CN103158870B - 具有反馈杆的桨叶俯仰控制系统、控制方法及飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制飞机旋翼上的多个桨叶中的每一个桨叶的俯仰角的桨叶俯仰控制系统。与每个桨叶相关联的反馈杆枢转地连接到倾斜盘组件的旋转部分。螺距杆将杆的输出臂连接到对应桨叶的变距摇臂上，并且反馈链将杆的输入臂连接到轭架。轭架的翻转运动引起反馈链的运动，并且这种运动引起杆的相应旋转。杆的旋转引起螺距杆的运动，改变连接的桨叶的俯仰角。这在轭架的翻转运动和桨叶的俯仰运动之间提供可选择的俯仰翻转连接。

Description

具有反馈杆的桨叶俯仰控制系统、控制方法及飞机

技术领域

本申请大致涉及飞机旋翼的桨叶控制系统并且具体地涉及一种具有反馈杆的桨叶俯仰控制系统。

背景技术

对诸如直升机和倾转旋翼飞机的要求不断提高，要求其提供更大的推力，更高的速度，以及承载更重的负荷和/或更重的机身。这些性能标准在提高，旋翼飞机的机能系统必须改善以提供想要的性能提高。旋翼系统为多个机能系统中的一个，其需要改进以满足改进旋翼飞机性能的要求。

旋翼飞机具有至少一个提供提升力和推进力的旋翼。这些旋翼具有至少两个连接到中心浆毂的旋翼桨叶，该中心桨毂连接到由引擎或马达旋转驱动的可旋转桅杆。这些桨叶的俯仰角是可调的，并且俯仰角典型地由倾斜盘组件和将倾斜盘组件的旋转部分连接到每个桨叶的联动装置所控制。

现有系统的一个例子包括在平行于桅杆轴的方向上移动的倾斜盘，其移动朝向并离开旋翼以实现集中控制并且围绕垂直于桅杆轴的轴倾转以实现循环控制。当倾斜盘移动朝向或离开旋翼时，每个桨叶的俯仰角发生相同大小的改变，并且与其它桨叶在相同方向上发生改变。这种集中控制系统经常被称为“升降”系统，对旋翼推力进行控制，推力通常与桅杆共轴地测量。另一方面，倾斜盘的倾转引起每个桨叶的俯仰随着旋翼的旋转而成正弦曲线改变或循环地变化，这使得旋翼提升力增强，提升力在整个旋翼平面上变化。

尽管桨叶间距控制系统已经取得了长足发展，仍然存在重大的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明采用了如下的技术内容。

一种桨叶俯仰控制系统，用于控制飞机旋翼的多个桨叶中的每一个桨叶的俯仰角，桨叶可旋转地连接到与旋翼桅杆一起旋转的轭架上，该控制系统包括：

具有非旋转部分和旋转部分的倾斜盘组件；

与每个桨叶相关联的反馈杆，每个反馈杆可枢转地安装到倾斜盘组件的旋转部分上，输入臂和输出臂从反馈杆的枢转轴的相对两侧上延伸，当反馈杆相对于旋转部分枢转时，这两个臂沿相反的方向移动；

将输出臂连接到对应桨叶的变距摇臂上的螺距杆；

将输入臂连接到轭架的反馈链；

其中轭架的翻转运动引起反馈链的运动，并且这种运动引起反馈杆相应的旋转以及螺距杆的运动，在轭架的翻转运动和桨叶的俯仰运动之间提供可选择的俯仰翻转连接。

进一步地，所述的桨叶俯仰控制系统，其中反馈链通过将万向接头的一部分连接到轭架，其中该万向接头将轭架连接到桅杆。

进一步地，所述的桨叶俯仰控制系统，还包括：

用于枢转地安装每个反馈杆的枢转轴，每个枢转轴从倾斜盘组件的旋转部分向外径向地延伸。

进一步地，所述的桨叶俯仰控制系统，其中每个反馈杆具有长度

相同的臂。

进一步地，所述的桨叶俯仰控制系统，其中每个反馈杆具有长度不相同的臂。

本发明还提供一种控制飞机旋翼的多个桨叶中的每一个桨叶的俯仰角的方法，桨叶可旋转地连接到与旋翼桅杆一起旋转的轭架上，该方法包括：

(a)枢转地将与每个桨叶相关联的反馈杆连接到倾斜盘组件的旋转部分，输入臂和输出臂从反馈杆的枢转轴的相对两侧延伸，当反馈杆相对于旋转部分枢转时，两个臂沿相反方向移动；

(b)通过螺距杆将输出臂连接到对应桨叶的变距摇臂上；

(c)通过反馈链将输入臂连接到轭架；并且

(d)通过引入反馈改变桨叶的俯仰角，反馈由于轭架的翻转运动以及反馈杆和螺距杆相应的运动而生成。

进一步地，所述步骤(c)包括通过万向接头的一部分将反馈链连接到轭架，其中该万向接头将轭架连接到桅杆。

进一步地，所述步骤(a)包括提供用于枢转安装每个反馈杆的枢转轴，每个枢转轴从倾斜盘组件的旋转部分向外径向地延伸。

进一步地，所述步骤(a)包括配置每个反馈杆使其具有长度相同的臂。

进一步地，所述步骤(a)包括配置每个反馈杆使其具有长度不同的臂。

本申请还提供一种具有桨叶俯仰控制系统的飞机，该桨叶俯仰控制系统用于控制飞机旋翼上的多个桨叶中的每一个桨叶的俯仰角，这些桨叶可旋转地连接到用于与旋翼桅杆一起旋转的轭架，该控制系统包括：

具有非旋转部分和旋转部分的倾斜盘组件；

与每个桨叶相关联的反馈杆，每个反馈杆枢转地安装到倾斜盘组件的旋转部分，输入臂和输出臂从反馈杆的枢转轴的相对两侧延伸，当反馈杆相对于旋转部分枢转时，这两个臂沿相反的方向移动；

将输出臂连接到对应桨叶的变距摇臂上的螺距杆；

将输入臂连接到轭架的反馈链；

其中轭架的翻转运动引起反馈链运动，并且这种运动引起反馈杆相应的旋转以及螺距杆的运动，在轭架的翻转运动和桨叶的俯仰运动之间提供可选择的俯仰翻转连接。

进一步地，其中反馈链通过万向接头的一部分连接到轭架，其中该万向接头将轭架连接到桅杆。

进一步地，所述的飞机还包括：

用于枢转地安装每个反馈杆的枢转轴，每个枢转轴从倾斜盘组件的旋转部分向外径向地延伸。

进一步地，每个反馈杆具有长度相同的臂。

进一步地，每个反馈杆具有长度不相同的臂。

上述结构和方法克服了现有技术的缺陷。

附图说明

本申请的优选的应用模式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为具有根据一种实施方式的桨叶俯仰控制系统的旋翼浆毂组件的斜视图；

图2为图1的旋翼浆毂组件的斜视图，其中一些部件被移除以便于查看；

图3为图1的旋翼浆毂组件的俯视图，其中一些组件被移除以便于查看；并且

图4为图1的旋翼浆毂组件安装在其上的飞机的斜视图。

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。由此，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。

例如，图中示出的浆毂组件在图中大致上处于垂直方向，即直升机或倾转旋翼飞机的旋翼组件配置用于直升机模式中的旋翼负荷飞行的方向。在下面的描述中，浆毂组件的部件可以关于图中的这种方向进行描述，然而应该理解的是这种方向仅是为了描述性的目的，浆毂组件的方向可以在使用中改变。

本申请的系统和方法包括这里描述的用于飞机旋翼的桨叶俯仰控制系统，其用于控制连接到旋翼的桨叶的俯仰角并且在俯仰控制系统内部设置有杠杆反馈系统。该反馈系统允许轭架的倾转被输入到桨叶控制系统中，其中轭架根据桨叶的翻转运动而倾转，为组件中“Δ3”或者俯仰翻转连接的大小提供额外的控制。

图1到图3示出具有杠杆反馈系统的桨叶俯仰控制系统的一个实施例。在图2和3中，该系统的一些部分被移除以便于查看。

参照图1，一种倾转旋翼浆毂组件11包括可旋转地安装到桅杆15的中心轭架13。轭架13能够围绕垂直于桅杆15的轴17的翻转轴枢转，同时桅杆15驱动轭架13与桅杆15一起围绕桅杆轴17旋转。轭架13包括从轭架13的中心区域大致径向延伸的多个臂19。桨叶夹具21可旋转安装到每个臂19上，以使得每个夹具21相对于相关联的臂19围绕相应的俯仰轴23(图中示出的为两个)旋转。夹具21可以整体地构成旋翼桨叶的内侧部分或者配置用于连接到一个单独的旋翼桨叶。固定的变距摇臂25从每个夹具21的内部延伸，并且刚性螺距杆27可旋转地连接到每个变距摇臂25的端部29。这种结构允许每个螺距杆27大致上平行于桅杆轴17移动，以使得相关联的夹具21和相关联的桨叶围绕相应的俯仰轴23旋转。

倾斜盘组件31包括内部非旋转倾斜盘环33以及共轴的外部旋转倾斜盘环35，该外部旋转倾斜盘环35通过轴承可旋转地连接到环33，允许环35相对于环33围绕它们的共用轴自由旋转同时在环33和环35之间传递机械力(不仅仅是围绕它们的共用轴的扭转力)。

在运行中，旋转环35和桅杆15以及轭架13一起围绕桅杆轴17旋转，然而非旋转环33不随着桅杆15一起围绕轴17旋转。倾斜盘组件31连接到桅杆15，允许倾斜盘组件31沿着桅杆15的长度平移有限的距离并且围绕垂直于桅杆15的轴倾转。为了控制倾斜盘31的运动，非旋转倾斜盘环33连接到倾斜盘致动系统(未示出)，倾斜盘致动系统引起倾斜盘31进行平移以用于集中的桨叶俯仰控制和/或引起倾斜盘31进行倾转以用于循环的桨叶俯仰控制。制动系统的运行响应于飞行员和/或飞行控制系统的输入。

在图示的实施例中，四个刚性枢转轴37从旋转环35径向地延伸，并且每个轴37配置成枢转地支撑反馈杆39。每个杆39为刚性细长元件，包括有输入臂41和输出臂43。臂41,43的相对长度由枢轴44及其轴线限定，枢轴44安装到枢转轴37上并且允许杆39相对于环35进行旋转。每个螺距杆27在端部45可旋转地连接到反馈杆39的输出臂43的端部。

在运行中，旋翼系统的桨叶可以以翻转运动移动，其中由于施加在桨叶上的气动力使得桨叶沿着平面外方向移动。例如，在旋翼负荷飞行的前进移动中，前进的桨叶遭遇掠过桨叶的给定速度的空气，使得桨叶提升并且使其沿平面外方向上升。对应的效果在旋翼桅杆相对一侧的桨叶上可以看到，其后退并且遭遇掠过桨叶具有较低速度的空气，导致桨叶产生较小程度的提升。在旋翼中，具有通过万向接头，例如等速接头连接到桅杆的轭架，这两种力的结果使得轭架围绕方向接头的翻转轴旋转。

如上面描述的，轭架13连接到桅杆15，使得轭架围绕桅杆轴17与桅杆15一起旋转同时允许轭架相对于桅杆15翻转。等速接头或类似连接件被用作万向接头将轭架13连接到桅杆15，并且允许轭架13相对于桅杆15进行翻转同时桅杆驱动轭架13围绕轴17旋转。等速接头46包括内环47，中间环48，以及外环49。内环47刚性地连接到桅杆15，并且外环49刚性地连接到轭架13。环47,48,49彼此枢转地连接，以形成驱动轭架13与桅杆15一起围绕桅杆轴17旋转同时允许轭架13相对于桅杆15围绕翻转轴自由地枢转的万向接头。

在示出的实施例中，四个刚性输出轴50从外环49延伸出来，并且刚性反馈链51将每个输出轴50连接到反馈杆39的输入臂41的一个部分上。反馈链51在端部53可旋转地连接到输出轴50，并且链51在端部55可旋转地连接到输入臂41。每个反馈杆39大致在桅杆15的相对两侧上连接输出轴50和变距摇臂25。

在浆毂组件11的运行中，倾斜盘致动系统驱使倾斜盘组件31相对于桅杆15平移和/或倾转。当倾斜盘组件31被平移时，平行于组件31的桅杆轴17的运动通过从环33到环35，从环35到每个枢转轴37，从每个枢转轴37到相关联的反馈杆39，以及从每个杆39的每个输出臂43到通过相关联的螺距杆27连接的变距摇臂25的机械连接从倾斜盘环33传递给变距摇臂25，生成对全部夹具21以及相关联的桨叶的集中控制。同样，当倾斜盘组件31倾转时，相对于组件31的桅杆轴17的倾转运动通过相同的机械连接从倾斜盘环33传递给变距摇臂25，产生对全部夹具21和相关联的桨叶的循环控制。

施加在与夹具21相关联的桨叶上的不同的气动力使得轭架13相对于桅杆15进行翻转，并且使得外环49相对于桅杆15与轭架13一起移动。外环49的运动引起输出轴50进行相应的倾转运动，并且这种运动通过每个反馈链51的运动传递给每个反馈杆39的连接输入臂41。杆39围绕枢转轴37枢转，并且输出臂43随之发生的运动通过螺距杆27传递给连接的变距摇臂25和夹具21。由此，轭架13在翻转过程中选定数量的运动反馈通过反馈杆39输入给系统，并且轭架13的翻转运动由此使夹具21和相关联桨叶的俯仰角发生改变。由于由倾斜盘致动系统确定的倾斜盘31的位置和方向，夹具21的俯仰角附加的变化与当前的俯仰角无关。

这种桨叶俯仰控制系统的一个优点在于通过对组件的特性进行选择，使得俯仰翻转连接的数量是可调节的。例如，对杆39的臂41,43的相对长度的选择能够决定反馈链51和螺距杆27之间的运动比。杆39被示出具有长度大致相同的臂41,43，其具有1:1的运动比。然而，使杆39的臂41,43具有不相同的长度能够提供不同于1:1的运动比，并且这是一种定制的特定系统以提供期望数量的俯仰翻转连接的方法。

同样，其它的用于定制俯仰翻转连接的方法包括改变输出轴50在外环49上的位置和/或枢转轴37在倾斜盘环35上的位置。这些仅是两个例子，但是其它的修改对于获取期望的结果而言是必须的，因为俯仰翻转连接的数量将基于特定的应用而变化。描述的系统尤其适用于倾转旋翼飞机，因为这种系统提供在飞机模式中所需要的Δ3控制输入用于为倾转旋翼的前进，机翼负荷飞行提供必要的稳定性。

浆毂组件11在图中被示出具有位于轭架13的上方或外侧的反馈杆39。然而，在另一个实施例中反馈杆39位于轭架13的下方或内侧。这将杆39定位于轭架13与引擎或者用于旋转桅杆15的变速箱之间。

参照图4，倾转旋翼飞机57包括机身59和连接到机身39的机翼61。旋转引擎舱63枢转地安装到机翼61相对的端部上并且容置引擎(未示出)，引擎用于提供扭矩以转动容置在每个引擎舱63中的旋翼桅杆。两个旋翼65都包括容置在气动盖67下面的中心旋翼浆毂组件，并且每个旋翼65具有桨叶俯仰控制系统，桨叶俯仰控制系统具有杠杆反馈，例如上面示出和描述的组件11。每个旋翼65的浆毂组件将桨叶69连接到相关联的旋翼桅杆，桅杆由转动旋翼65的引擎提供的扭矩驱动旋转。倾转旋翼57能够以直升机模式飞行，其中每个引擎舱63大致上垂直地布置，并且在飞机模式中，每个引擎舱63大致上水平地布置(未示出)。

倾转旋翼57作为采用本申请的系统的典型飞机被示出。应该意识到各种类型的飞机都可以使用本申请的用于主旋翼桨叶，尾旋翼桨叶，或者螺旋桨的系统。典型的飞机类型非穷尽的包括飞机，旋翼机，以及无人驾驶飞机。

本申请的系统具有重要的优点，包括：(1)一种将翻转运动引入到控制系统中作为反馈的方法，以及(2)部件尺寸的减小，其对于获得期望的桨叶俯仰而言是必要的。

虽然本发明参照至少一个图示的实施例进行了描述，这种描述并不是以有限的认识解释。图示的实施例的各种修改和组合以及本发明的其它实施例对本领域技术人员来说在查阅了本说明书后是显而易见的。

上面公开的具体实施例仅仅是示意性的，本申请可以对享有这里的教导的利益的本领域技术人员来说现已建的不同但是等效的方式进行修改和实施。进而，这里示出的结构或设计的细节并不是限制性的。因此显而易见的是上面描述的具体实施例可以被改变和修改并且全部的修改都被认为位于本申请的保护范围和精神之内。显而易见的是描述和示出的系统具有显著的优点。尽管本申请的系统以有限数量的形式被示出，其并不限于这些形式，而是可修改的具有各种改变和修改而不会脱离本申请的精神。

Claims (15)

1.一种桨叶俯仰控制系统，用于控制飞机旋翼的多个桨叶中的每一个桨叶的俯仰角，桨叶可旋转地连接到与旋翼桅杆一起旋转的轭架上，该控制系统包括：

具有非旋转部分和旋转部分的倾斜盘组件；

与每个桨叶相关联的反馈杆，每个反馈杆可枢转地安装到倾斜盘组件的旋转部分上，输入臂和输出臂从反馈杆的枢转轴的相对两侧上延伸，当反馈杆相对于旋转部分枢转时，这两个臂沿相反的方向移动；

将输出臂连接到对应桨叶的变距摇臂上的螺距杆；

将输入臂连接到轭架的反馈链；

其中轭架的翻转运动引起反馈链的运动，并且这种运动引起反馈杆相应的旋转以及螺距杆的运动，在轭架的翻转运动和桨叶的俯仰运动之间提供可选择的俯仰翻转连接。

2.如权利要求1所述的桨叶俯仰控制系统，其中反馈链通过将万向接头的一部分连接到轭架，其中该万向接头将轭架连接到桅杆。

3.如权利要求1所述的桨叶俯仰控制系统，进一步包括：

用于枢转地安装每个反馈杆的枢转轴，每个枢转轴从倾斜盘组件的旋转部分向外径向地延伸。

4.如权利要求1所述的桨叶俯仰控制系统，其中每个反馈杆具有长度相同的臂。

5.如权利要求1所述的桨叶俯仰控制系统，其中每个反馈杆具有长度不相同的臂。

6.一种控制飞机旋翼的多个桨叶中的每一个桨叶的俯仰角的方法，桨叶可旋转地连接到与旋翼桅杆一起旋转的轭架上，该方法包括：

(a)枢转地将与每个桨叶相关联的反馈杆连接到倾斜盘组件的旋转部分，输入臂和输出臂从反馈杆的枢转轴的相对两侧延伸，当反馈杆相对于旋转部分枢转时，两个臂沿相反方向移动；

(b)通过螺距杆将输出臂连接到对应桨叶的变距摇臂上；

(c)通过反馈链将输入臂连接到轭架；并且

(d)通过引入反馈改变桨叶的俯仰角，反馈由于轭架的翻转运动以及反馈杆和螺距杆相应的运动而生成。

7.如权利要求6所述的方法，其中步骤(c)包括通过万向接头的一部分将反馈链连接到轭架，其中该万向接头将轭架连接到桅杆。

8.如权利要求6所述的方法，其中步骤(a)包括提供用于枢转安装每个反馈杆的枢转轴，每个枢转轴从倾斜盘组件的旋转部分向外径向地延伸。

9.如权利要求6所述的方法，其中步骤(a)包括配置每个反馈杆使其具有长度相同的臂。

10.如权利要求6所述的方法，其中步骤(a)包括配置每个反馈杆使其具有长度不同的臂。

11.一种具有桨叶俯仰控制系统的飞机，该桨叶俯仰控制系统用于控制飞机旋翼上的多个桨叶中的每一个桨叶的俯仰角，这些桨叶可旋转地连接到用于与旋翼桅杆一起旋转的轭架，该控制系统包括：

具有非旋转部分和旋转部分的倾斜盘组件；

与每个桨叶相关联的反馈杆，每个反馈杆枢转地安装到倾斜盘组件的旋转部分，输入臂和输出臂从反馈杆的枢转轴的相对两侧延伸，当反馈杆相对于旋转部分枢转时，这两个臂沿相反的方向移动；

将输出臂连接到对应桨叶的变距摇臂上的螺距杆；

将输入臂连接到轭架的反馈链；

其中轭架的翻转运动引起反馈链运动，并且这种运动引起反馈杆相应的旋转以及螺距杆的运动，在轭架的翻转运动和桨叶的俯仰运动之间提供可选择的俯仰翻转连接。

12.如权利要求11所述的飞机，其中反馈链通过万向接头的一部分连接到轭架，其中该万向接头将轭架连接到桅杆。

13.如权利要求11所述的飞机，进一步包括：

用于枢转地安装每个反馈杆的枢转轴，每个枢转轴从倾斜盘组件的旋转部分向外径向地延伸。

14.如权利要求11所述的飞机，其中每个反馈杆具有长度相同的臂。

15.如权利要求11所述的飞机，其中每个反馈杆具有长度不相同的臂。