RU2783551C1 - Винт для летательного аппарата, выполненного с возможностью зависания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям композитных лопастей винтокрылых летательных аппаратов. Винт (3, 5) содержит втулку (6, 8), группу лопастей (7, 14). Каждая лопасть (7, 14) содержит переднюю кромку (20) и заднюю кромку (21), верхнюю поверхность (22) и нижнюю поверхность (23), замкнутую оболочку (30). Оболочка (30) содержит первый и второй элементы (31, 32), отдельные друг от друга, ограничивающие соответственную оболочку (30) с взаимно противоположных сторон, первый соединительный элемент (34), расположенный на стороне связанной передней кромки (20) и размещенный между первыми концами (37, 38) соответственных первого и второго элементов (31, 32); и третий элемент (80), соединенный со связанными первым и вторым элементами (31, 32) и расположенный на стороне передней кромки (20). Лопасть (7, 14) содержит четвертый элемент (70), размещенный между третьим элементом (80) и первым соединительным элементом (34). Обеспечивается уменьшение количества компонентов лопасти, высокая осевая жесткость и жесткость на изгиб в плоскости лобового сопротивления лопасти. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта патентная заявка испрашивает приоритет европейской патентной заявки №18209448.2, поданной 30 ноября 2018 г., все раскрытие которой включено сюда путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к винту для летательного аппарата, выполненного с возможностью зависания, в частности, для конвертоплана или вертолета.

Альтернативно, летательный аппарат может представлять собой гироплан или гиродин.

Летательный аппарат может пилотироваться экипажем или быть самопилотируемым.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Как известно, вертолеты содержат фюзеляж, несущий винт, выступающий из фюзеляжа и выполненный с возможностью вращения вокруг первой оси, и хвостовой винт, выступающий из хвостового участка фюзеляжа и выполненный с возможностью вращения вокруг второй оси, поперечной первой оси.

В частности, несущий винт выполнен с возможностью создания подъемной силы, необходимой для поддержания вертолета в воздухе и выполнения движения вперед, назад и вбок вертолета. Вместо этого хвостовой винт выполнен с возможностью противодействия развороту вертолета, который будет вызван работой несущего винта, и выполнения рыскания, т.е. поворота вертолета вокруг первой оси.

Известным образом несущий винт (или хвостовой винт) содержит колонку (или приводной вал), втулку, приводимую во вращение колонкой, и группу лопастей, шарнирно закрепленных на втулке и продолжающихся вдоль соответственных третьих осей, поперечных первой оси.

При вращении вокруг первой оси радиально внешние законцовки каждой лопасти описывают воображаемую окружность, известную как «диск винта».

Каждая лопасть, в свою очередь, содержит:

- переднюю кромку и заднюю кромку; и

- верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, образующие соответственные поверхности, противоположные друг другу, и продолжающиеся между передней кромкой и задней кромкой.

В частности, вследствие движения вперед лопасти передняя кромка взаимодействует с воздухом раньше задней кромки.

Еще точнее, каждая лопасть должна иметь определенный профиль в сечении, перпендикулярном соответственной третьей оси, для того, чтобы создавать требуемый уровень подъемной силы вследствие взаимодействия с воздухом.

Каждая лопасть должна также иметь способность выдерживать нагрузки, создаваемые аэродинамическими воздействиями и центробежной силой.

Эти нагрузки по существу соответствуют:

- осевой нагрузке, направленной по существу вдоль третьей оси;

- крутящему моменту, направленному по существу параллельно третьей оси;

- первому изгибающему моменту, направленному перпендикулярно плоскости диска винта и действующему в так называемой плоскости взмаха лопасти; и

- второму изгибающему моменту, направленному в плоскости диска винта и действующему в так называемой плоскости лобового сопротивления диска винта.

Согласно традиционному типу решения, каждая лопасть, в свою очередь, содержит:

- лонжерон, продолжающийся вдоль соответственной третьей оси и выполненный с возможностью выдерживать осевую нагрузку, крутящий момент и изгибающие моменты;

- заполнитель, изготовленный из сотового материала или Rohacell и выполненный с возможностью придания желаемой аэродинамической формы лопасти; и

- обшивку, образующую верхнюю поверхность и нижнюю поверхность лопасти.

RU-C-2541574 описывает лопасть без лонжеронов для вертолета.

В частности, лопасть содержит:

- открытую С-образную полуоболочку, изготовленную за одно целое и соединенную с обшивкой так, чтобы образовывать устойчивую к кручению оболочку, которая продолжается вплоть до задней кромки лопасти;

- область, ограниченную между краем полуоболочки, противоположным задней кромке, и передней кромкой лопасти; и

- заполнитель, который размещен внутри полуоболочки.

Заполнитель обычно образован, например, из сотового материала.

Вышеупомянутая область заполнена заполнителем за исключением некоторых участков, где размещена масса, выполненная с возможностью уравновешивания лопасти.

Напряжения на лопасти больше в местах крепления к втулке.

В этих местах крепления к втулке полуоболочка лопасти, показанной в RU-C-2541574, содержит пару дополнительных взаимно параллельных вставок.

EP-A-2415665 описывает дополнительное решение лопасти без лонжеронов для вертолета.

Конкретнее, лопасть без лонжеронов, описанная в EP-A-2415665, содержит группу ребер, наклоненных относительно оси продольной протяженности лопастей, причем каждое ребро продолжается между передней и задней кромками лопасти.

В этом решении изгибающие моменты в основном выдерживаются обшивкой, а ребра уменьшают риск упругой неустойчивости при максимальной нагрузке.

В отрасли осознают необходимость уменьшения общей стоимости изготовления лопастей.

Более подробно, в отрасли осознают необходимость уменьшения количества компонентов лопасти.

В отрасли также осознают необходимость изготовления лопастей с высокой осевой жесткостью и жесткостью на изгиб в плоскости лобового сопротивления лопасти, которые в то же время являются простыми и недорогими для изготовления.

EP-A-3293110 и US-A-5346367 раскрывают лопасть винта с лонжероном.

EP-A-3246248 раскрывает винт согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является представление винта для летательного аппарата, выполненного с возможностью зависания, который удовлетворяет по меньшей мере одну из определенных выше потребностей простым и недорогим образом.

Вышеуказанная задача решается с помощью настоящего изобретения в части, касающейся винта для летательного аппарата, выполненного с возможностью зависания, который определен в пункте 1 формулы изобретения.

Настоящее изобретение также относится к винту для летательного аппарата, выполненного с возможностью зависания, который определен в пункте 2 формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания настоящего изобретения предпочтительный вариант выполнения описан ниже исключительно в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

- Фигура 1 представляет собой вид в перспективе вертолета, содержащего винт согласно настоящему изобретению;

- Фигура 2 представляет собой вид сверху лопасти винта на Фигуре 1;

- Фигура 3 представляет собой поперечное сечение в разобранном виде лопасти на Фигурах 1 и 2 по линиям III-III и IV-IV на Фигуре 2;

- Фигура 4 представляет собой поперечное сечение лопасти на Фигурах 1 и 2 по линиям III-III и IV-IV на Фигуре 2; и

- Фигура 5 представляет собой поперечное сечение лопасти на Фигурах 1 и 2 по линии V-V на Фигуре 2.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со ссылкой на Фигуру 1, ссылочная позиция 1 обозначает летательный аппарат, в частности, летательный аппарат, выполненный с возможностью зависания, и в показанном случае вертолет.

Вертолет 1 в своей основе содержит фюзеляж 2, несущий винт 3, расположенный на верхней части фюзеляжа 2, и хвостовой винт 5.

Фюзеляж 2 содержит на его противоположных концах носовую часть 17 и хвостовую балку 4, поддерживающую хвостовой винт 5.

Несущий винт 3, в свою очередь, содержит:

- втулку 6, вращаемую вокруг оси А; и

- группу лопастей 7, продолжающихся от втулки 6 вдоль соответственных осей B и шарнирно закрепленных на втулке 6.

Аналогично, хвостовой винт 5, в свою очередь, содержит втулку 8, вращаемую вокруг оси E, поперечной оси А, и группу лопастей 14, продолжающихся от втулки 8 и шарнирно закрепленных на втулке 8.

В описании ниже будет сделана ссылка на несущий винт 3 без потери общности.

Важно подчеркнуть, что известны разные типы винтов 3, каждый из которых предусматривает разные варианты выполнения шарнирного крепления лопастей 7 к втулке 6.

Лопасти 7 винта 3 имеют соответственные оси B продольной протяженности, поперечные оси А, и содержат соответственные законцовки 19, противоположные оси А.

В частности, во время относительного вращения вокруг оси А и вследствие шарнирного крепления лопастей 7 к втулке 6 радиально внешние законцовки 19 каждой лопасти описывают воображаемую окружность, известную как «диск винта».

В зависимости от типа винта 3 каждая лопасть 7 имеет одну или более вращательных степеней свободы относительно втулки 6.

Эти вращательные степени свободы соответствуют (Фигура 2):

- углу установки, который связан с поворотом вокруг оси B так, чтобы позволять изменять угол установки лопасти 7;

- углу лобового сопротивления, который связан с поворотом вокруг оси C, параллельной и смещенной относительно оси А, так, чтобы позволять качательное движение лопасти 7 в плоскости диска винта; и

- углу взмаха, который связан с поворотом вокруг оси D, поперечной осям A, B и C, так, чтобы позволять маховое движение лопасти 7 перпендикулярно плоскости диска винта.

Конкретнее, в зависимости от типа винта 3 и шарнирного крепления лопастей 7 к втулке 6 вышеупомянутые углы установки, лобового сопротивления и взмаха соответствуют поворотам, которые являются жесткими, полужесткими или получаются посредством упругой деформации лопастей 7.

При использовании лопасть 7 вследствие ее вращения вокруг оси А и аэродинамического взаимодействия с воздушным потоком подвергается воздействию:

- центробежной силы, направленной по существу параллельно оси B и в направлении, противоположном оси А;

- крутящего момента, направленного вдоль оси B;

- первого изгибающего момента, направленного вдоль оси D взмаха; и

- второго изгибающего момента, направленного вдоль оси C лобового сопротивления.

Конкретнее, поскольку все лопасти 7 идентичны, далее будет сделана ссылка на одну лопасть 7 без потери общности.

Лопасть 7, в свою очередь, содержит:

- переднюю кромку 20 и заднюю кромку 21, противоположные друг другу; и

- верхнюю поверхность 22 и нижнюю поверхность 23, образующие соответственные поверхности, противоположные друг другу, и продолжающиеся между передней кромкой 20 и задней кромкой 21.

В частности, вследствие движения вперед лопасти 7 передняя кромка 20 взаимодействует с воздухом раньше задней кромки 21.

Со ссылкой на сечение S лопасти в плоскости, перпендикулярной оси B (Фигуры 3 и 4), возможно идентифицировать хорду 15 лопасти 7, т.е. сегмент, соединяющий точки задней кромки 21 и передней кромки 20 в сечении S.

Со ссылкой на Фигуру 2, лопасть 7 дополнительно содержит, следуя вдоль ось B в направлении радиально наружу от оси А:

- комлевой участок, шарнирно закрепленный на втулке 6 (Фигура 5);

- переходный участок 24 с постепенно увеличивающейся хордой 15;

- основной участок 25 (Фигура 2) с почти постоянной хордой 15; и

- концевой участок, образующий законцовку 19.

Более подробно, комлевой участок содержит одно или более снабженных втулками отверстий, которые предусматривают жесткое соединение посредством болтов 26 с соединительным элементом (не показан), шарнирно закрепленным на втулке 6, так, чтобы позволять изменять углы установки, взмаха и лобового сопротивления лопасти 7.

В частности, лопасть 7 содержит тонкостенную оболочку 30, предусмотренную для реагирования на крутящий момент, маховый момент, момент лобового сопротивления и центробежную силу.

Оболочка 30 содержит (Фигуры 3 и 4):

- пару стенок 31 и 32, отделенных друг от друга, ограничивающих оболочку 30 с соответственных взаимно противоположных сторон и расположенных на верхней поверхности 22 и на нижней поверхности 23 и имеющих соответственные концы 37 и 38, расположенные на стороне передней кромки 20 и на расстоянии друг от друга;

- соединительный элемент 34, расположенный на стороне передней кромки 20 и размещенный между концами 37 и 38 соответственных стенок 31 и 32;

- дополнительный соединительный элемент 80, соединенный со стенками 31 и 32 и расположенный на стороне передней кромки 20; и

- носовую часть 70, размещенную между соединительным элементом 80 и соединительным элементом 34.

Соединительный элемент 34 соединен с соответственными поверхностями 100 стенок 31 и 32, а соединительный элемент 80 соединен с соответственными поверхностями 101, противоположными поверхностям 100, стенок 31 и 32.

Оболочка 30 также содержит дополнительный соединительный элемент 33, размещенный между верхней поверхностью 22 и нижней поверхностью 23 и расположенный на стороне задней кромки 21.

Более подробно, стенки 31 и 32 содержат соответственные концевые края 39 и 40, расположенные на стороне задней кромки 21 и на расстоянии друг от друга.

Поверхности 101 стенок 31 и 32 соответственно образуют верхнюю поверхность 22 и нижнюю поверхность 23 лопасти 7.

Поверхности 100 стенок 31 и 32 противоположны поверхностям 101 и соответственно расположены на стороне, противоположной верхней поверхности 22, и на стороне, противоположной нижней поверхности 23 лопасти 7.

Соединительный элемент 34 соединен с поверхностями 100 стенок 31 и 32 на стороне концов 37 и 38.

Элемент 80 соединен с поверхностями 101 стенок 31 и 32 на стороне концов 37 и 38.

Стенки 31 и 32 сначала расходятся друг от друга, а затем сходятся по направлению друг к другу, следуя профилю сечения, начиная от концевых краев 39 и 40 по направлению к соответственным концевым краям 37 и 38.

Стенки 31 и 32 имеют соответственные рельефы, параллельные рельефам верхней поверхности 22 и нижней поверхности 23 соответственно, и имеют толщину, перпендикулярную вышеупомянутым рельефам.

Стенки 31 и 32 дополнительно содержат, следуя от задней кромки 21 к передней кромке 20:

- соответственные сегменты 35 ограниченной кривизны; и

- соответственные сегменты 36 более выраженной кривизны.

В показанном случае, следуя от задней кромки 21 по направлению к передней кромке 20, толщина сегментов 35 постоянна на протяжении 65-70% длины М хорды 15.

Сегменты 36 толще, чем соответственные сегменты 35, и противоположны друг другу.

Более подробно, расстояние L между концами сегментов 36, противоположными передней кромке 20, и передней кромкой 20, измеренное параллельно хорде 15 в сечении S, составляет 30-35% длины М хорды 15.

Стенки 31 и 32 частично образуют соответственно верхнюю поверхность 22 и нижнюю поверхность 23 лопасти 7.

Кроме того, носовая часть 70 размещена между соединительными элементами 34 и 80 в направлении, параллельном хорде 15, со ссылкой на сечение S.

Более того, носовая часть 70 занимает пространство, ограниченное с одной стороны элементом 80, а с другой стороны - соединительным элементом 34 и концами 37 и 38 соответственных стенок 31 и 32.

В показанном случае носовая часть 70 изготовлена из композиционного материала, ламинированного параллельно оси B.

Носовая часть 70 представляет собой твердое тело без полостей в показанном случае и по возможности выполнена за одно целое с дискретными металлическими элементами, действующими в качестве инерционной и уравновешивающей масс.

Пространство, занимаемое носовой частью 70, изменяется вдоль оси B в зависимости от профиля лопасти 7 и нагрузки, которой подвергается лопасть 7.

В частности, носовая часть 70 ограничена:

- стенкой 71, параллельной стенке 52 и наложенной на нее; и

- изогнутой стенкой 72, противоположной стенке 71 относительно оболочки 30.

Соединительный элемент 33 расположен на стороне задней кромки 21 и соединен с соответственными концами 39 и 40 стенок 31 и 32 так, чтобы замыкать оболочку 30 на стороне задней кромки 21.

В показанном случае соединительный элемент 33 образован одним из следующих, по возможности сосуществующих, элементов:

- парой взаимно сходящихся прямых стенок 42 и 43, расходящихся от задней кромки 21; и/или

- С-образным соединительным элементом (не показан) в конце оболочки 30 на стороне задней кромки 21.

Лопасть 7 дополнительно содержит:

- заполнитель 41, размещенный внутри оболочки 30 и предусмотренный для придания желаемой аэродинамической формы лопасти 7; и

- элемент 60 жесткости, расположенный на стороне оболочки 30, противоположной носовой части 70, т.е. на стороне задней кромки 21.

В показанном случае заполнитель 41 изготовлен из конструкционного пенопласта, в частности, ROHACELL. Альтернативно, заполнитель 41 может быть изготовлен из неметаллического сотового материала.

В частности, заполнитель 41 содержит:

- основной участок 55, размещенный между стенками 31 и 32 и ограниченный по меньшей мере частично поверхностями 100; и

- концевой участок 56, обращенный к передней кромке 20 и размещенный внутри отсека, ограниченного соединительным элементом 34; и

- концевой участок 57, обращенный к задней кромке 21 и размещенный внутри отсека, ограниченного соединительным элементом 33.

Элемент 60 жесткости установлен на соединительном элементе 33 на задней кромке 21.

Лопасть 7 дополнительно содержит:

- дополнительный соединительный элемент 80, окружающий носовую часть 70 и наложенный на нее на стороне, противоположной заполнителю 41;

- защитную стенку 81, образующую переднюю кромку 20, окружающую соединительный элемент 80 и установленную для закрытия соединительного элемента 80.

Соединительный элемент 80 и стенка 81 имеют тонкостенную конструкцию.

Соединительный элемент 80 и стенка 81 имеют С-образную конструкцию в сечении S.

Соединительный элемент 80 размещен между стенкой 81 и носовой частью 70 в направлении, параллельном хорде 15, со ссылкой на сечение S. Элемент 80 состоит из слоев композиционного материала, в частности, армированной волокном смолы, ламинированных параллельно направлению B.

В одном варианте выполнения указанные слои композиционного материала выполнены за одно целое или объединены с тонкостенными нагревательными элементами (не показаны), выполненными с возможностью нагрева передней кромки 20 для предотвращения образования льда во время полета или содействия таянию и отделению льда. Каждый нагревательный элемент, в частности, образован слоем токопроводящих дорожек, изготовленных из меди или алюминия, размещенным между двумя слоями волокна композиционного материала, в частности, армированной волокном смолы.

В показанном случае стенки 31 и 32, соединительные элементы 33 и 34 и элемент 60 жесткости изготовлены из композиционного материала, в частности, армированной волокном смолы.

Стенки 31 и 32 получены путем ламинирования слоев в направлении, параллельном и поперечном оси B (например, 45°); соединительные элементы 33 и 34 и элемент 60 жесткости получены путем ламинирования слоев в направлении, параллельном оси B.

Стенка 81 изготовлена из множества элементов, изготовленных из титанового или стального или никелевого сплавов, по возможности выполненных за одно целое с клеевыми внешними слоями, изготовленными из полиуретана.

Таким образом, верхняя поверхность 22 лопасти 7 образована участком стенки 81, участком стенки 31 и участком элемента 60 жесткости.

Нижняя поверхность 23 лопасти 7 образована оставшимся участком стенки 81, участком стенки 32 и оставшимся участком элемента 60 жесткости.

Передняя кромка 20 и задняя кромка 21 образованы концевыми краями стенки 81 и элемента 60 жесткости соответственно.

Важно подчеркнуть, что лопасть 7 лишена лонжеронов, продолжающихся вдоль оси B.

Конструктивные нагрузки, воздействующие на лопасть 7, поглощаются следующим образом.

Более толстые сегменты 36 стенок 31 и 32 и носовая часть 70 поглощают преобладающую часть центробежной силы.

Более толстые сегменты 36 стенок 31 и 32 позволяют оболочке 30 поглощать преобладающую часть изгибающего момента, направленного вдоль оси D взмаха.

Это связано с тем, что более толстые сегменты 36 расположены противоположно друг другу относительно нейтральной оси, связанной с изгибом в плоскости взмаха, усиливая сечение S лопасти 7 в областях, где создается большее нормальное напряжение в результате изгибающего момента, направленного вдоль оси D.

Носовая часть 70 и элемент 60 жесткости поглощают преобладающую часть изгибающего момента, направленного вдоль оси C лобового сопротивления.

Это связано с тем, что носовая часть 70 и элемент 60 жесткости расположены противоположно друг другу относительно нейтральной оси, связанной с изгибом в плоскости лобового сопротивления, тем самым усиливая сечение S лопасти 7 в областях, где создается большее нормальное напряжение в результате изгибающего момента, направленного вдоль оси C.

Оболочка 30, образованная стенками 31 и 32 и соединительными элементами 33, 34 и 80, поглощает преобладающую часть крутящего момента, направленного вдоль оси B лопасти 7.

Это связано с тем, что оболочка 30 создает замкнутую конструкцию, которая использует всю площадь сечения S, чтобы выдерживать тангенциальное напряжение, создаваемое крутящим моментом.

При использовании колонка поворачивается вокруг оси А, приводя втулку 6 и лопасти 7 во вращение.

Функционирование винта 3 описано ниже только в отношении одной лопасти 7.

В то время как она приводится в движение втулкой 6, лопасть 7 изменяет свою ориентацию относительно втулки 6.

В частности, вследствие работы винта 3 лопасть 7 вращается вокруг втулки 6 и вокруг осей B, C и D под углами установки, лобового сопротивления и взмаха.

Аэродинамическое взаимодействие с воздушным потоком и вращение вокруг оси А заставляет лопасть 7 подвергаться воздействию:

- центробежной силы, направленной по существу параллельно оси B и в направлении, противоположном оси А;

- крутящего момента, направленного вдоль оси B;

- первого изгибающего момента, направленного вдоль оси D взмаха; и

- второго изгибающего момента, направленного вдоль нижней части оси C лобового сопротивления.

Конкретнее, более толстые сегменты 36 стенок 31 и 32 и носовая часть 70 поглощают преобладающую часть центробежной силы.

Более толстые сегменты 36 стенок 31 и 32 позволяют стенкам 31 и 32 поглощать преобладающую часть изгибающего момента, направленного вдоль оси D взмаха.

Носовая часть 70 и элемент 60 жесткости поглощают преобладающую часть изгибающего момента, направленного вдоль оси C лобового сопротивления.

Оболочка 30, образованная стенками 31 и 32 и соединительными элементами 33, 34 и 80, поглощает преобладающую часть крутящего момента, направленного вдоль оси B лопасти 7.

Кроме того, во время работы винта 3 стенка 81 защищает носовую часть 70 и переднюю кромку 20 лопасти 7 от эрозии из-за твердых частиц и воды, обычно присутствующих в воздухе.

Из исследования винта 3, произведенного согласно настоящему изобретению, очевидны преимущества, которые могут быть достигнуты с помощью него.

В частности, оболочка 30 образована стенками 31 и 32, носовой частью 70 и соединительными элементами 33 и 80.

Это позволяет увеличивать осевую жесткость лопасти 7 и жесткость на изгиб в плоскости лобового сопротивления, перпендикулярной оси D. Последняя повышается, поскольку носовая часть 70 расположена на расстоянии от оси B и на передней кромке 20 лопасти 7, т.е. на максимальном расстоянии от нейтральной оси сечения S, устойчивого к изгибающему моменту в плоскости лобового сопротивления. Это позволяет располагать носовую часть 70 в областях лопасти 70, где изгибающий момент в плоскости лобового сопротивления создает максимальные нормальные напряжения.

Таким образом, лопасть 7 способна предлагать желаемую осевую жесткость и жесткость на изгиб в плоскости лобового сопротивления без необходимости использования лонжеронов, изготовленных из деревянных, металлических или композиционных материалов.

Более того, несмотря на отсутствие лонжеронов, лопасть 7 не требует усиливающих элементов, параллельных хорде 15, в сечениях S.

Оболочка 30 ограничена элементом 80 и соединительными элементами 33 и 34, которые имеют открытую тонкостенную конструкцию, симметричную относительно хорды 15 лопасти 7.

Это позволяет одновременно достигать без использования лонжеронов, изготовленных из деревянных, металлических или композиционных материалов:

- высокой жесткости на кручение за счет того, что оболочка 30 образует замкнутое тонкостенное сечение, устойчивое к крутящему моменту; и

- высокой жесткости на изгиб в плоскости взмаха.

Эта жесткость на изгиб увеличивается, поскольку участки 35 и 36 стенок 31 и 32 расположены на расстоянии от оси B, т.е. на максимальном расстоянии от нейтральной оси сечения S, устойчивого к изгибающему моменту в плоскости взмаха. Это позволяет располагать материал участков 35 и 36 стенок 31 и 32 в областях лопасти 70, где изгибающий момент в плоскости взмаха создает максимальные нормальные напряжения. Кроме того, участки 35 и 36 стенок 31 и 32 симметричны относительно оси B, вдоль которой развивается центробежная сила, что способствует устойчивости к таким нагрузкам.

Более того, соединительный элемент 34 соединен с поверхностями 100 стенок 31 и 32, тогда как элемент 80 соединен с поверхностями 101 стенок 31 и 32.

Это позволяет увеличивать поверхность соединения между стенками 31 и 32, элементом 80 и соединительным элементом 34, таким образом соответственно увеличивая силу, которая может передаваться через указанные поверхности соединения, например, путем склеивания.

Носовая часть 70 и стенки 31 и 32 изготовлены в виде различных и отдельных тел.

Это облегчает процесс производства и ламинирования носовой части 70 и стенок 31 и 32 и позволяет максимальную гибкость благодаря формам, принимаемым носовой частью 70 и стенками 31 и 32 в разных сечениях S лопасти 7.

Фактически возможно изготавливать носовую часть 70 и стенки 31 и 32 в одноместных литьевых формах особенно легко получаемой формы, при этом выполненных с возможностью нанесения композиционного материала или вручную, или с помощью автоматизированных технологий, известных как автоматизированное размещение волокон (AFP).

Таким образом, лопасть 7 не имеет лонжеронов какого-либо типа или материала, и стенки 31 и 32, соединительные элементы 33 и 34 и элемент 60 жесткости изготовлены из композиционного материала.

В связи с этим лопасть 7 может быть изготовлена, почти полностью, с помощью подэлементов, изготовленных посредством технологии, известной как автоматизированное размещение волокон (AFP), и последовательно собрана посредством процедур связывания в литьевой форме (совместного отверждения, совместного связывания и вторичного связывания) с очевидными преимуществами с точки зрения стоимостей и времени изготовления лопасти 7.

Стенка 81 защищает носовую часть 70 и переднюю кромку 20 лопастей 7 от эрозии из-за твердых частиц и воды, обычно присутствующих в воздухе.

Наконец, ясно, что могут быть выполнены модификации и вариации относительно винта 3, изложенного здесь.

В частности, винт 3 с лопастями 7 может представлять собой хвостовой винт вертолета 1 вместо несущего винта.

Вместо вертолета 1 винт 3 может быть установлен на пилотируемом или дистанционно управляемом конвертоплане или гиродине.

Кроме того, лопасть 7 или 14 может содержать локализованные массы, добавленные для статического уравновешивания лопасти 7 или 14. Эти массы могут занимать, только для некоторых сечений S лопасти 7, положение носовой части 70.

Наконец, стенки 42 и 43 соединительного элемента 33 могут быть плавно соединены вместо соединения в виде острого края.

Claims (50)

1. Винт (3, 5) для летательного аппарата (1), выполненного с возможностью зависания, включающий:

- втулку (6, 8); и

- группу лопастей (7, 14), шарнирно закрепленных на указанной втулке (6, 8);

при этом каждая указанная лопасть (7, 14) продолжается вдоль оси (B) и, в свою очередь, содержит:

- переднюю кромку (20) и заднюю кромку (21), противоположные друг другу;

- верхнюю поверхность (22) и нижнюю поверхность (23), противоположные друг другу и продолжающиеся между указанной передней кромкой (20) и указанной задней кромкой (21);

- хорду (15), соединяющую точки указанной передней кромки (20) и указанной задней кромки (21) в сечении (S) указанной лопасти (7, 14), перпендикулярном указанной оси (B); и

- замкнутую оболочку (30), изготовленную из композиционного материала и выполненную с возможностью выдерживать крутящий момент, направленный вдоль первой оси (B) указанной лопасти (7, 14);

при этом указанная оболочка (30) содержит:

- первый и второй элемент (31, 32), отдельные друг от друга, ограничивающие соответственную указанную оболочку (30) с взаимно противоположных сторон и соответственно расположенные на указанной верхней поверхности (22) и указанной нижней поверхности (23) соответственной указанной лопасти (7, 14); при этом указанные первый и второй элементы (31, 32) каждой указанной лопасти (7, 14) содержат соответственные первые концы (37, 38), расположенные на стороне связанной передней кромки (20) и на расстоянии друг от друга;

- первый соединительный элемент (34), расположенный на стороне связанной передней кромки (20) и размещенный между указанными первыми концами (37, 38) соответственных первого и второго элементов (31, 32); и

- третий элемент (80), соединенный со связанными указанными первым и вторым элементами (31, 32) и расположенный на стороне передней кромки (20);

при этом указанный первый соединительный элемент (34) соединен с соответственными первыми поверхностями (100) указанных первого и второго элементов (31, 32);

при этом указанные первые поверхности (100) соответственно расположены на стороне, противоположной указанной верхней поверхности (22), и на стороне, противоположной указанной нижней поверхности (23) указанной лопасти (7);

при этом указанная лопасть (7, 14) дополнительно содержит четвертый элемент (70), размещенный между указанным третьим элементом (80) и указанным первым соединительным элементом (34);

отличающийся тем, что указанный третий элемент (80) соединен с соответственными вторыми поверхностями (101), противоположными соответствующим указанным первым поверхностям (100) указанных первого и второго элементов (31, 32);

при этом указанные первый и второй элементы (31, 32) каждой указанной лопасти (7, 14) соответственно имеют, по меньшей мере частично, рельеф, по существу параллельный рельефу соответствующей указанной верхней поверхности (22) и нижней поверхности (23) лопасти (7, 14);

при этом указанные первый и второй элементы (31, 32) каждой указанной лопасти (7, 14) имеют толщину в направлении, поперечном рельефу соответственной указанной верхней поверхности (22) и нижней поверхности (23);

при этом указанные первый и второй элементы (31, 32) соответственно содержат первый и второй участки (36), противоположные друг другу и имеющие большую толщину, чем соответственные оставшиеся части (35) соответственных указанных первого и второго элементов (31, 32);

при этом протяженность (L) указанных участков (36) параллельно указанной хорде (15) в указанном сечении (S) находится в диапазоне между 30% и 35% длины (М) указанной хорды (15) в указанном сечении (S).

2. Винт (3, 5) для летательного аппарата (1), выполненного с возможностью зависания, включающий:

- втулку (6, 8); и

- группу лопастей (7, 14), шарнирно закрепленных на указанной втулке (6, 8);

при этом каждая указанная лопасть (7, 14) продолжается вдоль оси (B) и, в свою очередь, содержит:

- переднюю кромку (20) и заднюю кромку (21), противоположные друг другу;

- верхнюю поверхность (22) и нижнюю поверхность (23), противоположные друг другу и продолжающиеся между указанной передней кромкой (20) и указанной задней кромкой (21);

- хорду (15), соединяющую точки указанной передней кромки (20) и указанной задней кромки (21) в сечении (S) указанной лопасти (7, 14), перпендикулярном указанной оси (B); и

- замкнутую оболочку (30), изготовленную из композиционного материала и выполненную с возможностью выдерживать крутящий момент, направленный вдоль первой оси (B) указанной лопасти (7, 14);

при этом указанная оболочка (30) содержит:

- первый и второй элемент (31, 32), отдельные друг от друга, ограничивающие соответственную указанную оболочку (30) с взаимно противоположных сторон и соответственно расположенные на указанной верхней поверхности (22) и указанной нижней поверхности (23) соответственной указанной лопасти (7, 14); при этом указанные первый и второй элементы (31, 32) каждой указанной лопасти (7, 14) содержат соответственные первые концы (37, 38), расположенные на стороне связанной передней кромки (20) и на расстоянии друг от друга;

- первый соединительный элемент (34), расположенный на стороне связанной передней кромки (20) и размещенный между указанными первыми концами (37, 38) соответственного первого и второго элементов (31, 32); и

- третий элемент (80), соединенный со связанными указанными первым и вторым элементами (31, 32) и расположенный на стороне передней кромки (20);

при этом указанный первый соединительный элемент (34) соединен с соответственными первыми поверхностями (100) указанных первого и второго элементов (31, 32);

при этом указанные первые поверхности (100) соответственно расположены на стороне, противоположной указанной верхней поверхности (22), и на стороне, противоположной указанной нижней поверхности (23) указанной лопасти (7);

при этом указанная лопасть (7, 14) дополнительно содержит четвертый элемент (70), размещенный между указанным третьим элементом (80) и указанным первым соединительным элементом (34);

отличающийся тем, что указанный третий элемент (80) соединен с соответственными вторыми поверхностями (101), противоположными соответствующим указанным первым поверхностям (100) указанных первого и второго элементов (31, 32);

при этом каждая указанная лопасть (7, 14) лишена лонжеронов;

при этом указанная оболочка (30) каждой указанной лопасти (7, 14) заполнена пенопластовым или сотовым материалом (41), выполненным с возможностью придания желаемой формы лопасти (7, 14).

3. Винт по п. 2, отличающийся тем, что указанный четвертый элемент (70) каждой указанной лопасти (7, 14) изготовлен из композиционного материала и ламинирован параллельно указанной первой оси (B) протяженности.

4. Винт по п. 2 или 3, отличающийся тем, что указанный четвертый элемент (70) каждой указанной лопасти (7, 14) является твердым.

5. Винт по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанные первый и второй элементы (31, 32) каждой указанной лопасти (7, 14) имеют соответственные вторые концы (39, 40), противоположные указанным первым концам (37, 39) и расположенные на стороне связанной задней кромки (21);

при этом указанные вторые концы (39, 40) указанных первого и второго элементов (31, 32) каждой указанной лопасти (7, 14) расположены на расстоянии друг от друга.

6. Винт по п. 5, отличающийся тем, что каждая указанная лопасть (7, 14) содержит на стороне связанной задней кромки (21) второй соединительный элемент (33), размещенный между указанными вторыми концами (39, 40) соответственных первого и второго элементов (31, 32).

7. Винт по п. 6, отличающийся тем, что указанные первый и второй соединительные элементы (33, 34) имеют в указанном сечении (S) соответственные открытые тонкостенные профили, симметричные относительно указанной хорды (15).

8. Винт по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что указанный третий элемент (80) расположен в упор к указанному четвертому элементу (70).

9. Винт по п. 8, отличающийся тем, что каждая указанная лопасть (7, 14) содержит защитный элемент (81), образующий указанную связанную переднюю кромку (20) и наложенный по меньшей мере частично на связанный указанный третий элемент (80).

10. Винт по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по меньшей мере один из указанных первого, второго и четвертого элементов (31, 32, 70) и/или указанных первого и второго соединительных элементов (33, 34) изготовлен из композиционного материала.

11. Винт по любому из пп. 1 и 3-10, отличающийся тем, что указанная оболочка (30) каждой указанной лопасти (7, 14) заполнена пенопластовым или сотовым материалом (41), выполненным с возможностью придания желаемой формы лопасти (7, 14).

12. Винт по любому из пп. 1 и 3-11, отличающийся тем, что каждая указанная лопасть (7, 14) лишена лонжеронов.

13. Летательный аппарат (1), выполненный с возможностью зависания, включающий по меньшей мере один винт (3, 5) по любому из предыдущих пунктов.

Images