SU1742123A1 - Воздушный винт с самоустанавливающимс шагом - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  преимущественно к авиационной технике, в частности к воздушным винтам измен емого шага. Оно может быть использовано также в ветросиловых установках и в качестве гребных винтов измер емого шага. Целью изобретени   вл етс  обеспечение изменени  шага винта без дополнительных источников энергии, повышение надежности и безопасности полета путем исключени  передачи на самолет отрицательной т ги при отказе двигател  и улучшение условий эксплуатации. Воздушный винт с самоустанавливающимс  шагом состоит из втулки винта 1 с лопаст ми 2, установленной с возможностью осевого перемещени  на валу винта 3 с винтовыми

Description

Изобретение относитс  к авиацинной технике, а менно к воздушным винтам измен емого шага и может быть использовано также в ветросиловых установках в качестве гребных винтов измен емого шага.

Существуют различные устройства дл  изменени  угла установки лопастей: электрические , механические, гидравлические, аэродинамические и т.д. Большинство современных винтов измен емого шага гидравлические .

Однако дл  управлени  работой и контрол  эти винты требуют дополнительных источников гидравлической и электрической энергии. Такие винты оснащаютс  р дом защитных устройств, которые усложн ют конструкцию, но не исключают полностью по влени  при отказе двигател  в полете отрицательной т ги и передачи ее на самолет.

Известны также аэромеханические воздушные винты измен емого шага, не требующие дл  управлени  работой винта дополнительных источников энергии.

Но они могут работать только в ограниченном диапазоне скоростей полета и частот вращени  и передают при отказе двигател  отрицательную т гу на самолет.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение изменени  шага винта без дополнительных источников энергии, повышение надежности и безопасности полета путем исключени  передачи на самолет отрицательной т ги при отказе двигател  и улучшение условий эксплуатации.

Дл  достижени  поставленной цели шлицы на валу и во втулке винта выполнены винтовыми, при этом втулка винта снабжена устройством обратной св зи по т ге винта,

5 обеспечивающим поворот лопастей при осевом перемещении втулки винта. Устройство обратной св зи по т ге винта выполнено в виде втулки с цилиндрической проточкой, кулисы с кольцевыми пазами и

0 сухар ми, шаровых подшипников и пальцев лопастей, при этом втулка с цилиндрической проточкой зафиксирована на валу винта внутри втулки винта, а в цилиндрической проточке втулки размещена поворотна  ку5 лиса, сочлененна  с помощью сухарей и шаровых подшипников с пальцами лопастей,

Вал винта снабжен упорами минимального и максимального шагов винта, зафиксированными на валу винта, С целью

0 повышени  надежности путем уменьшени  ударных нагрузок при постановке лопастей на упоры, упоры содержат упругие элементы .

Дл  улучшени  условий эксплуатации 5 путем удержани  лопастей винта на необходимых углах установки вал винта снабжен радиальными отверсти ми, а втулка винта оснащена радиально расположенными подпружиненными стопорными защелками,

0 взаимодействующими с радиальными отверсти ми на валу винта. Воздушный винт снабжен устройством вывода стопорных защелок из отверстий, содержащим штангу с конусообразными профилированными эле35 ментами и толкатели. При этом штанга размещена соосно внутри вала винта с возможностью осевого перемещени  о гносйтельно вала винта, а толкатели размещены ради- ально с возможностью перемещени  в отверсти х вала. Причем конусообразные профилированные элементы взаимодействуют с толкател ми, взаимодействующими со стопорными защелками.

На фиг, 1 представлена конструктивна  схема винта; на фиг. 2 - схема механизма поворота лопастей; на фиг. 3 - схема сил на винтовой линии; на фиг. 4 - схема аэродинамических сил элемента лопаст и на земле на мак- симзльном режиме; на фиг. 5 - то же, при увеличении скорости полета V; на фиг.6-тоже, на режиме нулевой т ги; на фиг.7 - то же, при отказе двигател ; на фиг. 8 -тоже, при отказе двигател  и падений частоты вращени  винта; на фиг. 9 - то же, при запуске остановленного двигател  в полете; на фиг. 10-го же, при работе вин а в режиме ветр ка; на фиг. 11 - то же, на режиме торможени  после посадки самолета

Воздушный винт состоит из втулки 1 винта с лопаст ми 2, установленной с воз- можностью осевого перемещени  на валу винта 3 с винтовыми шлицами. Устройство обратной св зи, прообразующее перемещение втулки винта 1 по валу винта 3 в изменение угла установки лопастей, состоит из втулки 4, зафиксированной на валу винта 3, в цилиндрической проточке которой размещена кулиса 5 с возможностью вращени  относительно втулки А. Кулиса 5 имеет кольцевые пазы 6 с встроенными сухар ми 7 с возможностью перемещени  их в пазах 6. Шаровые подшипники 8 сочленены с пальцами 9, расположенными на стороне ребра атаки лопасти 2.

Упором, ограничивающим перемеще- ни  втулки 1 винта по валу 3 винта,  вл етс  втулка 4, зафиксированна  на валу 3 винта. Дл  уменьшени  ударных нагрузок на упор установлены упругие, например резиновые, элементы 10 со стороны упора, ограничива- ющего минимальный угол установки лопастей и пружина 11 со стороны упора, ограничивающего максимальный угол установки (флюгерное положение лопастей). Дл  удержани  лопастей 2 на необходимых углах установки винт оснащен стопорным устройством, состо щим из стопорных защелок 12 с пружинами 13, отверстий 14 и 15 на валу винта 3, обеспечивающим фиксацию минимального угла установки и флюгерного положени  лопастей 2. Устройство вывода стопоров состоит из штанги 16, расположенной соосно внутри вала 3 с возможностьюосевогоперемещени . Конусообразные профилированные элементы 17 и 18 посредством толкателей 19 и 20 воздействуют на стопорные защелки 12.

Дл  по снени  работы винта на фиг. 4-11 показаны схемы аэродинамических сил элемента лопасти 2 в различных режимах работы винта.

Прин ты обозначени : U - линейна  окружна  скорое рращени  винта; V-скорость hafc - - 1«аг готокз; W - абсолютна  скорость ивгекзи-  ; «-угол атаки; /Зп - угол протекани ; р - угол установки лопасти; Р- П ыз т гп; Q вр- сила сопротивлени  вращению; R - полна  аэродинамическа  сила; у - угол подъема винтовых шлиц.

Угол у определ ют по формуле:

y arctg p.

В аэродинамике эта формула имеет следующее выражение:

v -  -rtn CWsinfr + . у а, ею . slnr

В случае применени  упругих элементов 10 и 1i формула дл  определени  угла подъема винтовых шлиц будет иметь вид:

QBD

y ao:tg р ,

г з: 1-нагр

где Fnarp - сила нагрузки упругого элемента .

Знак + имеет место при совпадении направлени  воздействи  упругого элемента на втулку винта с направлением вектора т ги Р, знак - - при противоположных их направлени х. Запуск двигател  и раскрутка винта производитс  при зафиксированном минимальном угле установки лопастей 2. После запуска винт снимаетс  с упора переводом штанги 16 вниз. Конусообразный профилированный элемент 17, воздейству  на толкатели 1, выталкивает стопорные защелки 12 из отверстий 14, сжима  пружину 13.

Перевод рычага управлени  двигателем на увеличение мощности двигател  (сила вращени  Р8р возрастает) приводит к смещению втулки винта 1 назад (на фиг. 1 вниз). При этом пальцы 9 лопастей 2, св занные через шаровые подшипники 8 с сухар ми 7, смещаютс  относитепьно втулки винта 1, увеличива  углы установки лопастей. С увеличением угла установки лопастей увеличиваетс  т га вмнта до тех пор, пока не восстановитс  равенство сил вращени  FBp с силой сопротивлени  вращению винта Qep и соотношение силы сопротивлени  вращению к т ге винта, определ емое углом подъема вала 3 винта. При работе двигател  на земле на максимальном режиме (на тормозах)т га максимальна (геликоп- терный режим).

При взлете с момента начала разбега по вл етс  поступательна  скорость V, угол атаки а лопастей уменьшаетс , уменьшаетс  и сила сопротивлени  вращению QBp (винт облегчаетс ). Нарушаетс  равенство сил вращени  FBp и сопротивлени  вращению Овр, что приводит к смещению втулки винта назад, Процесс повтор етс .

Такое же  вление имеет место и при увеличении в полете скорости V при посто нном положении рычага управлени  двигателем . После взлета и набора необходимой высоты и скорости уменьшаетс  мощность двигател  При этом сила вращени  винта Рьр уменьшаетс , а сила сопротивлени  вращению Bin; га ог аотсп той хе. Втулка винта смещаетс  вперед уменьша  углы установки и угол а гаки лопастей.

При увеличении скорости полета, когда сила вращени  Рьр мала (планирование, двигатель зздросселиросан), наступает такой момент, KOI ца угол установки уменьш- петс  насточько, что угол атаки лопасти примчано равен нулю(а- 0). В этом случае полна  аэродинамическа  сила R совпадает с плоскост ыо вращени  и равна силе сопротивлени  вращени  QBp, т га винта Р равна нулю. Мощность дл  вращени  винта беретс  от двигател  (режим нулевой т ги). При дальнейшем увеличении скорости, когда угол атаки отстанет отрицательным и по - витст отрицательна  т га, втулка винта сместитс  назад, увеличива  уол установки лопастей до тех пор, пока исчезает отрицательна  т га и винт не станет работать в режиме нулевой т ги.

При отказе двигател  в полете исчезает сила вращени  вин га и втулка 1 винта первоначально сместитс  вперед, уменьша  углы атаки установки лопастей 2 до тех пор, пока углы атаки лопастей не станут отрицательными и по витс  отрицательна  т га, Затем, под действием отрицательной т ги втулка винта 1 с лопаст ми 2 смещаетс  назад с увеличением углов установки лопастей и уменьшением отрицательных углов атаки. При достижении втулкой винта 1 крайне заднего положени  лопасти 2 уста-- навливаютс  в флюгерное положение, стопорные защелки 12 под действием пружин 13 заход т в отверсти  15 и удерживают втулку винта 1 в этом положении, при этом величина отрицательной т ги, передаваемой на самолет, мала.

При необходимости запуска двигател  с зафиксированным винтом винт снимаетс  с упора переводом штанги 16 вниз. Конусообразный апрофилированный элемент 18, воздейству  на толкатели 20 и сжима  пружины 13, выводит стопорные защелки 12, из отверстий 15 вала 3 винта. Втулка 1 под действием сжатой пружины 11 перемещаетс  вперед, уменьша  углы установки до макси- мгльно расчетного режима полета, Винт начин ет работать в режиме ветр ка и раскручивает вал двигател . На винте воз0 пикает отрицательна  т га, котора  передаетс  на самолет. Сила сопротивлени  вращению винта Qep измен ет свое направление и раскручивает винт (фиг. 10), Втулка 1 вин га с лопаст ми 2 смещаетс  назад,

5 сжима  пружину 11 и увеличива  углы установки , что уменьшает отрицательные углы атаки лопастей и г гу. По мере раскрутки вала отрицательные углы атаки лопастей и т га уменьшаютс ., пружины 11 смещают

0 вгулку 1 винта вперед, уменьша  углы установки и увеличива  отрицательные углы атаки по 1астей.

После приземлени  рычаг управлени  двигателем устанавливают в положение

5 Земной малый газ. Втулка 1 винта, перемеша сь вперед, уменьшает углы атаки установки лопастей до минимального. Втулка 1 винта вступает во взаимодействие с упру- тми элементами 10. уменьша  ударную на0 грузку на упоры 4. Стопорные защелки 12 под действием пружин 13 вход т в отверсти  14 и удерживают лопасти 2 винта на минимальном угле установки. Углы атаки лопастей 2 и т га станов тс  отрицательными

5 (Фиг. 1 ). Отрицательна  т га передаетс  на самолет и тормозит пробег. После погашени  скорости перед увеличением режима работы двигател  дл  рулени  втулка 1 винта расстопариваетс . Перед выключением

0 двиг ател  винт стопоритс  на минимальном угпе.

Claims (6)

1. Формула изобретени 

   1,Воздушный винт с самоустанавливающимс  шагом, содержащий вгулку с лопа5 ст ми, установленную на валу винта со шлицами, отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  изменени  шага винта без дополнитепьных источников энергии, повышени  надежности и безопасности по0 лета путем исключени  передачи на самолет отрицательной т ги при отказе двигател  и улучшени  условий эксплуатации, шлицы на валуи во втулке винта выполнены винтовыми , при этом втулка винта снабжена устрой5 ством обратной,св зи, по т ге винта, обеспечивающим поворот лопастей винта пои осевом перемещении втулки.
2. 2.Воздушный винт по п. 1, о т л и ч а ю- щи и с   тем, что устройство обратной св зи по тчге винта выполнена в виде втулки с

   цилиндрической проточкой, кулисы с кольцевыми пазами и сухар ми, шароёых подшипников и пальцев лопастей, при этом втулка с цилиндрической проточкой зафиксирована на валу винта втулки винта, а в цилиндрической проточке втулки размещена поворотна  кулиса, соилененна  с помощью сухарей и шаровых подшипников с пальцами лопастей.
3. 3,Воздушный винт пс п. 1,отличающий с   тем, что вал винта снабжен упорами минимального и максимального шагов винта, зафиксированными на валу винта.,
4. 4,Воздушный винт по п. 3, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности путем уменьшени  ударных нагрузок при постановке лопастей на упоры, упоры содержат упругие элементы.
5. 5,Воздушный винт по п. отличающийс  тем, что, с целью улучшени  условий эксплуатации путем удержани  лопастей винта на необходимых углах установки, вал винта снабжен радиальными отверсти ми , а втулка .оснащена радиально расположенными подпружиненными стопорными защелками, взаимодействующими с радиальными отверсти ми на валу винта.
6. 6. Воздушный винт по п. 5, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что он снабжен устройством

   вывода стопорных защелок из отверстий, содержащим штангу с конусообразными профилированными элементами и толкатели , при этом штанга размещена соосно внутри вала -винта с возможностью осевого

   перемещени  относительно вала винта, а толкатели размещены радиальное возможностью перемещени  в отверсти х вала, причем конусообразные профилированные элементы взаимодействуют с толкател ми,

   взаимодействующими со стопорными защелками .

   р -

   Фиг

   Фиг. 9

   / «

   Фиг. 5

   9U2. 6

   U

   v /

   Фиг, 8

   Фкг 40