CN101264799A - 用于旋翼飞机的无轴承旋翼的旋翼桨叶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于旋翼飞机的无轴承旋翼的旋翼桨叶，包括：沿桨叶半径方向看的内侧旋翼桨叶区段，它具有拍击和摆振柔性的旋翼桨叶连接区域；沿桨叶半径方向延伸的翼梁；以及起空气动力作用的旋翼桨叶翼型，具有沿桨叶纵深方向看形成了翼梁的前部翼型区域和后部翼型区域。在内侧旋翼桨叶区段的区域中，翼梁和前部翼型区域是扭转柔性的，而后部翼型区域是扭转刚性的，且在桨叶根部区域之外沿桨叶半径方向看，承担柔性梁功能的前部翼型区域首先完全与承担控制罩功能的后部翼型区域分隔开，并且翼梁和前部翼型区域的扭转柔性的构造随着桨叶半径方向的增加而减小，并且在内侧旋翼桨叶区段之外，翼梁连同前部翼型区域和后部翼型区域一起分别是扭转刚性的。

Description

用于旋翼飞机的无轴承旋翼的旋翼桨叶

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1所述的用于旋翼飞机的无轴承旋翼的旋翼桨叶或者可调螺旋桨。

背景技术

已公开一些用于旋翼飞机且主要由纤维复合材料制成的旋翼桨叶。这些旋翼桨叶在旋翼飞机运行时向不同的方向偏转，并且因此承受很大载荷。为此无轴承旋翼的旋翼桨叶在其朝向旋翼头的内侧端部上包括构造成弯曲柔性和扭转柔性的结构部件，称作柔性梁。该柔性梁允许拍击方向或者摆振方向的运动，并且允许绕扭转轴的角度偏转。此外该柔性梁还将旋翼桨叶的离心力传递到旋翼头上。柔性梁的扭转柔性构造区域位于扭转刚性构造的控制罩(Steuertuete)之内。通过这个控制罩将控制运动引导到旋翼桨叶的产生升力的桨叶区域。例如在DE 199 15 085A1中公开了这样一种用于无轴承旋翼的旋翼桨叶。

其中，包围着柔性梁的控制罩导致在这个区域中旋翼桨叶加厚，这造成空气动力阻力的增加，这种情况证明是不利的。此外，由于包封的控制罩使得柔性梁难于检查。此外还有加工方面的缺陷，因为柔性梁是内置的，并且控制罩难于同时加工。必须通过附加措施防止水分无意地渗入到控制罩中，并且从那里渗入到空气动力成型的桨叶区域的支撑泡沫中。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于旋翼飞机的无轴承旋翼的旋翼桨叶。这种旋翼桨叶具有更加有利的空气动力特性，维修简单，并且所要求的制造费用较低。

这个任务通过权利要求1的特征得以完成。

从属权利要求组成本发明的一些有利的改进方案。

根据本发明用于旋翼飞机的无轴承旋翼的旋翼桨叶包括：沿桨叶半径方向看的内侧旋翼桨叶区段，该内侧旋翼桨叶区段具有构造成拍击和摆振柔性的(schlag-und schwenkweich)旋翼桨叶连接区域；桨叶根部区域，沿桨叶半径方向延伸的翼梁；以及起空气动力作用的旋翼桨叶翼型，它具有沿桨叶纵深方向看带有翼梁且构造为空心体的前部翼型区域和后部翼型区域。其中，在内侧旋翼桨叶区段的区域中，翼梁和前部翼型区域构造成扭转柔性的，而后部翼型区域构造成扭转刚性的，并且在桨叶根部区域之外沿桨叶半径方向看，承担着柔性梁功能的前部翼型区域首先完全地与承担着控制罩功能的后部翼型区域分隔开，并且随着桨叶半径方向的增加，翼梁和前部翼型区域的扭转柔性构造以及在前部翼型区域和后部翼型区域之间的分隔不断地减小，并且在内侧旋翼桨叶区段之外，前部翼型区域和后部翼型区域构造成封闭的扭转刚性的翼型。

通过根据本发明的旋翼桨叶构造，以有利的方式使按空气动力学成型的桨叶区域直接过渡到构造成扭转柔性的且承担着柔性梁功能的桨叶区域，并且过渡到构造成扭转刚性的且承担着控制罩功能的桨叶区域。这就是说，具有目前为止的柔性梁的扭转弹性(drillelastisch)特性的前部翼型区域以及承担着控制罩功能的后部翼型区域，分别是起空气动力作用的旋翼翼型的一部分。不再要求设置和构造单独的控制罩。其结果是根据本发明的旋翼桨叶具有改进的空气动力特性。其它的优点产生自制造方面，因为现在翼型可在一道工序中由模型以较少的制造费用制造。此外也保证了一种简单了的维修，因为具有柔性梁的扭转弹性特性的前部翼型区域和承担着控制部件功能的后部翼型区域作为空气动力旋翼桨叶翼型的一部分更容易接近和检查。此外，通过根据本发明的旋翼桨叶的构造和由此产生的取消控制罩，现在可以将扭转柔性区域沿桨叶半径方向看构造得更长一些，而不必忍受空气动力学方面的缺点。

根据本发明的实施方式，内侧旋翼桨叶区段具有第一部分区域和沿桨叶半径方向看和该第一部分区域相连接的第二部分区域。在第一部分区域中，后部翼型区域构造为封闭的翼型，该封闭的翼型具有沿桨叶纵深方向看前部的分隔皮带，并且通过在该分隔皮带和翼梁之间设置的空隙完全地和前部翼型区域分隔开。在第二部分区域的开端，前部翼型区域和后部翼型区域借助于蒙皮带在它们的翼型顶面中彼此连接。随着翼型半径的增加，该分隔皮带具有拱形构造，该拱形构造带有拱顶和配属于前部翼型区域和后部翼型区域的侧边，其中，构造成拱形的分隔皮带的拱顶高度随着桨叶半径的增加而减小。分隔皮带的具有配属于前部翼型区域和后部翼型区域的侧边的拱形构造意味着，分隔皮带在第二部分区域中融合到下翼型蒙皮中，或者是形成翼型蒙皮的一部分。这就是说，拱形构造可以理解为下蒙皮的“凹陷”。随着翼型半径的增加，该凹陷不断地减小，并且在内侧旋翼桨叶区段之外完全消失。

为在前部翼型区域和后部翼型区域借助于蒙皮带彼此连接的过渡区域中实现翼型的可变扭曲，蒙皮带为弯曲柔性构造。弯曲柔性构造的蒙皮带代替分立的铰链，它可以理解为一种“弹性的”襟翼。具有弯曲柔性构造的蒙皮带的过渡区域是一种方案。本构思也可在没有这种弹性蒙皮带的情况下实现功能。然后后部翼型区域用肋条和C型的扭转柔性的前部区域连接。

优选地沿桨叶半径方向看，在内侧旋翼桨叶区段的第一部分区域的开端，后部翼型区域具有比旋翼桨叶翼型更大的横截面积。它有这样的效果，即在这个形成连接区域的区段中明显地提高扭转刚度。此外通过扩大横截面积可提供足够的结构空间供控制杆的铰接使用。

优选地后部翼型区域构造为夹层结构。也就是说，后部翼型区域和空气动力成型的旋翼桨叶的结构没有原则性的不同。因为后部翼型区域不是空心的，所以通过这一措施可以省却为在载荷情况下保持横截面的一些措施。在载荷下横截面的变形会降低扭转刚度。

有利地，在空隙和/或由于构造成拱形的分隔皮带而在下蒙皮中形成的空隙上设置遮盖物。在空隙和/或在下蒙皮中形成的空隙上设置遮盖物有如下的作用，即通过此措施保证有改进的空气动力特性。

优选地翼梁和拍击和摆振柔性的旋翼桨叶连接区域为整体构造。事实证明整体构造是有利的，因为通过此措施可简化制造。

根据本发明的特别优选的方案，在内侧旋翼桨叶区段的区域内翼梁为C形构造，且具有前端区域以及上凸缘和下凸缘，其中，为了有更大的扭转柔性，凸缘可以开缝。

优选地，C形的翼梁具有至少一个模制在前端区域上的并且布置在上凸缘和下凸缘之间的另一凸缘。沿桨叶纵深方向看，该凸缘的长度随着桨叶半径的增加而不断的减小。这样按照一种简单的方法和方式就保证了沿桨叶半径方向看，翼梁的一种扭转刚性增加的构造。

根据本发明的另一实施方式，在桨叶根部区域中C形的翼梁构造成无前端区域的。C形翼梁的无前端区域构造具有如下的效果，由扭转柔性横剖面而变成扭转柔性的且无弯曲扭转的(woelbtorsionsfrei)横截面。这种有点变差的空气动力特性在这个区域内由于流动速度较小而对旋翼桨叶的影响较小。

在这种情况中，优选地给桨叶根部区域装上具有C形横截面的短管。这个具有C形横截面的短管，一方面用作翼梁的最内侧的无弯曲扭转的空气动力的罩体，另一方面用作在连接区域中加强扭转刚度，并且也以有利的方式使得容纳摆振阻尼器和容纳用于后部翼型区域的转动铰链成为可能。

从下述说明，并结合在附图中所示的实施例可得到本发明的其它优点、特征和用途。

附图说明

下面借助于在附图中所示的实施例对本发明进行更加详细的说明。

在说明书、权利要求书、说明书摘要和附图中使用的是在附图标记表中所使用的概念和配属的附图标记。

这些附图是：

图1：根据本发明的旋翼桨叶的第一实施例的俯视图，其用于直升机的无轴承旋翼；

图2：图1所示旋翼桨叶的内侧旋翼桨叶区段的不同翼型剖面；

图3：图1所示旋翼桨叶的内侧旋翼桨叶区段的第二部分区域的其他翼型剖面；

图4：根据本发明的旋翼桨叶的另一实施方式的俯视图；

图5：图4所示旋翼桨叶的内侧旋翼桨叶区段的不同翼型剖面；

图6：图4所示旋翼桨叶的内侧旋翼桨叶区段的第二部分区域的其他翼型剖面。

附图标记表

10    旋翼桨叶

12    内侧旋翼桨叶区段

14    旋翼桨叶连接区域

16    内侧旋翼桨叶区段的第一区域

18    内侧旋翼桨叶区段的第二区域

20    翼梁

22    翼型

24    前部翼型区域

26    后部翼型区域

28    分隔皮带

30    空隙

32    蒙皮带

34    拱顶

36    侧边

38    侧边

40    遮盖物

42    前端区域

44    上凸缘

46    下凸缘

48    另一凸缘

50    桨叶根部区域

52    具有C形横截面的管

T     桨叶纵深方向/翼型纵深方向

L    桨叶半径

具体实施方式

在下述说明和附图中只要没有必要再细区分，为了避免重复起见相同的结构部件和元件也用相同的附图标记进行标记。

图1简图示出整体用附图标记10表示的旋翼桨叶的俯视图，其用于直升机的无轴承的旋翼。

从旋翼桨叶10中主要示出从桨叶半径方向L看内侧的旋翼桨叶区段12，它具有构造成拍击和摆振柔性的旋翼桨叶连接区域14。内侧旋翼桨叶区段12在它这一侧具有第一部分区域16和从桨叶半径方向L看与其相连接的第二部分区域18。

以已公开的方式和方法，旋翼桨叶10具有沿桨叶半径方向L延伸的翼梁20和起空气动力作用的翼型22。在这种情况中翼梁20和旋翼桨叶连接区域14为整体构造，也就是说，沿桨叶半径方向L看旋翼桨叶连接区域14融合到翼梁20中。

在内侧的旋翼桨叶区段12的区域中，起空气动力作用的翼型22具有从桨叶纵深方向T看形成了翼梁20的且构造为空心体的前部翼型区域24和构造为泡沫夹层的后部翼型区域26，参看图2和图3。在这种情况中在内侧旋翼桨叶区段12的区域中，翼梁20和形成了翼梁20的前部翼型区域24构造为扭转柔性的，而后部翼型区域26构造为扭转刚性的。翼梁20和形成了翼梁20的前部翼型区域24的扭转柔性的构造随着桨叶半径L的增加而减小。在内侧的旋翼桨叶区段12之外，翼梁20、形成了翼梁20的前部翼型区域24和后部翼型区域26分别构造为扭转刚性的，并且形成了空气动力成型的桨叶区域，参见翼型剖面E-E。

特别是从图2可以看出，请参见翼型剖面C-C，在内侧旋翼桨叶区段12的第一部分区域16中，扭转柔性的后部翼型区域26构造成封闭的翼型，该封闭的翼型具有在翼型纵深方向T看前部的分隔皮带28。通过空隙30，后部翼型区域26完全和扭转柔性的前部翼型区域24分隔开。也就是说，在第一部分区域16中，从第一部分区域16的由桨叶半径方向L看外侧的开端向内延伸有两个分隔开的翼型，即前部翼型区域24和后部翼型区域26。

在内侧的旋翼桨叶区段12的第二部分区域18中，请参见剖面D-D，前部和后部翼型区域24、26首先仅借助于弹性的蒙皮带32在它们的翼型顶面彼此连接。此外，特别是从图3中可以看出，在第二部分区域18中随着桨叶半径L的增加，前部分隔皮带28具有拱形构造，该拱形构造带有拱顶34以及配属于前部翼型区域24和配属于后部翼型区域26的侧边36、38，请参见翼型剖面E₃-E₃。

此外从翼型剖面E₃-E₃中还可看出，现在拱形的分隔皮带28形成了下部翼型蒙皮的一部分，也就是说拱形构造可以理解为下部蒙皮的“凹陷”。

从其它的翼型剖面E₂-E₂、E₁-E₁中可以看出，拱顶高度或者凹陷的深度桨叶纵深方向T的增加而连续地减小，这样在内侧翼型区段之外，翼型剖面E-E具有均质的翼型。

为了减小由于在下蒙皮中的凹陷所引起的空气动力的缺点，在该凹陷上或者在拱形构造的分隔皮带28的相应区域上设置遮盖物40。

在内侧旋翼桨叶区段12中，扭转柔性的翼梁20基本为C形构造，且具有前端区域42、上凸缘和下凸缘44、46以及在上凸缘和下凸缘之间设置的另一凸缘48。另一凸缘48的从桨叶纵深方向T看的长度随着桨叶半径L的增加而不断地减小。在内侧旋翼区段12之外，另一凸缘48的长度完全地消失，也就是说存在具有C形横截面的翼梁，该翼梁的壁厚沿桨叶半径方向L看现在保持恒定，请参见剖面E-E。

为了在旋翼桨叶连接区域14中将到目前为止的不是无翘曲扭转的且具有C形横截面的翼梁20也构造成无翘曲扭转的，在桨叶根部区域50中，将C形的翼梁20构造成无前端区域的。出于空气动力方面的原因，将桨叶根部区域50借助于具有C形横截面的短管将其罩住。在这种情况中如此合理地选择管横截面，使得有足够的结构空间供设置旋转铰链，以及供容纳摆振阻尼器。

此外，从翼型剖面A-A中可以看出，沿桨叶半径方向L看在桨叶根部区域50的开端，或者在第一部分区域16的开端，后部翼型区域26具有相对于旋翼桨叶翼型扩大了的横截面积。通过这一措施在这个形成了连接区域的区段中明显地提高了扭转刚度，并且还为控制杆的铰接提供了足够的结构空间。

通过上述根据本发明的旋翼桨叶10的构造，包括有翼梁20的扭转柔性的前部翼型区域24具有柔性梁的扭转弹性特性，而扭转刚性的后部翼型区域26承担单独的控制罩的功能。因为现在不再要求构造单独的且使翼型横截面加厚的控制罩，因此根据本发明的旋翼桨叶具有改进的空气动力特性。

图4至图6示出了根据本发明的旋翼桨叶10的第二实施方式，具有所属的翼型剖面。其中，在图4中所示的旋翼桨叶10基本和已说明的实施方式相同。为避免重复请参阅前已作的说明。

其仅有的区别是放弃了具有C形横截面的短管52。

Claims (10)

1.用于旋翼飞机的无轴承旋翼的旋翼桨叶(10)，它包括：

-沿桨叶半径方向(L)看的内侧旋翼桨叶区段(12)，它具有构造成拍击和摆振柔性的旋翼桨叶连接区域(14)，

-桨叶根部区域(5)、沿桨叶半径方向(L)延伸的翼梁，以及

-起空气动力作用的旋翼桨叶翼型(22)，它具有沿桨叶纵深方向(T)看具有翼梁(20)且构造为空心体的前部翼型区域(24)和后部翼型区域(26)，

其中，在内侧旋翼桨叶区段(12)的区域中，翼梁(20)和前部翼型区域(24)构造成扭转柔性的，而后部翼型区域(26)构造成扭转刚性的，并且在桨叶根部区域(50)之外沿桨叶半径方向(L)看，承担着柔性梁功能的前部翼型区域(24)首先完全地与承担着控制罩功能的后部翼型区域(26)分隔开，并且随着桨叶半径方向(L)的增加，翼梁(20)和前部翼型区域(24)的扭转柔性的构造以及在前部翼型区域和后部翼型区域(24、26)之间的分隔不断地减小，并且在内侧旋翼桨叶区段(12)之外，前部翼型区域和后部翼型区域(24、26)构造成封闭的扭转刚性的翼型(22)。

2.按照权利要求1所述的旋翼桨叶，其特征在于，内侧旋翼桨叶区段(12)具有第一部分区域和沿桨叶半径方向(L)看和该第一部分区域相连接的第二部分区域(16、18)，并且在第一部分区域(16)中，后部翼型区域(26)构造成为具有沿桨叶纵深方向(T)看的前部分隔皮带(28)的封闭翼型，并通过设置在该分隔皮带(28)和翼梁(20)之间的空隙(30)完全地和前部翼型区域(24)分隔开；并且在第二部分区域(18)的开端，前部翼型区域和后部翼型区域(24、26)借助于蒙皮带(32)在其翼型顶面中彼此连接，并且该分隔皮带(28)随着桨叶半径方向(L)的增加具有拱形构造，该拱形构造带有拱顶(34)和配属于前部翼型区域和后部翼型区域(24、26)的侧边(36、38)，其中构造成拱形的分隔皮带(28)的拱顶高度随着桨叶半径方向(L)的增加而减小。

3.按照权利要求2所述的旋翼桨叶，其特征在于，蒙皮带(32)构造为弯曲柔性的。

4.按照权利要求2和3所述的旋翼桨叶，其特征在于，沿桨叶半径方向(L)看，在内侧旋翼桨叶区段(12)的第一部分区域(16)的开端，后部翼型区域(26)具有相对于旋翼桨叶翼型扩大的横截面积。

5.按照权利要求1至4所述的旋翼桨叶，其特征在于，后部翼型区域(26)构造成夹层结构。

6.按照权利要求2至5所述的旋翼桨叶，其特征在于，在空隙(30)和/或构造成拱形的分隔皮带(28)上设置遮盖物(40)。

7.按照前述权利要求中任一项所述的旋翼桨叶，其特征在于，翼梁(20)和拍击和摆振柔性的旋翼桨叶连接区域(14)构造成整体。

8.按照前述权利要求中任一项所述的旋翼桨叶，其特征在于，在内侧旋翼桨叶区段(12)的区域中，翼梁(20)为C形构造，并具有前端区域(42)以及上凸缘和下凸缘(44、46)，并且沿桨叶半径方向(L)看，前端区域(42)和/或上凸缘(44)和/或下凸缘(46)具有不断增加的壁厚。

9.按照权利要求8所述的旋翼桨叶、其特征在于，C形的翼梁(20)具有至少一个模制在前端区域(42)上的并布置在上凸缘和下凸缘(44、46)之间的另一凸缘(48)，该凸缘(48)沿桨叶纵深方向(T)看的长度随着桨叶半径方向(L)的增加而不断地减小。

10.按照权利要求8或9所述的旋翼桨叶，其特征在于，在桨叶根部区域(50)中，C形的翼梁(20)构造成无前端区域(42)的。

Images