RU2490172C1

RU2490172C1 - Esvazhinsky's helicopter wobble plate

Info

Publication number: RU2490172C1
Application number: RU2012113795/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Степанович Важинский
Original assignee: Евгений Степанович Важинский
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-08-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to production of helicopters. Proposed wobble plate comprises rotary ring with blade turn links, transverse and lengthwise control links and rotor total pitch control means. Wobble plate bearing comprises cage with cutouts whereto balls are fitted limited by cages. Inner cage runs free. Outer cage rollway half is shaped to stretched sinusoid while another half is straight. Cup is arranged at spherical bearing to turn forward-backward and sideways and to displace along the shaft to control general pitch. Note here that said cup is locked. Revolving rotor blades very their angle of attack at every position and oscillate in vertical and horizontal planes with turns to side of rotation.

EFFECT: higher speed and helicopter controllability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, а именно к конструкции автомата перекоса несущего винта вертолета, но возможно его также использовать для самолетов пропеллерного типа.The invention relates to aviation, and in particular to the design of a rotor rotor automatic helicopter, but it is also possible to use it for propeller type aircraft.

Известна конструкция автомата перекоса, используемая на вертолетах, содержащая вращающееся кольцо с тягами поворота лопастей, соединенное шлиц-шарниром с приводом вала от редуктора, не вращающееся кольцо с шарнирно присоединенному к нему тягами продольного и поперечного управления, связанное подшипником с вращающимся кольцом, тягу управления общим шагом несущего винта, рамку.соединенную двумя сферическими подшипниками с не вращающимся кольцом.Known design of the swashplate used on helicopters, containing a rotating ring with rods for rotation of the blades, connected by a spline-hinge with a shaft drive from the gearbox, a non-rotating ring with pivotally attached rods of longitudinal and transverse control, connected by a bearing with a rotating ring, a common control rod rotor pitch, frame. connected by two spherical bearings with a non-rotating ring.

Наиболее близким аналогом изобретение является патент №2661886, B64С 27/605, который содержит автомат перекоса несущего винта, содержащий вращающееся кольцо с тягами поворота лопастей, соединенное щлиц-шарниром с приводом вала от редуктора, не вращающееся кольцо с шарнирно присоединенному к нему тягами продольного и поперечного управления, связанное подшипником с вращающимся кольцом, тягу управления общим шагом несущего винта, рамку, соединенную двумя сферическими подшипниками с несущим кольцом.The closest analogue to the invention is patent No. 2661886, B64C 27/605, which contains a rotor swash plate containing a rotary ring with pull rods for rotation of the blades, connected by a slot-hinge with a shaft drive from the gearbox, a non-rotating ring with a longitudinal and transverse control associated with a bearing with a rotating ring, a control rod for the common pitch of the rotor, a frame connected by two spherical bearings with a bearing ring.

Основными недостатками в работе автомата перекоса вертолета является то, что недостаточные его летно-технические характеристики при полете, а именно сравнительно невысокие скоростные показатели полета, недостаточная маневренность, грузоподъемность.The main disadvantages in the operation of the helicopter swashplate is that its insufficient flight performance during flight, namely, relatively low speed performance, insufficient maneuverability, and carrying capacity.

Целью изобретения является устранение выше перечисленных недостатков, а именно существенное повышение летные характеристики вертолета, в частности повышение скоростного режима, управляемости, грузоподъемности.The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages, namely, a significant increase in the flight characteristics of the helicopter, in particular an increase in speed, controllability, carrying capacity.

Для достижения этой цели предлагается автомат перекоса вертолета, в котором лопасти совершая круговое -азимутное вращение не только меняют свой угол атаки при каждом положении, но и производят колебания в вертикальной и горизонтальных плоскостях с поворотами в сторону вращения, достигаемое путем установки специального подшипника, в котором сепаратор, выполненный виде чашки с прорезями, куда вставлены шарики, ограниченные обоймами, внутренней, свободно вращающейся, а наружная с бандажом для управления лопастями с помощью поводков, причем дорожка-желобок ее выполнена по растянутой синусоиде половина ее прямой участок, а сама чашка установлена на подвижной втулке на сферическом подшипнике с возможностью поворота вперед назад и на бок и свободно перемещающаяся.управляя общим шагом винта.To achieve this goal, a helicopter swashplate is proposed in which the blades, making circular-azimuth rotation, not only change their angle of attack at each position, but also oscillate in vertical and horizontal planes with rotations in the direction of rotation, achieved by installing a special bearing in which a separator made in the form of a cup with slots, into which balls, limited by clips, are inserted, internal, freely rotating, and external with a bandage to control the blades using leashes, m track-groove formed on its stretched sinusoidal half of its straight section, and the cup itself is mounted on the movable sleeve in the spherical bearing rotatably back and forth and sideways and freely peremeschayuschayasya.upravlyaya collective pitch propeller.

На Фиг.1 изображен общий вид автомата перекоса вертолета.Figure 1 shows a General view of the swashplate of a helicopter.

На Фиг.2 показана дорожка- желобок, по которой наружная обойма подшипника перемещаются при вращении.Figure 2 shows the groove track along which the outer race of the bearing move during rotation.

Автомат перекоса вертолета Фиг.1 состоит из несущего винта 1 с узлами установки лопастей 2,подвесных рычагов 3.соединенных с лопастями 2 телескопическими тягами 4 с упругими элементами 5. Основным узлом автомата перекоса вертолета является подшипник, у которого сепаратор 6 выполнен виде чашки с пазами, куда вставляются шарики 7,внутренняя обойма 8 с прямой дорожкой-желобок для шариков 7, наружная обойма 9 имеет дорожку-желобок, выполненную по растянутой синусоиде, у которой половина периода -прямая линия Фиг.2, причем на этой линии уже выставлены рабочие углы лопастей 2 при их вращении. Количество выступов на дорожке -желобок должно быть равным или кратным количеству шариков 7. Обойма 9 помещена в бандаж 10 с ушками для привода штоков 11 с поводками 12 лопастей 2 и подвесных рычагов 3. Привод наружной обоймы 9 с бандажом 10 осуществляется поводком 13 от несущего винта 1. Все сопряжения имеют сферические подшипники. Кроме того, сепаратор 6 установлен на подвижной втулке 14 и сопряжен с нею сферическим подшипником 15,с возможностью за счет сережки 16 наклоняться на бок и за счет сережки 17 вперед, назад или одновременно перемещаться по втулке направляющей 18 общего шага, в которой внутри проходит вал несущего винта 1.Чтобы не выпадали шарики 7 из пазов сепаратора 6 и были закреплены обоймы 8 и 9 установлена крышка 19.The helicopter swashplate of Fig. 1 consists of a rotor 1 with mounting units for the blades 2, suspension arms 3. connected to the blades 2 with telescopic rods 4 with elastic elements 5. The main assembly of the helicopter swashplate is a bearing, in which the separator 6 is made in the form of a cup with grooves where the balls 7 are inserted, the inner race 8 with a straight groove path for the balls 7, the outer race 9 has a groove track made along a stretched sinusoid, in which half the period is a straight line of Figure 2, and this line is already set operating angles of the blades 2 at rotation thereof. The number of protrusions on the groove track must be equal to or a multiple of the number of balls 7. The cage 9 is placed in a band 10 with ears for driving the rods 11 with leads 12 of the blades 2 and the suspension arms 3. The outer cage 9 with the band 10 is driven by a lead 13 from the main rotor 1. All couplings have spherical bearings. In addition, the separator 6 is mounted on the movable sleeve 14 and is interfaced with a spherical bearing 15, with the ability to tilt sideways due to the earring 16 and forward, backward or simultaneously move along the sleeve of the guide 18 of the general step in which the shaft passes inside of the main rotor 1. So that the balls 7 do not fall out of the grooves of the separator 6 and the clips 8 and 9 are fixed, the cover 19 is installed.

Автомат перекоса вертолета работает следующим образом. Во-первых, выполняются все требования для полета обычного вертолета, но для получения более высоких летно-технических качеств полета применен более совершенный механизм автомата перекоса, который работает следующим образом. При приложении крутящего момента к несущему винту 1,за счет поводка 13 начинает вращаться наружная обойма подшипника 9, вместе с бандажом 10.приводя в движение штоки 11 с поводками 12. Фиг.1. Так как шарики 7 находятся в пазах и не могут перемещаться, то наружная обойма 9 вместе с бандажом 10 будут совершать движение по дорожке-желобу, имеющей половину периода растянутой синусоиды и половина периода прямой линии. Фиг.2, т.е. совершать колебательное движение. Обойма 8 имеет свободное вращение. При вращении наружной обоймы 9 вместе с бандажом 10 происходит копирование шариками 7 дорожки-желобка, при котором они совершают колебательное движение вместе со штоками 11 и поводками 12 и подвесными рычагами З.как было сказано выше, поворачивая лопасти 2 на заданные углы. Рассмотрим работу автомата перекоса в замедленном виде в режиме полета. При этом работает сережка 17 вперед- назад. Сепаратор 6 в сферическом подшипнике 15 может поворачиваться на угол, благодаря этому при вращении несущего винта 1 штоки 11 с поводками 12 перемещаются вверх-вниз на различные расстояния и поворачивают лопасти 2 на различный в каждом азимутальном положении угол. т.е. угол установки лопастей 2. В динамике, циклический шаг выглядит так, В некотором азимутном положении угол установки лопастей 2 минимальный, затем по мере ее вращения этот угол возрастает, достигая через полоборота несущего винта 1 максимальное значение. В течение следующей половины оборота несущего винта 1 угол уменьшается до исходного минимального значения. В итоге значение (сила) тяги становится неодинаковой в противоположных азимутах плоскости вращения несущего винта 1, благодаря чему изменяется положение в пространстве плоскости вращения несущего винта 1, что в свою очередь заставляет вертолет двигаться в горизонтальной плоскости. Аналогичным образом изменяется угол установки лопастей 2 при отклонении поперечной сережки 16 на угол. Так происходит управление циклическим шагом несущего винта 1 в течение оборота. Теперь рассмотрим работу несущего винта в целом. Начинаем работу несущего винта 1 с момента, когда у наружной обоймы 9 дорожка-желобок переходит из горизонтального положения Фиг.2 в синусоидальный. Начинается подъем наружной обоймы 9 с бандажом 10 вверх с перемещением штоков 11, поводков 12 и подвесных рычагов 3. Поводки 12 будут поворачивать лопасти 2 на определенный угол от установленного, а штоки 11 поднимать подвесной рычаг 3 на определенное расстояние вместе с лопастями 2, с помощью телескопических тяг 4. Так как вся система вращается, то следующим положением наружной обоймы 9 и бандажом 10 будет опускание до горизонтальной линии дорожки наружной обоймы 9. За этот период вращения несущего винта 1,лопасти 2 совершают сложную траекторию движения с изменением углов. Сначала углы лопастей 2 увеличиваются с одновременным их поворот вокруг осей вращения в сторону вращения, следующим моментом будет уменьшение углов до расчетных, с продолжением поворота. Мы имеем захват лопастями 2 определенной порции воздушной массы и отбросом ее, тем самым, создавая дополнительную тягу. Если это теперь воспроизвести на более высоких оборотах несущего винта 1, то это будет выглядеть следующим образом. Лопасти 2 за счет штоков 11, поводков 12 и подвесных рычагов 3 поднимаются и увеличивают углы, с одновременным поворотом вокруг оси вращения и далее происходит уменьшение углов до расчетных величин и с продолжением поворотов. Получаем, взмах вверх-вниз - с поворотом, и образование вакуума над лопастями 2, что и создает дополнительную силу тяги вертолета. Другими словами создается разряжение воздуха впереди лопастей, создавая поступательное движение вертолета, в дополнении существующей силе тяги при полете. Для того чтобы не было резких рывков при подъемах лопастей 2 и их опускания, телескопические тяги 4 имеют упругие элементы 5. Подвижная втулка 14 автомата перекоса может двигаться вверх или вниз по направляющей 18, при этом все штоки 11 и поводки 12 перемещаются на одинаковые расстояния и поворачивают с помощью их все лопасти на заданные углы. Управление общим шагом лопастей несущего винта сопровождается синхронным изменением мощности двигателя. И наконец, сепаратор 6, установленный на подвижной втулке 14 на сферическом подшипнике 15 с возможностью поворота вперед назад в бок и двигаться вдоль втулки 18, при работе несущего винта 1 должен быть постоянно защемлен от проворачивания.Helicopter swashplate works as follows. Firstly, all the requirements for the flight of a conventional helicopter are met, but to obtain higher flight-technical qualities of the flight, a more advanced swashplate mechanism is applied, which works as follows. When torque is applied to the rotor 1, the outer race of the bearing 9 starts to rotate due to the lead 13, together with the retainer 10. Putting the rods 11 in motion with the leads 12. FIG. 1. Since the balls 7 are in the grooves and cannot move, the outer cage 9 together with the bandage 10 will move along the trough path, which has half the period of the stretched sinusoid and half the period of the straight line. Figure 2, i.e. to oscillate. The clip 8 has free rotation. When the outer cage 9 is rotated together with the bandage 10, the groove paths are copied by the balls 7, during which they oscillate together with the rods 11 and leashes 12 and pendant arms Z. as was said above, turning the blades 2 at predetermined angles. Consider the operation of the swashplate in slow motion in flight mode. In this case, earring 17 works back and forth. The separator 6 in the spherical bearing 15 can be rotated through an angle, due to this, when the rotor 1 rotates, the rods 11 with leashes 12 move up and down at different distances and rotate the blades 2 to a different angle in each azimuthal position. those. the angle of installation of the blades 2. In dynamics, the cyclic step looks like this. In a certain azimuthal position, the angle of installation of the blades 2 is minimal, then as it rotates, this angle increases, reaching the maximum value through a half-turn of the rotor 1. During the next half turn of the rotor 1, the angle decreases to the initial minimum value. As a result, the thrust value (force) becomes unequal in opposite azimuths of the rotor plane of rotation of the rotor 1, due to which the position in space of the plane of rotation of the rotor of rotor 1 changes, which in turn makes the helicopter move in the horizontal plane. Similarly, the angle of installation of the blades 2 changes when the transverse earring 16 is deflected by an angle. Thus, the cyclic pitch of the main rotor 1 is controlled during a revolution. Now consider the operation of the rotor as a whole. We begin the work of the rotor 1 from the moment when at the outer casing 9, the groove track goes from the horizontal position of Figure 2 in a sinusoidal. The lifting of the outer cage 9 with the bandage 10 upward starts with the movement of the rods 11, leads 12 and suspension arms 3. The leads 12 will rotate the blades 2 by a certain angle from the set, and the rods 11 to raise the suspension arm 3 by a certain distance together with the blades 2, using telescopic rods 4. Since the whole system rotates, the next position of the outer race 9 and the bandage 10 will be lowering to the horizontal line of the track of the outer race 9. During this period of rotation of the rotor 1, the blades 2 make a complex trajectory Nia with changing angles. First, the angles of the blades 2 increase with their simultaneous rotation around the axis of rotation in the direction of rotation, the next moment will be the reduction of the angles to the calculated ones, with the continuation of the rotation. We have the capture by the blades 2 of a certain portion of the air mass and its rejection, thereby creating additional traction. If it is now reproduced at a higher rotor speed 1, then it will look as follows. The blades 2 due to the rods 11, leads 12 and suspension arms 3 rise and increase the angles, with simultaneous rotation around the axis of rotation, and then the angles decrease to the calculated values and with the continuation of the turns. We get a swing up and down - with a turn, and the formation of a vacuum over the blades 2, which creates additional thrust of the helicopter. In other words, a vacuum is created in front of the blades, creating a translational movement of the helicopter, in addition to the existing thrust during flight. In order to avoid sharp jerks when raising the blades 2 and lowering them, the telescopic rods 4 have elastic elements 5. The movable sleeve 14 of the swashplate can move up or down along the guide 18, while all rods 11 and leashes 12 are moved at the same distance and with their help they turn all the blades at given angles. The control of the common pitch of the rotor blades is accompanied by a synchronous change in engine power. And finally, the separator 6 mounted on the movable sleeve 14 on a spherical bearing 15 with the possibility of turning forward back to the side and moving along the sleeve 18, when operating the rotor 1 must be constantly pinched from turning.

Применение предложенного автомата перекоса для вертолета позволит значительно повысить летные и технические характеристики вертолетов.The use of the proposed swashplate for a helicopter will significantly improve the flight and technical characteristics of helicopters.

Claims

A helicopter swash plate containing a rotor with attachment points for the blades, a rotating ring with pull rods for rotor blades, earrings for transverse and longitudinal control of the rotor, control of the common pitch of the rotor, characterized in that, in order to increase the flight and technical characteristics of the helicopter, the blades, making circular azimuthal rotation, not only change their angle of attack at each position, but also produce oscillations in the vertical and horizontal planes with rotations in the direction of rotation, achieved by the installation of a special bearing, in which the separator is made in the form of a cup with slots, into which balls, limited by clips, are inserted, internal, freely rotating, and the external clip with a bandage for controlling the blades has a groove track made along an extended sinusoid, and half of it has a straight section and the cup itself, mounted on a movable sleeve on a spherical bearing with the ability to turn back and forth and sideways and freely move along, controlling the overall pitch of the vita, is pinched from turning.