CN101027215A - 紧凑倾转旋翼吊架转换驱动系统 - Google Patents

Abstract

一种具有机翼和由机翼承托的可转动的吊架的倾转旋翼机。可转动的吊架固牢于伸进机翼的吊架支承主轴。联杆将吊架支承主轴的径向部分连接于转动驱动器的径向部分，使得吊架支承主轴随着驱动器被转动而转动。

Description

紧凑倾转旋翼吊架转换驱动系统

技术领域

本发明涉及一种倾转旋翼机。具体地说，本发明涉及用于倾转旋翼机的紧凑吊架转换驱动系统。

背景技术

倾转旋翼机是传统直升机与传统螺旋桨飞机之间的混成物。典型的倾转旋翼机具有能够相对于飞机机身活动连接的转子系统。此活动连接部分称作吊舱。倾转旋翼机能够从直升机模式，此时飞机可以像直升机那样起飞、盘旋和着陆，转换到飞机模式，此时可以像固定机翼飞机那样向前飞行。

倾转旋翼机的设计遇到一些独特的问题，这些问题既不与直升机也不与螺旋桨飞机相关联。具体地说，倾转旋翼总成必须在直升机模式与飞机模式之间作铰链运动。为了在直升机模式与飞机模式之间从事转换，吊舱必须相对于机身转动。

本技术领域中已知利用直线驱动器，诸如螺旋千斤顶或液压千斤顶，以使吊舱相对于机身围绕转动点转动。直线驱动器往往体大笨重并伸出机翼或吊舱的蒙皮以外，需要伸出机翼或吊舱的优选空气动力形体之外的头罩。采用直线驱动器的另一缺点是，在系统运动的端部处需要很大的扭矩。大多数直线驱动器在整个运动范围内具有不变的扭矩，但配置成使得在运动范围的端部处具有最低的机械效益。因此，直线驱动器对于绝大运动范围来说要比所需要的为大，以使得它在端部处可以具有充分的大小。

尽管在倾转旋翼转换驱动系统领域已经具有重大的进展，但依然具有一些显著的缺点。

发明内容

需要一种倾转旋翼吊舱转换驱动系统，能够在运动范围的端部处提供所需的扭矩而同时又很紧凑。

因此，本发明的目的是提供一种能够在运动范围的端部处提供所需的扭矩而同时又很紧凑的倾转旋翼吊舱转换驱动系统。

为实现此目的，提供了转动驱动器与联动组件，以在将倾转旋翼机从飞机模式转换成直升机模式所需的有限运动范围内转动吊架或吊舱，反之亦然。吊架围绕吊架支承主轴转动，而转动驱动器带动平行于吊架支承主轴的驱动器主轴。吊架支承主轴由固实联杆连接于驱动器主轴。两根主轴直径的不同时现了在运动范围的端部处扭矩的增大，而固实联杆提供了运动范围的限制。

本发明提供了显著的优点，包括：(1)提供了紧凑的驱动系统，可以完全装放在机翼结构之内；(2)增大了运动范围的端部处的机械效益以适应应用需求；(3)严格限制了运动范围以防止严苛条件下过度伸展；以及(4)提供牢靠的支承以将吊架保持在系统已将吊架移入的任何位置上。

另外一些目的、特点和优点在以下的文字说明中将是显而易见的。

本发明特征的各种新颖特性叙述在所附各项权利要求中。

附图说明

本发明自身以及使用的优选模式和其另外的各项目的和优点，通过结合附图参照以下详细说明将会得到最好的理解，其中：

图1是在飞机模式下倾转旋翼机(tiltrotor aircraft)的透视图；

图2是在直升机模式下倾转旋翼机的透视图；

图3是装设有本发明实施例的吊架转换驱动系统的倾转旋翼机的左机翼端部的局部剖开视图，所示系统明处于转换模式下；

图4是处于转换模式下的图3的驱动系统的放大剖开视图；

图5是处于飞机模式下的图3的驱动系统在放大剖开视图；

图6是处于转换模式下的图3的驱动系统的放大剖开视图；

图7是处于直升机模式下的图3的驱动系统的放大剖开视图；

图8A是处于飞机模式下的如图5所示的系统联杆装置的示意图；

图8B是处于转换模式下的如图6所示的系统联杆装置的示意图；

图8C是处于直升机模式下的如图7所示的系统杆动装置的示意图；以及

图9是图3驱动系统的扭矩效益的曲线图。

具体实施方式

本发明发现，特定驱动器系统可以在使倾转旋翼机的吊架从飞机模式转动到直升机模式方面提供若干好处。本发明的驱动器系统特别适用于需要紧凑系统来维持机翼和吊架的空气动力形体的应用场合中。

参照图1，所示倾转旋翼机11处于飞机模式。具体地说，示于图1下的飞机11是无人驾驶飞行器(UAV)，与有人驾驶飞行器相反，并因此没有用于机上驾驶人员的配备。本发明并不限于无人驾驶飞行器，也可以用在有人驾驶飞行器上。飞机11具有机身13，带有从机身13伸出的机翼15。位于机翼15末端的是吊架(pylon)17，可以在机翼15末端上转过大约90°转角到大约100°转角的范围。在诸如飞机11等无人驾驶飞行器中，吊架17转子19提供可转动支承，而用以驱动转子19的发动机位于机身之内。在较大的倾转旋翼机中，诸如有人驾驶的倾转旋翼机，发动机可以位于吊架17中。当置于飞机模式下时，每一转子19的平面是大体上铅直的而每一吊架17是大体上水平的。虽然所示飞机11带有位于机翼15末端处的吊架，但也可以采用其他一些形态，诸如吊架可转动地连接于机身的形态。

现在参看图2，所示倾转旋翼机11处在直升机模式下。在直升机模式下，每一转子19的平面是大体上水平的，而每一吊架17是大体上铅直的。

现在参看图3，左机翼15的吊架端部以局部切除视图示出。所示机翼15中，吊架转换驱动系统21外露，而吊架17以虚线示出。吊架17处在转换模式下，换句话说，处在直升机模式与飞机模式之间。

现在参看图4，图3的左机翼15的吊架端部以切除视图示出，驱动系统21处在转换模式下。机翼15在结构上包括蒙皮23(示于图5至7)和结构肋25(为清晰起见在图4中局部除去)。吊架支承主轴27从机翼15端部穿过两个肋25。在支承主轴27通过各肋25的部位，轴承箱29支承着主轴27并允许主轴27围绕主轴轴线31轴向转动。主轴托架33设置在支承主轴27外围并为联杆37提供主轴连接点35。联杆37在主轴连接点35处可枢转地安装于主轴托架33。联杆37是刚性的弯曲构件，比起采用平直构件时可提供的运动行程，通过曲线允许运动范围发稍微增大。较高的托架33可允许采用较直的联杆37，但却是以失去紧凑性为代价。

联杆37在联杆37的一端处可枢转地安装于托架33，而联杆37的对置一端在驱动器连接点41处可枢转地安装于转动驱动器39。转动驱动器39在转动驱动器39的两侧由驱动器轴承43支承。驱动器轴承43由驱动器支座45(在图4中局部剖开)予以支承。驱动器支座45和驱动器轴承43支承转动驱动器39并允许转动驱动器39围绕驱动器轴线43转动，此轴线平行于主轴轴线31。转动驱动器39由电气驱动器驱动装置49予以驱动以围绕驱动器轴线47转动，可以采广为多样的各种类型的驱动器驱动装置49，包括利用液压动力或电机的驱动装置49。

现在参看图5，左机翼15的吊架端以剖开视图示出，驱动系统21处在飞机模式下而驱动器驱动装置49被拿掉。所示输入轴51从转动驱动器39伸过肋25以连接于驱动器驱动装置49(图5中未示出)。驱动器驱动装置49施加扭矩于输入轴51，后者经由齿轮减速系统(未画出)，诸如行星齿轮系统，连接于转动驱动器39。此齿轮系统倍增出自驱动器驱动装置49的输出扭矩值并允许使用较小的较低扭矩的驱动器驱动装置49。比如，齿轮系统可以提供轴51转数对转动驱动器39转数的比值为50∶1。

在图示实施例中，输入轴51延伸穿过机翼15的最末肋25而伸向吊架17。这样在吊架17都卸掉时可允许驱动器驱动装置49容易被接近。另外，输入轴51可以背离吊架17伸进机翼15，允许驱动器驱动装置49通过卸掉一部分蒙皮23而被接近。

继续参看图5，所示驱动系统2 1处于飞机模式下。转动驱动器39向前转动(自左机翼15末端来看为反时针)，使得联杆37基本上靠近主轴27的外围而主轴27被向前转动使得吊架17处在飞机模式下。

现在参看图6，左机翼15吊架端的剖开视图表明处在转换模式下的驱动系统21，处于飞机模式与直升机模式之间位置中的任一位置上。为了从示于图5的飞机模式移动到示于图6的转换模式，驱动器驱动装置49向输入轴51施加扭矩以围绕驱动器轴线47向后(由左机翼15末端看时为顺时针)转动转动驱动器39。这使得联杆37置于拉伸之下并从而在吊架支承主轴27上产生扭矩，围绕主轴轴线31向后(由左机翼15末端看时顺时针)转动吊架支承主轴27以将吊架17置于转换模式下。

现在参看图7，左机翼15吊架端的剖开视图表明处在直升机模式下的驱动系统21。为了从示于图6的转换模式移动到示于图7的直升机模式，驱动器驱动装置49向输入轴51施加扭矩以围绕驱动器轴线47更加向后(自左机翼15末端看时顺时针)转动转动驱动器39。这使得联杆37置于拉伸之下并从而在吊架支承主轴27上产生扭矩以围绕主轴轴线31更加向后(自左机翼15末端看时顺时针)转动吊架支承主轴27以使吊架17置于直升机模式下。

现在参看图8A、8B和8C，各自是吊架转换驱动系统21联杆装置的示意图。这些示意图都处于正交于主轴轴线31和驱动器轴线47的平面之内，主轴轴线31与驱动器轴线47是平行的，如上所述。因此，主轴轴线31与驱动器轴线47在图8A、8B和8C中都是用点来表示的。另外，主轴连接点35和驱动器连接点41表示为如上所述处于联杆37两端处的点。转动驱动器39围绕驱动器轴线47转动而吊架支承主轴27围绕主轴轴线31转动。驱动器连接点41围绕驱动器轴线47转动，而主轴连接点35围绕主轴轴线31转动。联杆37在主轴连接点35与驱动器连接点41之间保持一固定距离，从而导致主轴连接点35响应于驱动器连接点41的转动而转动，如图8A、8B和8C中所示。

图8A是飞机模式下驱动系统21联杆装置的示意图。转动驱动器39反时针转动，直至联杆37已经推动吊架支承主轴47反时针转动至飞机模式为止。

图8B是转换模式下驱动系统21的联杆装置的示意图。转动驱动器39正在转动，而联杆37正在使得主轴27在与转动驱动器39相同的方向上转动。与图8A相比，转动驱动器39已经顺时针转动，从而导致主轴27朝向直升机模式顺时针转动。与图8C相比，转动驱动器39已经反时针转动，从而导致主轴27朝向飞机模式反时针转动。

图8C是转换模式下驱动系统2 1的联杆装置的示意图。转动驱动器39顺时针转动，直至联杆37已经拉动吊架支承主轴27顺时针转动而进入直升机模式为止。

重要的是指出，吊架转换驱动系统21的所有细部图纸都针对布置在飞机11左机翼15上的驱动系统21。应当理解，驱动系统21同等适用于安放在飞机11右机翼15上，而且右机翼15上的驱动系统21将是左机翼15上驱动系统21的镜像，以及在各种模式之间移动驱动系统21所需的转动方向将与在此所述者相反。

现在参看图9，图线表明相应于示于图3至8C中的实施例的扭矩比值曲线53。此扭矩比值曲线53是以Y轴55上的扭矩比值和X轴57上的转换角度作出的。扭矩比值是施加于吊架支承主轴27的扭矩除以施加于转动驱动器39的扭矩。因此，大于1.0的扭矩比值表明系统中的正机械效益。转换角度是吊架支承主轴27的相对位置。“0”转换角度表明吊架17处在飞机模式下，而“90”转换角度表明吊架17处在直升机模式下。扭矩比值曲线53清楚地表明以上实施例在运动的全部范围内提供了机械效益，而此效益相关于吊架支承主轴27的较大直径对驱动主轴39的较小直径的比值。更为重要的是，扭矩比值在运动范围的端部处，亦即，接近“0”度和“90”度处，增大，而这种扭矩比值的增大表明在最需要机械效益的地方机械效益增大。

一如上述，吊架17可以在机翼15端部之外的部位处可转动地装接于飞机11。比如，吊架可以装接于机身或可以位于机翼15的内侧部位。另外，虽然联杆37表示为刚硬的杆状构件，但其他各种类型的联动装置，诸如带或链条，可以用以将转动驱动器39联接于吊架支承主轴27。

显然，已经说明和图示了一种具有多项显著优点的发明。虽然本发明以有限的形式予以说明，但它不限于仅仅这些形式，而是在不脱离其精神的情况下可以修改成多种变更和改进形式。

Claims (16)

1.一种倾转旋翼机，包括

机翼；

由所述机翼承托的可转动的吊架，所述吊架固定于伸进所述机翼的吊架支承主轴；

转动驱动器；以及

联杆，将所述转动驱动器的径向部分连接于所述吊架支承主轴的径向部分，使得所述吊架支承主轴随所述转动驱动器的转动而被转动。

2.按照权利要求1所述的倾转旋翼机，其中所述转动驱动器的径向部分的径向长度小于所述吊架支承主轴的径向部分的径向长度。

3.按照权利要求1所述的倾转旋翼机，其中所述联杆是弯曲的。

4.按照权利要求1所述的倾转旋翼机，其中所述吊架支承主轴的径向部分是装接于所述吊架支承主轴的托架，所述联杆可枢转地装接于所述托架。

5.按照权利要求1所述的倾转旋翼机，其中所述转动驱动器包括驱动器主轴，所述转动驱动器的径向部分位于所述驱动器主轴上。

6.按照权利要求5所述的倾转旋翼机，其中所述吊架支承主轴的转动轴线和所述驱动器主轴的转动轴线基本平行。

7.一种倾转旋翼机，包括：

至少一部机翼；

由所述至少一部机翼承托的吊架，此吊架固定于伸进所述至少一部机翼的吊架支承主轴；

位于所述机翼内的驱动器主轴；以及

具有第一端部和第二端部的联杆，所述第一端部可枢转地装接于所述吊架支承主轴的径向部分，而所述第二端部可枢转地装接于所述驱动器主轴的径向部分。

8.按照权利要求7所述的倾转旋翼机，其中所述吊架支承主轴具有一直径，而所述驱动器主轴的直径小于吊架支承主轴的直径。

9.按照权利要求7所述的倾转旋翼机，其中所述联杆是弯曲的。

10.按照权利要求7所述的倾转旋翼机，其中所述吊架支承主轴的径向部分是装接于所述吊架支承主轴的托架，所述联杆可枢转地装接于该托架。

11.按照权利要求7所述的倾转旋翼机，还包括：

转动驱动器，装接于所述驱动器主轴用于向所述驱动主轴施加扭矩。

12.按照权利要求7所述的倾转旋翼机，其中所述吊架支承主轴的转动轴线和所述驱动器主轴的转动轴线基本平行。

13.一种转动倾转旋翼机上的吊架的方法，其中所述吊架刚性地装接于吊架支承主轴，所述方法包括以下步骤：

选择性地转动驱动器主轴；以及

利用将所述驱动器主轴连接于所述吊架支承主轴的联杆转动所述吊架支承主轴，所述驱动主轴选择性地转动以将所述吊架定位在预期的角度方位上。

14.一种用于倾转旋翼机上的吊架的驱动系统，该系统包括：

用于刚性地支承所述吊架的吊架支承主轴；

转动驱动器；

联杆，将所述吊架支承主轴的径向部分连接于所述转动驱动器的径向部分，使得所述转动驱动器的转动导致所述吊架支承主轴的转动。

15.按照权利要求14所述的驱动系统，其中所述转动驱动器包括驱动器主轴；以及

其中所述转动驱动器的径向部分位于所述驱动器主轴上。

16.一种用于倾转旋翼机的可转动吊架的驱动系统，该系统包括：

与所述可转动吊架操作连接的第一曲柄，第一曲柄具有径向臂；

与驱动器操作连接的第二曲柄，第二曲柄具有径向臂；以及联杆，将所述第一曲柄的臂连接于所述第二曲柄的臂，其中操作所述驱动器导致所述吊架的转动。

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