Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MECHANISM FOR ALTERING THE PITCH OF A CYCLOIDAL PROPELLER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/016932
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to designs of vane propulsors, or cycloidal propellers, operating in water and air environments. A mechanism for altering the blade pitch of a cycloidal propeller comprises a slide bar, which is able to slide along a rotor hub, along radial guideways, and a connecting rod, loosely fixed to a central shaft and rigidly fixed to the shaft of a right-angle gearbox. Furthermore, the right-angle gearbox is positioned on the slide bar. Planetary and bevel drive gears are loosely fixed to the shaft of the right-angle gearbox and fastened to each other. The shaft of the right-angle gearbox is the shaft of the slide bar and is positioned parallel to the central shaft and blade shaft. A mode switching device consists of two unidirectional splined clutch jaws. Two intermediate shafts of telescopic design engage with the hollow drive shafts of the gearbox. Alternating operation of a multicycloidal propeller is made possible in contracted and extended cycloid operating modes, as is transition from one mode to another, without stopping rotation.

Inventors:
TASBULATOV, Yergaliy (ul. Butina, 16mkr-n Taugul-, Almaty A10F7A1, A10F7A1, KZ)
ASHKENOV, Yermek (ul. Lalushkina, 165Almaty, A26P3X2, А26РЗХ2, KZ)
Application Number:
KZ2017/000005
Publication Date:
January 25, 2018
Filing Date:
March 29, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
TASBULATOV, Yergaliy (ul. Butina, 16mkr-n Taugul-, Almaty A10F7A1, A10F7A1, KZ)
ASHKENOV, Yermek (ul. Lalushkina, 165Almaty, A26P3X2, А26РЗХ2, KZ)
International Classes:
B63H1/08; B64C11/06
Attorney, Agent or Firm:
TROITSKAYA, Natalya (ul. Rozybakieva, 275-31Almaty, A15P3A0, A15P3A0, KZ)
Download PDF:
Claims:
Ф О Р М У Л А

1. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера укороченной циклоиды (curtate), содержащий в ступице ротора устройство изменения экс-

10 центриситета и направления вектора тяги, центральный вал, угловой редук- тор, содержащим две конические шестерни с осью и промежуточный вал, связывающий угловой редуктор с угловым редуктором вала лопасти цикло- идного пропеллера, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно введены ползун, имеющий возможность скольжения по ступице ротора по радиаль-

15 ным направляющим, и шатун, свободно закрепленный на центральном валу и жестко закрепленный на оси углового редуктора, при этом угловой редуктор расположен на ползуне, а ось углового редуктора является осью ползуна и расположена параллельно центральному валу и валу лопасти, кроме того, вершина конуса ведущей конической шестерни, жестко закрепленной на оси

20 углового редуктора, й вершина конуса, расположенной на валу лопасти ве- домой конической шестерни углового редуктора, противоположно направле- ны, промежуточный вал выполнен телескопическим, а общее передаточное отношение кинематически связанных вала лопасти и оси углового редуктора, закрепленного на ползуне, равно или больше единицы.

iZ5 2. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера укороченной циклоиды (curtate) по п.1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что головки шатунов на центральном валу расположены соосно друг в друге, обеспечивая незави- симое вращение на оси центрального вала.

3. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера укороченной 30 циклоиды (curtate) по п.1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что устройство изме- нения эксцентриситета и направления вектора тяги содержит винтовой вал расположенный перпендикулярно оси ступицы ротора, при этом централь- ный вал закреплен на винтовом валу через винтовое соединение.-

4. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера удлиненной 35 циклоиды (prolate) содержащий в ступице ротора центральную шестерню, 5 входящую в зацепление с сателлитной шестерней, которая свободно закреп- лена на оси углового редуктора, содержащем две конические шестерни, про- межуточный вал, связывающий угловой редуктор с угловым редуктором вала лопасти циклоидного пропеллера, и устройство изменения эксцентриситета и направления вектора тяги о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно

10 введены ползун, который имеет возможность скольжения по радиальным на- правляющим на ступице ротора, и шатун, свободно закрепленный на цен- тральном валу и жестко закрепленный на оси углового редуктора, при этом угловой редуктор расположен на ползуне, а ось углового редуктора является осью ползуна и расположена параллельно центральному валу и валу лопасти,

15 при этом вершина конуса ведущей конической шестерни на оси углового ре- дуктора и вершина конуса ведомой конической шестерни углового редуктора на валу лопасти одинаково направлены, а сателлитная шестерня и ведущая коническая шестерня углового редуктора свободно закреплены на оси угло- вого редуктора и жестко скреплены между собой, при этом центральная шес-

20 терня жестко укреплена на центральном валу устройства изменения эксцен- триситета и направления вектора тяги, промежуточный вал выполнен теле- скопическим, а передаточное отношение углового редуктора расположенного на ползуне , а именно конической шестерни, жестко закрепленной на проме-

( жуточном валу и конической шестерни на оси углового редуктора равно пе-

25 редаточному отношению между центральной и сателлитной шестернями, пе- ре даточное отношение углового редуктора на валу лопасти равно единице. 5. Механизм изменения шага циклоидного, пропеллера по п.4 отличающий- ся тем, что головки шатунов на центральном валу расположены соосно друг в друге, обеспечивая независимое вращение на оси центрального вала

30 6. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера удлиненной циклоиды (prolate) по п.4 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что устройство изме- нения эксцентриситета и направления вектора тяги содержит винтовой вал, расположенный перпендикулярно оси ступицы ротора, который перемещает центральный вал с центральной шестерней через винтовое соединение.

7. Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропеллера со- держащий в ступице ротора центральную шестерню, входящую в зацепление с сателлитной шестерней, которая свободно закреплена на оси углового ре- дуктора, содержащем две конические шестерни, центральный вал устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги и промежуточный вал, связанный с угловым редуктором вала лопасти циклоидного пропеллера, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно введены ползун, который имеет возможность скольжения по ступице ротора по радиальным направ- ляющим; шатун, свободно закрепленный на центральном валу и жестко за- крепленный на оси углового редуктора, при этом угловой редуктор располо- жен на ползуне; второй угловой редуктор, также расположенный на ползуне и имеющий одну общую ось с первым угловым редуктором, при этом веду- щая коническая шестерня второго углового редуктора жестко закреплена на общей оси; второй промежуточный вал, а также коробка переключения пере- дач, при этом сателлитная шестерня и коническая шестерня первого углового редуктора свободно закреплены на оси углового редуктора и жестко скреп- лены между собой, кроме того, ось углового редуктора является осью ползу- на и расположена параллельно центральному валу и валу лопасти, вершины конуса обеих расположенных на оси углового редуктора конических шесте- рен направлены к центру, вершина конуса ведущей конической шестерни второго углового редуктора и вершина конуса ведомой конической шестерни углового редуктора на валу лопасти противоположно направлены, а цен- тральная шестерня жестко закреплена на центральном валу устройства изме- нения эксцентриситета, при этом оба промежуточных вала выполнены теле- скопическими, причём сплошные валы входят в зацепление с ведущими пус- тотелыми валами коробки переключения передач, а передаточное отношение первого углового редуктора расположенного на ползуне, а именно кониче- ской шестерни, жестко закрепленной на промежуточном валу, и конической шестерни на оси углового редуктора равно передаточному отношению между центральной и сателлитной шестернями, передаточное отношение второго введенного углового редуктора, расположенного на ползуне, а именно кони- ческой шестерни на оси углового редуктора и конической шестерни жестко закрепленной на промежуточном валу больше или равно единице, переда- точное отношение углового редуктора на валу лопасти равно единице.

8. Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропеллера по п.7 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что коробка переключения передач мультицик- лоидного пропеллера содержит параллельно расположенные валы, закреп- ленные в корпусе ступицы ротора, а именно: ведущий первичный пустоте- лый вал с внутренними шлицами и жестко закрепленным на нем кривоши- пом, передающим колебательные движения и ведущий пустотелый первич- ный вал с внутренними шлицами, передающий вращательные движения, на котором жестко закреплена полумуфта со стороны соосного с ним пустоте- лого вторичного ведомого вала, при этом на ведомом валу свободно закреп- лен кривошип и шлицевая двухсторонняя муфта, имеющая возможность продольного перемещения и обеспечивающая зацепление ведомого вала с кривошипом или полумуфтой ведущего вала вращательных движений, кри- вошип на ведомом валу через шатун соединен с кривошипом на ведущем ва- лу колебательных движений, при этом переключение режимов происходит за счет перемещение муфты посредством сервопривода, управляемого контрол- лером, согласованным с датчиками значения эксцентриситета и положения ступицы ротора относительно корпуса устройства изменения эксцентрисите- та и направления вектора тяги, а ведомый вал коробки переключения передач соединен с угловым редуктором вала лопасти циклоидного пропеллера.

9. Механизм изменения шага циклоидного пропеллера по п. 7 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что головки шатунов на центральном валу расположены соос- но друг в друге, обеспечивая независимое вращение на оси центрального вала.

10. Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропеллера по п.7 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что устройство изменения эксцентриситета и направления вектора тяги содержит винтовой вал расположенный перпенди- кулярно оси ступицы ротора, который перемещает центральный вал с цен- тральной шестерней через винтовое соединение.

11. Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного, содержащий в ступице ротора центральную шестерню, входящую в зацепление с сателлит- ной шестернёй, которая свободно закреплена на оси углового редуктора, со держащем две конические шестерни, центральный вал устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги и промежуточный вал, связан- ный с угловым редуктором вала лопасти циклоидного пропеллера, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что дополнительно введены ползун, который имеет воз- можность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим; ша- тун, свободно закрепленный на центральном валу и жестко закрепленный на оси углового редуктора, при этом угловой редуктор расположен на ползуне; коническая шестерня свободно закрепленная на оси углового редуктора и входящая в зацепление с конической шестерней закрепленной на промежу- точном валу; втулка и устройство переключения режимов, при этом втулка имеет шлицы на внешней поверхности и свободно закреплена на оси углово- го редуктора, сателлитная шестерня жестко закреплена на втулке, а ось угло- вого редуктора является осью ползуна и расположена параллельно централь- ному валу и валу лопасти, кроме того, вершины конусов обеих расположен- ных на оси углового редуктора конических шестерен направлены к центру, а центральная шестерня жестко закреплена на центральном валу устройства изменения эксцентриситета, при этом промежуточный вал выполнен теле- скопическим, а передаточное отношение углового редуктора расположенного на ползуне, а именно конической шестерни жестко закрепленной на проме- жуточном валу, и конической шестерни на оси углового редуктора равно пе- редаточному отношению между центральной и сателлитной шестернями, пе- редаточное отношение введенной конической шестерни на оси углового ре- дуктора и конической шестерни, жестко закрепленной на промежуточном, валу больше или равно единице, передаточное отношение углового редукто- ра на валу лопасти равно единице.

12. Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропеллера, по п.8 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что устройство переключения режимов, со- стоит из двух односторонних шлицевых кулачковых муфт, при этом первая односторонняя муфта расположена на шлицах втулки между сателлитной шестерней и конической шестерней, а вторая односторонняя муфта располо- жена на шлицах оси углового редуктора с тыльной стороны введённой кони- ческой шестерни, при этом конические шестерни имеют ответные кулачки со стороны односторонних муфт, а на обеих односторонних муфтах расположе- ны вилки, соединенные с одним общим сервоприводом, при этом сервопри- вод управляется контроллером, согласованный с датчиками значения эксцен- триситета и положения ступицы ротора относительно корпуса устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги.

13. Механизм изменения шага циклоидного пропеллера по п. 1 1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что головки шатунов на центральном валу расположены со- осно друг в друге, обеспечивая независимое вращение на оси центрального вала.

14. Механизм изменения шага циклоидного пропеллера по п.1 1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что коническая шестерня, жестко закрепленная на промежу- точном валу, входит в зацепление с коническими шестернями свободно за- крепленными на оси углового редуктора расположенного на ползуне и вы- полнена в виде спаренной шестерни, имеющей две зубчатые конические по- верхности.

15. Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропел- лера по п.1 1 о т л и ч а ю щ и й с я тем, что устройство изменения эксцен- триситета и направления вектора тяги содержит винтовой вал, расположен- ный перпендикулярно оси ступицы ротора, при этом центральный вал закре- плен на винтовом валу через винтовое соединение

Description:
МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ ШАГА

ЦИКЛОИДНОГО ПРОПЕЛЛЕРА

(варианты)

Область техники

Изобретение относится к воздушному и водному транспорту, а также к энергетике (ветряные и гидроэнергетические установки) в частности к крыльчатым движителям - циклоидным пропеллерам, работающим как в воздушной, так и водной средах.

Циклоидный пропеллер состоит из лопастей расположенных по диа- метру, вращающихся вокруг оси ротора, создавая направленное движение. Для того чтобы создавать движение необходимо изменять углы наклона от- дельных лопастей с помощью механизма управления шагом лопастей. Суще- ствует три типа циклоидного движения, из них два представляют наиболь- ший практический интерес: движение по укороченной циклоиде (curtate) и движение по удлиненной циклоиде (prolate). При движении по укороченной циклоиде (curtate) лопасти совершают периодические колебательные движе- ния вокруг своей оси, обеспечивая высокую тягу при низкой скорости посту- пательного движения. При движении по удлиненной циклоиде (prolate) лопа- сти совершают круговое вращение вокруг собственной оси, обеспечивая вы- сокую скорость передвижения при относительно низкой тяге. Разработка и внедрение мультициклоидного пропеллера с механизмом управления шагом лопастей, который может попеременно работать как в режиме укороченной циклоиды (curtate), так и в режиме удлиненной циклоиды (prolate) позволит обеспечить высокую тягу, увеличить скорость движения и расширить диапа- зон возможностей транспортных средств и устройств с циклоидным пропел- лером. Предшествующий уровень техники

Из существующего уровня техники известен ряд крыльчатых движи- телей - циклоидных пропеллеров, в частности, судовой крыльчатый движи- тель, известный также под названием движитель Войта-Шнайдера (Voith Schneider Propeller) (А.с. SU N<>51404, В 63Н 1/10, 01.01.1937), который пред- ставляет собой кривошипно-коромысловый механизм с центральным валом, где центральный вал выполняет функцию эксцентрика. Колебательные дви- жения коромысла на валу лопасти приводят крыльчатый движитель в режим движения по укороченной циклоиде (curtate). Недостатком данного техниче- ского решения является ограничение по максимально возможной скорости движения судна.

Известен также циклоидный пропеллер (Cycloidal VTOL UAV) (Па- тент US N°6932296, В64С 27/22, 23.08.2005), запатентованный Гленом Мар- тином Тирнеем (Glenn Martin Tierney), который представляет собой плане- тарный механизм и состоит из лопастей расположенных по диаметру ступи- цы ротора, причем вал каждой лопасти кинематически связан посредством двух угловых редукторов и вала между ними, наружной сателлитной и пара- зитной сателлитной шестернями с центральной шестерней, жестко закреп- ленной на центральном валу, который выполняет функцию эксцентрика. Данный циклоидный пропеллер, как заявлено, работает в двух режимах цик- лоидного движения: за счет вращения центральной шестерни - в режиме уко- роченной циклоиды (curtate) со скоростью вращения ступицы ротора и за счёт неподвижной центральной шестерни - в режиме удлиненной циклоиды (prolate). Недостатком данного механизма является невозможность переклю- чения с одного режима в другой во время вращения ротора крыльчатого движителя, так как для переключения режимов требуется остановка ротора. Кроме того, вызывает сомнение возможность реализации мгновенной оста- новки или мгновенного набора скорости вращения центральной шестерни до скорости вращения ступицы ротора. Также представляет сложность управле- ние направлением движения, так как изменение эксцентриситета и соответ- ственно шага лопастей, приводит в данной конструкции к изменению на- правления основного вектора тяги. Наличие паразитной шестерни и способ её крепления усложняют конструкцию и не обеспечивают надежность рабо- ты механизма.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому техни- ческому решению является механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера (Propeller for Aircraft), запатентованный Кирстеном и Гувером (Kurt F.J. KIRSTEN & Herbert M. HEUVER) (Патент US « 2045233, B64C 1 1/00, 23.06.1936). Механизм изменения шага лопастей представляет собой сочетание трёх устройств: планетарный механизм, кривошипно-кулисовый механизм, которые создают два различных типа вращения и расположены друг над другом, и дифференциальный механизм, который преобразует и обеспечивает вращение вала лопасти по удлиненной циклоиде. Данный ме- ханизм имеет размещённую в ступице ротора центральную шестерню, жест- ко закрепленную на оси ротора, входящую в зацепление с сателлитной шес- тернёй, которая свободно закреплена на оси углового редуктора, содержа- щим две конические шестерни. Вторым ярусом на оси углового редуктора располагается дифференциал, состоящий из конических шестерен. На цен- тральном валу, устройства изменения эксцентриситета и направления векто- ра тяги свободно закреплена кулиса, на которой расположен кулисный ка- мень, свободно закрепленный третьим ярусом на оси углового редуктора. Ось углового редуктора через промежуточный вал кинематически связана с угловым редуктором вала лопасти циклоидного пропеллера. Вращение сту- пицы ротора приводит к вращению сателлитных шестерен и к колебательным движениям кулисного камня, а дифференциал суммирует равномерное вра- щение сателлита и колебательные движения кулисного камня в неравномер- ное вращение, передаваемое через ось углового редуктора угловому редукто- ру вала лопасти. Недостатком данного механизма является нерациональ- ность: кривошипно-кулисовый механизм создает колебательные движения аналогичные движениям характерным для механизмов изменения шага цик- лоидного пропеллера укороченной циклоиды (curtate), а планетарный меха- низм создает вращательные движения аналогичные механизму изменения шага циклоидного пропеллера удлиненной циклоиды (prolate) с нулевым эксцентриситетом, при этом дифференциальный механизм суммирует и обеспечивает движения характерные только для механизма изменения шага циклоидного пропеллера по удлиненной циклоиде.

Раскрытие изобретения

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, яв- ляется создание:

- механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по укороченной циклоиде (curtate) применительно к цик- лоидным пропеллерам с угловыми редукторами на валу каждой лопасти;

- механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по удлиненной циклоиде (prolate) применительно к цик- лоидным пропеллерам с угловыми редукторами на валу каждой лопасти;

- эффективного механизма изменения шага мультициклоидного про- пеллера, позволяющего обеспечить возможность попеременной работы в ре- жиме по укороченной циклоиде (curtate) и удлиненной циклоиде (prolate) с переходом из одного режима в другой без остановки вращения ротора.

Технический результат заключается в разработке и создании четырёх вариантов механизма изменения шага циклоидного пропеллера, а именно:

1) механизма, создающего движение по укороченной циклоиде (curtate) с минимальным значением эксцентриситета;

2) механизма, создающего движение по удлиненной циклоиде (prolate) с широким диапазоном углов поворота лопастей по всему радиусу уг- лов поворота ступицы ротора;

3) двух механизмов, позволяющих обеспечить возможность попере- менной работы в режиме по укороченной циклоиде (curtate) и удлиненной циклоиде (prolate) с переходом из одного режима в другой без остановки вращения ротора, в котором рационально совмещены и имеют общие детали механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера укороченной циклоиды (curtate) и механизм изменения шага лопастей циклоидного про- пеллера удлиненной циклоиды (prolate).

Указанный технический результат в предлагаемом механизме изме- нения шага лопастей циклоидного пропеллера укороченной циклоиды (curtate) в первом варианте исполнения достигается тем, что в устройство, содержащее в ступице ротора устройство изменения эксцентриситета и на- правления вектора тяги, центральный вал, ось с угловым редуктором, содер- жащим две конические шестерни и промежуточный вал, связывающий ось углового редуктора с угловым редуктором вала лопасти циклоидного про- пеллера, согласно изобретению дополнительно введён ползун, имеющий возможность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим. На ползуне расположен угловой редуктор. Также для достижения техниче- ского результата введён шатун, свободно закрепленный на центральном валу и жестко закрепленный на оси углового редуктора. При этом ось углового редуктора является осью ползуна и расположена параллельно центральному валу и валу лопасти, а вершина конуса ведущей конической шестерни на оси углового редуктора на ползуне и вершина конуса ведомой конической шес- терни углового редуктора на валу лопасти противоположно направлены, что обеспечивает вращения вала лопасти и оси углового редуктора на ползуне в одном направлении. Технический результат достигается тем также тем, что промежуточный вал выполнен телескопическим. При этом устройство изме- нения эксцентриситета и направления вектора тяги содержит винтовой вал расположенный перпендикулярно оси ступицы ротора, который перемещает центральный вал с центральной шестерней через винтовое соединение. Вин- товой вал изменяет положение центрального вала радиально от оси ступицы ротора и, соответственно, меняет шаг лопастей. Изменение направления век- тора тяги производится путем поворота корпуса устройства изменения экс- центриситета и направления вектора тяги на оси ступицы ротора. Также воз- можно применение других, уже известных вариантов исполнения устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги подобно движителю Войта-Шнайдера и устройств с применением сервоприводов.

Указанный технический результат в предлагаемом механизме изме- нения шага лопастей циклоидного пропеллера удлиненной циклоиды (prolate) во втором варианте исполнения достигается тем, что в устройство, включающее в ступице ротора центральную шестерню, входящую в зацепле- ние с сателлитной шестерней, которая свободно закреплена на оси углового редуктора, содержащем две конические шестерни, промежуточный вал, свя- зывающий ось углового редуктора с угловым редуктором вала лопасти цик- лоидного пропеллера, и устройство изменения эксцентриситета и направле- ния вектора тяги согласно изобретению дополнительно введён ползун, кото- рый имеет возможность скольжения по радиальным направляющим на сту- пице ротора. На ползуне расположены угловой редуктор и сателлитная шес- терня. При этом ось углового редуктора является осью ползуна и расположе- на параллельно центральному валу и валу лопасти, а вершина конуса веду- щей конической шестерни на оси углового редуктора на ползуне и вершина конуса ведомой конической шестерни углового редуктора на валу лопасти одинаково направлены, что обеспечивает вращения вала лопасти и сателлит- ной шестерни в противоположных направлениях. Так же, для достижения технического результата дополнительно введён шатун, свободно закреплен- ный на центральном валу и жестко закрепленный на оси углового редуктора. При этом сателлитная шестерня и коническая шестерня углового редуктора свободно закреплены на оси углового редуктора и жестко закреплены между собой. Центральная шестерня жестко укреплена на центральном валу уст- ройства изменения эксцентриситета. Указанный технический результат дос- тигается ещё и тем, что промежуточный вал выполнен телескопическим. При этом устройство изменения эксцентриситета и направления вектора тяги со- держит винтовой вал расположенный перпендикулярно оси ступицы ротора, который перемещает центральный вал с центральной шестерней через винто- вое соединение. Винтовой вал изменяет положение центрального вала ради- ально от оси ступицы ротора и, соответственно, меняет шаг лопастей. Изме- нение направления вектора тяги производится путем поворота корпуса уст- ройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги на оси сту- пицы ротора. Также возможно применение других, уже известных вариантов исполнения устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги подобно движителю Войта-Шнайдера и устройств с применением сер- воприводов.

Указанный технический результат в предлагаемом механизме изме- нения шага лопастей мультициклоидного пропеллера в третьем варианте ис- полнения достигается тем, что в устройство, содержащее в ступице ротора центральную шестерню, входящую в зацепление с сателлитной шестерней, которая свободно закреплена на оси углового редуктора, содержащем две конические шестерни, центральный вал устройства изменения эксцентриси- тета и направления вектора тяги и промежуточный вал, связанный с угловым редуктором вала лопасти циклоидного пропеллера, согласно изобретению дополнительно введён ползун, который имеет возможность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим. На ползуне расположен уг- ловой редуктор и сателлитная шестерня. Также для достижения технического результата дополнительно введён шатун, свободно закрепленный на цен- тральном валу и жестко закрепленный на оси углового редуктора, кроме то- го, дополнительно введены второй угловой редуктор, расположенный на ползуне и второй промежуточный вал, а также коробка переключения пере- дач. Сателлитная шестерня и коническая шестерня углового редуктора сво- бодно закреплены на оси углового редуктора и жестко закреплены между со- бой. При этом ось углового редуктора является осью ползуна и расположена параллельно центральному валу и валу лопасти, а вершины конуса обеих расположенных на оси углового редуктора на ползуне конических шестерен направлены к центру. Центральная шестерня жестко закреплена на централь- ном валу устройства изменения эксцентриситета. Указанный технический ре- зультат достигается также тем, что оба промежуточных вала выполнены те- лескопическими, при этом сплошные валы входят в зацепление с ведущими пустотелыми валами коробки переключения передач.

Коробка переключения передач мультициклоидного пропеллера со- держит два параллельно расположенных ведущих пустотелых с внутренними шлицами вала, закрепленных в корпусе ступицы ротора и один соосно рас- положенный ведомый пустотелый вал. На одном ведущем валу жестко за- креплен кривошип, передающий колебательные движения механизма изме- нения шага циклоидного пропеллера укороченной циклоиды. Другой веду- щий вал с внутренними шлицами, передающий вращательные движения ме- ханизма изменения шага циклоидного пропеллера удлиненной циклоиды, выполнен в виде ступицы полумуфты. Со стороны полумуфты соосно распо- ложен ведомый вал, при этом на ведомом валу свободно закреплены кри- вошип и шлицевая двухсторонняя муфта, обеспечивающая зацепление ведо- мого вала с кривошипом или полумуфтой ведущего вала вращательных дви- жений. Кривошип на ведомом валу через шатун соединен с кривошипом на ведущем валу колебательных движений. Ведомый вал коробки переключения передач циклоидного пропеллера соединен с угловым редуктором вала лопа- сти циклоидного пропеллера. Также возможны другие, варианты исполнения коробки переключения передач, например, замена кривошипов и шатуна на шестеренчатые передачи и расположение ведомого вала не соосно с ведущим валом. При этом устройство изменения эксцентриситета и направления век- тора тяги содержит винтовой вал расположенный перпендикулярно оси сту- пицы ротора, который перемещает центральный вал с центральной шестер- ней через винтовое соединение. Винтовой вал изменяет положение цен- трального вала радиально от оси ступицы ротора, и, соответственно, меняет шаг лопастей. Изменение направления вектора тяги производится путем по- ворота корпуса устройства изменения эксцентриситета и направления векто- ра тяги на оси ступицы ротора. Также возможно применение других, уже из- вестных вариантов исполнения устройства изменения эксцентриситета и на- правления вектора тяги подобно движителю Войта-Шнайдера и устройств с применением сервоприводов

Указанный технический результат в предлагаемом механизме изме- нения шага лопастей мультициклоидного пропеллера в четвёртом варианте исполнения достигается тем, что в устройство, содержащее в ступице ротора центральную шестерню, входящую в зацепление с сателлитной шестерней, которая свободно закреплена на оси углового редуктора, содержащем две конические шестерни, центральный вал устройства изменения эксцентриси- тета и направления вектора тяги и промежуточный вал, связанный с угловым редуктором вала лопасти циклоидного пропеллера, согласно изобретению дополнительно введён ползун, который имеет возможность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим. На ползуне расположен уг- ловой редуктор и сателлитная шестерня. Для достижения технического ре- зультата дополнительно введён шатун, свободно закрепленный на централь- ном валу и жестко закрепленный на оси углового редуктора. При этом ось углового редуктора так же является осью ползуна, кроме того, дополнитель- но введены односторонняя шлицевая кулачковая муфта и коническая шес- терня, имеющая ответные кулачки со стороны муфты. Коническая шестерня свободно закреплена на оси углового редуктора и входит в зацепление с ко- нической шестерней углового редуктора закрепленной на промежуточном валу. Муфта расположена на шлицах оси углового редуктора. Дополнительно введена втулка имеющая шлицы на внешней поверхности, которая свободно закреплена на оси углового редуктора. Сателлитная шестерня жестко закреп- лена на втулке. Дополнительно введена вторая односторонняя шлицевая ку- лачковая муфта, расположенная на втулке. Над втулкой на оси углового ре- дуктора свободно закреплена коническая шестерня углового редуктора, ко- торая имеет ответные кулачки со стороны муфты. Кроме того, на обеих муф- тах расположены вилки, которые соединены с сервоприводом. Центральная шестерня жестко закреплена на центральном валу устройства изменения экс- центриситета. Указанный технический результат достигается также тем, что промежуточный вал выполнен телескопическим. При этом устройство изме- нения эксцентриситета и направления вектора тяги содержит винтовой вал, расположенный перпендикулярно оси ступицы ротора, который перемещает центральный вал с центральной шестерней через винтовое соединение. Вин- товой вал изменяет положение центрального вала радиально от оси ступицы ротора, и, соответственно, меняет шаг лопастей. Изменение направления век- тора тяги производится путем поворота корпуса устройства изменения экс- центриситета и направления вектора тяги на оси ступицы ротора. Также воз- можно применение других, уже известных вариантов исполнения устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги подобно движителю Войта-Шнайдера и устройств с применением сервоприводов.

Вышеуказанная задача решена за счет разработанных оригинальных устройств, в которых лопасти расположены по диаметру ступицы ротора, причем вал каждой лопасти кинематически связан посредством двух угловых редукторов и вала между ними, и каждый механизм имеет отличительные признаки от ближайшего аналога:

1. Введение в механизм изменения шага лопастей циклоидного про- пеллера укороченной циклоиды (curtate) ползуна, который имеет возмож- ность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим, а так же введение шатуна, свободно закрепленного на центральном валу устройства изменения эксцентриситета и жестко закрепленного на оси углового редук- тора, при этом на ползуне расположен угловой редуктор с определенным пе- редаточным отношением, и ось углового редуктора является осью ползуна и расположена параллельно центральному валу и валу лопасти, а вершина ко- нуса ведущей конической шестерни, расположенная на оси углового редук- тора, противоположно направлена вершине конуса ведомой конической шес- терни углового редуктора, который находится на валу лопасти, обеспечивая вращение вала лопасти и оси углового редуктора на ползуне в одном направ- лении, а так же выполнение промежуточного вала телескопическим позво- ляют добиться минимальных значений эксцентриситета.

2. Введение в механизм изменения шага лопастей циклоидного про- пеллера удлиненной циклоиды (prolate) ползуна, который имеет возможность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим, шатуна, сво- бодно закрепленного на центральном валу и жестко закрепленного на оси уг- лового редуктора, при этом угловой редуктор расположен на ползуне, а ось углового редуктора является осью ползуна и расположена параллельно цен- тральному валу и валу лопасти, при этом вершина конуса ведущей кониче- ской шестерни на оси углового редуктора и вершина конуса ведомой кониче- ской шестерни углового редуктора на валу лопасти одинаково направлены, обеспечивая вращения вала лопасти и сателлитной шестерни в противопо- ложных направлениях, а сателлитная шестерня и ведущая коническая шес- терня углового редуктора свободно закреплены на оси углового редуктора и жестко закреплены между собой, при этом центральная шестерня жестко ук- реплена на центральном валу устройства изменения эксцентриситета и на- правления вектора тяги, а так же выполнение промежуточного вала телеско- пическим обеспечивают возможность получения широкого диапазона углов поворота лопастей по всему радиусу углов поворота ступицы ротора.

3. Введение в третьем варианте исполнения механизм изменения ша- га мультициклоидного пропеллера ползуна, который имеет возможность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим; шатуна, сво- бодно закрепленного на центральном валу и жестко закрепленного на оси уг- лового редуктора, при этом угловой редуктор расположен на ползуне; второ- го углового редуктора, также расположенного на ползуне и имеющего одну общую ось с первым угловым редуктором, при этом ведущая коническая шестерня второго углового редуктора жестко закреплена на общей оси, и второго промежуточного вала, а сателлитная шестерня и коническая шестер- ня первого углового редуктора свободно закреплены на оси углового редук- тора и жестко закреплены между собой. При этом ось углового редуктора яв- ляется осью ползуна и расположена параллельно центральному валу и валу лопасти, вершины конуса обеих расположенных на оси углового редуктора конических шестерен направлены к центру, а центральная шестерня жестко закреплена на центральном валу устройства изменения эксцентриситета, при этом оба промежуточных вала выполнены телескопическими, что в целом создает условия для синхронизации вращения промежуточных валов. Введе- ние коробки переключения передач, функционально выполняющей передачу вращательных движений от телескопических промежуточных валов на угло- вой редуктор вала лопасти, при этом сплошные валы телескопических валов входят в зацепление с ведущими пустотелыми валами коробки переключения передач, обеспечивает возможность перехода из работы в режиме по укоро- ченной циклоиде (curtate) в режим работы по удлиненной циклоиде (prolate) без остановки вращения ротора и наоборот, при этом переключение режимов происходит за счет перемещение муфты посредством сервопривода, управ- ляемого контроллером, согласованным с датчиками значения эксцентрисите- та и положения ступицы ротора относительно корпуса устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги.

4. Введение в четвертом варианте исполнения механизм изменения шага мультициклоидного пропеллера ползуна, который имеет возможность скольжения по ступице ротора по радиальным направляющим, втулки, имеющей шлицы на внешней поверхности и свободно закрепленной на оси углового редуктора, при этом угловой редуктор расположен на ползуне, а са- теллитная шестерня жестко закреплена на втулке, введение шатуна, жестко закрепленного на оси углового редуктора и свободно закрепленного на цен- тральном валу устройства изменения эксцентриситета, при этом центральная шестерня жестко закреплена на центральном валу и входит в зацепление с сателлитной шестерней, а так же введение конической шестерни свободно закрепленной на оси углового редуктора и входящей в зацепление с кониче- ской шестерней углового редуктора, закрепленной на промежуточном валу, при этом ось углового редуктора является осью ползуна и расположена па- раллельно центральному валу и валу лопасти, а вершины конуса обоих кони- ческих шестерен расположенных на оси углового редуктора расположенного на ползуне направлены к центру, и, кроме того, выполнение промежуточного вала телескопическим создают условия для синхронизации вращения кони- ческих шестерен на оси углового редуктора. Устройство переключения ре- жимов, состоящее из двух односторонних шлицевых кулачковых муфт, ви- лок и сервопривода, при этом первая муфта расположена на шлицах втулки между сателлитной шестерней и конической шестерней, имеющей ответные кулачки со стороны муфты, а вторая муфта расположена на шлицах оси уг- лового редуктора с тыльной стороны введенной конической шестерни, при этом коническая шестерня имеет ответные кулачки со стороны муфты, а на обеих муфтах расположены вилки, соединенные с одним общим сервоприво- дом, что функционально обеспечивает возможность перехода из работы в режиме по укороченной циклоиде (curtate) в режим работы по удлиненной циклоиде (prolate) без остановки вращения ротора и наоборот.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания сущность предлагаемого изобретения поясня- ется с привлечением графических материалов, где на фиг.1 представлен цик- лоидный пропеллер с механизмом движения по укороченной циклоиде (curtate) в первом варианте исполнения в разрезе (для удобства восприятия показан двухлопастной ротор). На фиг.2 приведена схема перемещения лопа- стей механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создаю- щего движение по укороченной циклоиде (curtate). Фиг.З является схемой из- менения положения лопастей устройства механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде (curtate) при нулевом эксцентриситете, фиг.4 - схемой механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укорочен- ной циклоиде (curtate) при эксцентриситете больше нуля. На фиг.5 - пред- ставлен график зависимости углов поворота лопасти относительно углов по- ворота ступицы ротора механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде (curtate). На фиг.6 представлен циклоидный пропеллер с механизмом движения по удли- ненной циклоиде (prolate) во втором варианте исполнения в разрезе (для удобства восприятия показан двухлопастной ротор), на фиг.7 - схема переме- щения лопастей механизма изменения шага лопастей циклоидного пропелле- ра, создающего движение по удлиненной циклоиде (prolate). Фиг.8 является схемой механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по удлиненной циклоиде (prolate) при нулевом эксцен- триситете, фиг.9 - схема механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде (prolate) при эксцентриситете больше нуля. На фиг.10 представлен график зависимости угла поворота лопасти относительно углов поворота ступицы ротора удли- ненной циклоиды (prolate). На фиг.11 представлен механизм изменения шага мультициклоидного пропеллера в третьем варианте исполнения в разрезе (для удобства восприятия, показан двухлопастной ротор), сервопривод муф- ты не показан. На фиг.12 изображены графики зависимости углов поворота лопасти относительно углов поворота ступицы ротора при работе в режиме по укороченной циклоиде (curtate) - С и удлиненной циклоиде (prolate) - Р при эксцентриситете, необходимом для синхронизации и переключения пе- редач. На фиг.13 представлен механизм изменения шага мультициклоидного пропеллера в четвертом варианте исполнения в разрезе (для удобства вос- приятия, показан двухлопастной ротор), сервопривод муфты не показан.

Лучший вариант осуществления изобретения

Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера в первом вари- анте исполнения, создающего движение по укороченной циклоиде (curtate) представляет собой синтез кривошипно-ползунного, кривошипно- коромыслового механизмов и устройства изменения эксцентриситета и на- правления вектора тяги. Механизм содержит (фиг.1) центральный вал 1 вы- полняющий функцию эксцентрика, на котором свободно закреплен шатун 2 одним концом и жестко соединен с осью углового редуктора 3, другим кон- цом. На оси углового редуктора 3 жестко закреплена секторная шестерня 4 углового редуктора. Вторая секторная шестерня 5 углового редуктора распо- ложена на корпусе ползуна 6. На ступице ротора 7 находятся радиальные на- правляющие 8, по которым скользит ползун 6. Шатун 2 выполняет сразу две функции: собственно, как шатун для ползуна 6 и как рычаг, выполняющий функцию коромысла для секторной шестерни 4 углового редуктора. Для обеспечения строгой соосности центрального вала 1 и осей угловых редукто- ров 3 каждой лопасти 9 а также для минимизации длины центрального вала 1, головки шатунов 2 на центральном валу 1 расположены соосно друг в дру- ге, обеспечивая независимое вращение на оси центрального вала 1. Ось угло- вого редуктора 3 расположена параллельно центральному валу 1 и валу 10 лопасти 9, а вершина конуса ведущей конической шестерни 4, расположен- ная на оси 3 углового редуктора, который находиться на ползуне 6, направ- лена противоположно вершине конуса ведомой конической шестерни 12 уг- лового редуктора, который находится на валу лопасти 9, что обеспечивает вращения вала лопасти 9 и оси 3 углового редуктора на ползуне 6 в одном направлении. Соединение углового редуктора состоящего из конических шестерен 11 и 12 вала 10 лопасти 9 и механизма изменения шага лопастей укороченной циклоиды происходит через промежуточный телескопический вал 13 со шлицевым соединением для возможности изменения длины вала. Устройство изменения эксцентриситета и направления вектора тяги состоит из центрального вала 1, винтового вала 14, который изменяет положение центрального вала 1 вдоль корпуса 15 через вращение конической шестерни 16 и конической шестерни 17 вала 18. Изменение эксцентриситета и соответ- ственно шага лопастей осуществляется за счет вращения вала 18 червячным приводом 19 или другим типом привода (шестеренчатый, цепной и т.д.).

Изменение направления вектора тяги обеспечивается поворотом корпуса 15, свободно вращающегося внутри ступицы ротора 7 через червячный привод 20 или другой тип привода (шестеренчатый, цепной и т.д.). Вращение ступи- цы ротора 7 от двигателя осуществляется через вал 21 и конические шестер- ни 22 и 23, при этом возможно также использование других типов приводов. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде (curtate) в первом варианте исполнения обеспечивает движение циклоидного пропеллера по траектории, представ- ленной на фиг.2. Колебательные движения оси углового редуктора 3 переда- ются валу лопасти 10 через угловые редукторы, в частности, конические шестерни 4, 5, 11 и 12 с общим передаточным отношением К > 1 , т.е. угол поворота вала лопасти 10 соответствует или больше угла поворота оси угло- вого редуктора 3. Соответственно, при увеличении общего передаточного отношения достигается увеличении максимального шага лопасти при одно- временном уменьшении необходимого смещения центрального вала 1 , вы- полняющего функцию эксцентрика и, соответственно, достигается уменьше- ние линейного перемещения ползуна 6 по направляющим 8.

В качестве примера рассмотрим вариант, в котором передаточное от- ношение зубчатых шестерен составляет:

K1=Z4/Z5=1 ,25 (1)

Κ2=Ζ1 1/Ζ12=1 (2)

где К - передаточное отношение,

Ζ4 - количество зубьев на шестерне 4,

Ζ5 - количество зубьев на шестерне 5.

Zl 1 - количество зубьев на шестерне 1 1 ,

Z12 - количество зубьев на шестерне 12

При эксцентриситете ε = 0° (фиг.З) поворот ступицы ротора 7 на угол Θ вызовет угол поворота лопасти 9 на угол β = 0° по всему радиусу поворота.

Угол поворота β лопасти 9 имеет зависимость относительно углов по- ворота ступицы ротора 7 (фиг.4) и изменении эксцентриситета ε по графику, представленному на фиг. 5, обеспечивая колебательное движение лопасти 9 по укороченной циклоиде (curtate) по формуле:

β= arcsin (£ * sin Θ/ L)*K1 (3) где, β - угол поворота лопасти 9; θ - угол поворота ступицы ротора 7;

£ -величина эксцентриситета

L- длина шатуна 2 между осью центрального вала 1 и осью углового редуктора 3.

Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по удлиненной циклоиде (prolate) во втором варианте ис- полнения представляет собой синтез кривошипно-ползунного и планетарного механизмов и устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги. Механизм содержит (фиг.6) центральную не вращающуюся шестерню 24, которая закрепленная на центральном валу 1, выполняющего функцию эксцентрика. Ползун 6 скользит радиально от центральной оси по ступице ротора 7 по направляющим 8. На ползуне 6 расположен угловой редуктор, ведущая коническая шестерня 25 которого свободно закреплена на оси 3 уг- лового редуктора. На оси 3 углового редуктора жестко закреплен шатун 2 свободно соединенный с центральным валом 1. На оси 3 углового редуктора свободно закреплена сателлитная шестерня 26, входящая в зацепление с цен- тральной шестерней 24, жестко закрепленной на центральном валу 1. Сател- литная шестерня 26 и коническая шестерни 27 жестко соединены между со- бой. Шатун 2 выполняет сразу две функции: собственно, как шатун для пол- зуна 6 и как водило планетарного механизма для сателлитной шестерни 26. Для обеспечения строгой соосности центрального вала 1 и осей угловых ре- дукторов 3 каждой лопасти 9, а также для минимизации длины центрального вала 1, головки шатунов 2 на центральном валу 1 расположены соосно друг в друге, обеспечивая независимое вращение на оси центрального вала 1. Со- единение углового редуктора состоящего из конических шестерен 11 и 12, вала 10 лопасти 9 и механизма изменения шага лопастей укороченной цик- лоиды происходит через промежуточный телескопический вал 13 со шлице- вым соединением для возможности изменения длины вала. Устройство изме- нения эксцентриситета и направления вектора тяги состоит из центрального вала 1 с закрепленной на нем неподвижной центральной шестерней 25, вин- тового вала 14, который изменяет положение центрального вала 1 вдоль кор- пуса 15 через вращение конической шестерни 16 и конической шестерни 17 вала 18. Изменение эксцентриситета и, соответственно, шага лопастей осу- ществляется за счет вращения вала 18 червячным приводом 19 или другим типом привода (шестеренчатый, цепной и т.д.). Изменение направления век- тора тяги обеспечивается поворотом корпуса 15, свободно вращающегося внутри ступицы ротора 7 через червячный привод 20 или другой тип привода (шестеренчатый, цепной и т.д.). Вращение ступицы ротора 7 от двигателя осуществляется через вал 21 и конические шестерни 22 и 23, возможно также использование других типов приводов.

Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по удлиненной циклоиде (prolate) во втором варианте ис- полнения обеспечивает движение циклоидного пропеллера по траектории на фиг.7. Сателлитная шестерня 26 совершает вращательное движение вокруг центральной шестерни 25 и вокруг собственной оси. Соединение углового редуктора с коническими шестернями 11 и 12 вала лопасти 10 и углового ре- дуктора с коническими шестернями 25 и 27 механизма изменения шага лопа- стей происходит через телескопический вал 13 со шлицевым соединением для возможности изменения длины вала. Передаточное отношение между конической шестерней 25, закрепленной на промежуточном телескопическом валу 13 и конической шестерней 27 на оси 3 углового редуктора равно пере- даточному отношению между центральной 24 и сателлитной шестернями 26, а передаточное отношение углового редуктора с коническими шестернями 11 и 12 вала 10 лопасти 9 равно единице. Ось углового редуктора 3 расположена параллельно центральному валу 1 и валу 10 лопасти 9, а вершина конуса ве- дущей конической шестерни 27 на оси углового редуктора и вершина конуса ведомой конической шестерни 12 углового редуктора на валу лопасти одина- ково направлены, что обеспечивает вращения вала 10 лопасти 9 и сателлит- ной шестерни 26 в противоположных направлениях. В качестве примера рассмотрим вариант, в котором передаточное от- ношение з бчатых шестерен составляет,

где К - передаточное отношение,

Zl 1 - количество зубьев на шестерне 11,

Z12 - количество зубьев на шестерне 12

Z24 - количество зубьев на шестерне 24,

Z25 - количество зубьев на шестерне 25.

Z26 - количество зубьев на шестерне 26,

Z27 - количество зубьев на шестерне 27.

При эксцентриситете ε = 0 (Фиг.8) поворот ступицы ротора 7 на угол Θ приведет к повороту ведомого телескопического вала 13 и, соответственно, лопасти 9 на угол β = Θ по всему радиусу поворота. При эксцентриситете 0.5L > ε > 0, (фиг.9), где L - длина шатуна 2, угол β будет равен углу Θ только при Θ = 0°, 180° или 360°. Таким образом, обеспечивается неравномерное вращение ведомого телескопического вала 13, то есть попеременное уменьшение и увеличение его скорости углового вращения, что, в свою очередь, обеспечи- вает круговое движение лопасти 9 по удлиненной циклоиде (prolate) по гра- фику, представленному на фиг. 10 по формуле:

β - Θ - 2 *arcsin (£ * sin Θ/ L) (7) где, β - угол поворота лопасти 9,

Θ - угол поворота ступицы ротора 7.

£ - величина эксцентриситета

L- длина шатуна 2 между осью центрального вала 1 и осью углового редуктора 3.

Для использования полного диапазона возможностей изменения шага лопастей в циклоидном пропеллере, создающего движение по удлиненной циклоиде (prolate) с 4-мя и более лопастями устанавливается вторая цен- тральная шестерня на центральный вал поверх первой центральной шестер- ни. Соответственно, все последующие сателлитные шестерни второго яруса (4-й, 5-й и 6-й лопастей) вводятся в зацепление со второй центральной шес- терней.

Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропеллера в третьем варианте исполнения (фиг.11) состоит из четырех устройств, вы- полняющих функции согласно их назначениям:

- механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по укороченной циклоиде - curtate (описан выше);

- механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по удлиненной циклоиде - prolate (описан выше);

- коробки переключения передач;

- устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по укороченной циклоиде и механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде расположены на одном ползуне 6 и имеют общие ось 3 углового редуктора, шатун 2, направляющие 8, а также центральный вал 1 с централ ь- ной шестерней 24, расположенные на общем устройстве изменения эксцен- триситета и вектора тяги, что дает оптимизацию количества подвижных де- талей. Угловой редуктор механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде, состоящий из двух секторных шестерен 4 и 5, угловой редуктор с коническими шестернями 25 и 27, сателлитная шестерня 26 механизма изменения шага лопастей цик- лоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде распо- ложены на ползуне 6 в два яруса друг над другом и на одной оси 3 углового редуктора. Ось 3 углового редуктора расположена параллельно центрально- му валу 1 и валу 10 лопасти 9, а вершины конуса конических шестерен 4 и 27 расположенных на оси 3 углового редуктора и направлены к центру. Сплош- ные валы 28 и 29 телескопических валов механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде, и механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде, входят в зацепление с полыми валами 30 и 31 ведущих валов коробки переключения передач. Коробка переключения передач состоит из трех параллельно расположенных валов закрепленных в корпусе ступицы ротора, а именно:

-ведущего первичного пустотелого вала 30 с внутренними шлицами и жестко закрепленного на нем кривошипа 32, передающего колебательные движения механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде;

-ведущего пустотелого первичного вала 31 с внутренними шлицами передающего вращательные движения механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде;

-и ведомого пустотелого вала 33.

Ведомый вал 33 одним концом расположен в корпусе ступицы 7 ро- тора, а другим концом упирается через подшипник в соосный с ним ведущий вал 31 вращательных движений, что обеспечивает независимое вращение обоих валов. На ведущем валу 31 со стороны ведомого вала 33 жестко закре- плена полумуфта 34. На ведомом валу 33 свободно закреплен кривошип 35. Между кривошипом 35 и полумуфтой 34 , на ведомом валу 33 расположена шлицевая двухсторонняя муфта 36, обеспечивающая зацепление ведомого вала 33 с кривошипом 35 или полумуфтой 34 на ведущем валу 31 вращатель- ных движений. Кривошип 35 , имеющей ответные кулачки со стороны муфты 36, через шатун 37 соединен с кривошипом 32. Ведомый вал 33 коробки пе- реключения передач передает вращение на угловой редуктор, состоящий из шестерен 11 и 12 вала 10 лопасти 9 циклоидного пропеллера.

Устройство изменения эксцентриситета и направления вектора тяги состоит из центрального вала 1 с закрепленной на нем неподвижной цен- тральной шестерней 25, винтового вала 14, который изменяет положение центрального вала 1 вдоль корпуса 15 через вращение конической шестерни 16 и конической шестерни 17 вала 18. Изменение эксцентриситета и соответ- ственно шага лопастей осуществляется за счет вращения вала 18 червячным приводом 19 или другим типом привода (шестеренчатый, цепной и т.д.). Из- менение направления вектора тяги обеспечивается поворотом корпуса 15, свободно вращающегося внутри ступицы ротора 7 через червячный привод 20 или другой тип привода (шестеренчатый, цепной и т.д.). Вращение ступи- цы ротора 7 от двигателя осуществляется через вал 21 и конические шестер- ни 22 и 23, возможно также использование других типов приводов.

Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропеллера в третьем варианте исполнения, обеспечивает движение циклоидного про- пеллера по траектории на фиг.2 и фиг.7. Соединение муфты 36 с кривошипом 35 механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающе- го движение по укороченной циклоиде (curtate) или с полумуфтой 34 меха- низма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего дви- жение по удлиненной циклоиде (prolate) приводит к вращению ведомого вала 33 Необходимые условия для переключения режимов обеспечиваются за счет синхронизации вращения ведущего вала 30 механизма изменения шага лопа- стей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной цик- лоиде и ведущего вала 31 механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде в определенном секторе поворота ступицы 7 ротора при определенных значениях передаточ- ного отношения конических шестерен 4 и 5 углового редуктора механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде и положении эксцентриситета центрального вала 1 с центральной шестерней 24 относительно оси ступицы ротора 7.

В качестве примера рассмотрим вариант, в котором:

K1=Z4/Z5=1 ,25

Κ2=Ζ1 1/Ζ12=1

Κ3=Ζ25/Ζ27=1 ,

Κ4=Ζ24/Ζ26=1 , где К - передаточное отношение,

Ζ4 - количество зубьев на шестерне 4,

Ζ5 - количество зубьев на шестерне 5.

Zl 1 - количество зубьев на шестерне 11,

Z12 - количество зубьев на шестерне 12

Ζ24 - количество зубьев на шестерне 24,

Ζ25 - количество зубьев на шестерне 25.

Ζ26 - количество зубьев на шестерне 26,

Ζ27 - количество зубьев на шестерне 27.

В данном случае, при эксцентриситете £ = 0.342*L, (12) где L- длина шатуна 2 между осью центрального вала 1 и осью угло- вого редуктора 3, в диапазоне углов Θ (фиг.12) от 55° - 305°(сектор 1 10°) происходит уравнивание углов β ведущего вала 28 механизма изменения ша- га лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде и ведущего вала 29 механизма изменения шага лопастей циклоид- ного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде с погреш- ностью ±2°, что обеспечивает синхронизацию вращения в указанном секторе 1 10°, в результате чего обеспечивается возможность переключение режимов работы циклоидного пропеллера с режима движения по укороченной цик- лоиде (curtate) в режим движения по удлиненной циклоиде (prolate) и обрат- но. Переключение режимов происходит за счет перемещение муфты 36 по- средством сервопривода, управляемого контроллером, согласованным с дат- чиками положения ступицы ротора 7 относительно корпуса 15 и положения эксцентриситета.

Механизм изменения шага мульти циклоидного пропеллера в четвёр- том варианте исполнения состоит из четырех устройств выполняющих функ- ции согласно их назначениям: (фиг. 13):

- механизма изменения шага циклоидного пропеллера укороченной циклоиды - curtate (описан выше); - механизма изменения шага циклоидного пропеллера удлиненной циклоиды - prolate (описан выше);

- устройства переключения режимов;

- устройства изменения эксцентриситета и направления вектора тяги. Механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, соз- дающего движение по укороченной циклоиде и механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде расположены на одном ползуне 6 и имеют общие ось 3 углового редуктора, промежуточный телескопический вал 13 с жестко закрепленной на нем конической шестерней 25, шатун 2, направляющие 8, а также цен- тральный вал 1 с центральной шестерней 24, расположенные на общем уст- ройстве изменения эксцентриситета и вектора тяги, что дает оптимизацию количества подвижных деталей. Ось 3 углового редуктора является осью ползуна 6 и расположена параллельно центральному валу 1 и валу лопасти 9, а вершины конуса конической шестерни 4 механизма изменения шага лопа- стей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной цик- лоиде, и конической шестерни 27 механизма изменения шага лопастей цик- лоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде на- правлены к центру и свободно закреплены на оси 3 углового редуктора. На оси 3 свободно закреплена втулка 38 имеющая шлицы на внешней поверхно- сти, при этом сателлитная шестерня 26, входящая в зацепление с централь- ной шестерней 24 жестко закреплена на втулке 38. Конические шестерни 4 и 27 входят в зацепление с конической шестерней 25 закрепленной на проме- жуточном телескопическом валу 13. При этом коническая шестерня 25 может быть выполнена в виде спаренной шестерни, имеющей две зубчатые кониче- ские поверхности для получения минимальных значений эксцентриситета при движении по укороченной циклоиде (curtate). Шатун 2, жестко закреплен на оси углового редуктора 3 и свободно закреплен на центральном валу 1 устройства изменения эксцентриситета. Устройство переключения режимов, состоит (фиг. 13) из двух одно- сторонних шлицевых кулачковых муфт 39 и 40, при этом первая муфта 39 расположена на шлицах втулки между сателлитной шестерней 26 и кониче- ской шестерней 27 имеющей ответные кулачки со стороны муфты, а вторая муфта 40 расположена на шлицах оси 3 углового редуктора с тыльной сторо- ны конической шестерни 4, коническая шестерня 4 имеет ответные кулачки со стороны муфты 40, а на обеих муфтах расположены вилки, соединенные с одним общим сервоприводом (сервопривод и вилки не показаны). Устройст- во изменения эксцентриситета и направления вектора тяги состоит из цен- трального вала 1 с закрепленной на нем неподвижной центральной шестер- ней 25, винтового вала 14, который изменяет положение центрального вала 1 вдоль корпуса 15 через вращение конической шестерни 16 и конической шестерни 17 вала 18. Изменение эксцентриситета и соответственно шага ло- пастей осуществляется за счет вращения вала 18 червячным приводом 19 или другим типом привода (шестеренчатый, цепной и т.д.). Изменение направле- ния вектора тяги обеспечивается поворотом корпуса 15, свободно вращаю- щегося внутри ступицы ротора 7 через червячный привод 20 или другой тип привода (шестеренчатый, цепной и т.д.).

Вращение ступицы ротора 7 от двигателя осуществляется через вал 21 и конические шестерни 22 и 23, возможно также использование других типов приводов. Механизм изменения шага лопастей мультициклоидного пропел- лера в четвёртом варианте исполнения обеспечивает движение циклоидного пропеллера по траекториям, представленным на фиг. 2 и фиг. 7. Сервопривод производит одновременное перемещение односторонних муфт 39 и 40, что приводит к соединению одной и разъединению другой муфты с коническими шестернями 4 и 27 и, соответственно, последующей передаче крутящего мо- мента конической шестерне 25 расположенной на промежуточном телеско- пическом валу 13. Необходимые условия для переключения режимов обеспе- чиваются за счет синхронизации вращения конической шестерни 4 механиз- ма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде, и конической шестерни 27 механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлинен- ной циклоиде, в определенном секторе поворота ступицы 7 ротора при опре- деленных значениях передаточного отношения конической шестерни 4 меха- низма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего дви- жение по укороченной циклоиде и конической шестерни 25, а так же поло- жения эксцентриситета центрального вала 1 с центральной шестерней 24 от- носительно оси ступицы ротора 7.

В качестве примера рассмотрим вариант, в котором:

K5=Z4/Z25=1 ,25

Κ2=Ζ1 1/Ζ12=1 ( 14)

Κ3=Ζ25/Ζ27=1 (15)

Κ4=Ζ24/Ζ26=1 , (16) где К - передаточное отношение,

Ζ4 - количество зубьев на шестерне 4,

Zl 1 - количество зубьев на шестерне 11,

Z12 - количество зубьев на шестерне 12

Ζ24 - количество зубьев на шестерне 24,

Ζ25 - количество зубьев на шестерне 25.

Ζ26 - количество зубьев на шестерне 26,

Ζ27 - количество зубьев на шестерне 27.

Муфта 40 имеет четыре кулачка. Количество кулачков в муфте 40, при К5>1 (13) должно соответствовать условию

где п- количество кулачков в муфте,

Ν - целое число.

В данном случае, при эксцентриситете £ = 0.342*L, (18) где L- длина шатуна 2 между осью центрального вала 1 и осью углово- го редуктора 3 в диапазоне углов Θ (фиг.12) от 55° - 305°(сектор 1 10°) проис- ходит уравнивание углов β конической шестерни 4 механизма изменения ша- га лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по укороченной циклоиде, и конической шестерни 27 механизма изменения шага лопастей циклоидного пропеллера, создающего движение по удлиненной циклоиде, с погрешностью ± 2°, что обеспечивает синхронизацию вращения в указанном секторе 1 10°, в результате чего обеспечивается возможность переключение режимов работы циклоидного пропеллера с режима движения по укорочен- ной циклоиде (curtate) в режим движения по удлиненной циклоиде (prolate) и обратно. Переключение режимов происходит за счет одновременного пере- мещения двух муфт 39 и 40 посредством сервопривода, управляемого кон- троллером, согласованным с датчиками положения ступицы ротора 7 относи- тельно корпуса 15 и положения эксцентриситета.

Промышленная применимость

Широко известные движители Войт-Шнайдера, используемые на морских судах имеют хорошую тягу и маневренность, но ограничены по ско- рости передвижения, т.к. имеют только один режим движения по укорочен- ной циклоиде (curtate). Применение на водном транспорте циклоидного про- пеллера с предлагаемым в настоящем изобретении механизмом управления шагом лопастей, который может попеременно работать, как в режиме укоро- ченной циклоиды (curtate), так и в режиме удлиненной циклоиды (prolate) по- зволит снизить расход топлива, увеличить скорость движения и расширить диапазон возможностей судов с циклоидным пропеллером.

Циклоидные пропеллеры могут быть использованы также и на вод- ном транспорте с горизонтальной осью, расположенной в кормовой части корпуса судна на большей части ее ширины.

Возможно также использование циклоидного пропеллера с предла- гаемым в настоящем изобретении механизмом управления шагом лопастей возможно на воздушном транспорте, в первую очередь на циклокоптерах. Вертикальный взлет, первоначальный набор скорости, зависание и верти- кальная посадка могут осуществляться в режиме укороченной циклоиды (curtate), а полет, предположительно на больших, чем вертолет скоростях, может происходить в режиме удлиненной циклоиды (prolate). В случае отка- за работы двигателей циклокоптера при аварийной посадке обеспечивается режим авторотации.

Кроме того, использование циклоидного пропеллера с предлагаемым в настоящем изобретении механизмом управления шагом лопастей возможно на современных летательных аппаратах легче воздуха, в том числе на дири- жаблях. Применение, в частности, на дирижаблях циклоидного пропеллера(- ов) с возможностью работы, как по укороченной (curtate), так и по удлинен- ной (prolate) циклоидам в качестве движителя позволит улучшить возможно- сти дирижаблей по маневрированию и стабилизации благодаря возможности циклоидного пропеллера практически мгновенно изменять направление тяги.

Циклоидный пропеллер с предлагаемым в настоящем изобретении ме- ханизмом управления шагом лопастей с возможностью работы как по укоро- ченной (curtate), так и по удлиненной (prolate) циклоидам может быть ис- пользован в ветро- и гидроэнергетике в качестве привода генератора. В отли- чие от ротора Дарье, циклоидный пропеллер обеспечивает самозапуск вра- щения ротора при минимальной скорости потока воздуха или воды, при этом предполагается в качестве основного режима для работы циклоидного про- пеллера в качестве привода генератора использовать режим укороченной циклоиды (curtate), а для эксплуатации в экстремальных условиях, например, при ураганном ветре, а также при необходимости остановки ротора, приме- нять режим удлиненной циклоиды (prolate). Циклоидный пропеллер так же дает возможность более оперативной ориентации по направлению ветра, чем другие системы ветровых генераторов, например, горизонтально-осевые ус- тановки.