ВЕРТОЛЁТ 1998 02

Втулка с интегральным шарниром является довольно «экзотичной» и используется всего на двух серийно выпускаемых вертолетах (ЕС-135, MD-900), но это конструктивное решение является закономерным развитием шарнирной втулки на пути упрощения, снижения производственных и эксплуатационных затрат. Классическая трехшарнирная втулка и втулка с одним интегральным шарниром являются прямыми конструктивными противоположностями, а весь путь развития классической втулки можно условно рассматривать как путь перехода от конструктивно сложного решения к более простому.

Одной из наиболее распространенных втулок «переходного периода», поистине «звездой», взошедшей на французском небосклоне, является втулка старфлекс (StarFlex), созданная фирмой Aerospatiale.

Основным конструктивным элементом втулки типа старфлекс является звездообразная пластина, лучи которой имеют достаточную податливость в плоскости взмаха (рис. 1). Необходимая податливость (упругость) пластины обеспечивается неравномерной толщиной лучей, которая уменьшается в средней части. Верхний предел требуемого уровня податливости в плоскости взмаха определяется статическим свесом лопасти, а нижний – требованиями прочности и характеристиками управляемости. Конструктивной особенностью втулки старфлекс является разделение передачи основных нагрузок между лопастью и валом по нескольким каналам.

Общий вид втулки

Эластомерный демпфер вертикального шарнира

Рычаг управления поворотом лопасти

Центробежная нагрузка с лопасти (2) к усиленной средней части звездообразной пластины передается посредством жесткого (на изгиб и кручение) переходника (3) и универсального многослойного композитного упорного сферического шарнира (4). Многослойный эластомерный сферический шарнир, работая на сжатие и сдвиг, передает центробежную нагрузку от лопасти к сердцевине «звезды». Универсальный многослойный сферический шарнир обеспечивает движение жесткого переходника относительно звездообразной пластины в плоскостях взмаха и вращения, а также закручивание при повороте лопасти.

Движение в плоскости взмаха обеспечено податливостью луча и поворотом многослойного сферического шарнира (рис. 1). Движение в плоскости вращения происходит при повороте многослойного сферического шарнира и деформации демпфера вертикального шарнира (5). При этом жесткий в плоскости вращения переходник смещается относительно луча за счет сдвига, обеспеченного свойствами эластомерного демпфера (рис. 2). Демпфер изготовлен из высокоэластичного эластомера, расположен между верхней и нижней пластинами переходника и составляет монолитную конструкцию со сферическим самосмазывающимся шарниром и лучом звездообразной пластины.

Звездообразная пластина изготавливается методом горячего прессования пакета предварительно пропитанных слоев стеклоткани. Раскрой обработанных таким образом тканевых материалов осуществляется с помощью лазера на станках с числовым программным управлением. После укладки в пресс-форму происходит полимеризация пластины при заданных режимах давления и температуры. Переходник втулки также изготовлен из композитных материалов. Каждая из двух пластин переходника содержит два клубка «ровингов», выполненных намоткой предварительно пропитанной ленты вокруг крепежных втулок. Затем, после добавки наполнителя и тканей покрытия, вся заготовка полимеризуется в пресс-форме. Самосмазывающийся шарнир и многослойный упорный шарнир позволяют лопасти поворачиваться относительно продольной оси и выполняют функции осевого шарнира (рис. 3).

Таким образом, втулка старфлекс представляет собой шарнирную втулку, содержащую упругие элементы в системе взмаха и качания лопасти. Эквивалентный вынос горизонтального шарнира равен 0.05, и на 80% определяется геометрическим центром многослойного упорного шарнира и только на 20% – наличием упругих связей, вызванных деформацией луча звездообразной пластины. Такой вынос эквивалентного шарнира является прекрасным компромиссом в соотношении «управляемость – вибрация». Центробежная нагрузка от лопасти через переходник и многослойный упорный сферический подшипник передается к центральной, более утолщенной (усиленной) части звезды, где уравновешивается с нагрузкой, приходящей от других лопастей. Использование эластомерного демпфера обеспечивает величину первого тона колебаний в плоскости вращения равной 60% от угловой скорости вращения.