несущего винта вертолета.Adjustable mechanical control system and stabilization of the multi-blade rotor of the helicopter.

Изобретение относится к системам управления и представляет собой регулируемую механическую систему управления и стабилизации, включенную в каналы управления циклическим шагом многолопастного вертолетного несущего винта.The invention relates to control systems and is an adjustable mechanical control and stabilization system included in the control channels of the cyclic pitch of a multi-blade helicopter rotor.

Известная установка, Патент Великобритании №1027011, кл. В64С 27/54, 1966 (1), содержит несущий винт с шарнирно установленными в закрепленной на валу втулке лопастями, снабженными поводками для изменения угла атаки, автомат перекоса с наружным соединенным с валом и внутренним неподвижным кольцами, движок изменения общего шага, причем последний и неподвижное кольцо связаны с блоком управления, гироскопический стабилизатор с укрепленными на радиальных штангах лопатками, связанный шарнирными тягами с поводками лопастей. К ее недостаткам могут быть отнесены использование только для двухлопастных несущих винтов и большие усилия в системе управления, что может сделать невозможным ее применение на беспилотных вертолетах с исполнительными механизмами ограниченной мощности. Известна система стабилизации вертолета аналогичной конструкции, патент RU 2061626 С1, кл. 6 В64С 27/605(2), которая по совокупности существенных признаков и технической сущности наиболее близка к данному изобретению и выбрана поэтому в качестве прототипа. По сравнению с системой (1) данная конструкция имеет серволопатки и дает возможность применять ее для многолопастных винтов. К ее недостаткам может быть отнесена большая масса и большой период затухания колебаний гироскопа после воздействия возмущений.Known installation, British Patent No. 1027011, CL. B64C 27/54, 1966 (1), contains a rotor with pivotally mounted blades mounted on a shaft fixed to the shaft and equipped with leashes for changing the angle of attack, a swashplate with an outer connected to the shaft and the inner fixed rings, the engine changes the overall pitch, the latter and the fixed ring is connected to the control unit, a gyroscopic stabilizer with blades mounted on radial rods, connected by articulated rods to the leads of the blades. Its disadvantages include the use of only two-bladed rotors and great effort in the control system, which may make it impossible to use it on unmanned helicopters with actuators of limited power. Known stabilization system of a helicopter of a similar design, patent RU 2061626 C1, cl. 6 B64C 27/605 (2), which, by the combination of essential features and technical essence, is closest to this invention and is therefore selected as a prototype. Compared to system (1), this design has servo shovels and makes it possible to use it for multi-blade screws. Its disadvantages can be attributed to a large mass and a large damping period of gyroscope oscillations after exposure to disturbances.

В настоящем изобретении конструкция имеет меньшую массу, высокую степень затухания колебаний гироскопа и более простую конструкцию подвеса кольца гироскопа. Недостатки устранены уменьшением количества стержней, относящихся только к гироскопу, с трех до двух, использованием оси управляющих лопаток в качестве недостающего стержня гироскопа и одновременно в качестве опоры кольца гироскопа, а также закреплением на концах стержней гироскопа грузов в форме лопаток с фиксированным углом установки.In the present invention, the structure has a lower mass, a high degree of damping of the gyroscope oscillations, and a simpler suspension structure of the gyroscope ring. The disadvantages are eliminated by reducing the number of rods related only to the gyroscope from three to two, using the axis of the control blades as the missing rod of the gyroscope and at the same time as the support of the gyroscope ring, as well as securing the weights of the gyroscope rods in the form of blades with a fixed installation angle.

Таким образом, по сравнению с ближайшим аналогом данное изобретение обладает новизной, причем совокупность отличительных признаков не следует явным для специалиста образом из источников, соответствующих уровню современной техники. Что касается промышленной применимости, то она доказывается приведенным ниже описанием и применением настоящего изобретения в одном из проектов автора. Следовательно, данное изобретение соответствует всем трем условиям патентоспособности.Thus, in comparison with the closest analogue, this invention has novelty, and the set of distinctive features should not be obvious to a specialist from sources corresponding to the level of modern technology. With regard to industrial applicability, it is proved by the description below and the application of the present invention in one of the projects of the author. Therefore, this invention meets all three patentability conditions.

На фиг.1 приведена схема регулируемой механической системы управления и стабилизации, являющейся предметом настоящего изобретения. Узел крепления лопастей к приводному валу (втулка несущего винта) изображен для демонстрации коммутирования регулируемой механической системы управления и стабилизации и не является предметом настоящего изобретения. На фиг.2 показана схема сборки регулируемой механической системы управления и стабилизации.Figure 1 shows a diagram of an adjustable mechanical control and stabilization system, which is the subject of the present invention. The mounting unit of the blades to the drive shaft (rotor sleeve) is shown to demonstrate the switching of an adjustable mechanical control and stabilization system and is not the subject of the present invention. Figure 2 shows the assembly diagram of an adjustable mechanical control and stabilization system.

Позиции на фиг.1 и 2 означают: 1 - вилка крепления гироскопа, 2 - полуось, 3 - шайба, 4 - подшипник, 5 - крестовина, 6 - кольцо гироскопа, 7 - распорная втулка, 8 - ось лопаток управления, 9 - поводок лопаток управления, 10 - лопатки управления, 11 - шаровая опора, 12 - стержень гироскопа, 13 - зафиксированная лопатка гироскопа, 14 - регулировочный груз, 15 - наконечник тяги, 16 - тяга, 17 - качалка, 18 - поводок лопасти несущего винта, 19 - тяга к автомату перекоса, 20 - тяга к механизму изменения общего шага.The positions in FIGS. 1 and 2 mean: 1 — the gyro mount, 2 — the half shaft, 3 — the washer, 4 — the bearing, 5 — the crosspiece, 6 — the gyro ring, 7 — the spacer sleeve, 8 — the axis of the control blades, 9 — the leash control blades, 10 - control blades, 11 - ball bearing, 12 - gyroscope rod, 13 - fixed gyroscope blade, 14 - adjusting weight, 15 - thrust tip, 16 - thrust, 17 - rocking chair, 18 - rotor blade leash, 19 - thrust to the swashplate, 20 - thrust to the mechanism for changing the overall step.

Регулируемая механическая система управления и стабилизации имеет вилку гироскопа 1, жестко связанную с валом привода несущего винта. К вилке 1 прикреплены полуоси 2, на которых через подшипники 4 установлена крестовина универсального шарнира 5. Сквозь крестовину 5 перпендикулярно полуосям 2 через подшипники 4 установлена ось лопаток управления 8. На ось 8 через подшипники 4 установлено кольцо гироскопа 6, положение которого на оси задается распорными втулками 7. На ось 8 снаружи кольца гироскопа устанавливаются поводки управления управляющими лопатками 10, положение которых на оси задается распорными втулками 7. После этого на ось 8 устанавливаются лопатки управления 10. На кольцо гироскопа 6 устанавливаются шаровые опоры 11, причем количество и угол развала между ними определяется количеством лопастей несущего винта. На кольцо гироскопа 6 устанавливаются стержни гироскопа 12, а на них - неподвижные лопатки гироскопа 13. На ось 8 и стержни 12 устанавливаются грузы 14, регулирующие моменты инерции гироскопа.The adjustable mechanical control and stabilization system has a gyro plug 1, rigidly connected to the rotor drive shaft. Axles 2 are attached to the fork 1, on which the universal joint hinge 5 is mounted through the bearings 4. The axis of the control vanes 8 is mounted through the bearings 5 through the bearings 4 through the bearings 4. The gyroscope ring 6 is mounted on the axis 8 through the bearings 4, the position of which is specified by the spacers on the axis bushings 7. On the axis 8, outside the gyroscope ring, control levers of control vanes 10 are installed, the position of which on the axis is defined by spacer bushings 7. After that, control blades 10 are installed on axis 8. tso gyro 6 mounted ball bearings 11, the amount and the camber angle therebetween determined by the number of rotor blades. On the ring of the gyroscope 6, the rods of the gyroscope 12 are installed, and on them are the fixed blades of the gyroscope 13. On the axis 8 and the rods 12, weights 14 are installed, which control the moments of inertia of the gyroscope.

Регулируемая механическая система управления и стабилизации работает следующим образом. Изменение угла установки лопаток 10 во время вращения несущего винта приводит к появлению на них аэродинамических сил, воздействующих на гироскоп, что приводит к постепенному изменению его положения в пространстве и передает управляющий сигнал с шаровых опор 11 на качалки 17 на поводках лопастей несущего винта 18. Таким образом, производится циклическое управление несущим винтом. С другой стороны, изменение положения несущего винта, связанное с воздействием окружающей среды, сталкивается со стремлением гироскопа вернуть несущий винт в исходное положение. Качалка 17 вследствие изменения положения несущего винта пытается воздействовать на кольцо гироскопа 6, но из-за его противодействия вынуждена повернуться и изменить угол установки поводка, а значит и лопасти таким образом, чтобы вследствие изменившихся аэродинамических сил лопасть вернулась к исходному положению. Поэтому можно говорить, что гироскоп посредством подачи демпфирующего сигнала на качалки поводков лопастей сопротивляется изменению положения несущего винта. Управляющий или демпфирующий сигнал снимается с гироскопа при помощи тяг, прикрепленных посредством шаровых опор к кольцу гироскопа в плоскости, проходящей через его точку качания, и предается на качалки, расположенные на поводках лопастей несущего винта.Adjustable mechanical control and stabilization system works as follows. Changing the angle of installation of the blades 10 during rotation of the rotor leads to the appearance of aerodynamic forces acting on the gyroscope, which leads to a gradual change in its position in space and transmits a control signal from the ball bearings 11 to the rockers 17 on the leads of the rotor blades 18. Thus Thus, rotor control is carried out cyclically. On the other hand, a change in the rotor position due to environmental influences encounters a tendency of the gyroscope to return the rotor to its original position. The rocking chair 17, due to a change in the position of the rotor, tries to act on the ring of the gyroscope 6, but due to its opposition, it is forced to turn and change the installation angle of the leash, and therefore the blades, so that, due to the changed aerodynamic forces, the blade returns to its original position. Therefore, we can say that the gyroscope by supplying a damping signal to the rocking arms of the leads of the blades resists a change in the position of the rotor. The control or damping signal is removed from the gyroscope by means of rods attached by means of ball bearings to the gyroscope ring in the plane passing through its swing point and transferred to the rockers located on the leads of the rotor blades.

Использование опоры кольца гироскопа на ось управляющих лопаток, а не на корпус крестовины позволяет сделать узел гироскопа компактным, что снижет массу агрегата. Уменьшение количества стержней также ведет к снижению массы конструкции, а установка на концах стержней гироскопа лопаток с фиксированным шагом позволяет получить достаточно быстрое затухание колебаний гироскопа после воздействия возмущений.Using the support of the gyro ring on the axis of the control blades, and not on the crosspiece body, allows the gyro assembly to be compact, which reduces the mass of the unit. A decrease in the number of rods also leads to a decrease in the mass of the structure, and the installation of fixed-pitch blades at the ends of the rods of the gyroscope makes it possible to obtain a sufficiently fast damping of the gyroscope oscillations after the action of disturbances.

Claims

An adjustable mechanical control and stabilization system for the multi-blade rotor of a helicopter, containing rocking arms of the leads of the rotor blades, a gyroscope including a ring, three rods and weights designed to control the moments of inertia of the gyroscope, control blades, the axis of which is installed through the crosspiece of the universal joint, while the axis of the blades control by means of leashes and rods is connected to the rotor swash plate, characterized in that the gyro ring is articulated directly and the axis of the control blades, the number of cores equal to two gyro and are mounted fixed blade gyroscope.