CN101492092A - 用于动态配平叶片的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设有含配平装置(10)的动态配平系统的旋翼飞机叶片(1)。配平装置(10)以不向所述叶片(1)的外部(EXT)敞开的方式埋置于叶片(1)本体的内部(INT)。

Description

用于动态配平叶片的系统和方法

技术领域

本发明涉及用于动态配平叶片的系统和方法。本发明因此涉及叶片的技术领域，更具体地涉及旋翼飞机叶片的技术领域。

背景技术

为旋翼飞机提供升力的转子——在直升飞机中也可提供推进力——由多个叶片构成。

一旦这些叶片制造完成，人们发现叶片在质量和空气动力学特性方面存在差异。制造商因此确保各种制造公差尽可能地小，然而在一个叶片和另一叶片之间仍然存在差异。

因此需要采取措施以作出调整，这就是本领域内技术人员所知的“配平”，由此使所有叶片表现出相同的特征。

首先，每个叶片必须能在给定的俯仰角下产生相同的升力。

因而，叶片设有位于靠近其自由端的后缘上的小尺寸控制表面，这就是本领域内技术人员所知的“调整片”。调整片设置相对叶片机翼的任何变化可产生改变叶片升力的力。

通过调整专门用于这种功能的调整片的设置，可获得叶片的空气动力配平。

从原理上说，这种调整是通过手动移动每个调整片使它们经过适当的角度而完成的，对每个叶片而言，所述角度可以不同。为此，每个调整片通常由以配平为目的固定于叶片的金属片构成。

然而，参照文献US 6322324，也可提供驱动器以控制叶片调整片的倾角。然而，使传递电力提供装置或致动器控制装置通过转子和叶片可能是困难的。

其次，叶片需要具有相同的静力矩，其中静力矩被定义为叶片质量与叶片重心和转子转动轴线之间的距离的乘积。

制造商因此通过将配重元件安装于叶片上而实现静态配平。这些配重元件修正叶片质量及其重心位置，从而修正其静力矩。

最后且再者，需要动态配平叶片以使它们产生相同的扭矩。

为了实现动态配平，确保从一个叶片至另一叶片的叶片重心和推力中心之间的距离相同是适宜的。

文献US 4239456中具体记载的第一种系统在于借助叶片根部悬挂下来的飞行配重而动态配平叶片。

然而，由于第一种装置的复杂性及其在叶片空气动力学效率方面的反冲，更普遍的是使用第二种装置，该第二种装置试图使插入于叶片末端的配重元件沿叶片弦移动。

文献EP 0237772记载一种包含由出入舱口封闭的腔室的配平系统，所述腔室沿叶片弦以给定的分布容纳配重元件。

文献DE 4036708给出由小型板构成的插入块，这些小型板通过出入舱口封闭的叶片孔口中的螺母彼此固定。通过调整板的数目而实现配平。

同样，文献FR 2781196设置成将配重元件插入向外部敞开的机壳以实现动态配平同时保留静态调整。当将配重元件已置于其机壳中时，配重元件由出入舱口密封。

文献FR 2315433中记载的叶片具有其中设置多堆配重元件的三个孔口。

每堆配重元件具有穿过其中的螺杆，以通过旋拧到其该螺杆上的自锁螺母将配重元件保持在位。

文献DE 1955061提供形成在叶片末端的机壳，由弹簧撑开的两个配重组件被设置在机壳中。随后通过盖将所述机壳封闭。

配重组件具有从中穿过的螺杆，该螺杆穿过盖而从机壳凸出。

通过转动螺杆，工作人员可沿叶片弦移动组件以配平叶片。

因此，在第二种系统中，通过修正配重元件在孔口中的位置，或通过改变它们的质量，工作人员可配平叶片。

然而，因为配平经常涉及以打开/关闭机壳的出入舱口开始并接下来操纵配重元件的大量操作，所以配平是受约束的。

此外，人们发现第二种系统全都向叶片的外部敞开。密封舱口或盖的存在就不足以避免在构成所考虑系统的各个部件上发生的侵蚀。

最后，第二种装置在出入舱口以不合时宜的方式敞开的情形下将导致安全问题，配重元件可能从叶片中弹出。

发明内容

因此，本发明的一个目的是给出能够克服上述局限的配平系统和相关联的配平方法。具体地说，本发明尝试获得完全防侵蚀、安全并易于调整的配平系统。

根据本发明，设有配平装置和动态配平系统的旋翼飞机叶片的突出点在于配平装置埋置在叶片本体内部，以使其不向叶片外部敞开。

因此，由于配平装置不与外界大气接触，配平装置不存在受侵蚀现象影响的危险。

为了确保配平装置不受侵蚀，本发明提供一种将配平装置埋置于叶片内部以避免与外界任何接触的全新技术。尽管不再具有对配平装置的可达途径，但令人惊奇的是仍然可以对其产生作用以对其进行调整。

同样，人们发现该配平装置没有任何部分容易变得分离，从而损坏叶片或甚至导致不平衡。

此外，配平装置包括设置在不向叶片外部敞开的圆形截面圆柱形腔室内的至少一个配重元件，可从远处使配重元件沿其中设有圆柱形腔室的所述叶片的弦移动而不必与配重元件形成接触。

在第一实施例中，圆柱形腔室由在制造过程中形成在叶片内的孔口构成。

在第二实施后来中，圆柱形腔室是通过将管件插入叶片而产生的。

不论在哪个实施例中，配平装置的配重元件可沿叶片弦在圆柱形腔室内移动，以使本领域内技术人员能够准确地配平叶片。

由于可从远处实现这种移动，配平装置可真正地埋置于叶片内部。因此不需要设置保护配重元件不受外界侵蚀的出入舱口。

配平装置较佳地设有穿过配重元件中心的螺杆，该配重元件能够绕螺杆转动以沿所述弦纵向移动。更准确地说，配重元件具有围绕其纵向转动轴线的螺纹孔，该螺纹孔与螺杆的螺纹配合。

本领域内技术人员随后从远处驱动配重元件而无需与该配重元件形成接触，以使其绕螺杆转动，这种转动使配重元件沿螺杆纵向移动。

配平装置还具有各自固定于螺杆的第一端和第二端的第一和第二塞件，每个塞件在其中央部分具有一种材料，在撤去使所述材料变形的应力后使其恢复其最初形状，螺杆固定于构成每个塞件中央部分的所述材料。

在第一实施例中，将配重元件设置在螺杆周围并随后使螺杆的第一端和第二端固定于第一和第二塞件。

之后，在完成叶片的制造前，将配平装置放置在叶片中形成的腔室内，以使配平装置完全埋置。

在第二实施例中，将配重元件放置在螺杆周围并随后将包含螺杆和配重元件的组件放置在圆柱形管件中。随后，用通过其中央部分固定于螺杆第一端和第二端的第一和第二塞件来封闭圆柱形管件的端部区。

构成配平装置的这种封闭圆柱形管件在其制造过程中最终被埋置于叶片中。

为了沿螺杆移动，配重元件具有径向偏离所述配重元件纵轴线的偏心磁体。例如，磁体是插入配重元件的偏心孔口中的磁化条。

因而，通过施加旋转磁场，借助可位于叶片外部或包含在叶片内的配平系统的控制装置，使配重元件借助其偏心磁体转动。这种转动则使配重元件沿螺杆并因此沿叶片弦纵向移动。

为了优化配平系统的操作，配重元件由非磁性材料制成。

另外，配重元件有利地设有使其在飞行时保持在固定位置的锁定装置。

锁定装置用来保证飞行时在叶片受到的各种应力作用下，配重元件不会以不想要的方式移动。

当旋翼飞机转子的轮毂开始转动叶片时，锁定装置可自动地协配于围绕圆柱形腔室的外周壁，即第一实施例中的叶片内壁或第二实施例中圆柱形管的内周，从而将配重元件保持在位以确保叶片不会失去平衡。

锁定装置则使配重元件仅当旋翼飞机的转子的轮毂没有转动叶片时才能沿叶片的弦移动。

在该实施例的第一变例中，腔室的外周壁包括凹槽而锁定装置包括形成在配重元件外周上的凹口，配重元件的凹口适于与腔室的凹槽协配。

设置足够的凹口以保证实现配合而不会引起配重元件的任何明显转动。结果，凹口与凹槽之间的配合不会造成使配重元件平移的任何危险并因此不会干扰配平。

在第二变例中，腔室的外周壁载有花键，而锁定装置设有形成在配重元件外周中的狭槽，以使所述外周部分在离心力作用下外扩并占据花键任一侧上的位置。

本发明还提供一种配平叶片的方法。

根据本发明，对配有含埋置于叶片本体内而不向所述叶片外部敞开的配平装置的动态配平系统的旋翼飞机叶片的动态配平方法的突出之处在于：借助控制装置形成旋转磁场以沿叶片弦移动配平装置的配重元件。

磁场驱动配重元件以使其转动以使配重元件沿叶片弦移动，从而动态配平叶片。

有利的是，使用具有磁化滑标的定位装置以准确地确定配重元件在叶片中的位置。由于配重元件设有磁体，该移动磁体使磁化滑标移动。磁化滑标的位置因此准确地代表配重元件的位置。

由于配重元件埋置于叶片中，因此既不可见也不可触及。这使定位装置变得非常有用。

在变例中，定位装置包括准确地确定配重元件在叶片内部的位置的位置传感器。

较佳地，定位装置包含在控制装置中。

最后，可构思出两种工作模式。

在第一种工作模式下，仅可在地面上移动配重元件，锁定装置防止在飞行中改变配重元件的位置。随后在需要配平叶片时，控制装置在外部并在叶片上放置到位。

与之对比，在第二种实施方式中，控制装置包含在叶片中。由于低质量配平会产生某些种类的振动，可以例如根据振动传感器所传递的信息实时地配平叶片。

因此，在配有接收关于监测参数的信息的监测装置的旋翼飞机中，监测装置实时激活控制装置以根据所述信息对配重元件进行定位。

附图说明

本发明及其优点更为详细地出现在下面对实施例的说明中，这些说明通过示例给出并参照附图予以描述，在附图中：

图1是配平装置的纵剖视面；

图2是设有两个配平装置的叶片段的立体示意图；

图3是配平装置的第一实施例的立体图；

图4是配平装置的第二实施例的立体图；

图5a和5b是解释本发明操作的图；

图6示出锁定装置的第一变例；以及

图7a和7b是解释锁定装置的第二变例的图。

在一幅以上的附图中示出的部件在每副图中用相同附图标记表示。

具体实施方式

图1是配有配平系统的叶片1的纵截面。

配平系统包括埋置于叶片1内部——更准确地说在叶片的吸力面2和压力面3之间——的配平装置10。

因而，不可从叶片1的外部EXT触及配平装置。因此保护配平装置不受侵蚀作用的影响，并且不存在部件脱落而严重损坏叶片1的风险。

配平装置10包括圆形截面的圆柱形腔室4，圆柱体可沿叶片的弦CO定向，腔室与叶片中性轴相交以在拍动时弯曲。由于配平装置埋置于叶片1的内部INT，可以观察到圆柱形腔室4无论如何都不向外部EXT敞开，不管是经由检查舱口还是其它的方式。

此外，配平装置10设有啮合在螺杆12上的带螺纹的配平重量或配重元件11。配重元件因此具有与螺杆12的螺纹配合的螺纹。

配重元件11的作用就象螺杆上的螺母。因此，当将配重元件11设置成绕其转动轴线AX转动时，配重元件11可在螺杆12上沿着弦CO纵向移动，配重元件由此在沿所述转动轴线AX穿过其中心的螺杆12周围延伸。

为了更方便地移动配重元件，可用具有润滑特性的流体填满圆柱形腔室4，该流体还限制配重元件上离心力的作用。

另外，流体用来限制配平装置的磨损。

最后，不管在哪个实施例中，配平装置10设有分别固定于螺杆的第一端12’和第二端12”的第一塞件13和第二塞件14。

更准确地说，每个塞件的中央部分60由在使其变形的应力撤去后返回其最初形状的材料制成，例如弹性体。螺纹孔61形成在该中央部分60以使塞件能旋拧到螺杆12的两端上。

另外，为了可不发生接触地从远处移动，配重元件11设有偏心磁体16，该磁体16径向偏离配重元件11的转动轴线AX。

此后，将磁化条16插入形成于配重元件11中的孔口11’，磁化条16粘附地结合于孔口11’。

在这些情况下，使用非磁性材料制造配重元件，以避免干扰配平系统的操作。

参照图2，可根据需要提供多个配平装置10，每个配平装置埋置于叶片1中并包括螺杆、配重元件和两个塞件。

参照图3，在第一实施例中，圆柱形腔室是在制造叶片1的过程中获得的。

制造叶片1的方法则包括以下步骤：将配平装置10插入叶片；和确保所需要的圆柱形腔室保持空置。

例如，在叶片的两个填料体积中形成切口，且每个填料体积具有为半圆柱形的狭槽，就足够了。

配平装置10随后被置于第一填料体积的狭槽中，并使用第二填料体积覆盖，同时注意将两填料体积的狭槽彼此配准。

或者，在图4所示第二实施例中，正确操作配平装置10所需的圆柱形腔室被设置在圆形截面的圆柱形管件15中。

本领域内技术人员首先使配重元件11配合在螺杆12上并随后将所得到的组件放置到圆柱形管件15中。

此后，将第一和第二塞件旋拧到螺杆12的第一和第二端上。最后，使第一和第二塞件完全封闭管件15的端部区15’和15”。

对叶片的所有配平装置执行这些操作。

最后，每个管件被埋置于由热塑或热固基质、甚至是金属基质构成的填料元件中，该填料元件使其保持固定并包含在叶片1的内部INT。

不管在哪个实施例中，配平系统包括用于产生旋转磁场30的控制装置。

磁场使配重元件以图中箭头F1所示方向转动，由此导致配重元件沿箭头F2所示方向纵向移动。配重元件因此可从图5a所示的第一位置移向图5b所示的第二位置。

由于配重元件埋置于叶片中，操作者无法看见配重元件的位置。

因而，根据本发明的方法，操作者将分度尺20置于叶片上，该分度尺具有磁性滑标21。

由于滑标是磁性的，它自动将其定位成与配重元件的磁体对齐，即位于磁体上方，由此易于确定其位置。

在一个变例中，可构思出在叶片1中提供位置传感器。

可在叶片中加入控制装置。该控制装置连续调整配平装置的配重元件的位置，不管旋翼飞机是否在飞行中。

随后通过监测装置控制所述调整，该监测装置接收用来激活控制装置的与监测参数相关的信息。

或者，可使用便携式控制装置。然而在这种情况下，在飞行中无法调整配重元件11的位置。

确保配重元件在叶片所受到的应力作用下无法进行旋转运动是较佳的。

有利的是，配重元件设有在飞行中使其位置锁定的锁定装置。

当叶片开始转动时，锁定装置受到高强度离心力的作用，该离心力使其能够与围绕圆柱形腔室的外周壁相互配合。

在图6所示的第一变例中，外周壁50——即第二实施例的圆柱形管件15的内壁——设有与配重元件的转动轴线AX平行的纵向凹槽51。

锁定装置50则包括与配重元件的转动轴线AX平行并设置在配重元件11外周上的纵向凹口41。

在离心力作用下，螺杆倾向于沿箭头F3的方向移动，塞件13和14的中央部分60的材料的性质使得可能产生这种移动。

凹口41则啮合于凹槽51，从而防止配重元件11的任何转动。

在图7a和7b所示的第二实施例中，外周壁50——即第二实施例中圆柱形管件15的内壁——设有与配重元件的转动轴线AX平行延伸的多个纵向花键52。

锁定装置40则包括在配重元件11外周中的狭槽42，每个狭槽包含在不与配重元件的转动轴线AX相交的平面内。

在离心力作用下，通过形成所述狭槽42获得的配重元件的部分43、43’沿箭头F4移动以占据花键52任一侧上的位置，从而防止配重元件11的任何转动。

自然，本发明能以多种变例实现。尽管上文中已描述了若干实施例，然而很容易理解这不旨在穷尽地列举出所有可能的实施例。自然也可构思用等效手段替代任何所描述的手段而不脱离本发明的范围。

Claims (15)

1.一种设有动态配平系统的配平装置(10)的旋翼飞机叶片(1)，其中所述配平装置(10)以不向所述叶片(1)的外部(EXT)敞开的方式埋置于所述叶片本体的内部(INT)，所述配平装置包括适于从远处不接触地使其沿所述叶片(1)的弦(CO)移动的至少一个配重元件(11)，且所述配重元件(11)设有使其能够保持在固定位置的锁定装置(40)。

2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述配平装置(10)包括设置在圆形截面的、不向所述叶片(1)的外部(EXT)敞开的圆柱形腔室(4)中的至少一个配重元件(11)，所述配重元件(11)可从远处不接触地沿所述叶片(1)的弦(CO)移动，所述圆柱形腔室沿所述弦(CO)设置。

3.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述配平装置(10)设有穿过所述配重元件(11)中心的螺杆(12)，所述配重元件(11)能绕所述螺杆(12)转动以沿所述弦(CO)纵向移动。

4.如权利要求3所述的叶片，其特征在于，所述配平装置(10)具有固定于所述螺杆(12)的第一和第二端(12’、12”)的第一和第二塞件(13、14)，每个塞件(13、14)在其中央部分(60)具有在施加使所述材料件变形的应力后恢复其初始形状的材料，所述螺杆(12)固定于构成每个塞件(13、14)的中央部分(60)的所述材料。

5.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述圆柱形腔室(4)填充有流体。

6.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述配重元件(11)包括径向偏离所述配重元件(11)的纵向转动轴线(AX)的偏心磁体(16)。

7.如权利要求6所述的叶片，其特征在于，所述磁体(16)是插入所述配重元件(11)的偏心孔口(11’)的磁化条。

8.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述配重元件(11)由非磁性材料构成。

9.如权利要求2所述的叶片，其特征在于，当由旋翼飞机转子的轮毂开始转动所述叶片(1)时，所述锁定装置(40)与包围所述圆柱形腔室(4)的外周壁(50)配合以将所述配重元件(11)保持在位。

10.如权利要求9所述的叶片，其特征在于，所述外周壁(50)包括凹槽(51)，所述锁定装置(40)包括形成在所述配重元件(11)的外周(11”)上的凹口(41)，所述锁定装置的所述凹口(41)适于与所述外周壁的所述凹槽(51)配合。

11.如权利要求9所述的叶片，其特征在于，所述外周壁(50)包括花键(52)而所述锁定装置(40)包括形成在所述配重元件(11)的外周(11”)中的狭槽(42)，以使所述外周(11’)的部分(43)可移动分开并占据在花键(42)的任一侧上的位置。

12.一种实现旋翼飞机叶片(1)的动态配平的方法，所述叶片(1)设有动态配平系统，所述动态配平系统具有以不与所述叶片(1)的外部(EXT)接触的方式埋置于所述叶片(1)本体内部(IN)的配平装置(10)，在所述方法中，借助控制装置产生旋转磁场(30)，以使所述配平装置(10)的配重元件(11)沿所述叶片(1)的弦(CO)移动。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，使设有磁化滑标(21)的定位装置用来准确地确定所述配重元件(11)在所述叶片(1)中的位置。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，使用设有位置传感器的定位装置来准确地确定所述配重元件在所述叶片中的位置。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述控制装置包含在所述叶片中，所述旋翼飞机设有接收与监测参数相关的信息的监测装置，所述监测装置实时激活所述控制装置以根据所述信息对所述配重元件进行定位。

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