CN101520083B - 动力传动齿轮箱及其控制方法、发动机组件、直升飞机或旋翼飞机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于旋翼飞机的动力传动齿轮箱，用来以确定的减速比将由至少两个发动机构件发出的转动运动传动给主轴，其中，齿轮箱具有至少两个传动系统以将转动运动赋予主轴，每个传动系统包括：输入轴，其设计成由发动机构件驱动而转动；至少两个具有不同减速比的减速级；第一齿轮通过可离合的飞轮连接到输入轴，所述齿轮与固定到中间轴的第一有齿的轮啮合，由此，形成至少第一减速级；第二齿轮通过简单的飞轮连接到输入轴，所述第二齿轮与固定到中间轴的第二有齿的轮啮合，由此，形成第二减速级；主飞轮安装在中间轴上，以转动固定在主轴上的互补的有齿的轮；以及用于可离合的飞轮的离合机构，根据情况，用来使输入轴与所述可离合的飞轮啮合，或可驱动地将输入轴与所述可离合的飞轮隔绝。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动装置的总技术领域，具体来说，涉及包括一个或多个减速级的传动机构。
更具体来说，本发明涉及用于旋翼飞机尤其是直升飞机的动力传动齿轮箱，其也称之为主齿轮箱。
背景技术
在旋翼飞机、直升飞机等的领域内，通常的做法是借助于多个发动机构件尤其是一对发动机构件来驱动转子。但这种发动机构件的数量并不限制本发明的范围。
发动机构件通过具有恒定减速比的一个或多个减速级来驱动直升飞机的转子。这适于驱动旋翼，更精确地说驱动桨叶。
在现有技术的状态中，公知有各种系统，其中，对于发动机构件的给定转速，可使旋叶达到一个或多个转速。为了获得这种旋叶速度的变化，这种系统需要对发动机构件的转速作出相应的修正，通常这会导致转矩和功率的暂时损失。
因此，已知直升飞机转子转速的变化是以对应方式使发动机构件转速变化所引起的。业已发现，不损失发动机构件的转矩传动就不可能获得大的速度差。无论从直升飞机的特性还是飞行的安全来讲，这都构成不可忽略的缺陷。
举例来说，文献US 2006/0 269 414揭示了一种装置，其能形成可变速度的主齿轮箱，齿轮箱包括自由飞轮和离合器。然而，这种装置经受一定数量的缺点。因为装置彼此接触的部件板的超限运行，所以离合器不能即刻传递由发动机构件提供的功率。因此导致出现这样的瞬时，在该瞬时将转速传递到主齿轮箱(MGB)的系统被中断，而传递的转矩则为零。此外，离合器遭受到磨损和/或调整等诸多问题，它们可对包含离合器的装置的可靠性和效率带来危害。
发明内容
因此，本发明的目的是寻求提出一种新颖的动力传动齿轮箱，其不具有上述的缺点，且能够显著地改变旋叶转速，同时维持不中断地传动来自发动机构件的转矩。
本发明另一目的是寻求提出一种紧凑的齿轮箱，其具有的部件的制造、组装和维护都很简单。
本发明另一目的是寻求提出一种动力传动齿轮箱，其对旋叶传送不同的转速，用于发动机构件的一般初始的转速。
本发明另一目的是寻求提出一种动力传动齿轮箱，其在组装和/或使用过程中不需要复杂的调整操作。
本发明另一目的是寻求提出一种动力传动齿轮箱，其不包括遭受过早磨损或需要频繁检查和/或更换的部件。
本发明另一目的是寻求提出一种控制方法，对于由驱动构件确定的输入轴的给定转速，该方法能使动力传动齿轮箱输出处的转速得到修正。
本发明另一目的是寻求提出一种控制方法，在实施所述方法过程中，该方法能使动力传动齿轮箱输出处的转速得到修正，同时仅暂时地修正输入轴的转速。
本发明诸目的借助于动力传动齿轮箱来达到，尤其是，用于旋翼飞机，以确定的减速比将由至少两个发动机构件发出的转动运动传动到主轴，其中，齿轮箱具有至少两个传动系统，将转动运动传给主轴，每个传动系统包括：
●输入轴，其设计成由发动机构件驱动而转动；
●具有不同减速比的至少两个减速级；
●第一齿轮，该第一齿轮通过可离合的飞轮连接到输入轴，所述齿轮与固定到中间轴的第一有齿的轮啮合，由此，形成至少第一减速级；
●第二齿轮，该第二齿轮通过简单的飞轮连接到输入轴，所述第二齿轮与固定到中间轴的第二有齿的轮啮合，由此，形成第二减速级；
●主飞轮，该主飞轮安装在中间轴上，以转动固定在主轴上的互补的有齿的轮；以及
●用于可离合飞轮的离合机构，根据情况，用来使输入轴与所述可离合的飞轮啮合，或可驱动地将输入轴与所述可离合的飞轮隔绝。
在一个双发动机直升飞机的实施例中，每个传动系统因此具有两个减速级，它们具有相应的不同减速比。对于发动机构件的给定转速，这些减速比之间的差因此确定旋叶的两种可能的转速。
根据本发明齿轮箱的优点在于，获得旋翼转速大的变化。本发明因此能够合适地改变转速，超越发动机可调节的可能给定的速度范围。
根据本发明齿轮箱的另一优点在于，当从一个速度(或齿轮)变化到另一速度(或齿轮)时，没有功率的损失。
本发明提供的另一优点在于，主齿轮箱(MGB)具有较少数量部件，因此降低其重量。
本发明另一优点来自于使用简单的装置。本发明依赖于减速比齿轮对的差，以及依赖于两个发动机之间的速度差，以便能使离合机构置于合上或脱开的状态。
另一优点与本发明可用于不同类型旋翼飞机的可能性相关，尤其是，用于三发动机的直升飞机。
术语“离合机构”用来指能够使飞轮置于飞轮与安装有飞轮的轴配合的(合上)的状态，或置于飞轮可驱动地与所述轴隔绝的(脱开)状态。在脱开时，转动的轴不再驱动飞轮。已知的离合机构的实例以及其操作实例可见文献FR 2871138。
当说到轮或齿轮固定到轴上时，应该理解到，所述轮或齿轮随所述轴转动并贴切地固定在轴上。
在根据本发明的实施例中，离合机构安装在输入轴上。
举例来说，离合机构借助于液压致动器来致动。液压致动器的操作有利地受电气或电子装置控制，这些装置都是公知的，本描述不加介绍。
在实施例中，离合机构包括使输入轴与输出轴配合和脱开的机构，输出轴 在其至少一部分长度上与所述输入轴同轴。
举例来说，主轴用来转动旋翼或支承桨叶的转子。
在根据本发明的实施例中，每个传动系统具有n个减速级、一个简单的飞轮、一个主飞轮，以及n-1个可离合的飞轮，这里n是可用速度的数量，即，大于或等于2的整数。
当n＝2时，可以想像在每一传动系统中放置两个独特的驱动系统，这些驱动系统具有不同的减速比，由此，对于发动机构件给定的转速，对转子形成两种可用的转速。
本发明借助于控制方法来达到诸目的，该控制方法修正动力传递齿轮箱的主轴的转速，该方法在于：
j1)将左发动机构件的转速从值Ne减到值Ne1，同时保持右发动机构件的转速值Ne；
j2)脱开左传动系统的可离合的飞轮；
j3)将左发动机构件的转速增加到值Ne，并保持所述转速为不变；
j4)将右发动机构件的转速减小到小于Ne的值，例如，等于Ne1；
j5)脱开右传动系统的可离合的飞轮；以及
j6)将右发动机构件的转速增加到值Ne。
本发明借助于一控制方法来达到诸目的，该控制方法修正动力传动齿轮箱的主轴的转速，该方法在于：
i1)将左发动机构件的转速从值Ne减到值Ne1，同时保持右发动机构件的转速值Ne；
i2)脱开左传动系统的可离合的飞轮；
i3)将左发动机构件的转速增加到大于值Ne的值Ne2；
i4)脱开右传动系统的可离合的飞轮；以及
i5)将左发动机构件的转速减小到值Ne。
根据本发明的控制方法具有实施极其简单的优点，其主要基于左传动系统和右传动系统诸元件之间的速度差。
本发明另一优点在于发动机构件的运行，发动机构件维持不变的转速，或 在修正主轴转速的一系列阶段结束之后，返回到其初始的转速。
在根据本发明的实施例中，控制方法在于借助于计算机来执行步骤j 1)至j6)或i1)至i5)。
本发明借助于直升飞机类型的旋翼飞机发动机组件来达到诸目的，该组件包括如上所述的动力传递齿轮箱，以及与每个传动系统相连的涡轮发动机或活塞发动机类型的独特的发动机。
本发明借助于包括如上所述的动力传递齿轮箱的直升飞机或旋翼飞机来达到诸目的。
附图说明
阅读以下借助于附图纯粹借助于非限制的说明所作的描述，可更详细地显现出本发明的其它特征和优点，附图中：
图1是根据本发明的动力传动齿轮箱的实施例的示意图；
图2是首先示出改变根据本发明动力传动齿轮箱主轴转速的本发明控制方法的不同阶段，其次示出所述阶段过程中各个传动系统内飞轮的各个运行状态的示意图；以及
图3是首先示出根据本发明控制方法的另一实施例的不同阶段，其能使根据本发明的动力传动齿轮箱的主轴转速得到改变，其次示出所述阶段过程中各个传动系统飞轮的各个运行状态的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明动力传动齿轮箱的结构的示意图，齿轮箱介于发动机构件MG和MD与驱动转子(未示出)或桨叶2的主轴1之间。
所示实例包括两个传动系统，每个系统与发动机MG或MD之一关联。以此方式示意地示出的齿轮箱例如用于两发动机的直升飞机，发动机构件MG和MD是燃气涡轮机或活塞发动机的类型。
因此，齿轮箱具有两个传动系统，即，左系统G和右系统D，各包括减速级4和5。
各个传动系统包括输入轴3，其设计成被对应的发动机构件MG或MD驱动。
各个传动系统具有两个减速级4和5，减速级具有对应的不同减速比k1和k2。
各个传动系统还包括一通过可离合的飞轮7连接到输入轴3的第一齿轮6。第一齿轮6与固定到中间轴9的有齿的轮8啮合，由此形成第一减速级4。
第二齿轮10通过简单飞轮11连接到输入轴3。第二齿轮10与固定到中间轴9的第二有齿的轮12啮合，由此形成第二减速级5。
安装在中间轴9上的主飞轮13设计成使固定到主轴1上的互补的有齿的轮14转动。
每个传动系统还包括用于可离合的飞轮7的离合机构，以使输入轴3与所述可离合的飞轮7啮合，或将输入轴3驱动地与所述可离合的飞轮7隔绝。
离合机构(未示出)有利地安装在输入轴3上。离合机构最好通过液压致动器15致动。离合机构包括互连和脱开输入轴3和输出轴的机构，所述输出轴至少在其一部分长度上与所述输入轴3同轴。
举例来说，主轴1用来转动转子的桨叶2，或旋翼的桨叶(未示出)。
在以下的描述中，两个传动系统的部件根据它们是属于图1顶部所示的传动系统还是底部所示的传动系统来添加词“左”或“右”加以区别。这同样适用于传动系统的其它部件。如果合适的话，同样给予这些元件以标号G(因“左边的”＝左)或D(因“右边”＝右)。因此，其中一个传动系统(在顶部)与右发动机构件MD关联，而另一传动系统(在底部)与左发动机构件MG关联。
将在下文中更详细描述根据本发明的动力传动齿轮箱的操作。该操作表示为对应于动力传动齿轮箱各种部件操作状态的一系列操作阶段。实施所有这些操作阶段能根据本发明使转子(主轴)的转速变化，这将在下文中参照控制方法的诸步骤进行描述。
下面的描述基于图2和3，在此所确定的飞轮的操作状态如下：
-DC针对脱开的飞轮；
-GL针对超速运转的飞轮；
-E1针对传动功率Pa的驱动着的飞轮；
-E2针对传动功率2Pa的驱动着的飞轮。
在第一阶段ph1期间，两个发动机构件MG和MD以相同的转速Ne转动，并以初始速度Nr驱动主轴1。各个发动机构件MG和MD通过对应的第一减速级4将同样功率传递到主轴1，该功率等于Pa。
左和右两个驱动系统G和D转动地驱动固定到主轴1的转子，各驱动系统包括其第一齿轮6、有齿的轮8和可离合的飞轮7。飞轮7处于配合到输入轴3上的状态中，而简单的飞轮11借助于第二减速级5在输入轴3上超速运转，该第二减速级5具有相对于第一减速级4的合适的减速比k2。减速比k1施加到中间轴9上。当处于驱动状态中时，第二减速级5用来对中间轴9传送一转速，假定发动机MD和MG以相同的转速Ne转动，该转速小于由第一减速级4传送的转速。可离合的飞轮7处于被驱动的状态E1，而简单的飞轮11处于超速运转的状态GL。
在第二操作阶段ph2期间，左发动机构件MG的转速降低，转子所需的功率2Pa完全通过右发动机构件MD和第一减速级4进行传动。这是因为左可离合的飞轮7开始在输入轴3上超速运转。
因此控制方法的步骤i1)在于，将左发动机构件MG的转速从Ne减小到值Ne1，同时使右发动机构件MD的转速保持为值Ne。可离合的左飞轮7的操作状态因此转换为超速运转状态GL。
左传动系统G因此卸载，左液压致动器15的动作能使可离合的左飞轮7脱开。然后，该飞轮可驱动地与输入轴3隔绝。因此步骤i2)在于，脱开左传动系统G的可离合的飞轮7(DC1)。因此，在第三操作阶段ph3期间，可离合的左飞轮7处于脱开的操作状态DC。
在第四操作阶段ph4期间，左驱动构件MG的转速增加返回到值Ne。飞轮的操作状态保持不变。
在第五操作阶段ph5期间，左发动机构件MG的转速增加到值Ne2。在该阶段ph5期间，一旦达到值Ne+x％(该值大于Ne而小于Ne2)，则可离合 的右飞轮7进到超速运转状态GL，而简单的左飞轮11进到驱动的操作状态E2，以便通过左发动机构件MG和第二减速级5传动所有的动力2Pa，而右传动系统D卸载。工作的驱动系统是左系统，对应于左第二减速级5，左系统特别地包括左第二齿轮10、左第二有齿的轮12以及简单的左飞轮11。因此步骤i3)在于，将左发动机构件MG的转速增加到大于Ne的值Ne2。
值Ne+x％和Ne2之间的差用来确保一速度差，在第六操作阶段ph6期间，该速度差足以使液压致动器15脱开可离合的右飞轮7(DC2)。具体来说，在该阶段ph6期间，转子的转速Nr被提高到大于Nr的值Nr1。飞轮的操作状态保持不变。因此步骤i4)在于，脱开右传动系统D的可离合的飞轮7。因此可离合的右飞轮7呈脱开的朝铸状态DC，如第七操作阶段ph7所示。
左发动机构件MG的转速增加量与中间轴9转速增加量相同，因此，等同于转子在因第二减速级5增加引起的驱动之下的转速增加的速率。在本实例中，k2大于k1。
此后，在操作阶段ph8期间，左发动机构件MG的转速降低，以在操作阶段ph9返回到初始值Ne，由此，输入轴3能使简单的右飞轮11被驱动。因此步骤i5)在于，在阶段ph8期间将左发动机构件MG的转速降低到值Ne。在该阶段ph8期间，转子的转速从值Nr1变到值Nr2，值Nr2小于Nr1并由第二减速级5的减速比k2确定。
然后，左和右两个发动机构件MG和MD将相等的功率Pa传动到转子，通过相应的第二减速级5来完成该传动。
两个发动机构件MG和MD又以其初始的转速Ne转动，对应于右和左第二驱动系统，中间轴9以第二减速级5的减速比k2所确定的速度转动。
从阶段ph8转变到阶段ph9，右和左简单飞轮11的操作状态分别从超速运转状态GL进到驱动状态E1和从驱动状态E2进到驱动状态E1。
为了将转子返回到其初始速度Nr，如上所述的控制方法的一系列步骤可以相反的次序实施，而不会超出本发明的范围。
图3中示出根据本发明的控制方法的另一变型实施例。步骤j 1)和j2)与步骤i1)和i2)相同。步骤j3)至j6)代替i3)至i5)。
步骤j3)在于，将左发动机构件MG的转速提高到值Ne，并保持所述转速不变。
步骤j4)在于，将右发动机构件MD的转速减小到小于Ne的值，例如，等于Ne1。
步骤j5)在于，脱开右传动系统D的可离合的飞轮7(DC2)，步骤j6)在于，将右发动机构件MD的转速提高到值Ne。
与图2中所示实施例相比，阶段ph1至阶段ph9期间的飞轮操作状态保持不变。相比之下，在执行根据本发明的控制方法的该实施例变体的速度变化过程中，转子的转速Nr不即刻增加。在特殊的飞行或操作条件下，这对直升飞机的动力传动齿轮箱提供了优点。
如上所述的控制方法该实施例变体中的一系列步骤同样可以相反的次序实施，而不超越本发明的范围，以便将转子返回到其初始的速度Nr。
究竟执行本发明控制方法的哪个实施例，最好由计算机来确定。
在设计根据本发明的齿轮箱时可以构思设计的一般化。在该一般化过程中，每个传动系统具有n个减速级、简单的飞轮11、主飞轮13以及n-1个可离合的飞轮11，这里n是大于或等于2的整数，并对应于可用输出速度的数量。
为了使齿轮箱具有两个可用速度，各个传动系统因此具有一个可离合的飞轮、一个简单的飞轮以及一个主飞轮，如图1所示。
由于发动机数量相同，因此，可通过增加减速级(4)的数量，来增加可用速度的数量。
在根据本发明的另一实施例中，可使用三个发动机来提供三个传动系统，同时，保留两个可用的输出速度。所用发动机的数量不确定可用速度的数量。
举例来说，对于n等于3来说，齿轮箱具有两个减速级、一个简单飞轮11、一个主飞轮13以及两个可离合的飞轮7。这种齿轮箱对转子给出三个不同转速，而发动机构件MG和MD以相同的转速操作。
此外，根据本发明从一个转速变到另一个转速，并不会导致到转子的功率传动损失。
本发明可用涡轮发动机和活塞发动机构成的发动机或发动机组来实施。
Claims (14)
1.一种用于旋翼飞机的动力传动齿轮箱，用来以确定的减速比将由至少两个发动机构件(MG、MD)发出的转动运动传给主轴(1)，其特征在于，所述齿轮箱具有至少两个传动系统(G、D)以将所述转动运动赋予所述主轴(1)，每个所述传动系统包括：
●输入轴(3)，所述输入轴设计成由发动机构件(MG、MD)驱动而转动；
●至少两个具有不同减速比(k2、k1)的减速级(4、5)；
●第一齿轮(6)，所述第一齿轮通过可离合的飞轮(7)连接到所述输入轴(3)，所述齿轮(6)与固定到中间轴(9)的第一有齿的轮(8)啮合，由此，形成至少第一减速级(4)；
●第二齿轮(10)，所述第二齿轮通过简单的飞轮(11)连接到所述输入轴(3)，所述第二齿轮(10)与固定到所述中间轴(9)的第二有齿的轮(12)啮合，由此，形成所述第二减速级(5)；
●主飞轮(13)，所述主飞轮安装在所述中间轴(9)上，以转动固定至所述主轴(1)上的互补的有齿的轮(14)；以及
●离合机构，所述离合机构用于所述可离合的飞轮(7)，并根据情况用来使所述输入轴(3)与所述可离合的飞轮(7)啮合，或驱动地将所述输入轴(3)与所述可离合的飞轮(7)隔绝。
2.如权利要求1所述的动力传动齿轮箱，其特征在于，所述离合机构安装在所述输入轴(3)上。
3.如权利要求1所述的动力传动齿轮箱，其特征在于，所述离合机构通过液压致动器(15)致动。
4.如权利要求3所述的动力传动齿轮箱，其特征在于，所述离合机构包括使所述输入轴(3)与输出轴配合和脱开的机构，所述输出轴在其至少一部分长度上与所述输入轴同轴。
5.如权利要求1所述的动力传动齿轮箱，其特征在于，所述主轴(1)设计成用来驱动旋翼或承载桨叶(2)的至少一个转子。
6.如权利要求1所述的动力传动齿轮箱，其特征在于，每个传动系统具有n个减速级、一个简单的飞轮(11)、一个主飞轮(13)以及n-1个可离合的飞轮(7)，这里n是可用速度的数量，即，大于或等于2的整数。
7.一种修正如权利要求1所述的动力传动齿轮箱的主轴转速的控制方法，其特征在于，所述方法在于：
j1)将左发动机构件(MG)的转速从值Ne减到值Ne1，同时保持右发动机构件(MD)的转速值Ne；
j2)脱开所述左传动系统(G)的所述可离合的飞轮(7)；
j3)将所述左发动机构件(MG)的转速增加到值Ne，并保持所述转速不变；
j4)将所述右发动机构件(MD)的转速减小到小于Ne的值；
j5)脱开所述右传动系统(D)的所述可离合的飞轮(7)；以及
j6)将所述右发动机构件(MD)的转速增加到值Ne。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在步骤j4)中，将所述右发动机构件(MD)的转速减小到值Ne1。
9.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，借助于计算机来实施步骤j1)至j6)。
10.一种修正如权利要求1所述的动力传动齿轮箱的主轴转速的控制方法，其特征在于，所述方法在于：
i1)将左发动机构件(MG)的转速从值Ne减到值Ne1，同时保持右发动机构件(MD)的转速值Ne；
i2)脱开所述左传动系统(G)的所述可离合的飞轮(7)；
i3)将所述左发动机构件(MG)的转速增加到大于值Ne的值Ne2
i4)脱开所述右传动系统(D)的所述可离合的飞轮(7)；以及
i5)将所述左发动机构件(MG)的转速减小到值Ne。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，借助于计算机来实施步骤i1)至i5)。
12.一种用于直升飞机类型的旋翼飞机的发动机组件，所述组件包括如权利要求1所述的动力传动齿轮箱，以及与各个传动系统关联的涡轮发动机或活塞发动机类型的对应发动机构件(MG、MD)。
13.一种直升飞机或旋翼飞机，包括如权利要求1所述的动力传动齿轮箱。
14.一种直升飞机或旋翼飞机，包括如权利要求12所述的发动机组件。
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