CN102438899B - 用于提高悬停性能的同向旋转层叠旋翼桨盘 - Google Patents

Abstract

本申请的系统描述了用于旋翼航空器和包含该旋翼桨毂的旋翼航空器的旋翼桨毂。该旋翼桨毂作为具有多旋翼桨盘组件被描述，每个旋翼桨盘组件以相同的方向，围绕相同的主轴旋转轴线旋转。在优选实施例中，每个旋翼桨盘组件具有三个旋翼桨叶。上旋翼桨盘组件和下旋翼桨盘组件以旋翼桨盘直径的大约2.5％分离，以至少利用“尾涡收缩”。

Description

用于提高悬停性能的同向旋转层叠旋翼桨盘

技术领域

本申请涉及用于旋翼航空器的旋翼系统的一般领域。

背景技术

旋翼航空器有许多不同类型，包括直升机，双旋翼直升机，倾斜旋翼航空器，四旋翼倾斜旋翼航空器，偏转翼航空器，和立式垂直起降航空器。在所有的这些航空器中，推力和/或升力是由通过多个旋转的旋翼桨叶形成的旋翼桨盘的空气流动产生的。一般来说，多个旋翼桨叶与可旋转的主轴机械地联接，且大体上围绕主轴均匀分布，而该主轴为多个旋翼桨叶提供旋转运动。

图1描绘了具有传统旋翼桨毂107a和107b的军用倾斜旋翼航空器101。旋翼桨毂107a和107b分别地被机械地联接到发动机舱103a和103b。发动机舱103a和103b是可旋转地分别联接到机翼构件105a和105b。机翼构件105a和105b是紧固联接到机身109上。旋翼桨毂107a和107b分别有多个旋翼桨叶111a和111b。图1描绘了在直升机模式下，发动机舱103a和103b指向上方的倾斜旋翼航空器101。

图2描绘了带有传统旋翼桨毂207a和207b的商用倾斜旋翼航空器201。旋翼桨毂207a和207b分别地被机械地联接到发动机舱203a和203b。发动机舱203a和203b是可旋转地分别联接到机翼构件205a和205b。机翼构件205a和205b是紧固联接到机身209上。旋转桨毂207a和207b分别有多个旋翼桨叶211a和211b。图2描述了在飞机模式下，发动机舱203a和203b指向前方的倾斜旋翼航空器201。

通常使用较多数量的旋翼桨叶是有利的，而不是数量较少，以增加旋翼航空器的升力和/或推力。一种已知的旋翼系统具有上桨盘组件和下桨盘组件，每个旋翼桨盘组件围绕相同的主轴旋转轴线旋转，同时每个桨盘组件以相反方向旋转。这样的设计通常简称为反向旋转同轴旋翼。一般来说，直升机上的反向旋转同轴旋翼系统不需要尾旋翼或其它的反扭矩装置，因为每个旋翼的运动抵消了扭矩，否则该扭矩将被引入直升机。反向旋转同轴旋翼系统通常也比起单桨盘旋翼系统提供更好的悬停性能。

众所周知本领域有许多种旋翼航空器的旋翼系统，然而，仍然有相当大的改进空间。

附图说明

本申请的系统的确信为新颖特征的特点阐述在所附的权利要求里。然而，对于系统本身，以及使用的优选模式，进一步的目标和优势，参照以下描述详情，同时结合浏览附图能被最好的理解，其中：

图1是现有技术的在直升机模式下的倾斜旋翼航空器的透视图；

图2是现有技术的在飞机模式下的倾斜旋翼航空器的正视图；

图3是根据本申请的一个优选实施例的旋翼桨毂的透视图；

图4是在图3中的，根据本申请的一个优选实施例的旋翼桨毂的原理示意透视图；

图5是在图3中的，根据具有本申请的一个优选实施例的旋翼桨毂的倾斜旋翼航空器的正视图；

图6是根据具有本申请的一个优选实施例的旋翼桨毂的四倾斜旋翼航空器的透视图；以及

图7是根据具有本申请的一个优选实施例的旋翼桨毂的直升机航空器的透视图。

虽然本申请的系统易于进行各种修改和具有各种可替代形式，其具体的实施例通过附图和在此的详细描述以例子的方式被显示。然而，应当认识到，在此对具体实施例的描述意图不在将本发明限制在所披露的具体形式，而是与此相反，其意图是，覆盖落入如所附的权利要求所定义的精神和范围之内的所有变型、等同和替代。

具体实施方式

下面将描述本申请的系统的说明性的实施例。为了清楚起见，在本说明书中并非一个实际的实施的所有的特性都会被描述。当然会被理解的是，在任何这样实际的实施例的开发中，必须作出众多由实施特定的决定以实现开发者的特定具体目标，如遵守与系统相关和行业相关的规定，而这些在不同的实施中会有变化。此外，可被理解的是，这种开发的努力可能会很复杂和耗时，但是对受益于本公开的本领域的普通技术人员却是日常的业务。

在说明书中，当描述附图中的装置时，可能会提及各组件之间的空间关系和各个组件不同侧面的空间方位。然而，如同完整地阅读过本申请的本领域技术人员将会认可的那样，此处所描述的装置、构件、装置等，可被定位在任何需要的方位。由于在此描述的装置可定位在任何想要的方向，因此使用如“上方”、“下方”、“上”、“下”或其他类似的术语来描述各个组件之间的空间关系或描述这些组件的各侧面的空间方位应被理解为是意在分别描述该组件之间的相对关系或这些组件的各侧面的空间方位。

本申请的系统给出了用于旋翼航空器和包含该旋翼桨毂的旋翼航空器的旋翼桨毂。给出的旋翼桨毂具有多旋翼桨盘组件，每个旋翼桨盘组件围绕相同主轴旋转轴线以相同的方向旋转。在优选实施例中，每个旋翼桨盘组件有三个旋翼桨叶。上旋翼桨盘组件和下旋翼桨盘组件被通过旋翼桨盘直径的大约2.5％分离，以使至少利用“尾涡收缩”。

现在参照附图的图3，图3根据本申请的优选实施例的旋翼桨毂301a的透视图。旋翼桨毂301a具有上旋翼桨盘组件307和下旋翼桨盘组件309。上旋翼桨盘组件307包括必需的连接多个上旋翼桨叶311a至旋翼主轴305上的结构。类似地，下旋翼桨盘组件309包括必需的连接多个上旋翼桨叶311b至旋翼主轴305上的结构。尽管图3分别地描绘了上旋翼桨盘组件307和下旋翼桨盘组件，其每个具有三个旋翼桨叶311a和311b；应当认识到，可设想可选实施例，被配置使其在每个旋翼桨盘组件307和309中分别地具有更多或更少的旋翼桨叶311a和311b。旋翼桨叶311a和311b是同轴的，意味着旋翼桨叶311a和311b围绕相同的旋转轴线313旋转。旋翼桨叶311a和311b也是同向旋转的，意味着旋翼桨叶311a和311b围绕旋转轴线313以相同的方向旋转。在图3中，旋翼桨叶311a和311b以逆时针方向(CCW)303旋转。旋翼桨毂301b是旋翼桨毂301a的对称形式，因此被配置为以旋翼桨毂301a的相反方向旋转。

图4是旋翼桨毂301a原理图，其中描绘了为了利用“尾涡收缩”的上旋翼桨盘组件307和下旋翼桨盘组件309的间距。尾涡收缩是指描述当空气通过上旋翼桨盘组件307向下旋翼桨盘组件309流动时，空气被压缩。洁净空气315是普通的空气，它不是被直接加速通过上旋翼桨盘组件307的空气，而是在上旋翼桨盘组件307引起的收缩尾涡的外部，被吸进下旋翼桨盘组件309的空气。洁净空气315的引入增加了下旋翼桨盘组件309的有效直径或面积，从而提高效率和改善旋翼桨毂301a的性能。在优选实施例中，用于利用尾涡收缩的上旋翼桨盘组件307和下旋翼桨盘组件309之间的大约距离如图4的L1所示。L1是D1的大约2.5％，其中D1是旋翼桨盘组件307和309的直径。应当认识到D1和L1，除了是大约2.5％的关系之外，还能够根据如旋翼桨叶的弦长、旋翼桨叶的数量、旋翼主轴RPM以及类似的因素来改变。本申请的系统考虑随着航空器的需求，调整D1，L1和在D1和L1之间的关系的2.5％，以使最大限度地有利于通过旋翼桨毂301a中的尾涡收缩引入洁净空气315。

现在参照图5，倾斜旋翼机501具有通过机身507承载的尾部构件503，连接到机身507的机翼构件505a和509b，以及分别地可旋转地联接到机翼构件505a和505b的发动机舱509a和509b。旋翼桨毂301a可操作地与发动机舱509a相关联。类似地，旋翼桨毂301b可操作地与发动机舱509b相关联。在倾斜旋翼机中，通过发动机舱509a承载的旋翼桨毂301a，以逆时针方向511旋转。与此相反，通过发动机舱509b承载的旋翼桨毂301b，以顺时针方向旋转。如前所述，旋翼桨毂301b是旋翼桨毂301a对称形式。因为每个旋翼桨毂301a和301b以相反方向旋转，作用在倾斜旋翼机501上的扭矩被抵消了，因此使得不再需要反扭矩装置，如尾旋翼。发动机舱509a和509b被配置为在飞机模式和直升机模式之间旋转，在飞机模式下发动机舱509a和509b是定位向前的；而在飞机模式下发动机舱509a和509b是定位垂直的。当在直升机模式时，发动机舱509a和509b的垂直定位允许倾斜旋翼机501类似于直升机飞行。当在飞机模式时，发动机舱509a和509b的向前定位允许倾斜旋翼机501类似于飞机飞行，其中机翼构件505a和505b提供升力，同时发动机舱509a和509b提供向前的推力。通过旋转发动机舱509a和509b，倾斜旋翼机501具有当飞行时，在飞机模式和直升机模式之间的转换能力。此外，机身507被配置为承载至少货物或乘客的其中之一。应当认识到，尾部构件503是多种足以为倾斜旋翼机501提供方向稳定性的可能的配置的一个示例。

图5也描绘了在旋翼桨毂301a和301b的优选实施例中的桨叶间距。下旋翼桨盘组件309与上旋翼桨盘组件307相差选定的角度A。在优选实施例中，选定的角度A是30°；然而，选定的角度A也可以是其它角度，取决于因素如：旋翼桨叶311a和311b的数量，所需的航空器性能，以及振动要求。

现在参照图6，四倾斜旋翼机601具有通过机身603承载的尾部构件609。机翼构件607a、607b、613a，和613b连接到机身603上。发动机舱605a和605b分别地可旋转地联接机翼构件607a和607b。类似地，发动机舱611a和611b分别地可旋转地联接机翼构件613a和613b。第一旋翼桨毂301a可操作地与发动机舱605a相关联，同时第二旋翼桨毂301a可操作地与发动机舱611a相关联。类似地，旋翼桨毂301b可操作地与发动机舱605b相关联，同时第二旋翼桨毂301b可操作地与发动机舱611b相关联。发动机舱605a、605b、611a和611b被配置为在飞机模式和直升机模式之间旋转，在飞机模式下发动机舱605a、605b、611a和611b被定位向前；而在直升机模式下发动机舱605a、605b、611a和611b被定位垂直。当在直升机模式时，发动机舱605a、605b、611a和611b的垂直定位允许四旋翼机601以类似于直升机飞行。当在飞机模式时，发动机舱605a、605b、611a和611b的向前定位允许四旋翼机601以类似于飞机飞行，其中机翼构件607a、607b、613a和613b提供升力，同时发动机舱605a、605b、611a和611b提供向前的推力。通过旋转发动机舱605a、605b、611a和611b，四倾斜旋翼机601具有当飞行时，在飞机模式和直升机模式之间的转换能力。此外，机身507被配置为承载至少货物或乘客的其中之一。应当认识到，尾部构件609是多种足以为四旋翼机601提供方向稳定性的可能的配置一个实例。

现在参照图7，直升机701具有通过机身703承载的尾部构件707。起落架709联接至机身703。尾旋翼705可操作地与尾部构件707相关联。旋翼桨毂301可操作地与机身703相关联。由于旋翼桨毂301a在机身703上产生扭矩，这就需要尾旋翼705或其它反扭矩装置来抵消旋翼桨毂301产生的扭矩。

本申请的系统提供了显著的优势，包括：(1)提供了在旋翼航空器中利用多个旋翼桨叶同时提高旋翼系统的性能的方法；(2)通过尾涡收缩定位多同向旋转旋翼桨盘以最大化性能；以及(3)在旋翼航空器上整合同向旋转同轴旋翼桨盘，从而改善旋翼航空器的性能。

很明显，具有显著益处的旋翼系统已经被描述和说明。虽然本申请示出的形式数量有限，但它不仅仅局限于只是这些形式，而是在不偏离其实质的同时可进行各种变化和修改。

Claims (17)

1.一种用于旋翼航空器的旋翼桨毂，包括：

上旋翼桨盘组件，所述旋翼桨盘组件具有多个上旋翼桨叶；

下旋翼桨盘组件，所述旋翼桨盘组件具有多个下旋翼桨叶；

其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件被配置为以相同方向，及围绕相同的旋转轴线旋转；

其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件被间隔开一段距离以允许所述下旋翼桨盘组件吸进在所述上旋翼桨盘组件引起的收缩尾涡的外部的空气，以增加所述下旋翼桨盘组件的有效直径或面积。

2.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件被配置为以逆时针方向，围绕所述旋转轴线旋转。

3.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件被配置为以顺时针方向，围绕所述旋转轴线旋转。

4.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件连接至旋翼主轴。

5.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件以所述上旋翼桨盘组件的直径的大约2.5％，沿所述旋转轴线被间隔开。

6.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述上旋翼桨盘组件的桨叶相对于所述下旋翼桨盘组件的桨叶之间相差30°。

7.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述多个上旋翼桨叶围绕所述旋转轴线均匀地相间隔。

8.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述多个下旋翼桨叶围绕所述旋转轴线均匀地相间隔。

9.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述多个上旋翼桨叶为三个上旋翼桨叶。

10.根据权利要求1所述的旋翼桨毂，其中所述多个下旋翼桨叶为三个下旋翼桨叶。

11.一种倾斜旋翼机，包括：

机翼构件，所述机翼构件连接到机身上；

第一发动机舱，所述发动机舱可旋转地联接至所述机翼构件；

第二发动机舱，所述发动机舱可旋转地联接至所述机翼构件；

第一旋翼桨毂，所述第一旋翼桨毂可操作地与所述第一发动机舱相关联，

所述第一旋翼桨毂包括：

第一上旋翼桨盘组件，所述第一上旋翼桨盘组件具有多个上旋翼桨叶；

第一下旋翼桨盘组件，所述第一下旋翼桨盘组件具有多个下旋翼桨叶；

其中所述第一上旋翼桨盘组件和所述第一下旋翼桨盘组件是同轴的，且配置为同向旋转；

其中所述第一上旋翼桨盘组件和所述第一下旋翼桨盘组件被间隔开一段第一距离以允许所述第一下旋翼桨盘组件吸进在所述第一上旋翼桨盘组件引起的收缩尾涡的外部的空气，以增加所述第一下旋翼桨盘组件的有效直径或面积；以及

第二旋翼桨毂，所述第二旋翼桨毂可操作地与所述第二发动机舱相关联，

所述第二旋翼桨毂包括：

第二上旋翼桨盘组件，所述第二上旋翼桨盘组件具有多个上旋翼桨叶；

第二下旋翼桨盘组件，所述第二下旋翼桨盘组件具有多个下旋翼桨叶；

其中所述第二上旋翼桨盘组件和所述第二下旋翼桨盘组件是同轴的，且配置为同向旋转；以及

其中所述第二上旋翼桨盘组件和所述第二下旋翼桨盘组件被间隔开一段第二距离以允许所述第二下旋翼桨盘组件吸进在所述第二上旋翼桨盘组件引起的收缩尾涡的外部的空气，以增加所述第二下旋翼桨盘组件的有效直径或面积。

12.根据权利要求11所述的倾斜旋翼机，其中所述第一上旋翼桨盘组件是以与所述第一上旋翼桨盘组件的直径的大约2.5％相等的所述第一距离，与所述第一下旋翼桨盘组件分离；并且所述第二上旋翼桨盘组件是以与所述第二上旋翼桨盘组件的直径的大约2.5％相等的所述第二距离，与所述第二下旋翼桨盘组件分离。

13.根据权利要求11所述的倾斜旋翼机，进一步包括：

第三发动机舱，所述第三发动机舱可旋转地联接至所述机翼构件；

第四发动机舱，所述第四发动机舱可旋转地联接至所述机翼构件；

第三旋翼桨毂，所述第三旋翼桨毂可操作地与所述第三发动机舱相关联，

所述第三旋翼桨毂包括：

第三上旋翼桨盘组件，所述第三上旋翼桨盘组件具有多个上旋翼桨叶；

第三下旋翼桨盘组件，所述第三下旋翼桨盘组件具有多个下旋翼桨叶；

其中所述第三上旋翼桨盘组件和所述第三下旋翼桨盘组件是同轴的，且配置为同向旋转；以及

第四旋翼桨毂，所述第四旋翼桨毂可操作地与所述第四发动机舱相关联，

所述第四旋翼桨毂包括：

第四上旋翼桨盘组件，所述第四上旋翼桨盘组件具有多个上旋翼桨叶；

第四下旋翼桨盘组件，所述第四下旋翼桨盘组件具有多个下旋翼桨叶；

其中所述第四上旋翼桨盘组件和所述第四下旋翼桨盘组件是同轴的，且配置为同向旋转。

14.一种旋翼航空器，包括：

机身；

尾部构件，所述尾部构件通过所述机身承载；

起落架，所述起落架联接至所述机身；

反扭矩装置，所述反扭矩装置可操作地与所述尾部构件相关联；

旋翼桨毂，所述旋翼桨毂与所述机身相关联，所述旋翼桨毂包括：

上旋翼桨盘组件，所述上旋翼桨盘组件具有多个上旋翼桨叶；

下旋翼桨盘组件，所述下旋翼桨盘组件具有多个下旋翼桨叶；

其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件被配置为以相同的方向，且围绕单一的旋转轴线旋转；以及

其中所述上旋翼桨盘组件和所述下旋翼桨盘组件被间隔开一段距离以允许所述下旋翼桨盘组件吸进在所述上旋翼桨盘组件引起的收缩尾涡的外部的空气，以增加所述下旋翼桨盘组件的有效直径或面积。

15.根据权利要求14所述的旋翼航空器，其中所述下旋翼桨盘组件的桨叶与所述上旋翼桨盘组件的桨叶之间相差30°。

16.根据权利要求14所述的旋翼航空器，其中所述旋翼桨毂以逆时针方向旋转。

17.根据权利要求14所述的旋翼航空器，其中所述多个上旋翼桨叶为三个上旋翼桨叶以及所述多个下旋翼桨叶为三个下旋翼桨叶。