устройство для монтажа конструкций летательным аппаратом

Формула изобретения

1. Устройство для монтажа груза с помощью летательного аппарата, включающее траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся у замка летательного аппарата связей, систему стабилизации траверсы, содержащую упругие связи, и систему ориентации траверсы с приводом и исполнительными звеньями, отличающееся тем, что исполнительные звенья системы ориентации траверсы в горизонтальной плоскости присоединены к одному из концов траверсы, а упругие связи системы стабилизации траверсы прикреплены к ее противоположному концу.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждое исполнительное звено выполнено в виде управляемого силового цилиндра двухстороннего действия.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждое исполнительное звено выполнено в виде нерастяжимой гибкой тяги, передающей крутящий момент в одном направлении, а упругие связи выполнены в виде эластичных гибких тяг с возможностью передачи стабилизирующего момента в противоположном направлении.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что каждая упругая связь выполнена в виде цилиндра с подпружиненным штоком.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к подъемно-транспортным устройствам, используемым при выполнении строительно-монтажных работ, в частности к устройствам для монтажа различных конструкций летательным аппаратом, например вертолетом.

Известно устройство для монтажа груза летательным аппаратом, включающее траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся у замка связей, систему стабилизации траверсы, содержащую упругие связи, и систему ориентации траверсы в горизонтальной плоскости (авт. св. СССР 981206, кл. B 66 F 11/02, 1981). Система стабилизации выполнена в виде жесткой тяги, шарнирно прикрепленной к траверсе, в средней ее части. К свободному концу жесткой тяги присоединены гибкие связи в виде тросов с резиновыми амортизаторами, прикрепленными к фюзеляжу. Такое исполнение стабилизирующей системы не обеспечивает успокоение всех колебаний груза, возникающих при заходе летательного аппарата на монтаж. Поворотам траверсы вокруг оси подвеса груза упругие гибкие связи практически не препятствуют из-за отсутствия или малой величины плеча стабилизирующих сил. Поэтому гашение крутильных колебаний груза вокруг вертикальной оси, возникающих в процессе монтажа, малоэффективно.

В модернизированном варианте этого устройства (см. "Монтаж строительных конструкций с применением вертолетов", ВСН 463-85, Минмонтажспецстрой СССР, 1986, стр. 29, 31, рис. 20) некоторые из этих недостатков устранены. Однако остался основной недостаток известного устройства - невозможность управлять в полете поворотом груза по азимуту (вокруг вертикальной оси) из-за отсутствия в системе ориентации траверсы таких важных признаков, как привод с исполнительными звеньями. Другой основной недостаток заключается в том, что упругие связи системы стабилизации присоединены к траверсе не непосредственно, а с помощью дополнительного элемента - длинной жесткой тяги, что усложняет устройство и повышает его металлоемкость.

Наиболее близким по технической сущности, т.е. прототипом, является устройство для монтажа груза с помощью летательного аппарата по патенту РФ 2028968, кл. B 64 D 9/00, Е 04 Н 12/34, 1992 г. Оно включает траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся у замка связей, систему стабилизации траверсы, содержащую упругие связи, и систему ориентации траверсы в горизонтальной плоскости с приводом и исполнительными звеньями, присоединенными к обоим концам траверсы. Каждое из двух исполнительных звеньев выполнено в виде управляемого силового цилиндра двухстороннего действия. Противоположные от траверсы концы этих исполнительных звеньев соединены вместе, и в этой точке к ним прикреплены упругие связи, соединенные с фюзеляжем летательного аппарата, что образует систему стабилизации траверсы. В точке соединения силовых цилиндров установлена опорная пята, прижимаемая к фюзеляжу вертикальными составляющими сил, действующих от упругих связей. При согласованном изменении длины силовых цилиндров (один укорачивается, а другой удлиняется) возможен поворот траверсы и соответственно груза на некоторый угол по азимуту для совмещения его с проектными отметками при монтаже без изменения положения зависшего вертолета. Причем из-за отсутствия жесткой опоры для противоположных (от траверсы) концов силовых цилиндров возникающий при этом реактивный момент гасится стабилизирующим моментом, создаваемым упругими связями системы стабилизации. Отсутствие точки фиксации опорной пяты (т.е. фиксированной точки опоры) может приводить к ее неопределенным перемещениям со скольжением по специальной плите, усиливающей фюзеляж снизу.

Недостатком известного устройства является малый угол поворота груза по азимуту, который практически может составлять не более 30^o при изменении длины двух сторон силового треугольника. При этом неэффективно используются усилия от исполнительных звеньев, что снижает крутящий момент и в целом эффективность привода. Присоединение упругих связей не к самой траверсе, а посредством промежуточных звеньев (цилиндров), снижает эффективность стабилизации траверсы. Кроме того, к недостаткам можно отнести сложность устройства и необходимость затрат на доработку летательного аппарата для его использования. Из-за больших габаритов известное устройство трудно применить на вертолетах с малым клиренсом на стоянке.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и достижение нового технического результата.

В предлагаемом устройстве для монтажа груза с помощью летательного аппарата технический результат заключается в увеличении угла поворота траверсы, в увеличении крутящего и стабилизирующего моментов на траверсе за счет создания лучших условий передачи управляющих и стабилизирующих усилий, в упрощении устройства, снижении его металлоемкости и уменьшении затрат на подготовку летательного аппарата к работе.

Этот технический результат в устройстве для монтажа груза с помощью летательного аппарата, включающем траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся у замка летательного аппарата связей, систему стабилизации траверсы, содержащую упругие связи, и систему ориентации траверсы в горизонтальной плоскости с приводом и исполнительными звеньями, достигается за счет того, что исполнительные звенья системы ориентации траверсы присоединены к одному из концов траверсы, а упругие связи системы стабилизации траверсы прикреплены к ее противоположному концу.

Каждое исполнительное звено может быть выполнено в виде управляемого силового цилиндра двухстороннего действия. Кроме того, каждое исполнительное звено может быть выполнено в виде практически нерастяжимой гибкой тяги, передающей крутящий момент в одном направлении, а упругие связи выполнены в виде эластичных гибких тяг с возможностью передачи стабилизирующего момента в противоположном направлении. Каждая упругая связь может быть выполнена в виде цилиндра с подпружиненным штоком.

На фиг.1 представлен один из частных случаев выполнения устройства с жестким исполнительным звеном (вид сбоку); на фиг.2 - то же (вид сверху, без летательного аппарата); на фиг.3 - другой возможный частный случай выполнения устройства с исполнительным звеном в виде гибкой тяги (вид сверху, без летательного аппарата); на фиг.4 - общий вид летательного аппарата с устройством.

Предлагаемое устройство устанавливают на летательный аппарат - вертолет 1. Устройство включает траверсу 2 с грузовыми канатами 3, которые снизу снабжены грузозахватами 4 (крюками или электрозамками). Траверсу 2 посредством двух сходящихся связей 5, вертлюга 6 и наконечника 7 с карданами 8 подцепляют к основному замку 9 вертолета. Устройство также содержит систему ориентации траверсы 2, в которую входят одно или несколько (два и более, т.е. столько, сколько необходимо для получения заданного усилия) исполнительных звеньев 10 или 11, шарнирно прикрепленных посредством втулок 12 к одному из концов траверсы (на фиг.2 и 3 - к нижнему концу). Каждая втулка имеет возможность вращения вокруг продольной оси траверсы 2.

В частном случае каждое исполнительное звено может быть выполнено в виде управляемого силового цилиндра 10 двухстороннего действия, прикрепленного своим штоком 13 к траверсе 2, а корпусом прикрепленного к фюзеляжу вертолета 1. В этом случае цилиндр 10 является одной из составляющих привода, связанной коммуникациями с другими компонентами привода, размещенными на вертолете, например, источниками электроэнергии, источниками давления рабочих сред (газы, жидкости и пр.) и средствами управления, например с распределителем 14.

В другом частном случае каждое исполнительное звено может быть выполнено в виде практически нерастяжимой гибкой тяги 11 (трос, цепь и т.п.), противоположный конец которой навит на барабан лебедки 15 (см. фиг.3). Лебедка может быть с электрическим, гидравлическим или пневматическим двигателем, соединенным коммуникациями с источниками энергии и средствами управления.

К противоположному концу траверсы 2 (верхнему по фиг.2 и 3) прикреплены элементы системы ее стабилизации - одна или несколько упругих связей, каждая из которых может быть выполнена как в виде цилиндра 16 с подпружиненным штоком, так и в виде растяжимой (эластичной) гибкой тяги 17 (резиновый амортизатор, пружина и т.п.). В цилиндре 16 шток 18 может быть подпружинен с одной стороны упругим элементом, например пружиной 19, или с использованием другого упругого элемента, например сжатого газа.

В обоих частных случаях исполнения упругих связей (цилиндр 16 или гибкая тяга 17) силы упругости, развиваемые ими, должны быть меньше усилий, развиваемых исполнительными звеньями 10 или 11, но достаточными для стабилизации траверсы с подцепленным грузом.

Устройство работает следующим образом.

Перед взлетом устройство находится в нерабочем (посадочном) положении, когда исполнительные звенья 10 и 11, а также упругие связи 16 и 17, имеют минимальную длину. Поэтому за счет поворота в кардане 8 все элементы устройства, включая траверсу 2 со сходящимися связями 5 и вертлюгом 6, исполнительные звенья 10 или 11 и упругие связи 16 или 17, находятся в непосредственной близости от фюзеляжа вертолета 1 (на фиг.1 это положение изображено штрихпунктирными линиями).

После взлета вертолета 1 включением привода с помощью средств управления, например распределителя 14, увеличивают длину исполнительных звеньев, например, выдвигая шток 13 или разматывая гибкую связь 11. Этим подготавливают устройство к рабочему положению, которое оно занимает после подцепки груза 20. При натяжении канатов 3 под действием силы тяжести G груза (см. фиг. 1) траверса 2 вместе со связями 5 и вертлюгом 6 располагаются в вертикальной плоскости, проходящей через ось подвеса груза (т.е. вертикальную ось, проходящую через замок 9). Изменением длины исполнительного звена 10 или 11 разворачивают траверсу 2 на вертлюге 6 вокруг вертикальной оси на необходимый угол по азимуту для транспортирования груза 20 в заданном положении. Например, подачей рабочего тела в соответствующую полость исполнительного звена 10 или включением лебедки 15 в необходимом направлении траверсу 2 устанавливают в поперечной плоскости вертолета, обеспечивая тем самым минимальное лобовое сопротивление подцепленного груза 20 в полете (см. фиг. 4).

В случае использования жесткого исполнительного звена повороты траверсы 2 и соответственно груза 20 по азимуту обеспечиваются крутящим моментом, развиваемым усилием цилиндра 10 на плече, равном половине длины траверсы 2. Это усилие посредством распределителя 14 может быть направлено в двух направлениях - по часовой стрелке и против нее (если смотреть на устройство сверху на фиг. 2). Повороту траверсы 2 по часовой стрелке способствует и сила упругости, развиваемая пружиной 19 в цилиндре 16. При повороте против часовой стрелки управляющее усилие преодолевает силы сопротивления, развиваемые упругой связью 16.

В случае использования гибкого исполнительного звена 11 повороты траверсы 2 против часовой стрелки обеспечиваются крутящим моментом, действующим на траверсу при включении лебедки 15 в режиме "на уборку", когда звено 11 укорачивается за счет навивки на барабан. При включении лебедки 15 "на выпуск" звено 11 удлиняется и траверса 2 поворачивается по часовой стрелке под действием крутящего момента, развиваемого силой упругости связи 17 на плече, равном половине длины траверсы.

При возникновении в полете колебаний груза 20 устройство обеспечивает их гашение и стабилизацию груза. Например, в случае использования жесткого исполнительного звена 10 при возникновении маятниковых колебаний груза в продольной плоскости и крутильных его колебаний вокруг оси подвеса траверса сможет совершать только вращательные движения. Причем мгновенным центром вращения траверсы 2 является точка присоединения к ней штока 13. Поворотам траверсы препятствуют силы упругости в связи 16, которые действуют на вдвое большем плече, чем расстояние от проекции центра масс груза на траверсу (в ее середине) до мгновенного центра вращения. Это обеспечит затухание указанных колебаний. Возникновение в полете маятниковых колебаний груза в поперечной плоскости приведет к поворотам трех сочлененных звеньев: исполнительного звена 10 вокруг оси шарнирного соединения с фюзеляжем, траверсы 2 вокруг мгновенного центра ее вращения (точки присоединения штока 13) и упругой связи 16 - вокруг оси шарнирного соединения с фюзеляжем. Так как сила тяжести G стремится удерживать траверсу в вертикальной плоскости, проходящей через замок 9, такие повороты возможны лишь при изменении длины какого-либо из звеньев или их всех. При неизменной длине траверсы 2 и звена 10 возможно изменение длины лишь упругого звена 16. В результате сопротивления сил упругости в этом звене возникает стабилизирующий момент, обеспечивающий успокоение и этих колебаний.

Аналогичным образом обеспечивается стабилизация груза при его маятниковых колебаниях в поперечной плоскости в случае использования гибких исполнительного 11 и упругого 17 звеньев. При возникновении продольных маятниковых и крутильных колебаний стабилизация груза будет обеспечиваться за счет сил упругости при растяжении упругой связи 17.

При зависании вертолета 1 над местом монтажа, например над пролетом металлоконструкций 21, устраняют рассогласование между осями груза 20 и проектным его местоположением путем поворота траверсы 2 на необходимый угол (например, по часовой стрелке, как показано на фиг.4). Затем снижением вертолета 1 груз 20 (секцию металлоконструкции) устанавливают на место и производят отцепку от него грузозахватов 4. Вернув траверсу 2 в исходное (поперечное) положение, вертолет направляют на посадку.

Перед посадкой устройство приводят в посадочное положение, т.е. складывают, следующим образом. Включают исполнительное звено 10 или лебедку 15 "на уборку", чем укорачивают звенья 10 или 11 до минимума. Одновременно с этим на траверсу 2 действуют силы упругости в связях 16 или 17. В результате поворота внешней подвески в кардане 8 подтягивают траверсу 2 к фюзеляжу вертолета 1, сохраняя ее поперечное положение относительно вертолета. В таком положении устройство не препятствует посадке вертолета с малым клиренсом на стоянке.

В предлагаемом устройстве обеспечивается более эффективная передача крутящего и стабилизирующего моментов на траверсу за счет непосредственного присоединения к одному ее концу исполнительных звеньев, а к другому - упругих связей. При использовании жестких звеньев угол поворота траверсы может быть до 45^o. При использовании гибких звеньев угол поворота траверсы может быть увеличен до 80^o (проверено в летных испытаниях).