CN102627146A - 具有固定发动机布置的倾转旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请的系统包括用于倾转旋翼飞行器的发动机和吊架结构，其中，发动机相对于飞行器的机翼部分固定，而吊架是可旋转的。吊架支撑具有多个旋翼叶片的旋翼桨毂。吊架的旋转允许飞行器选择性地在直升机模式、飞机模式及其组合模式下飞行。

Description

具有固定发动机布置的倾转旋翼飞行器

技术领域

本申请涉及一种倾转旋翼飞行器的发动机和吊架结构。

背景技术

传统的倾转旋翼飞行器具有安装在机翼上的可旋转短舱，每个短舱具有发动机和旋翼桨毂。短舱在直升机模式和飞机模式之间选择性地旋转。在直升机模式时，短舱旋转到近似垂直的位置，从而使倾转旋翼飞行器可以类似于常规直升机那样悬停。在飞机模式时，短舱旋转到近似水平的位置，从而使倾转旋翼飞行器可类似于固定翼飞行器那样飞行。此外，旋转的发动机通常需要比固定发动机更多的维护。而且，旋转的发动机通常需要更复杂的发动机安装结构，由此限制了发动机的维护/检查。

发明内容

本申请的目的在于改进用于倾转旋翼飞行器的发动机和吊架结构。

一种用于倾转旋翼飞行器的旋翼系统，该旋翼系统包括：位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第一固定位置上的外侧发动机；及与外侧发动机功率连接的螺旋桨旋翼吊架，该螺旋桨旋翼吊架设置为在垂直位置和水平位置之间选择性地旋转，该螺旋桨旋翼吊架包括多个旋翼叶片。

其中，外侧发动机位于螺旋桨旋翼吊架的外侧。

该螺旋桨旋翼吊架还包括：斜盘；变速箱；及短舱整流罩，设置为斜盘和变速箱的空气动力学壳体。

还包括：连接在外侧发动机和外侧输入变速箱之间的外侧输入驱动轴；及连接在外侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的外侧变速箱驱动轴。

其中，外侧变速箱驱动轴横穿过外侧肋条轴承的内部，外侧肋条轴承为螺旋桨旋翼吊架朝着固定外侧肋条元件提供旋转支撑。

该螺旋桨旋翼吊架还包括：短舱整流罩，设置为其内部元件的空气动力学壳体；位于短舱整流罩尾部的整流罩板，整流罩板的闭合位置和打开位置之间是可移动的，当螺旋桨旋翼吊架处于水平位置时，闭合位置提供空气动力学效应，打开位置为螺旋桨旋翼吊架提供空间以旋转到垂直位置。

还包括：位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第二固定位置上的内侧发动机。

还包括：连接在内侧发动机和内侧输入变速箱之间的内侧输入驱动轴；及连接在内侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的内侧变速箱驱动轴。

还包括：连接在内侧输入变速箱和附属输入变速箱之间的附属驱动轴；连接到附属输入变速箱上的互联驱动轴。

其中，互联驱动轴连接到位于飞行器的机身部分中的附属变速箱上。

其中，互联驱动轴连接到设置为驱动第二螺旋桨旋翼吊架的变速箱上，该第二螺旋桨旋翼吊架位于机翼的相对位置上。

一种倾转旋翼飞行器，包括：机身；机翼元件；位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第一固定位置上的外侧发动机；及由外侧发动机驱动的螺旋桨旋翼吊架，该螺旋桨旋翼吊架设置为在垂直位置和水平位置之间选择性地旋转，该螺旋桨旋翼吊架包括多个旋翼叶片。

其中，外侧发动机位于螺旋桨旋翼吊架的外侧，外侧发动机和螺旋桨旋翼吊架位于机翼元件的外侧部分，外侧部分离机身具有选定的距离。

螺旋桨旋翼吊架还包括：斜盘；变速箱；及短舱整流罩，设置为斜盘和变速箱的空气动力学壳体。

还包括：连接在外侧发动机和外侧输入变速箱之间的外侧输入驱动轴；及连接在外侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的外侧变速箱驱动轴。

其中，外侧变速箱驱动轴横穿过外侧肋条轴承的内部，外侧肋条轴承为螺旋桨旋翼吊架朝着固定外侧肋条元件提供旋转支撑。

螺旋桨旋翼吊架还包括：短舱整流罩，设置为其内部元件的空气动力学壳体；位于短舱整流罩尾部的整流罩板，整流罩板的闭合位置和打开位置之间是可移动的，当螺旋桨旋翼吊架处于水平位置时，闭合位置提供空气动力学效应，打开位置为螺旋桨旋翼吊架提供空间以旋转到垂直位置。

还包括：位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第二固定位置上的内侧发动机。

还包括：连接在内侧发动机和内侧输入变速箱之间的内侧输入驱动轴；及连接在内侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的内侧变速箱驱动轴。

还包括：设置为选择性地旋转螺旋桨旋翼吊架的过渡致动器。

倾转旋翼固定的发动机系统提供了水平的永久发动机安装，降低了认证成本，增加了可用发动机选择，降低了维护成本和预定维护时间。固定的发动机与旋转的吊架的接近也在驱动轴故障、轴承寿命和连接需要等方面增加了安全性。

附图说明

作为本申请的旋翼系统的特点的新颖性特征在随附权利要求中列出。然而，结合附图参考下述详细说明，将更好地理解系统本身、使用的优选方式以及其他目的和优点，附图中：

图1是根据本申请的优选实施方式的倾转旋翼飞行器的立体图；

图2是根据本申请的优选实施方式的旋翼系统的立体图；

图3是根据本申请的优选实施方式的旋翼系统的立体图；

图4是根据本申请的优选实施方式的旋翼系统的立体图；

图5是根据本申请的优选实施方式的旋翼系统的部分立体图；

图6是根据本申请的优选实施方式的旋翼系统的部分立体图；

图7是根据本申请的优选实施方式的旋翼系统的部分立体图；

图8是根据本申请的替代实施方式的倾转旋翼飞行器的立体图；

图9是根据本申请的替代实施方式的旋翼系统的立体图；

图10是根据本申请的替代实施方式的旋翼系统的部分立体图。

具体实施方式

下文描述了本申请的旋翼系统的示例性实施方式。为清楚起见，本说明书并未描述实际实施方式的所有特征。当然，应该意识到在任何这种实施方式的研发中，必须做出众多具体实施方式决定以实现研发者的具体目标，例如与旋翼系统相关和商业相关的限制兼容，这将在各种实施方式之间有所不同。此外，应该意识到，这样的研发努力可能是复杂且耗时的，但仍然在获益于本公开文本的本领域内技术人员的常规技能之内。

在说明书中，由于在附图中示出了设备，将参考不同元件之间的空间关系以及元件的不同方位的空间朝向。然而，如本领域技术人员在完整地阅读本申请之后所认识的那样，本文描述的设备、元件、装置等可位于任何期望的朝向。因此，由于本文描述的设备可朝向任何期望的方向，使用诸如“之上”、“之下”、“上部”、“下部”的术语以及其他类似术语来描述不同组件之间的空间关系或描述这些组件的方位的空间朝向应该分别被理解为描述组件之间的相对关系或这些组件的方位的空间朝向。

本申请的旋翼系统包括用于倾转旋翼飞行器的发动机和吊架结构，其中，发动机相对于飞行器的机翼部分固定，而吊架是可旋转的。吊架支撑具有多个旋翼叶片的旋翼桨毂。吊架的旋转允许飞行器选择性地以直升机模式和飞机模式(以及其组合)飞行。

参考图1，示出了倾转旋翼飞行器101。在所示实施方式中，倾转旋翼飞行器101包括机身103、机翼元件105以及尾部元件107。飞行器101还包括第一旋翼系统109a和第二旋翼系统109b。第一旋翼系统109a位于机翼元件105的左端部分，而第二旋翼系统109b位于机翼元件105的右端部分。第一旋翼系统109a和第二旋翼系统109b大体上彼此对称。为清楚起见，仅详细讨论第一旋翼系统109a。然而，本领域内技术人员应该理解到，第二旋翼系统109b的形式和功能将得益于本文与第一旋翼系统109a有关的公开内容而获知。此外，第一旋翼系统109a和第二旋翼系统109b都分别包括旋翼叶片111a和111b。然而，为清楚起见，旋翼叶片111a和111b在一些示图中略去。

应当意识到，尽管仅在倾转旋翼飞行器101中示出了第一旋翼系统109a和第二旋翼系统109b，而第一旋翼系统109a和第二旋翼系统109b还可实施在其他倾转旋翼飞行器上。例如，替代实施方式可包括四倾斜旋翼飞机，其在机翼元件105上具有额外的机翼元件，额外的机翼元件可具有类似于第一旋翼系统109a和第二旋翼系统109b的额外旋翼系统。另一替代实施方式可包括倾转旋翼飞行器101的无人版本。

现在参考图2和图3，分别示出了处于飞机模式和直升机模式的旋翼系统109a。旋翼系统109a包括外侧固定的发动机短舱113和内侧固定的发动机短舱115。螺旋桨旋翼吊架119包括多个连接到内部旋翼结构中的旋翼叶片111a(图1中示出)，内部旋翼结构位于空气动力学螺旋桨整流罩121内。螺旋桨旋翼吊架119包括短舱整流罩123，其被设置为沿着其他可旋转吊架结构旋转。旋翼系统109a可包括可移动整流罩板125，其可向尾部方向致动，从而在螺旋桨旋翼吊架119被致动为直升机模式时，为短舱整流罩123提供旋转空间。此外，当螺旋桨旋翼吊架119被致动为飞机模式时，可移动整流罩板125被向前致动，从而绕着螺旋桨旋翼吊架119的尾部提升空气动力学气流。可利用独立致动器致动可移动整流罩板125，或者，可移动整流罩板125可机械地连接到用于在飞机模式和直升机模式之间致动螺旋桨旋翼吊架119的致动器系统。

螺旋桨旋翼吊架119可在飞机模式和直升机模式之间旋转，在飞机模式中，螺旋桨旋翼吊架119大体上位于水平方向(如图2所示)，在直升机模式中，螺旋桨旋翼吊架119大体上垂直(如图3所示)。在飞机模式期间，垂直升力主要由机翼元件105的机翼轮廓提供，而每个螺旋桨旋翼吊架119中的旋翼叶片111a和111b提供向前推进力。在直升机模式期间，垂直升力主要由每个螺旋桨旋翼吊架119中的旋翼叶片111a和111b的推进来提供。应该意识到，倾转旋翼飞行器101可按如下方式运行：螺旋桨旋翼吊架119选择性地位于飞机模式和直升机模式之间，这可被称为过渡模式。

旋翼系统109a可包括吊架下止件127，用于当螺旋桨旋翼吊架119位于飞机模式时固定螺旋桨旋翼吊架119。此外，吊架下止件127可有利于减轻致动器(例如过渡致动器133)上的压力，该致动器用于在飞机模式位置和直升机模式位置之间选择性地旋转螺旋桨旋翼吊架119。

外侧固定的发动机短舱113包括外侧发动机进气口114。类似地，内侧固定的发动机短舱115包括内侧发动机进气口116。进气口114和116可位于机翼元件105的前缘部分117的尾部；然而，替代实施方式可包括将进气口114和116定位于机翼元件105的前缘部分117的前部。进气口114和116的具体位置是自定义设置的并且部分依赖于可通过选择位置实现的空气动力学冲压空气效应。

应该意识到，机翼元件105的翼尖部分可被回升以根据自定义设置的空气动力升力需求来定制机翼元件105的纵横比。因此，应该理解到，尽管外侧固定的发动机短舱113被示为大约接近机翼元件105的翼尖部分，但替代实施方式可包括翼尖部分延伸大大超出外侧固定的发动机短舱113。

当旋翼系统109a处于直升机模式时，由于旋翼叶片111a和111b的下降气流可沿机翼元件105的上部表面(当未被阻止时)流动，从而消极地影响垂直升力性能。内侧固定的发动机短舱115的位置部分用于空气阻尼的作用，以阻碍下降气流沿着机翼元件105的上部表面，下降气流的方向从机翼元件105的根部端到尖端。

现在参考图4-7，更详细地示出了旋翼系统109a。斜盘129通过多个桨距联杆(未示出)连接到旋翼叶片111a上。斜盘致动器131a-131c设置为选择性地致动斜盘129，由此选择性地改变旋翼叶片111a的桨距，从而影响飞行中的飞行器101的推进力、升力和方向。例如，斜盘129可选择性地倾斜以影响旋翼叶片111a的周期桨距那天改变。过渡致动器133配置为选择性地在直升机模式位置和飞机模式位置之间致动螺旋桨旋翼吊架119，而发动机145和147保持固定在机翼元件105上。应该意识到，过渡致动器133可以有多种设置。例如，过渡致动器133可以是线性致动器或旋转致动器，具体致动器类型可自定义设置。螺旋桨旋翼吊架119的螺旋桨旋翼变速箱外壳143枢转地安装到外侧肋条135内的外侧肋条轴承139上以及内侧肋条137内的内侧肋条轴承141上。

外侧发动机145和内侧发动机147可在结构上安装到机翼元件105的尾部边缘部分附近的发动机支撑梁149上。外侧发动机145经由外侧输入驱动轴155机械地连接到外侧输入变速箱151上，从而扭矩从外侧发动机145传递到外侧输入变速箱151中。类似地，内侧发动机147经由内侧输入驱动轴157机械地连接到内侧输入变速箱153上，从而扭矩从内侧发动机147传递到内侧输入变速箱153中。扭矩从外侧输入变速箱155和内侧输入变速箱分别经由外侧变速箱驱动轴159和内侧变速箱驱动轴传递到主旋翼杆163上。

内侧输入变速箱153可选择性地连接到附属输入变速箱165和互联驱动轴167。互联驱动轴167可用于驱动位于机身103内的辅助变速箱。在替代实施方式中，互联驱动轴167的大小可承载足以驱动旋翼系统109a上的旋翼叶片111b的扭矩，这可在发动机故障情况下提供额外的安全因素。

旋翼系统109a的配置允许发动机145和147保持固定在机翼元件105上，而仅螺旋桨旋翼吊架119旋转以允许飞行器101在直升机模式、飞机模式和过渡模式下飞行。在倾转旋翼飞行器之前，已经做出一些尝试以将固定发动机置于飞行器的机身中；然而，这种配置需要互联驱动系统以将全部的发动机功率传输给翼尖安装的旋翼和螺旋桨旋翼驱动变速箱，这可能降低驱动系统的安全性和可靠性。相比之下，旋翼系统109a的配置使得发动机145和147的位置导向螺旋桨旋翼吊架119附近，从而只需要较短的输入轴系统传输发动机功率。因此，从每个发动机到螺旋桨旋翼吊架的短的输入驱动轴系统的安全性、可靠性和效率都提高了。在所示实施方式中，全部的发动机功率通过输入驱动轴155和157以及变速箱驱动轴159和161传输。此外，通过两个发动机145和147，实现到一个安全因素，因此，不需要配置为在旋翼系统109a和109b之间传输发动机功率的互联驱动轴。然而，具有配置在旋翼系统109a和109b之间传输发动机功率的互联驱动轴是替代配置，当希望对付多个发动机故障的情况时，这种配置是期望的。此外，利用固定发动机，而不旋转的发动机配置旋翼系统109a使得发动机认证成本、复杂性和花费都显著降低。此外，具有固定发动机，而不是旋转发动机的旋翼系统109a可实质上增加发动机的选择，因此有助于降低飞机器成本。

现在参考图8-10，倾转旋翼飞行器801被示出为倾转旋翼飞行器101的替代实施方式。倾转旋翼飞行器801在形式和功能上大体上类似于倾转旋翼飞行器101，除了下文所指出的。例如，倾转旋翼飞行器801与倾转旋翼飞行器101的不同在于：在旋翼系统809a和809b中略去了内侧固定的发动机短舱115。因此，倾转旋翼飞行器801在每个旋翼系统809a和809b中仅具有单个固定发动机。此外，可选的翼形栅栏803可用于作为空气阻尼以阻碍沿着机翼元件105的上部表面的下降气流，下降气流的方向从机翼元件105的根部端到尖端。尽管倾转旋翼飞行器801仅具有单个发动机145为螺旋桨旋翼吊架119提供动力，但特别期望互联驱动轴167的大小承载足以驱动旋翼系统809b上的旋翼叶片111b，这可在发动机故障情况下提供额外的安全因素。在所示实施方式中，内侧输入变速箱153机械地将来自外侧发动机145的功率传输给附属输入变速箱165以及互联驱动轴167。应该理解的是，驱动轴和变速箱的具体配置是自定义设置的。

显而易见，已经描述和示出了具有显著优势的旋翼系统。倾转旋翼固定的发动机系统提供了水平的永久发动机安装，降低了认证成本，增加了可用发动机选择，降低了维护成本和预定维护时间。固定的发动机与旋转的吊架的接近也在驱动轴故障、轴承寿命和连接需要等方面增加了安全性。尽管本申请的系统以有限数量的形式示出，但并不限于这些形式，其适于做出各种改变和修正，而不脱离本申请的精神。

Claims (20)

1.一种用于倾转旋翼飞行器的旋翼系统，该旋翼系统包括：

位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第一固定位置上的外侧发动机；及

与外侧发动机功率连接的螺旋桨旋翼吊架，该螺旋桨旋翼吊架设置为在垂直位置和水平位置之间选择性地旋转，该螺旋桨旋翼吊架包括多个旋翼叶片。

2.如权利要求1的旋翼系统，其中，外侧发动机位于螺旋桨旋翼吊架的外侧。

3.如权利要求1的旋翼系统，该螺旋桨旋翼吊架还包括：

斜盘；

变速箱；及

短舱整流罩，设置为斜盘和变速箱的空气动力学壳体。

4.如权利要求1的旋翼系统，还包括：

连接在外侧发动机和外侧输入变速箱之间的外侧输入驱动轴；及

连接在外侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的外侧变速箱驱动轴。

5.如权利要求4的旋翼系统，其中，外侧变速箱驱动轴横穿过外侧肋条轴承的内部，外侧肋条轴承为螺旋桨旋翼吊架朝着固定外侧肋条元件提供旋转支撑。

6.如权利要求1的旋翼系统，该螺旋桨旋翼吊架还包括：

短舱整流罩，设置为其内部元件的空气动力学壳体；

位于短舱整流罩尾部的整流罩板，整流罩板的闭合位置和打开位置之间是可移动的，当螺旋桨旋翼吊架处于水平位置时，闭合位置提供空气动力学效应，打开位置为螺旋桨旋翼吊架提供空间以旋转到垂直位置。

7.如权利要求1的旋翼系统，还包括：位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第二固定位置上的内侧发动机。

8.如权利要求7的旋翼系统，还包括：

连接在内侧发动机和内侧输入变速箱之间的内侧输入驱动轴；及

连接在内侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的内侧变速箱驱动轴。

9.如权利要求8的旋翼系统，还包括：

连接在内侧输入变速箱和附属输入变速箱之间的附属驱动轴；

连接到附属输入变速箱上的互联驱动轴。

10.如权利要求9的旋翼系统，其中，互联驱动轴连接到位于飞行器的机身部分中的附属变速箱上。

11.如权利要求9的旋翼系统，其中，互联驱动轴连接到设置为驱动第二螺旋桨旋翼吊架的变速箱上，该第二螺旋桨旋翼吊架位于机翼的相对位置上。

12.一种倾转旋翼飞行器，包括：

机身；

机翼元件；

位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第一固定位置上的外侧发动机；及

由外侧发动机驱动的螺旋桨旋翼吊架，该螺旋桨旋翼吊架设置为在垂直位置和水平位置之间选择性地旋转，该螺旋桨旋翼吊架包括多个旋翼叶片。

13.如权利要求12的倾转旋翼飞行器，其中，外侧发动机位于螺旋桨旋翼吊架的外侧，外侧发动机和螺旋桨旋翼吊架位于机翼元件的外侧部分，外侧部分离机身具有选定的距离。

14.如权利要求12的倾转旋翼飞行器，螺旋桨旋翼吊架还包括：

斜盘；

变速箱；及

短舱整流罩，设置为斜盘和变速箱的空气动力学壳体。

15.如权利要求12的倾转旋翼飞行器，还包括：

连接在外侧发动机和外侧输入变速箱之间的外侧输入驱动轴；及

连接在外侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的外侧变速箱驱动轴。

16.如权利要求15的倾转旋翼飞行器，其中，外侧变速箱驱动轴横穿过外侧肋条轴承的内部，外侧肋条轴承为螺旋桨旋翼吊架朝着固定外侧肋条元件提供旋转支撑。

17.如权利要求12的倾转旋翼飞行器，螺旋桨旋翼吊架还包括：

短舱整流罩，设置为其内部元件的空气动力学壳体；

位于短舱整流罩尾部的整流罩板，整流罩板的闭合位置和打开位置之间是可移动的，当螺旋桨旋翼吊架处于水平位置时，闭合位置提供空气动力学效应，打开位置为螺旋桨旋翼吊架提供空间以旋转到垂直位置。

18.如权利要求12的倾转旋翼飞行器，还包括：位于倾转旋翼飞行器的机翼元件的第二固定位置上的内侧发动机。

19.如权利要求18的倾转旋翼飞行器，还包括：

连接在内侧发动机和内侧输入变速箱之间的内侧输入驱动轴；及

连接在内侧输入变速箱和位于螺旋桨旋翼吊架内的变速箱之间的内侧变速箱驱动轴。

20.如权利要求12的倾转旋翼飞行器，还包括：设置为选择性地旋转螺旋桨旋翼吊架的过渡致动器。

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