ITNA20060002A1

ITNA20060002A1 - Rotore di coda per elicotteri a variazione di velocita' con azionamento idrostatico.

Info

Publication number: ITNA20060002A1
Application number: IT000002A
Authority: IT
Inventors: Vladimiro Lidak
Original assignee: Vladimiro Lidak
Priority date: 2006-01-13
Filing date: 2006-01-13
Publication date: 2007-07-14
Also published as: EP1976755B1; DE602007002275D1; ATE441576T1; ES2333060T3; WO2007080617A1; KR20090003167A; RU2008133209A; RU2445235C2; EP1976755A1

Description

D e s c r i z i o n e dell’invenzione industriale avente per titolo: “ROTORE DI CODA PER ELICOTTERI A VARIAZIONE DI VELOCITA’ CON AZIONAMENTO IDROSTATICO”.

RIASSUNTO

La presente invenzione concerne un rotore di coda per elicotteri monorotore, con il relativo impianto di azionamento, il quale comprende un motore idraulico a cilindrata fissa, che aziona direttamente un rotore comprendente almeno 3 pale a passo fisso e non articolate, una pompa oleodinamica a cilindrata variabile azionata dall'albero del rotore principale dell'elicottero, dispositivi di variazione della cilindrata della pompa oleodinamica collegati con la pedaliera e tubi di collegamento idraulico tra pompa e motore.

DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un rotore di coda per elicotteri e il relativo impianto di azionamento, destinato a trovare impiego negli elicotteri, segnatamente negli elicotteri monorotore.

Detto rotore di coda, da un lato consente di contrastare la coppia di reazione che il rotore principale dell’elicottero, esplicando la sua azione di sostentamento e di propulsione, induce sul corpo del velivolo attorno all’asse verticale di detto rotore principale, dall'altro permette di determinare e controllare la posizione angolare del velivolo attorno all’asse verticale, ovvero la sua prua.

A tale scopo, normalmente gli elicotteri provvisti di un solo rotore principale, presentano un’appendice strutturale detta trave di coda, orientata nel verso contrario alla direzione di moto, alla cui estremità è applicato un rotore, denominato “rotore di coda", il cui asse di rotazione è perpendicolare al piano definito dall’asse verticale dell’albero del rotore principale e dall’asse longitudinale dell’anzidetta trave di coda: questo rotore di coda è costituito da due o più pale, aerodinamicamente conformate per essere portanti, collegate con opportune articolazioni ad un mozzo centrale mantenuto in rotazione da una scatola di ingranaggi conici di rinvio a 90°, azionata dal rotore principale per mezzo di un albero di trasmissione, detto “albero lungo”, in quanto la sua lunghezza è almeno uguale a quella della trave di coda.

La spinta aerodinamica generata del rotore di coda - in rotazione a velocità pressoché costante - produce in virtù della sua eccentricità rispetto all’asse di rotazione del rotore principale, una coppia di contrasto la cui intensità dipende dal passo geometrico delle pale articolate, il quale viene variato per mezzo di leverismi e aste, o congegni equivalenti, collegati di solito ad una pedaliera composta da due pedali coniugati, che consentono al pilota di regolare l’assetto del velivolo attorno all'asse del rotore principale.

Negli attuali elicotteri monorotore, che impiegano il tipo di rotore ed il tipo di trasmissione sopra descritti, il posizionamento geometrico della trave di coda che sostiene Γ “albero lungo” e il rotore di coda è condizionato dallo spazio franco minimo tra la trave stessa e il rotore principale, per cui la posizione dell’asse di spinta del rotore di coda risulta notevolmente più bassa di quella ideale situata sul piano del rotore principale, con la conseguente presenza di fenomeni dinamici nocivi.

Va segnalato, inoltre, che in detti elicotteri la velocità di rotazione delle pale del rotore di coda è costante, essendo il suo azionamento ottenuto con organi meccanici di trasmissione collegati in rapporto invariante con l’albero di trasmissione del rotore principale, che, come è noto, funziona a regime costante. Questa circostanza fa sì che - anche nelle condizioni di volo con motori inoperosi, in cui non necessita l’azione di contrasto della coppia motrice - il rotore di coda ruoti sempre allo stesso regime, sia pure con passo delle pale nullo, con un inutile dispendio di energia in attriti negli organi di trasmissione e sullo stesso rotore di coda, a scapito dell’energia posseduta dal rotore in autorotazione senza potenza.

Un ulteriore inconveniente, riscontrabile negli elicotteri anzidetto deriva dal fatto che l’asse dell’ “albero lungo” è ortogonale all’asse del rotore principale: questa circostanza condiziona negativamente il posizionamento del motore e degli organi di trasmissione, imponendo la presenza di una seconda scatola di trasmissione ad ingranaggi conici sul rotore principale, nel caso di posizionamento del motore ad asse orizzontale; nel caso di posizionamento del motore ad asse verticale, invece, detta seconda scatola di trasmissione ad ingranaggi conici dovrà essere posizionata all’estremità anteriore dell’ “albero lungo”.

In entrambi i casi ricorre una grande complessità costruttiva e un peso elevato del sistema di trasmissione nel suo insieme.

Esistono poi dei sistemi anticoppia, detti “NOTAR", nei quali l’effetto di contrasto alla coppia indotta dal rotore principale è raggiunto con getti d’aria o di gas, prodotti da una turbina e convogliati nella trave di coda verso opportune finestre per produrre l’effetto aerodinamico desiderato.

L’impiego di questi sistemi comporta notevoli problemi costruttivi che ne hanno limitato la diffusione e solo ad elicotteri a turbina. La presente invenzione ha come scopo fondamentale di ovviare agli anzidetti inconvenienti riscontrati negli elicotteri monorotore attualmente noti, realizzando un rotore di coda e un impianto per il suo azionamento, aventi alta flessibilità e adattabilità, di facile realizzazione, di sicuro impiego ed efficace funzionamento.

Un secondo scopo dell’invenzione è quello di ideare un rotore di coda ed un impianto per il suo azionamento, in cui la regolazione della spinta attiva del rotore possa essere regolata variandone la velocità e non il passo delle pale, in modo da limitare gli attriti nelle condizioni di volo con motori operosi.

Un terzo scopo dell’invenzione è quello di eliminare Γ “albero lungo” di trasmissione del moto al rotore di coda così da eliminare una fonte di vibrazioni nocive e svincolare la geometria della trasmissione dalla presenza di detto albero.

Un quarto scopo dell’invenzione è quello di eliminare ogni dispositivo di comando della variazione del passo delle pale del rotore di coda dalla cabina, dal rotore di coda e lungo la trave di coda, rendendo quest’ultima priva di parti in movimento.

Un quinto scopo dell’invenzione è quello di eliminare la scatola di rinvio a ingranaggi conici per la trasmissione del moto al rotore di coda, conseguendo una semplificazione costruttiva, minori attriti e una maggiore affidabilità.

Un sesto scopo dell'invenzione è quello di rendere possibile il controllo direzionale per mezzo del rotore di coda anche nelle condizioni di volo con il motopropulsore inattivo.

Un ulteriore, ma non ultimo scopo dell’invenzione è quello di rendere indipendente il posizionamento geometrico del motopropulsore rispetto al rotore di coda, così che il motopropulsore possa essere istallato con l’albero motore verticale, senza scatole di trasmissione ad ingranaggi conici per trasmettere il moto all’albero rotore.

Questi ed altri scopi, che meglio appariranno nel seguito, vengono tutti raggiunti dal presente trovato, concernente un rotore di coda e il relativo impianto di azionamento per elicotteri monorotore, il quale sostanzialmente si caratterizza per il fatto di comprendere un rotore a pale fisse non articolate in numero di 3 o maggiore, un motore idraulico a cilindri assiali a cilindrata fissa azionante direttamente detto rotore a pale fisse, una pompa idraulica a cilindri assiali a cilindrata variabile, dispositivi di variazione della cilindrata della pompa collegati alla pedaliera, tubi di collegamento oleodinamico tra la pompa e il motore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente chiari ed evidenti dalla descrizione seguente, fatta con riferimento alla tavola di disegno allegata, in cui è rappresentata a titolo illustrativo e non limitativo, una forma di esecuzione del trovato, in cui:

- la fig. 1 mostra schematicamente il rotore di coda in parola e il relativo impianto di azionamento, applicati ad un elicottero monorotore disegnato schematicamente.

Con riferimento a tale figura il rotore di coda (r) presenta pale (b) a passo fisso, che devono essere almeno in numero di 3 (tre) o in numero maggiore; il rotore (r) è calettato all’albero di un motore idraulico (n), a cilindri assiali a cilindrata fissa, di tipo noto, montato all’estremità della trave di coda (t) e collegato tramite tubazioni (c) di mandata e ritorno, rigide o flessibili, ad una pompa idraulica (p) a cilindri assiali e a cilindrata variabile di tipo noto, il cui albero (s) è mantenuto in rotazione dall’albero (m) del rotore principale con meccanismi di trasmissione del moto di tipo noto.

La leva (h) di controllo graduale della cilindrata e dell’inversione del flusso della pompa (p) è collegata per mezzo di aste (d) e leverismi (I) alla pedaliera (f), posta in cabina di pilotaggio. Nel caso in cui, agendo sul pedale concorde al senso del rotore principale, si porti la leva di controllo (h) alla massima cilindrata della pompa, la portata del flusso di fluido al motore del rotore di coda sarà massimo e conseguentemente il rotore (r) ruoterà alla massima velocità esplicando la massima azione di contrasto alla coppia di reazione del rotore; con la pedaliera (f) in posizione intermedia, la portata della pompa (p) si riduce a zero e il rotore (r) resta fermo; questa condizione viene provocata dall’intervento del pilota quando occorrono situazioni di volo senza potenza, in autorotazione.

Oltrepassando questa posizione intermedia della pedaliera (f), il senso di rotazione del rotore (r) s’inverte e così anche la direzione della sua azione di spinta, consentendo un ampio e completo controllo del velivolo attorno all’asse verticale del rotore principale. La pedaliera (f) è di tipo consueto con due pedali coniugati e gli organi di collegamento con la leva di variazione della cilindrata della pompa (p) sono realizzati con gli stessi criteri costruttivi con cui la pedaliera viene normalmente correlata al comando collettivo del passo delle pale articolate dei rotori di coda tradizionali.

Variando, in sede di progetto, il rapporto tra la cilindrata del motore idraulico (n) e quella massima della pompa (p) e possibile variare il rapporto di trasmissione tra il rotore principale e il rotore conferendo flessibilità applicativa al trovato.

Il circuito oleodinamico, di tipo idrostatico, è completato dalle tubazioni di drenaggio (i), da serbatoio dell’olio (k) dal filtro dell’olio (o), dall’eventuale radiatore (e) e dalla pompa di carico (g) che normalmente equipaggia la pompa (p).

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo: inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le dimensioni e il numero dei componenti potranno essere variati a seconda delle esigenze.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Rotore di coda per elicotteri monorotore e relativo impianto di azionamento, caratterizzato per il fatto di comprendere un rotore (r) composto da pale (b) a passo fisso non articolate, un motore idraulico (n) a cilindri assiali a cilindrata fissa, azionante direttamente il rotore (r), una pompa oleodinamica (p) a cilindri assiali a cilindrata variabile, azionata dall’albero (m) del rotore principale dell’elicottero, leva (h) di variazione della cilindrata della pompa (p) collegata con la pedaliera di comando (f) posta in cabina e tubi (c) di collegamento idraulico tra la pompa (p) ed il motore (n); essendo previsto che tale impianto sia completato delle tubazioni di drenaggio (i), dal serbatoio dell'olio (k), dal filtro dell’olio (o), dal radiatore (e) e dalla pompa di carico (g).
2) Rotore di coda per elicotteri monorotore e relativo impianto di azionamento, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che le pale (b) a passo fisso sono in numero di 3 (tre) o in numero maggiore.
3) Rotore di coda per elicotteri monorotore e relativo impianto di azionamento, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la variazione dell’intensità della spinta avviene variando la portata del flusso del fluido che affluisce al motore idraulico (n) e la velocità di rotazione del rotore (r).
4) Rotore di coda per elicotteri monorotore e relativo impianto di azionamento, secondo le rivendicazioni 1) e 2), caratterizzato dal fatto che la variazione del verso della spinta avviene invertendo la direzione del flusso del fluido che affluisce al motore idraulico (n) e il verso di rotazione del rotore (r).
5) Rotore di coda per elicotteri monorotore e relativo impianto di azionamento, secondo le rivendicazioni 1) e 2), caratterizzato dal fatto che la velocità di rotazione del rotore di coda (r) diminuisce al ridursi della coppia motrice applicata al rotore principale fino ad annullarsi nel volo in autorotazione senza potenza.
6) Rotore di coda per elicotteri monorotore e relativo impianto di azionamento, secondo le rivendicazioni 1) e 2), caratterizzato dal fatto che nelle condizioni di volo senza potenza con i motori fermi, la pompa (p) è azionata dal rotore principale in autorotazione e resta attivo il comando direzionale.