CN100413756C - 使将叶片固定到旋翼飞行器旋翼轴毂上的结构锁定的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于锁定支撑结构(16-19)的设备，该支撑结构用于将旋翼飞行器旋翼(10)的可折叠叶片固定到所述旋翼的轴毂(15)，该支撑机构相对于轴毂(15)在俯仰和拖曳方向上铰接，该旋翼包括：为折叠所述叶片的目的，用于在俯仰和拖曳方向上锁定叶片支撑结构的装置，该装置非常有效，体现在此相连装置包括防止在飞行中，特别是在旋翼振动影响下使它发生转动的制动装置。

Description

使将叶片固定到旋翼飞行器旋翼轴毂上的结构锁定的设备
技术领域
本发明涉及一种用于锁定支撑结构的设备，该支撑结构用于将叶片固定在旋翼飞行器旋翼的轴毂上。
本发明的技术领域为旋翼飞行器的设计和制造。
本发明特别适用于装配有可折叠的叶片的旋翼飞行器的旋翼，还适用于自动展开和折叠这种叶片的致动器。
背景技术
美国专利No.5782606和法国专利No.2742726描述了一种叶片折叠装置，其中叶片的根部固定到具有两个转动支座的折叠装置上，这些支座使得叶片可相对于套杆的端部转动，该套杆提供了叶片和旋翼轴毂之间的机械连接。在这些专利中公开的旋翼包括一个由多个隔室穿透的板，就如它具有叶片一样。用于将叶片固定到轴毂上的每个套杆包括两个臂，它们形成了一个分叉并经由一个固定到套杆的臂上的薄片球形支座连接到轴毂，所述弹性支座使得套杆——和相应的叶片——相对于旋翼轴毂绕三个转轴铰接：
i)一个绕第一轴线的铰链，该轴线与旋翼轴的纵向轴线基本平行，使得叶片相对于轴毂在“拖曳(in drag)”下移动；
ii)一个绕第二轴线的套杆和叶片的铰链，该轴线基本与叶片的纵向轴线重合，以提供叶片所需要的俯仰度(和倾角)的变化；和
iii)一个绕第三轴线的铰链，该轴线基本与旋翼轴的纵向轴线垂直，使得叶片相对旋翼轴毂做挥舞(flapping)运动。
特别的，当经由一个球形支座在轴毂和叶片(以及套杆)之间设置铰接时，这三个铰接轴线在支座的几何中心处重合。
在旋翼的转动过程中，特别是在飞行中，叶片相对于轴毂的三个自由度转动的存在是很必要的，但是当旋翼静止时，它形成了阻碍旋翼叶片折叠的障碍。
在折叠叶片之前，需要锁定这三个自由度，以便防止它们形成这种影响。这个挥舞铰链通常通过套杆的一部分——或一个固定其上的“低”支座——保持静止，在叶片和相关的套杆的重量作用下移动，以与轴毂一体的互补支座(complementary abutment)相接或固定其上，该互补支座通常被本领域的技术人员称为往复止动环。
将套杆相对于轴毂绕拖曳和俯仰铰接轴线锁定在适当位置上仍很必要。
为此，可为铰接支撑结构(例如套杆)提供一种用于锁定装置，以将旋翼飞行器旋翼的叶片固定到旋翼的轴毂上，这种装置包括一个杆，该杆布置为使所述支撑结构绕拖曳轴线枢转到一个拖曳锁定位置，在该位置所述结构靠在固定到轴毂上的“拖曳”支座上。这个杆可同时使叶片支撑结构(套杆)绕俯仰轴线枢转到一个俯仰锁定位置，在该位置该结构靠在连接到轴毂上的“俯仰”支座上。
在折叠旋翼的叶片之前，可操作所述杆，例如，通过一个电致动器(如一个回转马达)致动，以便在一个控制套杆锁定的装置的控制下运行，使得叶片支撑结构的位置相对于轴毂自动锁定。
这样的锁定装置特别在美国专利No.5951251中公开。
在这种情况下，在旋翼转动时特别是在飞行中，对于锁定叶片支撑套杆的系统而言，从不意外启动，这是十分必要的。
发明内容
本发明满足了这种需求。
因此，根据本发明，提供了一种锁定设备，用于锁定支撑结构，该支撑机构用于固定具有多个可折叠叶片的旋翼飞行器旋翼的叶片，该旋翼包括一个轴毂，多个叶片，和用于将各个叶片固定到轴毂上的各个支撑结构，所述支撑结构相对于轴毂在俯仰和拖曳方向上铰接，该旋翼还包括与每个叶片支撑结构相关的各个锁定装置，并该锁定装置布置为使得叶片支撑结构的俯仰铰接相对于轴毂锁定，并且还布置为使得叶片支撑结构的拖曳铰链相对于轴毂锁定，该锁定装置适于通过一个旋转电致动器和一个驱动机构而被驱动。该锁定装置非常有效，体现在它还包括用于旋转电致动器和/或驱动机构的制动装置，特别是在旋翼振动影响和没有输入电机的电流情况下，防止所述致动器和驱动机构的转动，当致动器通电时，使致动器和驱动机构能够转动，此外，该驱动机构是不可逆的(irreversible)。
特别的，该机构可包括一个减速器，其包括一个用于驱动蜗轮的蜗杆。
在本发明的优选实施例中：
·制动装置通过磁效应而产生作用；
·该制动装置包括一个固定到致动器或驱动机构的静止部分的第一磁体，和一个固定到致动器或驱动机构的移动部分的第二磁体，在静止部分上的第一磁体的位置和在移动部分的第二磁体的位置为：在致动器转动过程中，使第一磁体和第二磁体彼此相对，这些磁体的极性为：当它们对置时，它们相互吸引，以便当它们从所述对置位置移开时，产生制动转矩；
·该制动装置包括固定到静止部分，例如致动器的安装法兰，的至少两个第一磁体，并且包括固定到移动部分，例如一个使旋转致动器能够驱动锁定套杆的杆的齿轮，的至少两个第二磁体，该移动部分延伸——至少部分的延伸——以便面对向静止部分，第一磁体之间的间距对应于第二磁体之间的间距，使得由至少两对磁体中的每一个所产生的制动扭矩是可以叠加的(additive)；以及
·使致动器驱动锁定装置的驱动机构包括一个蜗杆减速器。
使致动器驱动锁定装置的机构的不可逆性用于确保施加在叶片的锁定元件上的力不被传递到致动器。
附图说明
本发明的其它特征和优点将在下文中呈现，其中参照附图显示了不带有任何限制性质的本发明的优选实施例，其中：
·图1是本发明的旋翼飞行器的平面示意图，其包括四个折叠叶片和四个用于将套杆锁定在适当位置的致动器，该套杆用于将叶片固定到旋翼轴毂上；
·图2是一个“分解”示意透视图，显示的是本发明的一个装置的套杆锁定杆，以及电机和用于启动锁定杆的驱动机构；四个与图2中所示的致动器相同的致动器固定到图1中的旋翼轴毂上；
·图3a是本发明的两个套杆的两个部分和杆在开启状态的示意图(套杆松开以使旋翼位于飞行状态)；
·图3b是图3a的套杆的两部分在锁定位置的示意图(套杆保持固定以便使叶片可以折叠)；
·图4a是沿图4b中的箭头IVa看去的“分解”透视图，显示了枢转锁定和开启杆的电机，还显示了电机法兰上的制动磁体的定位；以及
·图4b是沿图4a中的箭头IVb看去的“分解”透视图，显示了枢转锁定和开启杆的电机，并显示了位于由电机驱动并与电机法兰相对的传动装置上的制动磁体的位置。
具体实施方式
参照图1，旋翼10包括四个叶片——11到14——每一个都经由四个相应的套杆(sleeve)16到19固定到旋翼的轴毂15上。
在折叠时，每个叶片(例如附图标记11指引的叶片)通过一个折叠装置22由支座(附图标记20)铰接到相应的套杆(附图标记19)的外端。在图1所示的折叠位置上，叶片11到14的各个纵向轴11a到14a基本平行并垂直于旋翼10的枢转轴线21。
每个套杆相对于轴毂板15在它的内端通过一个球形支座(这幅图中未示)铰接，球形支座延伸穿过在板15上开的四个隔室23中的一个。
每个套杆具有一个呈叶片形状的左侧突起(分别为16g到19g)，和一个也呈叶片形状的右侧突起(分别是16d-19d)。
一个套杆-锁定致动器24到27在轴毂板15的周边处、在每两个邻接的套杆之间固定到轴毂板15上。
这四个相同外表的致动器中的每一个，例如图2中的致动器24，包括一个杆28，其安装为相对于板15，绕一条大致与旋翼轴线21平行的枢转轴线29枢转。锁定杆28由电动机30驱动而枢转，电机绕轴线32枢转并通过一个减速齿轮机构31驱动杆28。
杆28在其中间部分具有弯曲处并具有两个相对的端部41和45。在其中间部分，杆28具有轴线29的凹槽孔40，用于承接机构31的驱动轴33的端部。
杆28的尾端45具有一个槽47，它呈带两个相对支座46的叉状。该槽和这些支座与对应的套杆17的左侧突起配合，以使套杆被锁定及逆向解开。为此，槽47绕突出的叶片形状部分17g啮合或从该叶片形状部分17g脱开，支座46靠在所述突起上，使得和/或允许套杆绕它的俯仰和拖曳铰接轴线枢转。通过右侧突起16d，并通过与上面对套杆17的突起17g的描述类似并与其互补的所述突起16d与轮子42和两个支座44之间的配合(图2中未示)，套杆17上的致动器24的杆28的动作与套杆16上的致动器24的相同杆28的动作同时发生。由此，通过分别由放置在套杆17任一侧的两个制动器——例如24和25——驱动的两个杆的同时动作，可获得套杆-如套杆17-的锁定(和逆向解开)。
自然，锁定俯仰和拖曳上的自由度要求每个套杆预先定位在一个预定的俯仰角上，例如具有零值，以便使两个支座44和轮子42的运动能与右侧突起16d相协调，且使两个支座46的运动与左侧突起17g相协调。
为使本发明容易理解，图3a和图3b中为了简化起见，突起16g和17d没有示出，分别显示了杆28处于锁定位置(在杆28沿着箭头J枢转后，旋翼处于飞行状态)及轮子42枢转后的解开位置(为了折叠)，此时在绕轴线29的方向F上，加入例如拖曳(entraining in drag)，通过对右侧突起16d的作用，套杆16随箭头G前进，直到它接触固定到轴毂15上的拖曳支座，由此保持拖动的所有套杆静止(锁定)，由此对称的锁定所有的旋翼叶片(在箭头H的方向上枢转套杆17，对套杆18和19也是一样的)。
在这些情况下，正如分别在对应的系列的支座44和46之间的右侧突起16d到19d一样，同时阻止左侧突起16g到19g中的每一个发生移动，由此确保套杆中的每一个都不能在俯仰方向上移动(锁定它们)，并且确保一旦完成折叠，旋翼的所有叶片在俯仰方向上都不能移动。
如上所述，通过使电动机30和用于杆28的驱动机构31沿预定方向枢转：用于锁定的F方向和用于解开的相反方向J，使致动器24的杆28绕轴线29枢转，这是锁定和解开旋翼的叶片支撑的铰接套杆所要求的。
为此，参考图2，通过相互啮合，电动机30的输出齿轮39枢转齿轮37。齿轮37固定到轴线34上带有一个螺旋杆36的轴35上，螺旋杆与固定在杆28上的驱动轴33上的另一个齿轮50啮合以使它绕轴线29枢转。能够看到，该机构引起相对于电动机30的转速降低。
当电动机30未通电启动时，来自旋翼10的振动传递到电动机30的转子上，并导致电动机30的输出齿轮39的“寄生”(不希望的)枢转。电动机这种不希望的转动转过几圈，通过驱动机构31(包括不可逆的传动机构36、50)，将导致杆28转过少许角度。
为了避免这种寄生枢转，两个磁体51、52固定到法兰38上，用于将电动机30安装在致动器24的机壳(图中未示)上，且两个磁体53、54固定到对着法兰的齿轮37的面上。
在这种构造中，如图4a和4b所示的，磁体53和54沿齿轮37的枢转轴线34处于径向相对的位置，磁体51和52同样的沿所述轴线处在径向相对的位置上。所有这些四个磁体位于离轴线相同距离的位置。
在这种构造中，枢转磁铁53不与静止的磁体51和52中的任一个相对。这同样应用在枢转磁体54中。因此，由于没有由磁体施加的吸力，就没有扭矩以阻止齿轮37和39的寄生枢转。
如果齿轮37在顺时针方向枢转四分之一圈的话，可以从图4a和4b中看到，磁体53将对着静止磁体52，磁体54将对着磁体51。由于这些磁体的磁极设置为使得静止磁体能吸引移动磁体，可以理解的是，在通过齿轮37的自由枢转而振动倾向于将这些磁体分离情况下，磁体52和53相互吸引。在磁体52和53之间的相互吸引将在齿轮37上生成一个回转扭矩，直到这两个磁体返回其对置位置，当轮子37在相同位置时，由于另两个磁体51和54之间的引力的存在使这个回转扭矩的值加倍。
自然，磁体大小为使得当它们成对的对置时，它们施加的磁力回转的总的“保持”扭矩要远小于当电动机30通电时的驱动扭矩。
本发明非常明确，通过测试显示：当叶片一锁定装置(其驱动机构具有不可逆连接)遭遇振动时，则在特定条件下，即使没有电流输入杆驱动致动器，振动可导致叶片-锁定杆枢转；即使这种杆的“寄生”回转值非常小，为了避免这种锁定杆的这种任意自由枢转，使用根据本发明的装置仍然是有利的。
由此本发明使得提供一种有效、轻质、紧凑并易于实施的用于锁定和解开套杆的结构成为可能。
毋庸讳言对于本领域的技术人员而言，能够实施对上述不同实施例的各种增加、删减或修改，无论是在结构元件的方面和功能构件的方面，其并没有超出本发明的范围。

Claims (10)

1. 一种用于锁定支撑结构(16-19)的设备，所述支撑结构用于将旋翼飞行器旋翼的可折叠叶片(11-14)固定到所述旋翼的轴毂(15)上，所述支撑结构相对于轴毂(15)在俯仰和拖曳方向上铰接，所述设备包括与每个叶片支撑结构相关的各个锁定装置并布置为能够使叶片支撑结构(16-19)的俯仰铰接相对于轴毂(15)锁定，并且还布置为能够相对轴毂(15)锁定叶片支撑结构的拖曳铰接，该锁定装置适于由旋转电致动器(30)和驱动机构驱动，该设备的特征在于：它还包括用于旋转电致动器或驱动机构的制动装置，在没有任何电流输入电动机时，防止在旋翼振动影响下所述致动器和驱动机构的转动，而在致动器(30)通电时，允许致动器(30)和驱动机构旋转，并且由致动器驱动的锁定装置的驱动机构是不可逆的。
2. 根据权利要求1所述的用于锁定支撑结构(16-19)的设备，其特征在于：所述制动装置通过磁效应而产生作用。
3. 根据权利要求2所述的用于锁定支撑结构(16-19)的设备，其特征在于：所述制动装置包括固定到致动器或驱动机构的静止部分的第一磁体(51)，和固定到致动器或驱动机构的移动部分的第二磁体(53)，在静止部分上的第一磁体的位置和在移动部分的第二磁体的位置为：在该致动器转动过程中，所述第一磁体和第二磁体能够彼此相对；这些磁体的极性为：当它们彼此相对布置时，它们相互彼此吸引，以便当它们从所述相对的位置移开时，产生制动转矩。
4. 根据权利要求3所述的用于锁定支撑结构(16-19)的设备，其特征在于：所述制动装置包括固定到静止部分的至少两个第一磁体(51、52)，所述静止部分例如为致动器的安装法兰(38)，并且包括固定到移动部分的至少两个第二磁体(53、54)，所述移动部分例如为使旋转致动器(30)能够驱动锁定套杆的齿轮(37)的杆(28)，该移动部分至少部分地延伸以便面向静止部分，第一磁体之间的间距对应于第二磁体之间的间距，使得分别由至少两对磁体中的每一对产生的制动扭矩是可以叠加的。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的用于锁定支撑结构(16-19)的设备，其特征在于：使致动器驱动锁定装置的驱动机构包括减速器。
6. 根据权利要求5所述的用于锁定支撑结构(16-19)的设备，其特征在于：所述减速器包括蜗杆和蜗轮(36、50)。
7. 根据权利要求1-4中任一项所述的用于锁定支撑结构(16-19)的设备，其特征在于：所述锁定装置包括锁定杆(28)，所述锁定杆(28)布置为使所述结构绕拖曳轴线枢转到一个拖曳锁定位置，在该拖曳锁定位置所述结构靠在固定到杆上的拖曳支座上，所述杆同时使得叶片支撑结构(套杆)绕俯仰轴线枢转到一个俯仰锁定位置，在该俯仰锁定位置所述结构靠在固定到两个相应杆上的两对俯仰支座(44、46)上。
8. 一种飞行器旋翼(10)，包括：
轴毂(15)；
多个可折叠叶片(11-14)，每个叶片通过支撑结构(16-19)固定到轴毂上，每个支撑结构包括俯仰铰链和拖曳铰链，使得每个支撑结构绕俯仰轴线和拖曳轴线相对于轴毂(15)铰接；
对应的锁定元件，其与每一个支撑结构相连并布置为能够使支撑结构中的一个结构的俯仰铰链锁定，并能使支撑结构中的一个结构的拖曳铰链锁定，所述锁定元件适于由旋转电致动器经由包括不可逆的减速器的驱动机构来驱动；
其特征在于，所述飞行器旋翼还包括：磁制动元件，其用于所述旋转电致动器或驱动机构上，以在没有任何电流输入电致动器时，防止所述致动器和驱动机构在旋翼振动的影响下的转动，而在致动器(30)通电时，使致动器(30)和驱动机构枢转。
9. 根据权利要求8所述的飞行器旋翼(10)，其特征在于：所述磁制动元件包括固定到致动器或驱动机构的静止部分的第一永久磁体(51)，和固定到致动器或驱动机构的移动部分的第二永久磁体(53)，在静止部分上的第一磁体的位置和在移动部分的第二磁体的位置为：在致动器枢转过程中，所述第一磁体和第二磁体能够彼此相对，而这些磁体的极性为：当它们相对彼此布置时，它们相互吸引，以便当它们从所述相对的位置移开时，传递一个制动转矩，该制动扭矩小于致动器的驱动扭矩。
10. 根据权利要求9所述的飞行器旋翼(10)，其特征在于：所述减速器是蜗杆和蜗轮减速器(36、50)，其中所述锁定元件包括枢转锁定杆(28)，所述枢转锁定杆布置为使支撑结构中的一个绕拖曳轴线枢转到一个拖曳锁定位置，在该位置所述结构靠在固定到杆上的拖曳支座上，该杆同时使得该支撑结构中的一个绕俯仰轴线枢转到一个俯仰锁定位置，在该位置所述结构靠在分别固定到两个杆上的两对俯仰支座(44、46)上。
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