CN101219710B - 一种用于旋翼飞机的带有磁阻尼器的机械传动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种旋翼飞机传动系统，其包括一传动轴(21)和围绕轴延伸并与轴产生径向间隙(33)的有源磁阻尼器的电磁感应件(30，31)。该系统进一步包括一围绕轴延伸并与轴产生比上述径向间隙小的径向间隔(29)的附加径向阻尼器(35)，这样如果有源磁性阻力器失败，轴相对于其自身轴线(22)的径向位移至少部分被附加径向阻尼器抑制，所以可以限制和避免感应件的损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括磁阻尼器的旋翼飞机传动系统，并且涉及一种包括这样系统的旋翼飞机。
本发明的技术领域是直升飞机制造领域。
本发明特别涉及一种传动系统，该传动系统包括具有两纵向端部的传动轴，其中连接件如可变形的耦合件安装在轴的每一端部，该两连接件用于将轴连接至旋翼飞机的两各自旋转件如主齿轮箱(MGB)和尾部螺旋浆齿轮箱(TRG)上，从而使轴经MGB通过TRG的方式驱动旋翼飞机的后部或“尾部”转动体。
背景技术
专利FR2817234和US6680554描述了在旋翼飞机的两个齿轮箱之间的动力传动系统，该系统包括一作为传动轴的(空心)管。
当相应于轴的旋转速度(在它的正常工作范围)的频率比轴的最低共振(自然)频率高时，该轴被认为是“超临界的”。
有源磁阻尼器位于两齿轮箱之间；该阻尼器通过计算机控制，该计算机利用了传感器传递来的响应于轴的侧向的(径向)位置的信号并且其包括一当轴的振动超过共振频率时用来抑制轴振动的比例积分微分(PID)调整器。
磁阻尼器对应于有源径向磁轴承，该有源径向磁轴承具有足够低的硬度以避免轴的自然频率改变大于3％，并且相对于轴具有3毫米(mm)至4mm的间隙。
特别由于有源磁轴承的硬件和软件组件的复杂和临界的特征，在旋翼飞机上装配这些组件需要大量的研制费用才能使它们合格和有保证。
专利EP1068665 et US6268676描述了一种包括无源径向磁轴承的轴支撑系统，其中磁性定子部件(也就是，非转动部件)通过四个弹性阻尼器连接到一支撑体上。
这种系统的质量和稳定性使其难以用于支撑旋翼飞机的传动轴。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种至少部分改进和/或矫正已知装置的短处或缺点的机械传动装置或系统。
除非明确地或含蓄地阐述相反的情况，在本申请中，“径向的”或“径向地”这样的术语是相对于传动轴的纵向轴线(旋转)。
一方面，本发明提供了一种旋翼飞机传动系统，其包括传动轴和有源磁阻尼器的电磁感应件，其中传动轴通过两个非磁性轴承被特别安装成相对于旋翼飞机旋转，而有源磁阻尼器的电磁感应件围绕轴延伸，并与轴配合确定径向间隙，该系统进一步包括一附加的-通常为非磁性的-径向阻尼器-下面称之为NMRD-，该附加的径向阻尼器围绕轴延伸(非接触)，并与轴产生比上述径向间隙小的径向间隔，这样如果有源磁阻尼器失败，轴相对于其自身理论上/名义上的轴线的径向位移被附加的径向阻尼器抑制(至少部分)，所以可以限制和避免感应件的损坏。
NMRD包括“定子”第一部件，其被布置成通过有源磁阻尼器的定子部件适当固定在旋翼飞机的构件上。
NMRD进一步包括“浮动”第二部件，其相对于第一部件可径向运动，并环绕轴且与轴之间相隔上述径向间隔，该第二部件优选形成大致环状或环形形状。
NMRD也包括一阻尼器装置，其使上述两部件相互连接并且抑制第二部件相对于第一部件的运动动。这个装置提供的阻尼由固体/固体摩擦力产生，或由任意粘性液体/固体摩擦力产生，特别地由各自连接到NMRD的两部件的零件表面间的干摩擦产生。
相互连接NMRD的上述两部件的该装置的(径向)硬度很低，特别是基本为0，并且优选地是正好足够用来支撑浮动部分的重量，也就是，几十或几百克。
该装置的阻尼系数优选高，特别地是与磁阻尼器的阻尼系数具有相同数量级。
用牛顿秒每米(Nsm-1)表示的NMRD的该阻尼装置的阻尼系数的数值优选为大约100至大约5000，而磁阻尼器装置的阻尼系数为大约100Nsm-1至大约1000Nsm-1。
通过实例的方式，给出了具有等于约150000Nm-1径向硬度的摩擦阻尼器具有等于800Nsm-1的径向阻尼系数和磁性阻尼器具有等于400Nsm-1的径向阻尼系数的满意结果。
在一优选实施例中，磁阻尼器的阻尼系数(在Nsm-1)与磁阻尼器的硬度(牛顿每米)的比值为大约10-3s至大约10-2s的范围内。
附图说明
结合附图，在下面的描述的优选实施方式中出现的本发明其它观点、特征和优点没有任何限制性质。
图1是本发明的包括磁性阻尼定子和固定在定子上的两摩擦阻尼器的装置、以及被阻尼器围绕的传动轴的一段的示意性透视图；
图2是图1中II-II向的视图，也就是，该装置沿包含传动轴的旋转轴线的“径向”平面的截面图。
图3是如图1、2和4-7中所示的本发明的系统的摩擦阻尼器的部分截面图，详细显示了摩擦表面的位置。
图4示出了本发明的一系统的摩擦阻尼器的不同实施例。
图5是图1和2中的摩擦阻尼器的浮动和/或移动部件的分解简化透视图。
图6和7示出了图1-5中所示的摩擦阻尼器的摩擦表面的相对运动。
图8示出了本发明的传动系统和如何在旋翼飞机上集成该传动系统。
具体实施方式
具体参照图1-8，本发明的阻尼器装置20被布置成用来抑制沿纵向轴线22延伸的传动轴21的径向振动，纵向轴线22也是阻尼器装置20的旋转轴线。
参照图8，轴21通过第一等速度耦合器26连接至MGB24的输出轴23上，MGB24被固定在旋翼飞机的构件25上。
同样的方式，轴21通过第二等速度耦合器27连接至TRG29的输入轴28，TRG29被固定在旋翼飞机的尾桁。
装置20包括固定在旋翼飞机的构件上的电磁感应件30、31，并且装置20被设计成以这样的方式供给其动力，使得装置20能产生随着时间改变的电磁场，从而抑制被感应件围绕的轴的部分中的径向振动。
为了达到这个目的，轴21的外部部分或表面由铁磁性材料制成；在图8所示的实施例中，轴具有一环形的铁磁性元件32，该环形元件32环绕与感应件对齐延伸的轴的部分并被强制同该部分一起旋转。
在环32的外表面和感应件的内表面34之间的空间对应于比如接近1mm或2mm的径向间隙33。
图8所示的装置20还包括一机械阻尼器35，该机械阻尼器35既包括连接至构件25的定子部件36，又包括相对于定子部件可动地和/或可浮动地安装的部件37。
图8中的浮动部件37形成为环形，并环绕轴21的一部分；部件37具有一基本与轴21共轴的圆柱形内表面38，内表面38的直径与轴21的直径配合产生的径向间隔39的值比间隙33的值小，例如，接近间隙33的一半。
环37也具有一平面40，平面40基本垂直于圆柱形表面38的轴线(相应地也垂直于轴21的轴线22)。
定子部件36具有一环绕轴21的平面41，该平面41与浮动环37的面40对齐。
一弹簧42保持环37的面40压向定子支承件36的面41。
在轴21和阻尼器35的定子36之间产生的径向间隙99比径向空间39大。
这样，当轴21与环37的面38接触并且径向运动抵靠在支承面41上的环时，摩擦力对抗相互挤压的面40和41之间的相对位移，因此抑制轴21的径向位移。
为了方便传动轴周围的浮动环的啮合，环可以用图5中的分解图所示的浮动结构48代替。
浮动结构48包括两部分37a和37b，它们通常形成为相同的半环，并特别通过两个管状套管46和47彼此相互固定。
每个部分37a和37b包括弧形本体49，弧形本体49的两端终点上具有各自的环形形状的垫50至53。
每个垫(比如50)被穿孔54，孔54的轴线为44(或45)，并且每个垫具有垂直于轴线44的两个平行平面55、56。
为了使两部分37a、37b彼此相互固定，如图5所示，使这些部分沿箭头57、58朝彼此相对移动，同时保证它们的轴线44、45与组件的对称轴线43平行，而且每个套管46、47部分地与成一直线的这些相应的孔54啮合。
这种装配结构具体如图1和2所示，其中可以看出垫50至53的厚度接近于浮动零件37a、37b的本体49的厚度的一半。
从图1和图2中可看出包括感应件的磁阻尼器具有外形大致相同的两个部分60、61，这两个部分大致沿包含轴21的轴线22的径向平面62相互接触；这两个部件通过可分离的连接件(未示出)比如螺栓相互固定在一起，这样使得轴承和/或磁性阻尼器更容易装配和/或拆卸。
从图1和图2中也可看出，阻尼器系统具有两个相同的机械(摩擦)阻尼器35，它们位于磁性阻尼器的定子60、61的每一边。
每个阻尼器35的定子部件具有各自盘的中心开口的两对板63至66，两杆67、68具有平行于轴线21并位于径向平面69中的各自轴线144、145，其中该径向平面69与平面62垂直并包含轴线21；杆67、68分别固定在磁性阻尼器的定子部件60、61上。
该定子部件也包括用于每个杆67、68的弹簧垫圈70和螺母71。在图1和图3中的不同的形式中，螺旋弹簧72代替了垫圈。
如图1至图3所示，每个杆连续延伸穿过板63、65，并穿过第二板64、66以及垫圈70(或弹簧72)，其中板63、65通过套管46、47中的一个压靠在定子60、61上，用于同轴固定浮动垫50-53。
螺母71旋入每个杆自由端的螺纹中，并通过弹簧或垫圈抵靠在板64、66上，这样垫(比如50和52)也因此在两板(比如63和64)之间被稍微夹紧。
图3和5具体示出了环形表面73，由此每个浮动垫抵靠在相应的定子板(63至66)上。
通过调节相应杆67、68上的“预压”螺母71的位置，使阻尼器35的每个浮动组件通过四个摩擦表面73轻轻抵靠在定子板上。
这种轻微支撑力可使垫50至53带有摩擦在板63至66上滑动，并且特别地是平移滑动(在径向平面)如图6箭头74和75所示。
垫相对于板的这种运动是由抵靠在浮动弧37a、37b的内圆柱形面38、38a、38b上的轴21引起的。这种运动可能是由套管46、47的内径和杆67、68的外径的间隙产生的。
这种运动可使垫从图7所示的最初的“中心”位置移动到图6所示的非中心位置，其中在图7所示的位置上垫的轴线44与杆(在图2中由67或68表示)的轴线144一致，而在图6所示的位置上上述两个轴线不再一致。
很容易理解将机械阻尼器的浮动元件形成为至少两个部件，可以更易于安装和拆卸阻尼器35和/或轴21。
图4示出了这种阻尼器的不同的实施例，在该实施例中两个浮动弧或半圈80和81首先通过螺栓82相互固定在一起，其次通过套管将它们的垫50、52装配在一起，垫50、52沿轴线44重叠。
在这种结构中，其中的一个垫(比如50)抵靠在固定于旋翼飞机构件的板83上，而另一个固定到弧80上的垫85沿轴线45抵靠在同样固定到旋翼飞机构件的第二板84上。不同于附图1、2和5的实施例，很容易看出摩擦垫50、52和85不是直接相对的。
Claims (16)
1.一种旋翼飞机传动系统，其包括一传动轴(21)和围绕轴延伸并与轴配合产生径向间隙(33)的有源磁阻尼器的电磁感应件(30，31)，该系统的特征在于其进一步包括一围绕轴延伸并具有比径向间隙小的径向间隔(29)的附加径向阻尼器(35)，这样如果有源磁阻尼器失败，轴相对于其自身轴线(22)的径向位移至少部分被附加径向阻尼器抑制，因此可以限制和避免感应件的损坏；
所述附加径向阻尼器是非磁性径向阻尼器。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，附加径向阻尼器包括定子部件(36)、浮动部件(37)以及摩擦阻尼器装置，其中定子部件(36)固定于旋翼飞机的构件(25)上，浮动部件(37)可相对于定子部件径向移动，并环绕轴具有所述径向间隔，摩擦阻尼器装置使所述两部件相互连接并且抑制它们之间的相对运动。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，附加径向阻尼器的阻尼系数与磁阻尼器的阻尼系数具有相同的数量级。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，浮动部件的形状为环圈形或环面形。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，浮动部件包括通过连接件(46、47)相互连接的多个浮动零件(37a、37b)。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，附加径向阻尼器产生的阻尼是由垫(50至54)的环形表面(40、73)与盘(63至66)的表面(41)之间的摩擦力产生，所述垫(50至54)连接到浮动部件(37)上或与之成一体，盘(63至66)连接到定子部件上或与之成一体。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，附加径向阻尼器的定子部件被设计成通过有源磁阻尼器的定子部件固定在旋翼飞机的构件上。
8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，具有感应件的有源磁阻尼器的定子部件包括至少两个通过可分离的连接件固定的壳体形式的零件(60、61)。
9.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，传动轴(21)的外部分或表面由铁磁性材料制造。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，传动轴包括一环绕传动轴的一部分的环状形状的铁磁性元件(32)，所述传动轴的所述一部分与感应件对齐延伸。
11.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，附加径向阻尼器的阻尼系数的值为大约在100Nsm-1至大约5000Nsm-1的范围。
12.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，有源磁阻尼器的阻尼系数的值在大约100Nsm-1至大约1000Nsm-1的范围。
13.根据权利要求1-2中任一项所述的系统，其特征在于，有源磁阻尼器的阻尼系数(Nsm-1)与有源磁阻尼器的硬度(牛顿每米)的比值在大约10- 3s至大约10-2s的范围。
14.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，摩擦阻尼器装置的径向硬度足够支撑浮动部件的重量。
15.一种包括根据权利要求1-2中任一项所述的系统的旋翼飞机。
16.根据权利要求15所述的旋翼飞机，其特征在于，传动轴(21)通过耦合件(26、27)连接到输出和输入轴(23，28)上，所述输出和输入轴(23，28)通过非磁性轴承安装成可相对于旋翼飞机旋转。
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