RU2845912C1

RU2845912C1 - Multi-propeller aircraft hydraulic drive with power controller

Info

Publication number: RU2845912C1
Application number: RU2025103924A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Целищев; Дмитрий Владимирович Целищев
Filing date: 2025-02-21
Publication date: 2025-08-27

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to multipropeller aircraft transmissions. Proposed multi-propeller aircraft hydraulic drive comprises pump station including the main controlled pump, safety valves and filter, four hydraulic motors with their output shaft engaged with appropriate propeller, pressure and drain lines. Hydraulic drive comprises extra hydromechanical power controller including multiposition hydraulic control valve and control hydraulic cylinders. One of hydraulic cylinders is connected by means of springs to rocker arm and then to multiposition distributor.

EFFECT: stable output characteristics of hydraulic drive with minimum power consumption at low operating modes.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области винтовых летательных аппаратов, а именно к трансмиссии многовинтового летательного аппарата.The invention relates to the field of propeller aircraft, namely to the transmission of a multi-propeller aircraft.

Из существующего уровня техники известен летательный аппарат с гидравлическим приводом несущих винтов с фиксированным шагом лопастей (патент на полезную модель RU 181367 U1, B64C27/12, опубл. 11.07.2018). Каждый независимый контур привода содержит насосную станцию, включающую основной регулируемый насос и нерегулируемый насос подпитки с блоком обратно-предохранительных и редукционного клапанов, исполнительный гидромотор, приводящий во вращение соответствующий ему воздушный винт, напорные и сливные гидролинии.The existing level of technology includes an aircraft with a hydraulic drive of fixed-pitch rotors (patent for utility model RU 181367 U1, B64C27/12, published on 11.07.2018). Each independent drive circuit contains a pump station, including a main adjustable pump and a non-adjustable feed pump with a block of check-safety and pressure-reducing valves, an actuator hydraulic motor that drives the corresponding propeller, pressure and drain hydraulic lines.

Недостатком такого решения является увеличение массы летательного аппарата, обусловленное наличием четырех регулируемых насосов в гидросистеме с индивидуальными фильтрами.The disadvantage of this solution is the increase in the weight of the aircraft, due to the presence of four adjustable pumps in the hydraulic system with individual filters.

Наиболее близким к заявленному техническому решению (прототипом) является многовинтовой летательный аппарат с гидравлическим приводом (патент на полезную модель RU 205086 U1, B64C 27/12, опубл. 28.06.2021), включающий основной регулируемый насос и нерегулируемый насос подпитки с блоком обратно-предохранительных и редукционного клапанов, четыре исполнительных гидромотора, связанные с соответствующим воздушным винтом, напорные и сливные гидролинии. За счёт использования одного регулируемого насоса для питания нескольких гидромоторов, такая компоновка позволяет облегчить массу летательного аппарата.The closest to the declared technical solution (prototype) is a multi-rotor aircraft with a hydraulic drive (patent for utility model RU 205086 U1, B64C 27/12, published on 06/28/2021), including a main adjustable pump and a non-adjustable feed pump with a block of check-safety and pressure-reducing valves, four actuator hydraulic motors connected to the corresponding propeller, pressure and drain hydraulic lines. Due to the use of one adjustable pump to supply power to several hydraulic motors, this arrangement makes it possible to reduce the weight of the aircraft.

Недостатком прототипа является неустойчивая работа многодвигательного гидропривода на переходных режимах из-за потребления мощности насосной установки, не соответствующей управляющим командам, нагрузкам нестационарного или случайного характера, действующим на исполнительные гидродвигатели привода винтов квадрокоптера при его работе, значительное потребление мощности при работе на малых режимах.The disadvantage of the prototype is the unstable operation of the multi-engine hydraulic drive in transient modes due to the power consumption of the pumping unit, which does not correspond to the control commands, non-stationary or random loads acting on the actuator hydraulic motors of the quadcopter propeller drive during its operation, and significant power consumption when operating in low modes.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей и обеспечение нечувствительности к нагрузке.The objective of the invention is to expand functional capabilities and ensure insensitivity to load.

Техническим результатом заявляемого изобретения является обеспечение стабильных выходных характеристик электрогидравлического привода многовинтового летательного аппарата за счет внедрения в гидропривод гидромеханического регулятора мощности насоса, осуществляющего минимальное потребление мощности при работе на малых режимах.The technical result of the claimed invention is to ensure stable output characteristics of the electrohydraulic drive of a multi-rotor aircraft by introducing a hydromechanical pump power regulator into the hydraulic drive, which ensures minimal power consumption when operating at low speeds.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в гидроприводе, содержащем насосную станцию, включающую регулируемый насос, предохранительные клапаны и фильтр, четыре гидромотора, выходной вал каждого из которых соединён с соответствующим ему воздушным винтом, напорные и сливные гидролинии, в отличие от прототипа, дополнительно содержит гидромеханический регулятор мощности, включающий многопозиционный гидрораспределитель и гидроцилиндры управления характерным рабочим объемом насоса, один из которых с помощью пружин связан с коромыслом и далее с многопозиционным распределителем. В системе обеспечивается оптимальное потребление мощности на переходных режимах и при работе в режиме «ожидания» на минимальном потреблении мощности за счет регулирования насоса. Изменение давления в системе, вызванное командой на изменение частоты вращения вала гидромоторов, изменением нагрузки запланированного или случайного характера, передается на гидроцилиндры гидромеханического регулятора мощности, которые изменяют характерный рабочий объем насоса, подстраиваясь под ситуацию и обеспечивая потребление мощности по оптимальной гиперболической зависимости.The set task is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the hydraulic drive containing a pumping station, including an adjustable pump, safety valves and a filter, four hydraulic motors, the output shaft of each of which is connected to the corresponding propeller, pressure and drain hydraulic lines, unlike the prototype , additionally contains a hydromechanical power regulator, including a multi-position hydraulic distributor and hydraulic cylinders for controlling the characteristic working volume of the pump, one of which is connected by means of springs to the rocker arm and then to the multi-position distributor. The system ensures optimal power consumption in transient modes and when operating in the "standby" mode at minimum power consumption due to pump regulation. A change in pressure in the system caused by a command to change the rotation frequency of the hydraulic motor shaft, a change in the load of a planned or random nature, is transmitted to the hydraulic cylinders of the hydromechanical power regulator, which change the characteristic working volume of the pump, adjusting to the situation and ensuring power consumption according to the optimal hyperbolic dependence.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема гидравлическая принципиальная гидропривода многовинтового летательного аппарата.The essence of the invention is explained by a drawing, which depicts a basic hydraulic diagram of a hydraulic drive of a multi-rotor aircraft.

Гидропривод винтового летательного аппарата содержит насосную станцию с насосом 1, приводным двигателем 2 и четыре регулируемых гидромотора 3. В состав насосной станции входят: регулируемый насос 1, предохранительные клапаны 4, бак 5 и фильтр 6. Насос 1 соединён посредством напорных гидролиний с контурами привода воздушных винтов, содержащих дросселирующие электрогидрораспределители 7 и гидромоторы 3.The hydraulic drive of a propeller aircraft contains a pump station with a pump 1, a drive engine 2 and four adjustable hydraulic motors 3. The pump station includes: an adjustable pump 1, safety valves 4, a tank 5 and a filter 6. Pump 1 is connected by means of pressure hydraulic lines to the drive circuits of the propellers, containing throttling electro-hydraulic distributors 7 and hydraulic motors 3.

Регулятор мощности включает гидроцилиндры 8 и 9 управления характерным рабочим объемом насоса 1, подключенными к питательным линиям гидромоторов в с помощью клапана «или» 10 и дросселя 11, причем гидроцилиндр 8 с помощью коромысла 12 связан с многопозиционным распределителем 13, который обеспечивает требуемое оптимальное потребление мощности насоса 1 при по гиперболической зависимости.The power regulator includes hydraulic cylinders 8 and 9 for controlling the characteristic working volume of pump 1, connected to the feed lines of the hydraulic motors using the “or” valve 10 and the throttle 11, wherein hydraulic cylinder 8 is connected with the multi-position distributor 13 using the rocker arm 12, which ensures the required optimal power consumption of pump 1 according to a hyperbolic dependence.

Гидропривод винтового летательного аппарата работает следующим образом. Рабочая жидкость из линии бака 5 подается насосом 1 к гидромоторам 3. Регулирование частоты вращения вала каждого гидромотора 3 осуществляется дистанционно, подачей соответствующего электронного управляющего сигнала на дросселирующие электрогидрораспределители 7. Величина управляющего сигнала определяет степень открытия многопозиционного распределителя, тем самым осуществляя дроссельный способ регулирования подачи рабочей жидкости под давлением от насоса 1 к гидромотору 3. Каждый гидромотор 3, благодаря дистанционному управлению дросселирующими электрогидрораспределителями 7, имеет возможность дистанционно изменять частоту вращения вала, а значит и частоту вращения несущего винта летательного аппарата. Предохранительные клапаны 4 предотвращают поломку гидропривода вследствие перегрузки или засорение фильтра. Всасывая жидкость из бака 5 насос 1 компенсирует в том числе и объёмные утечки в гидромашинах.The hydraulic drive of the propeller aircraft operates as follows. The working fluid from the line of tank 5 is supplied by pump 1 to hydraulic motors 3. The shaft speed of each hydraulic motor 3 is controlled remotely by sending a corresponding electronic control signal to the throttling electro-hydraulic distributors 7. The magnitude of the control signal determines the degree of opening of the multi-position distributor, thereby implementing the throttle method of regulating the supply of working fluid under pressure from pump 1 to hydraulic motor 3. Each hydraulic motor 3, due to remote control of throttling electro-hydraulic distributors 7, has the ability to remotely change the shaft speed, and therefore the speed of the aircraft's main rotor. Safety valves 4 prevent hydraulic drive failure due to overload or filter clogging. By sucking liquid from tank 5, pump 1 compensates, among other things, for volumetric leaks in hydraulic machines.

Регулятор мощности работает следующим образом. При отсутствии сигналов управления на дросселирующие электрогидрораспределители 7 насос 1 выходит на минимальную производительность, контролируя с помощью гидроцилиндра 8 минимальный характерный рабочий объем насоса 1. Поршень цилиндра 9 при этом смещается в крайнее левое положение. Давление в системе поддерживается постоянным, на номинальном значении. При подаче сигналов управления на дросселирующие электрогидрораспределители 7 валы гидромоторов 3 начинают вращать винты летательного аппарата. Потребление рабочей жидкости от насоса возрастает.The power regulator operates as follows. In the absence of control signals to the throttling electro-hydraulic distributors 7, pump 1 reaches minimum capacity, controlling the minimum characteristic working volume of pump 1 with the help of hydraulic cylinder 8. The piston of cylinder 9 is shifted to the extreme left position. The pressure in the system is maintained constant, at the nominal value. When control signals are supplied to the throttling electro-hydraulic distributors 7, the shafts of hydraulic motors 3 begin to rotate the propellers of the aircraft. The consumption of working fluid from the pump increases.

Регулирование мощности насоса 1 осуществляется бесступенчатым изменением его производительности пропорционально давлению нагрузки случайного или нестационарного характера на исполнительных гидродвигателях 3, подаваемого к гидроцилиндрам 8 и 9 механизма управления характерным рабочим объемом насоса. Рабочее давление, соответствующее действительным нагрузкам на гидромоторы 3, передается через дроссель 11 и гидроцилиндр 8 на коромысло 12 и на насос 1. Противодействующей силой пружины многопозиционного гидрораспределителя 13, настраиваемой извне, задается уровень мощности. Если сила действия давления превышает силу пружины, то поршень гидроцилиндра 8 плавно смещается в сторону уменьшения рабочего объема насоса. При этом увеличивается действующая длина рычага на коромысло 12, способствующему перемещению многопозиционного распределителя 13 и соединению поршневой полости гидроцилиндра 9 с линией слива. Это в свою очередь позволяет бесступенчато изменять рабочий объем насоса пропорционально давлению нагрузки случайного или нестационарного характера на исполнительных гидродвигателях 3, контролируя произведение величин давления за насосом и характерного объема насоса величиной постоянной, что позволяет регулятору обеспечивать постоянство потребляемого момента и потребляемой мощности.The power of pump 1 is regulated by stepless change of its capacity proportional to the load pressure of random or non-stationary nature on executive hydraulic motors 3, supplied to hydraulic cylinders 8 and 9 of the mechanism for controlling the characteristic working volume of the pump. The working pressure corresponding to the actual loads on hydraulic motors 3 is transmitted through throttle 11 and hydraulic cylinder 8 to rocker arm 12 and to pump 1. The counteracting force of the spring of multi-position hydraulic distributor 13, adjusted from the outside, sets the power level. If the force of the pressure action exceeds the force of the spring, then the piston of hydraulic cylinder 8 smoothly shifts towards decreasing the working volume of the pump. In this case, the effective length of the lever on rocker arm 12 increases, facilitating the movement of multi-position distributor 13 and the connection of the piston cavity of hydraulic cylinder 9 with the drain line. This in turn allows for stepless change of the working volume of the pump proportional to the load pressure of a random or non-stationary nature on the executive hydraulic motors 3, controlling the product of the values of pressure behind the pump and the characteristic volume of the pump by a constant value, which allows the regulator to ensure the constancy of the consumed torque and consumed power.

Заявляемое изобретение позволяет обеспечить стабильные выходные характеристики электрогидравлического привода многовинтового летательного аппарата за счет внедрения в гидропривод гидромеханического регулятора мощности насоса, осуществляющего минимальное потребление мощности при работе на малых режимах.The claimed invention makes it possible to ensure stable output characteristics of the electrohydraulic drive of a multi-rotor aircraft by introducing a hydromechanical pump power regulator into the hydraulic drive, which ensures minimal power consumption when operating at low speeds.

Claims

A hydraulic drive for a multi-propeller aircraft comprising a pump station including a main adjustable pump (1), safety valves (4) and a filter (6), four hydraulic motors (3), the output shaft of each of which is connected to the corresponding propeller, pressure and drain hydraulic lines, characterized in that it additionally comprises a hydromechanical power regulator including a multi-position hydraulic distributor (13) and two hydraulic cylinders (8, 9) for controlling the characteristic working volume of the pump, connected to the feed lines of the hydraulic motors using an “or” valve (10) and a throttle (11), one of the hydraulic cylinders (8) is connected using a lever to a rocker arm (12) and then to a multi-position distributor (13), connected to another hydraulic cylinder (9).