CN102905972A - 用于在飞行中折叠桨叶的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋翼飞机的可折叠旋翼系统，该可折叠旋翼系统包括与驱动轴可操作关联的旋翼组件，该驱动轴与引擎可操作关联，旋翼组件包括连接到夹紧销的旋翼桨叶。与夹紧销可操作关联的倾斜盘按次序选择性地改变旋翼桨叶的桨距。桨叶折叠致动器与夹紧销可操作关联，以使得桨叶折叠致动器配置成围绕桨叶折叠轴折叠和展开旋翼桨叶。在飞机模式中，旋翼飞机能停止并折叠旋翼桨叶，以使得旋翼飞机依靠来自引擎的推力用于推动飞机前进。旋翼飞机沿螺旋折叠轨迹折叠以使得旋翼桨叶在折叠过程中基本上保持边缘向前或者顺流。螺旋折叠轨迹最小化了旋翼桨叶经受的气动阻力，同时在旋翼飞机的飞行过程中进行桨叶折叠。

Description

用于在飞行中折叠桨叶的方法和设备

技术领域

本申请大致上涉及旋翼飞机的旋翼桨叶领域；但更具体地，涉及一种在飞行中折叠旋翼桨叶的方法和设备。

背景技术

倾转旋翼飞机为一种介于传统直升飞机和传统螺旋桨驱动飞机之间的混合类型飞机。典型的倾转旋翼飞机具有引擎舱，引擎舱上具有能够相对于飞机机身旋转的旋翼系统。倾转旋翼飞机能够从直升飞机模式切换到飞机模式，其中在直升飞机模式中，飞机能够像直升飞机那样起飞，盘旋并且降落；在飞机模式中，飞机能够像固定翼飞机那样向前飞行。在倾转旋翼飞机的飞机模式中，前进的速度和范围由旋翼系统确定的基本限制而限定。

附图说明

被认为是本申请的特性的新颖性特征在所附的权利要求中提出。然而，本发明本身，还有优选的应用模式，以及进一步的目标和优点将参照下面的详细描述并结合附图获得最好的理解，其中：

图1为根据本申请的优选实施例的旋翼飞机处于直升飞机模式的透视图；

图2为根据本申请的优选实施例的旋翼飞机处于飞机模式的透视图；

图3为根据本申请的优选实施例的旋翼飞机处于折叠模式的透视图；

图4为根据优选实施例的旋翼飞机的旋翼组件处于折叠模式的透视图；

图5为根据优选实施例的旋翼飞机的旋翼组件处于直升机模式的透视图；

图6为根据优选实施例的旋翼飞机的旋翼组件处于飞机模式的透视图；并且

图7A-7H为根据本申请的优选实施例逐步地详细描绘螺旋折叠轨迹的透视图。

虽然本申请的系统和方法可以具有各种变形和替代形式，其具体的实施方式通过图中的例子示出并且在这里进行详细的描述。然而，应当理解的是这里对具体实施方式的描述并不是将本申请限定于公开的特定实施方式，而恰恰相反，其目的是为了覆盖落入由所附的权利要求所限定的本申请的工艺的精神和范围之内的全部变形，等同，以及替代的方案。

具体实施方式

优选实施例的示意性实施方式将在下面进行描述。为了清楚起见，在本说明书中并没有描述实际实施的全部特征。当然可以意识到在任何实际实施方式的发展过程中，需要视具体情况做出各种决定以实现研发者的特定目标，例如服从系统相关和商业相关的系统规定参数，其从一种实施方式变化到另一种。此外，可以意识到的是这种发展努力可能是复杂和耗时的，但是仍然是享有本公开的利益的本领域普通技术人员必须经历的常规过程

在说明书中，如在附图中描绘的，参考标记用于标示各种组件之间的空间关系以及组件的各种方位的空间指向。然而，如本领域技术人员在完整地阅读了本申请之后能够认识到的，这里描述的装置，元件，设备，等等可以设置成任何期望的指向。因此，诸如“上方”，“下方”，“上部”，“下部”或其它类似的用于描述各种组件之间的空间关系或者用于描述这些组件的方位的空间指向的术语的使用应当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指向，而这里描述的装置可以指向任何期望的方向。

本申请描绘了一种在飞机飞行过程中折叠旋翼桨叶的独特方法和设备，以使得飞机能够飞地更远和更快。当旋翼桨叶折叠进入收起位置时，倾转旋翼依靠引擎的喷射推力在向前飞行中推动飞机前进。

参照图1，倾转旋翼飞机101处于直升机模式，其具有处于近似于垂直位置的引擎舱105a和105b。引擎舱105a配置成在直升机模式位置和飞机模式位置之间旋转旋翼组件115a。同样，引擎舱105b配置成在直升机模式位置和飞机模式位置之间旋转旋翼组件115b。当处于直升机模式时，旋翼桨叶109a和109b分别与引擎舱105a和105b选择性地操作关联，为飞机101提供垂直提升力。旋翼组件115a和115b配置成选择性地集中并且循环地控制旋翼桨叶109b和109a的桨距（pitch），为处于直升机模式的飞机101提供偏航，桨距，以及侧倾控制。引擎103为飞机101提供动力。驱动轴119提供了一种用于在引擎103和旋翼组件115a和115b之间的传递动力的装置。离合器113配置成选择性地接合和断开引擎103和驱动轴119之间的旋转动力。旋翼制动器111配置成在离合器断开引擎103到驱动轴119的动力后选择性地减慢和停止驱动轴119的旋转。机翼107连接到机身117以在向前飞行中提供提升力。应该意识到尽管引擎103示出位于机身117内，也可以采用其它引擎配置。例如，引擎103可以设置在机身117的其它区域，位于机翼107上面或者接近机翼107。还应该意识到尽管描绘的飞机101的每个旋翼组件具有三个旋翼桨叶，旋翼组件也可以采用更多或更少的桨叶。例如，完全可以预期的是本申请的方法和设备可以在旋翼组件115a和115b中分别使用四个旋翼桨叶109a和109b。计算机135示意性地位于机身117中，但是应该意识到计算机135可以采用多种形式并且存在于飞机101内部的多个位置。计算机135配置成控制飞机101内部的系统，包括旋翼桨叶109a和109b沿螺旋折叠轨迹的折叠操作。

参照图2，描绘的倾转旋翼飞机101处于飞机模式，其具有处于近似于水平位置的引擎舱105a和105b。当处于飞机模式时，旋翼桨叶109a和109b分别与引擎舱105a和105b可操作关联，为飞机101提供向前的推动力。旋翼组件115a和115b配置成在飞机模式中为飞机101选择性地提供控制输入。例如，旋翼组件115a和115b通过选择性地调整旋翼桨叶109a的桨距，使其不同于旋翼桨叶109b而提供偏航控制。应该意识到施加在机翼107上的其它空气动力学控制特性将为飞机101提供不同且多样的控制特性。

参照图3，描述的倾转旋翼飞机101处于折叠模式，其旋翼桨叶109a和109b分别处于紧靠着引擎舱105a和105b的收起位置。处于折叠模式的飞机101比处于飞机模式时飞行效率更高。例如，在折叠模式，飞机101比其依靠旋翼桨叶109a和109b产生推进力时飞得更快，更远，并且更平稳。当飞机101处于折叠模式，推进力由引擎103的推力提供。

应该意识到旋翼组件115a和115b基本上彼此相互对称分布。由此，这里讨论的关于旋翼组件115b的特征同样对称地存在于旋翼组件115a上。应该意识到，如同在这里讨论的，在直升机模式，飞机模式以及折叠模式中，旋翼组件115a和115b关于飞机101的平移所起的作用是相似的。

参照图4，进一步详细示出当飞机101处于折叠模式时的旋翼组件115b。倾斜盘123配置成选择性地调整旋翼桨叶109b的桨距。倾斜盘123可以以循环模式倾转，以有区别地改变一个或多个旋翼桨叶109b的桨距。类似地，倾斜盘123可以选择性地以集中模式致动以一致性改变旋翼桨叶109b的桨距。螺距杆125可操作地连接到每个旋翼桨叶109b的夹紧销127。每个夹紧销127配置成由倾斜盘123控制通过螺距杆125围绕夹紧销轴129可选择性地旋转。桨叶折叠致动器121位于每个夹紧销127中。每个桨叶折叠致动器优选地为电致动器，但是也可以是其它致动器，例如液压致动器，压电致动器，马达致动器，或其它适于提供旋转力的机构。此外，尽管描绘的桨叶折叠致动器121设置在每个夹紧销127的内部，应该意识到的是每个桨叶折叠致动器121可以设置在每个夹紧销127的外部。每个桨叶折叠致动器121与每个旋翼桨叶109b可操作关联以选择性地沿着桨叶折叠轴131旋转每个旋翼桨叶。在引擎舱105b的表面可以设置有充气的气袋139，以在旋翼桨叶109b折叠时选择性地进行充气。旋翼组件105b配置成围绕旋翼桅杆轴137旋转。

参照图5，进一步详细示出处于直升机模式的飞机101的旋翼组件115b。每个螺距杆125与每个旋翼桨叶109b可操作关联。倾斜盘123配置成接收集中和循环输入以选择性地控制每个旋翼桨叶109b的桨距。引擎舱105b配置成通过引擎舱致动器133在直升机模式和飞机模式之间被致动。

现在参照图6，进一步详细示出处于飞机模式的飞机101的旋翼组件115b。每个螺距杆125与每个旋翼桨叶109b可操作关联。倾斜盘123配置成接收集中和循环输入以选择性地控制每个旋翼桨叶109b的桨距。

现在参照图7A到7H，描述了用于使旋翼桨叶109b从飞机模式改变到折叠模式的系统。来自引擎103的旋转动力通过离合器113（在图1-3中示出）而从驱动轴119断开。旋翼桨叶109b在飞行中顺流（feather）平行于气流的方向以使得气动阻力在折叠过程中被削减。旋翼桨叶109b通过倾斜盘123的致动以一定方式顺流布置以集中地调整每个旋翼桨叶109b的桨距使其进入顺流的位置。旋翼桨叶109b的旋转速度借助旋翼致动器111而减小，直到旋翼桨叶109b到达已知的指示位置。如图7A到7H所示，优选地的已知的指示位置为一个旋翼桨叶不会侵犯任何机翼结构的旋翼桨叶位置。此外，已知的指示位置与用在旋翼桨叶折叠过程中的其它特性的预定位置一致。一旦旋翼桨叶109b处于已知的指示位置，旋翼桨叶被锁止固定以使得旋翼桨叶109b不会围绕旋翼桅杆轴137继续旋转。

继续参照图7A到7H，桨叶折叠致动器121和倾斜盘123的致动以预定顺序发生，以便于以特定的螺旋轨迹折叠旋翼桨叶109b。特定的螺旋轨迹即为折叠顺序，其中旋翼桨叶109b在整个折叠过程中尽可能保持边缘向前进入气流中，即顺流。通过使旋翼桨叶109b主要地保持边缘向前进入气流中，旋翼桨叶109b上的气动负载和气动阻力被最小化。典型地，旋翼桨叶被设计成在经受离心负载的同时具有最大的强度。如此，旋翼桨叶典型地在静止位置时不能承受同样多的弯曲力。因此，以螺旋负载轨迹折叠旋翼桨叶109b允许旋翼桨叶109b在折叠的同时最小化气动负载。

仍然参照图7A到7H，旋翼桨叶109b沿螺旋折叠轨迹的折叠包括了同步致动桨叶折叠致动器121，以使得旋翼桨叶围绕桨叶折叠轴131折叠，同时旋翼桨叶109b边缘向前地顺流进入自由气流。在旋翼桨叶109b围绕桨叶折叠轴131折叠的过程中，旋翼桨叶109b还通过倾斜盘123围绕夹紧销轴129致动，以使得旋翼桨叶109b近似于接近引擎舱105b布置。优选地，旋翼桨叶109b通过桨叶折叠致动器121的致动围绕桨叶折叠轴131以线性速率旋转。相反，多数倾斜盘123的致动用于使旋翼桨叶109b围绕夹紧销轴129旋转，朝着螺旋轨迹的末端发生。因此，旋翼桨叶109b在折叠过程中尽可能长地保持边缘向前顺流进入自由气流中。当旋翼桨叶109b完全折叠时，旋翼桨叶109b接触到位于旋翼组件115b内部的硬挡件。当旋翼桨叶109b处于完全折叠位置时，气袋139可以从引擎舱105b的表面、在每个旋翼桨叶109b的下面展开。气袋139作为缓冲器用于最小化旋翼桨叶109b和引擎舱105b之间的接触，并且调整在折叠位置时围绕旋翼桨叶109b的气动气流。当旋翼桨叶109b处于折叠位置时，桨叶折叠致动器121被锁定在固定位置。当旋翼桨叶109b处于折叠位置时，飞机101使用来自引擎103的推动力代替来自旋翼桨叶109b的推力从而能够飞得更远更快。飞机101通过反转这里描述的用于从飞机模式切换到折叠模式的过程能够从折叠模式切换回到飞机模式。从飞机模式切换到折叠模式的过程大致需要6-8秒。然而，应该意识到该过程根据具体应用，可以配置成花费更少或更多的时间。

本申请的方法和设备具有显著的优点，包括：（1）提供折叠旋翼桨叶的方法以允许飞机在折叠模式的过程中利用喷射推力前进；（2）通过使旋翼桨叶在折叠时基本上边缘向前顺流进入气流而减少在折叠过程中施加在旋翼桨叶上的阻力；并且（3）在旋翼桨叶处于折叠位置时采用充气气袋以调整围绕折叠旋翼桨叶的气流。

显而易见的是已经描述和图示的方法和设备具有显著的优点。尽管本申请的方法和设备以有限数量的形式示出，但并不仅限于这些形式，而是具有多种改变和修改同时不会脱离本申请的精神。

Claims (17)

1.一种用于旋翼飞机的可折叠旋翼系统，可折叠旋翼系统包括：

与驱动轴可操作关联的旋翼组件，驱动轴与引擎可操作关联，旋翼组件包括：

连接到夹紧销的旋翼桨叶；

与夹紧销可操作关联的倾斜盘，用于选择性地改变旋翼桨叶的桨距；

桨叶折叠致动器与夹紧销可操作关联，以使得桨叶折叠致动器配置成围绕桨叶折叠轴折叠和展开旋翼桨叶。

2.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，其中旋翼桨叶配置成围绕桨叶折叠轴折叠同时围绕夹紧销轴同步地旋转。

3.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，进一步包括：

充气气袋，配置成当处于折叠位置时作为缓冲器作用于旋翼桨叶。

4.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，其中旋翼组件进一步包括：

连接到位于旋翼桨叶上的倾斜盘和夹紧销的螺距杆。

5.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，其中桨叶折叠致动器位于夹紧销内部。

6.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，其中旋翼组件为引擎舱的一部分，引擎舱配置成在直升机模式和飞机模式之间旋转旋翼组件。

7.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，进一步包括：

用于控制桨叶折叠致动器的计算机。

8.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，进一步包括：

配置成选择性地阻止驱动轴旋转的旋翼制动器。

9.根据权利要求1所述的可折叠旋翼系统，进一步包括：

离合器，配置成选择性地控制传递给驱动轴的扭矩。

10.一种在飞行中螺旋折叠旋翼飞机上的多个旋翼桨叶的方法，包括：

通过离合器断开从引擎传递给驱动轴的动力；

使驱动轴和多个旋翼桨叶停止旋转；

改变多个旋翼桨叶的桨距，以使得每个旋翼桨叶的前缘基本上边缘向前进入气流；以及

围绕桨叶折叠轴朝向下流折叠每个旋翼桨叶，同时选择性地围绕夹紧销轴旋转每个旋翼桨叶，直到多个旋翼桨叶排列成基本上平行于气流的方向。

11.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

将多个旋翼桨叶锁止在折叠位置。

12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：

为充气气袋充气，以提供抵靠住多个旋翼桨叶的气压。

13.根据权利要求10所述的方法，其中多个旋翼桨叶在折叠的第一部分中基本上保持边缘向前。

14.根据权利要求10所述的方法，其中每个旋翼桨叶的折叠速率基本上为线性的，同时每个旋翼桨叶围绕夹紧销轴的选择性旋转速率逐渐增大，直到多个旋翼桨叶排列成基本上平行于气流方向。

15.一种倾转旋翼飞机，包括：

连接到机身的机翼元件；

可旋转地连接到机翼组件的多个引擎舱，每个引擎舱在飞机模式和直升机模式之间为可旋转的；以及

与每个引擎舱可操作关联的旋翼组件，旋翼组件包括：

多个旋翼桨叶，每个旋翼桨叶配置成通过桨叶折叠致动器围绕桨叶折叠轴折叠；以及

与多个旋翼桨叶可操作关联的倾斜盘，其用于选择性地围绕每个旋翼桨叶的夹紧销轴旋转每个旋翼桨叶；

其中倾斜盘和折叠致动器的操作使得每个旋翼桨叶能够沿着螺旋折叠轨迹，以使得每个旋翼桨叶基本上保持边缘向前通过螺旋折叠路径，以最小化施加在每个旋翼桨叶上的气动阻力。

16.根据权利要求12所述的旋翼飞机，进一步包括：

位于每个引擎舱上的充气气袋，其用于当每个旋翼桨叶处于折叠位置时提供依靠住每个旋翼桨叶的压力。

17.根据权利要求12所述的旋翼飞机，其中可折叠旋翼系统进一步包括：

机械锁止件，配置成当每个旋翼桨叶处于折叠位置时，锁止每个旋翼桨叶。

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