RU2525353C1

RU2525353C1 - Rotorcraft adjustable transmission

Info

Publication number: RU2525353C1
Application number: RU2013111572/11A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Олегович Жданов
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Московский Вертолетный Завод Им. М.Л. Миля"
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-08-10

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: proposed transmission comprises reduction gearbox (1), two overrunning clutches (2) at engine shafts, rotor shaft (4), propulsive engine shaft (5) and differential gear engaged by gears (3) with engine shafts. One output link (7) of differential gearbox is engaged with propulsive engine shaft (5). Another output link (8) of differential gearbox is engaged with rotor shaft (4) via high-rpm overrunning clutch (12). Carrier (9) of differential gearbox is engaged with rotor shaft (4) via low-rpm overrunning clutch (11). Every link of differential gearbox incorporates the braking device (13, 14).

EFFECT: higher speed and rotor thrust, higher flight safety.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в винтокрылых летательных аппаратах для достижения ими более высоких экономических и скоростных характеристик.The invention relates to the field of transport engineering and can be used in rotorcraft to achieve higher economic and speed characteristics.

Известна трансмиссия для винтокрылого летательного аппарата (патент РФ №2359875, 28.04.2006), состоящая из редуктора главного ротора, вала пропульсивной установки и модуля пропульсивной установки. От двигателей крутящий момент передается в главный редуктор, далее крутящий момент посредством зубчатых шестерен передается на вал к несущему винту. Редуктор имеет выходной вал на пропульсивную установку. Крутящий момент от выходного вала к пропульсивной установке передается через трансмиссионный вал.A known transmission for a rotary-wing aircraft (RF patent No. 2359875, 04/28/2006), consisting of a main rotor gearbox, a propulsion unit shaft and a propulsion unit module. From the engines, the torque is transmitted to the main gearbox, then the torque is transmitted through the gears to the shaft to the rotor. The gearbox has an output shaft for propulsion installation. Torque from the output shaft to the propulsion system is transmitted through the transmission shaft.

Недостатком указанной трансмиссии является высокая потребляемая мощность в скоростном полете, что вызвано невозможностью регулирования частоты вращения несущего винта.The disadvantage of this transmission is the high power consumption in high-speed flight, which is caused by the inability to control the rotor speed.

Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является трансмиссия с переменной скоростью для винтокрылых летательных аппаратов (патент США №7296767 от 20.11.2007). Трансмиссия состоит из основного редуктора, соединенного с редуктором переменной скорости, который содержит две муфты сцепления и две обгонные муфты. Вращение от двух двигателей передается в редуктор переменной скорости через соответствующие обгонные муфты. При включении сцепления звено, приводящее в движение несущий винт, будет иметь одну (высокую) скорость вращения. При выключении сцепления передача крутящего момента на несущий винт будет осуществляться по параллельному пути через обгонную муфту и с другой (меньшей) скоростью.The closest analogue (prototype) of the present invention is a variable speed transmission for rotorcraft (US patent No. 7296767 from 11/20/2007). The transmission consists of a main gearbox connected to a variable speed gearbox, which contains two clutches and two overrunning clutches. Rotation from two engines is transmitted to the variable speed gearbox through the corresponding freewheels. When the clutch engages, the link that drives the rotor will have one (high) speed of rotation. When the clutch is disengaged, the transmission of torque to the rotor will be carried out along a parallel path through the overrunning clutch and at a different (lower) speed.

Недостатком прототипа является большой вес и габариты редуктора переменной скорости, связанные с использованием муфт сцепления.The disadvantage of the prototype is the large weight and dimensions of the variable speed gear associated with the use of clutches.

Задачей настоящего изобретения является создание регулируемой трансмиссии винтокрылого летательного аппарата, обеспечивающей увеличение скорости и безопасности полета летательного аппарата, уменьшение потребляемой мощности, а также уменьшение веса и габаритов трансмиссии.The objective of the present invention is the creation of an adjustable transmission rotorcraft, providing an increase in the speed and safety of flight of the aircraft, reducing power consumption, as well as reducing the weight and dimensions of the transmission.

Поставленная задача решена благодаря тому, что в регулируемой трансмиссии винтокрылого летательного аппарата, содержащей редуктор с зубчатыми колесами, валы от двигателей с обгонными муфтами, вал несущего винта и вал пропульсивного движителя, в соответствии с заявляемым изобретением, редуктор снабжен дифференциалом, который связан зубчатыми колесами с валами двигателей, дифференциал выполнен в виде конической планетарной передачи и имеет два выходных звена, причем одно звено соединено с валом пропульсивного движителя, другое звено связано с валом несущего винта через высокоскоростную обгонную муфту, а водило дифференциала связано с валом несущего винта через низкоскоростную обгонную муфту, при этом каждое звено дифференциала имеет устройство торможения.The problem is solved due to the fact that in a controlled transmission of a rotary-wing aircraft containing a gearbox with gears, shafts from engines with freewheels, a rotor shaft and a propulsive propeller shaft, in accordance with the claimed invention, the gearbox is equipped with a differential, which is connected by gears to motor shafts, the differential is made in the form of a bevel planetary gear and has two output links, with one link connected to the shaft of the propulsive propulsion, the other link with yazano rotor shaft through a high speed overrunning clutch, a differential carrier connected to the shaft of the rotor via a low-speed overrunning clutch, wherein each differential unit has the braking device.

Устройство торможения состоит из тормозного диска, насаженного на вал выходного звена, тормозных колодок и привода тормозных колодок.The braking device consists of a brake disc mounted on the output link shaft, brake pads and brake pads.

Предложенное техническое решение регулируемой трансмиссии позволяет с помощью средств управления устройствами торможения (не показаны) осуществить два режима работы винтокрылого летательного аппарата.The proposed technical solution of the variable transmission allows using the control devices of braking devices (not shown) to implement two modes of operation of a rotorcraft.

В режимах взлета, посадки, висения или нескоростного полета при включенном устройстве торможения на валу выходного звена дифференциала, связанного с пропульсивным движителем (и, таким образом, его блокировки, фиксации), крутящий момент от двигателей передается только на вал несущего винта, через высокоскоростную обгонную муфту, и таким образом несущий винт имеет повышенную скорость вращения.In take-off, landing, hovering or low-speed flight modes with the braking device on the shaft of the differential output link associated with the propulsive propulsion (and thus its blocking, fixing), the torque from the engines is transmitted only to the rotor shaft through a high-speed overtaking coupling, and thus the rotor has an increased speed of rotation.

В режиме горизонтального скоростного полета при включенном устройстве торможения на валу выходного звена дифференциала, связанного с несущим винтом, крутящий момент передается как на вал несущего винта, через низкоскоростную обгонную муфту от водила дифференциала, так и на вал пропульсивного движителя.In the regime of horizontal high-speed flight with the braking device turned on, the torque is transmitted to the shaft of the differential link connected to the main rotor, both to the main rotor shaft, through the low-speed overrunning clutch from the differential carrier, and to the shaft of the propulsive propulsion device.

Таким образом, использование предлагаемой регулируемой трансмиссии позволяет при эксплуатации летательного аппарата выбирать оптимальный режим работы: увеличить скорость в режиме горизонтального полета и повысить безопасность и эффективность винтокрылого летательного аппарата (за счет остановки пропульсивного движителя и повышения тяги несущего винта) на малых скоростях полета.Thus, the use of the proposed adjustable transmission allows the aircraft to choose the optimal mode of operation: increase speed in horizontal flight mode and increase the safety and efficiency of the rotorcraft (by stopping the propulsive propulsion and increasing the thrust of the rotor) at low flight speeds.

Конструктивное решение регулируемой трансмиссии позволяет получить уменьшение веса и габаритов трансмиссии и в результате - веса летательного аппарата.The constructive solution of the adjustable transmission allows to obtain a reduction in the weight and dimensions of the transmission and, as a result, the weight of the aircraft.

На рисунке показан внешний вид регулируемой трансмиссии винтокрылого летательного аппарата, содержащей редуктор 1, обгонные муфты 2, цилиндрические зубчатые шестерни 3, вал 4 несущего винта, вал 5 пропульсивного движителя, дифференциал 6, первое выходное звено 7 дифференциала, второе выходное звено 8 дифференциала, водило 9, планетарные шестерни 10, низкоскоростную обгонную муфту 11, высокоскоростную обгонную муфту 12, устройство торможения 13 первого выходного звена 7 дифференциала, устройство торможения 14 второго выходного звена 8 дифференциала, тормозные диски 15, тормозные колодки 16, привод тормозных колодок 17.The figure shows the appearance of a controlled transmission of a rotary-wing aircraft containing a gearbox 1, freewheels 2, spur gears 3, a rotor shaft 4, a propulsive propeller shaft 5, a differential 6, a first differential output link 7, a second differential output link 8, a carrier 9, planetary gears 10, low speed overrunning clutch 11, high speed overrunning clutch 12, braking device 13 of the first output link 7 differential, braking device 14 of the second output link 8 differential and, brake disks 15, brake pad 16, resulting in brake pad 17.

Валы с обгонными муфтами 2 соединяют двигатели с цилиндрическими зубчатыми шестернями 3, которые расположены в редукторе 1. Посредством зубчатого зацепления цилиндрические зубчатые шестерни 3 соединяются с дифференциалом 6, который имеет водило 9 с планетарными шестернями 10 и два выходных звена - первое звено 7 и второе звено 8, которые посредством конических зубчатых зацеплений соединены с планетарными шестернями 10, которые в свою очередь через подшипники связаны с водилом 9. Первое выходное звено 7 дифференциала 6 объединено с валом 5 пропульсивного движителя. Низкоскоростная обгонная муфта 11 связывает водило 9 с валом 4 несущего винта. Высокоскоростная обгонная муфта 12 связывает второе выходное звено 8 дифференциала с валом 4 несущего винта. Выходные звенья 7 и 8 дифференциала имеют устройства торможения 13 и 14, состоящие из тормозных дисков 15, закрепленных на данных звеньях, тормозных колодок 16 и привода тормозных колодок 17.Shafts with overrunning clutches 2 connect the engines to cylindrical gears 3, which are located in the gearbox 1. By gearing, the cylindrical gears 3 are connected to a differential 6, which has a carrier 9 with planetary gears 10 and two output links - the first link 7 and the second link 8, which are connected by means of bevel gears to planetary gears 10, which, in turn, are connected through the bearings to the carrier 9. The first output link 7 of the differential 6 is connected to the prop shaft 5 sivnogo mover. A low-speed overrunning clutch 11 connects the carrier 9 to the rotor shaft 4. High-speed overrunning clutch 12 connects the second output link 8 of the differential with the shaft 4 of the rotor. The output links 7 and 8 of the differential have braking devices 13 and 14, consisting of brake discs 15 attached to these links, brake pads 16 and brake pads drive 17.

Регулируемая трансмиссия винтокрылого летательного аппарата работает следующим образом. Крутящий момент от двигателей через обгонные муфты 2 передается на цилиндрические зубчатые шестерни 3 расположенные в редукторе 1. Цилиндрические зубчатые шестерни 3 передают вращение на дифференциал 6 посредством зубчатого зацепления. В зависимости от режима работы от дифференциала 6 крутящий момент передается на вал 4 несущего винта и на вал 5 пропульсивного движителя.Adjustable transmission rotorcraft works as follows. The torque from the engines through the overrunning clutch 2 is transmitted to the spur gears 3 located in the gear 1. The spur gears 3 transmit the rotation to the differential 6 by gearing. Depending on the operating mode from the differential 6, the torque is transmitted to the rotor shaft 4 and to the propulsion shaft 5.

В режимах взлета, посадки, висения и нескоростного полета винтокрылого летательного аппарата устройство торможения 13 осуществляет блокировку первого выходного звена 7 дифференциала, при этом крутящий момент на пропульсивный движитель не передается. Второе выходное звено 8 дифференциала вращается с повышенной скоростью, и через высокоскоростную обгонную муфту 12 передает крутящий момент на вал 4, который вращает несущий винт (несущие винты) с более высокой скоростью.In the modes of takeoff, landing, hovering and low-speed flight of a rotary-wing aircraft, the braking device 13 locks the first output link 7 of the differential, while the torque is not transmitted to the propulsive propulsion. The second output link 8 of the differential rotates with increased speed, and through a high-speed overrunning clutch 12 transmits torque to the shaft 4, which rotates the rotor (rotors) at a higher speed.

В режиме горизонтального скоростного полета устройство торможения 14 осуществляет блокировку второго выходного звена 8 дифференциала, при этом первое выходное звено 7 дифференциала вращается и передает крутящий момент на вал 5 пропульсивного движителя. В данном режиме вращение вала 4 и, соответственно, несущего винта происходит с другой, меньшей, скоростью, вследствие того, что крутящий момент на вал 4 передается низкоскоростной обгонной муфтой 11 от водила 9 дифференциала. Это позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление и потребляемую мощность несущего винта.In the mode of horizontal high-speed flight, the braking device 14 blocks the second output link 8 of the differential, while the first output link 7 of the differential rotates and transmits torque to the shaft 5 of the propulsive propulsion. In this mode, the rotation of the shaft 4 and, accordingly, the rotor occurs at a different, lower speed, due to the fact that the torque on the shaft 4 is transmitted by a low-speed overrunning clutch 11 from the carrier 9 of the differential. This can significantly reduce aerodynamic drag and power consumption of the rotor.

В процессе работы на конструкцию действуют инерционные силы, и переключение режимов соответственно происходит не мгновенно, а с безопасной для конструкции устройства и объекта установки скоростью. Сначала происходит разблокировка фиксированного звена, затем плавная блокировка другого звена. Переходный режим может занимать от 5 до 15 секунд.In the process, inertial forces act on the structure, and the switching of modes, respectively, occurs not instantly, but at a speed safe for the structure of the device and the installation object. First, the fixed link is unlocked, then the other link smoothly locks. Transient mode can take from 5 to 15 seconds.

В аварийном режиме при отказе одного из двигателей обгонная муфта 2, которая расположена на валу от этого двигателя, автоматически разъединяет неработающий двигатель от редуктора. Крутящий момент от работающего двигателя передается через обгонную муфту 2 на цилиндрические зубчатые шестерни 3, расположенные в редукторе 1. Цилиндрические зубчатые шестерни 3 передают крутящий момент на дифференциал 6 через зубчатое зацепление. От дифференциала 6 крутящий момент передается на вал 4 несущего винта и на вал 5 пропульсивного движителя.In emergency mode, if one of the engines fails, the overrunning clutch 2, which is located on the shaft from this engine, automatically disconnects the inoperative engine from the gearbox. The torque from the working engine is transmitted through the freewheel clutch 2 to the spur gears 3 located in the gear 1. The spur gears 3 transmit the torque to the differential 6 through gearing. From the differential 6, the torque is transmitted to the rotor shaft 4 and to the propulsive propulsion shaft 5.

В аварийном режиме при отказе обоих двигателей, вертолет производит посадку в режиме авторотации, т.е. самовращении несущего винта. Несущий винт вертолета раскручивается от набегающего потока, одновременно создавая подъемную силу. Низкоскоростная обгонная муфта 11 и высокоскоростная обгонная муфта 12 автоматически разъединяют вал 4 несущего винта от дифференциала 6, что обеспечивает снижение механических потерь несущего винта при раскручивании и увеличивает безопасность посадки летательного аппарата в режиме авторотации.In emergency mode, if both engines fail, the helicopter lands in autorotation mode, i.e. self-rotation of the rotor. The rotor of the helicopter spins from the oncoming flow, while simultaneously creating lift. The low-speed overrunning clutch 11 and the high-speed overrunning clutch 12 automatically disconnect the rotor shaft 4 from the differential 6, which reduces the mechanical loss of the rotor during untwisting and increases the safety of landing of the aircraft in autorotation mode.

Применение регулируемой трансмиссии в винтокрылых летательных аппаратах позволит значительно увеличить скорость летательного аппарата в режиме горизонтального полета, повысить тягу несущего винта (несущих винтов) на малых скоростях полета и безопасность летательного аппарата при работе у земли.The use of adjustable transmission in rotorcraft will significantly increase the speed of the aircraft in horizontal flight mode, increase the thrust of the rotor (rotors) at low flight speeds and the safety of the aircraft when working near the ground.

Claims

Adjustable transmission of a rotary-wing aircraft containing a gearbox with gears, shafts from engines with freewheels, a rotor shaft and a propulsive propeller shaft, characterized in that the gearbox is equipped with a differential that is connected by gears to the motor shafts, the differential is made in the form of a bevel planetary gear and has two output links, and one link is connected to the shaft of the propulsive propulsion device, the other link is connected to the rotor shaft through a high-speed overrunning clutch, a differential carrier connected to the shaft of the rotor via a low-speed overrunning clutch, wherein each differential unit has the braking device.