CN103171759A - 具有油脂润滑滚子轴承和拉紧-扭转带的浆毂组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制旋翼桨叶在飞行中的水平旋转和离心力的系统和方法。旋翼系统具有浆毂组件，其包括中空轭架臂，用于容纳旋翼桨叶的主轴部分。拉紧-扭转带延伸通过中空轭架臂并且连接旋翼桨叶和浆毂组件。该方法包括允许旋翼桨叶的主轴部分在中空轭架臂内部枢转，并且利用拉紧-扭转带控制旋翼桨叶的旋转和离心运动。

Description

具有油脂润滑滚子轴承和拉紧-扭转带的浆毂组件

技术领域

本申请大体上涉及旋翼系统领域，并且更具体地，涉及一种具有浆毂组件的旋翼系统，浆毂组件具有润滑滚子轴承以及拉紧-扭转带。

背景技术

旋翼系统公知的在本领域中用于有效地利用多个旋翼桨叶产生水平和垂直的飞行。在运行中，旋翼桨叶施加力在浆毂组件上，例如摆/振，水平旋转（feathering），离心，锥形以及翻转力。在一些实施方式中，一个或多个这种力可以引起旋翼系统失灵。因此，旋翼系统典型地包括用于补偿这些以及其它施加在浆毂组件上的力的不同装置。例如，在一些实施方式中旋翼系统可以包括弹性元件，弹簧比率减震器，轴承和/或其它适于减少，并且在一些情况下消除这些施加在浆毂组件上的力的效果的装置。

尽管旋翼系统领域已经有了长足的发展，仍然存在许多缺点。

附图说明

被认为是本发明的特性的新颖性特征在所附的权利要求中提出。然而，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后面的详细描述并结合附图获得最好的理解，其中：

图1为采用本申请的旋翼系统的旋翼飞机的侧视图；

图2为采用本申请的旋翼系统的倾转旋翼飞机的斜视图；

图3为本申请的旋翼系统的斜视图；

图4为图3的旋翼系统的顶视图；

图5为图3的旋翼系统的底部视图；

图6A为图3的旋翼系统的部分被切除的斜视图；

图6B为图6A的旋翼系统的拉紧-扭转带的替代实施方式的部分斜视图；

图7为图3的旋翼系统的部分被切除的顶视图；

图8为图7的旋翼系统的斜视图；并且

图9为描述优选方法的流程图。

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

本发明的旋翼组件和方法的示例性实施方式在下面给出。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。

本申请的旋翼系统相对于传统的旋翼系统具有显著的优点。尤其，旋翼系统使用至少控制在飞行中由旋翼桨叶产生的离心和水平旋转力的拉紧-扭转带。该旋翼系统可选择地设置有一个或多个用于抵偿桨叶锥形力的弹性锥形元件。该旋翼系统还设置有允许旋翼桨叶相对于浆毂组件水平旋转的轴承系统。这些特征的进一步讨论和描述将在下面给出。

本申请的组件和方法的结构及操作将通过附图并结合所附的描述被理解。这里描述了该系统的几种实施方式在。应当理解的是不同实施方式的各种组件，部件，以及特征可以组合在一起和/或彼此交换，即使在附图中并没有示出全部的变形和具体实施方式，其全部位于本申请的范围之内。还应该理解的是各种实施方式之间的特征，元件，和/或功能的混合与匹配在这里被明确地考虑以使得本领域普通技术人员从公开的一种实施方式的特征，元件，和/或功能可以意识到它们可以被恰当地结合到另一种实施方式中，除非以其他方式描述。

现在参照附图，其中在各种视图中相同的参考标记标示相应或相同的元件，图1和图2示出采用本申请的旋翼系统的两种不同的旋翼飞机。图1示出直升机101的侧视图，同时图2示出倾转旋翼飞机201的斜视图。

直升机101包括由机身105承载的旋翼系统103。一个或多个与旋翼系统103可操作关联的旋翼桨叶107提供直升机101的飞行并且被多个位于机身105里的控制器控制。例如，在飞行中，飞行员可以操作循环控制器109用于改变旋翼桨叶107的俯仰角和/或操作踏板111，由此提供垂直，水平和偏航飞行运动。

倾转旋翼飞机201包括两个或多个具有由可旋转引擎机舱204承载的旋翼桨叶204的旋翼系统203。可旋转引擎机舱提供允许飞机201像传统直升飞机那样起飞和降落，并且像传统固定机翼飞机那样水平飞行的装置。应该理解的是，和直升机101一样，倾转旋翼飞机201也设置有控制器，例如循环控制器和踏板，其位于机身207内部用于控制飞机的运动。

在图3-8中，示出根据本申请的优选实施方式的旋翼系统301的各种视图。可以意识到旋翼系统301提供用于操纵旋翼飞机的飞行方向的有效装置，并且设置有一个或多个用于控制由旋翼桨叶施加在其上的力的特有系统和装置。应该理解的是上面公开的旋翼系统103和203均包括旋翼系统301的一个或多个特征。因此，这里讨论的特征可以被结合到直升机，倾转旋翼飞机，以及其它类型的旋翼飞机的旋翼系统中。

具体参照图3，旋翼系统301包括与浆毂组件305可操作关联的多个旋翼桨叶303。在运行中，飞机引擎（未示出）驱动并旋转浆毂组件305，浆毂组件接着通过旋翼桨叶303产生飞行。在典型的实施方式中，旋翼系统301被示出具有四个旋翼桨叶303；然而，可以意识到这里讨论的旋翼系统301的特征可以根据期望的实施方式容易地适用于更多或更少的旋翼桨叶。为了便于描述，仅对四个桨叶303中的一个桨叶以及与其可操作关联的装置进行详细描述。然而，应该理解的是剩余的三个桨叶以及关联的组件在形式和功能上与桨叶303基本相同，并且同样包括这里讨论的特征。

浆毂组件305优选地设置有牢固地连接到壳体309的浆毂盖307。浆毂盖307和壳体309可旋转地设置在非旋转引擎机舱边缘311上方，彼此间隔开设置。在飞行中，浆毂盖307转移空气使其流向旋翼桨叶303，由此提高旋翼系统301的空气动力效率。在一些实施方式中，浆毂盖307可以包括可选的进入口308，用于允许空气流进壳体309。这种设置为安置在壳体309内部的装置提供有效的冷却。

在优选的实施方式中，壳体309配置成牢固地将旋翼桨叶303支撑在其上，并且将浆毂组件305的一个或多个组件容置在其中。壳体309还适用于支撑配置成容纳桨叶303的中空主轴部分的多个中空轭架臂313。这些特征将在下面至少参照附图8做进一步的讨论。

浆毂组件305可选择地设置有与轭架臂313可操作关联的弹性锥形元件315。在运行中锥形元件补偿由旋翼桨叶303施加在浆毂元件305上的锥形力。锥形元件315优选地采用弹性材料制造，弹性材料在飞行中沿着旋翼桨叶的锥形方向弹性延伸。锥形元件315优选地连接到壳体309的外表面310，并且围绕轭架臂313的外周长的至少一部分沿外周延伸；然而，元件315的替代形式可以包括不同的外形，并且可以沿着臂313的任意表面设置。如图8所示，元件315配置成将轭架臂313的凸缘316夹在中间。该特征允许轭架臂在飞行中随着旋翼桨叶而枢转。

在图4和5中，分别示出浆毂组件305的顶部和底部视图。浆毂组件305设置有在飞行中用于控制施加在浆毂组件305上的离心力和水平旋转力的拉紧-扭转带501。可以意识到带501还可以在飞行中控制旋翼桨叶的摆/振和翻转运动。在运行中，带501允许由桨叶的水平旋转引起的扭转（扭曲）运动，并且限制由桨叶离心力引起的拉紧（纵向）运动。

拉紧-扭转带501优选地包括具有多个带臂505的基座部分530，多个带臂505从基座部分530延伸出来。带臂部分505延伸穿过中空的轭架臂313并且有效地将旋翼桨叶303连接到浆毂组件305。基座部分503包括允许旋翼桅杆507穿过的中心孔。应该理解的是在优选的实施方式中，拉紧-扭转带501连接到等速（CV）万向节并且间接连接到旋翼桅杆507。

在图6A中，示出浆毂组件305的斜视图，并且为了视图和描述的清晰性，浆毂组件305的一部分被移除。浆毂组件305设置有位于壳体309里，并且通过一个或多个固定装置603牢固地连接到其上的等速万向节601。应该意识到固定装置603还将带501固定到等速万向节601。当组装时，旋翼桅杆507支撑并旋转壳体309，等速万向节601，以及带501，带501接着旋转桨叶303。

图6A同样清楚地描绘了具有与旋翼桨叶303可操作关联并且枢转地连接到螺距杆607的变距摇臂605的浆毂组件305。可以意识到变距摇臂被选择性地调整角度以适配在壳体309中。在运行中，螺距杆607通过倾斜盘（未示出）操纵变距摇臂605。应该理解的是浆毂组件305的螺距杆和变距摇臂被用于在飞行中改变旋翼桨叶的俯仰角。

如上面简要描述的，拉紧-扭转带501为用于控制桨叶的水平旋转和离心力的有效装置。在优选的实施方式中，拉紧-扭转带501由多个堆积玻璃纤维层组成，其允许产生扭曲运动，以用于补偿水平旋转力，但该拉紧-扭转带仍具有很强的抗拉强度以防止过度的拉伸，由此能够补偿桨叶离心力。当然，应该理解的是在替代的实施方式中拉紧-扭转带501可以以不同形状，尺寸和材料制作而成。例如，图6B示出一个替代的实施方式，拉紧-扭转带602被制作成具有产生两个并排延伸并且彼此相隔一定距离的纵向元件606和608的中空部分604。这些特征允许期望的扭曲运动，但是同时也限制拉伸运动。带602与拉紧-扭曲带501相比具有至少一个优点，即带602需要更少的材料制作而成，这将减少飞机的整体成本和重量。

浆毂组件305进一步设置有用于将拉紧-扭转带501固定到桨叶303的固定装置609。在优选的实施方式中，固定装置609为一种锁定销；然而，可以意识到替代的实施方式可以包括不同类型的固定装置，用于将带501固定到桨叶303。图6A示出固定装置609延伸穿过旋翼桨叶303的厚度以使得固定装置609保持露出。然而，在替代的实施方式中，固定装置可以配置成与旋翼桨叶的外表面平齐或者配置成保持在旋翼桨叶内部。

接着参照图7和8，分别示出浆毂组件305的顶部和斜面视图，并且为了图示和描述的清晰性，浆毂组件305的一部分被移除。在图8中，轭架臂313被示出具有用于容纳桨叶303的中空主轴部分803的中空腔801。当组装时，腔801具有使主轴部分803在其中旋转的有效装置。轴承组件被用于允许主轴部分803在腔801内部旋转。尤其，两个滚子轴承，第一轴承805和第二轴承807彼此间隔一定距离，提供有效的装置用于允许旋翼桨叶的主轴部分相对于轭架臂旋转。轴承805和807优选地配置成在主轴部分803的整个圆周长度延伸。并且，在优选的实施方式中，滚子轴承805和807为球轴承；然而，不同类型的轴承可以用在替代的实施方式中。

主轴部分803优选地包括中空腔809，其用于容纳穿过中空腔的拉紧-扭转带501。应该理解的是如果没有拉紧-扭转带501，主轴803可能在腔801内部发生非限制的旋转运动。在飞行中，当桨叶303水平旋转时，拉紧-扭转带501允许主轴部分803在腔801内部发生旋转。应该意识到的是拉紧-扭转带501的厚度，形状，外形，以及材料组分在不同的实施方式中可以容易地改变，以获取期望的弹性扭转和拉伸强度，由此可以补偿不同的水平旋转。

在图9中，示出描绘优选方法的流程图901。方框903描绘第一步，其包括通过拉紧-扭转带将旋翼桨叶连接到浆毂组件。方框905和907描绘了采用拉紧-扭转带补偿施加在浆毂组件上的离心和水平旋转力的过程。下一步，如方框909和911中描绘的，为可选的特征，包括将弹性元件连接到与旋翼桨叶关联的轭架臂上用于补偿桨叶锥形力的过程。

显而易见的是这里描述和图示的组件和方法具有显著的优点。上面公开的具体实施方式只是示意性的，实施方式可以被修改并且以对享有这里的教导的利益的本领域技术人员而言不同但是等效的方式实施。因此，显而易见的是上面公开的具体实施方式可以改变和修改，并且全部的变形都被认为位于本申请的范围和精神之内。因此，这里寻求的保护在说明书中提出。尽管上面示出了现有的实施方式，它们并不仅限于这些实施方式，而是可修改的，并且各种变化和修改都不会脱离本申请的精神。

Claims (20)

1.一种用于旋翼飞机的旋翼系统，包括：

旋翼桅杆；

等速万向节；

具有中空主轴部分的旋翼桨叶；以及

浆毂组件，可旋转地连接到旋翼桅杆并且与旋翼桨叶可操作关联，浆毂组件具有：

连接到旋翼桅杆并且连接到等速万向节的壳体；

中空轭架臂，与壳体可操作关联并且配置成容纳旋翼桨叶的中空主轴部分；以及

连接到等速万向节并且连接到旋翼桨叶的拉紧-扭矩带，拉紧-扭转带配置成延伸通过中空轭架臂并且延伸通过旋翼桨叶的中空主轴部分；

其中，在飞行中，当通过旋翼桨叶在浆毂组件上施加叶片水平旋转力时，主轴部分在中空轭架臂内部枢转；并且

其中，在飞行中，当桨叶进行水平旋转时，拉紧-扭转带限制旋翼桨叶的枢转运动。

2.如权利要求1所述的旋翼系统，进一步包括：

与轭架臂可操作关联的弹性锥形元件；

其中弹性锥形元件补偿在飞行中由旋翼桨叶产生的锥形力。

3.如权利要求1所述的旋翼系统，其中拉紧-扭转带由弹性材料制成。

4.如权利要求3所述的旋翼系统，其中拉紧-扭转带由玻璃纤维材料制成。

5.如权利要求1所述的旋翼系统，拉紧-扭转带包括：

通过固定装置连接到等速万向节的基座部分；以及

从基座延伸出来并且通过旋翼桨叶的主轴部分的带臂。

6.如权利要求1所述的旋翼系统，拉紧-扭转带包括：

第一纵向元件；以及

与第一纵向元件并排延伸并且彼此间隔布置的第二纵向元件。

7.如权利要求1所述的旋翼系统，进一步包括：

设置在中空轭架和主轴部分之间的轴承组件；

其中轴承组件允许主轴部分相对于中空轭架臂旋转。

8.如权利要求7所述的旋翼系统，轴承组件包括：

第一滚子轴承；以及

第二滚子轴承；

其中第一滚子轴承和第二滚子轴承彼此间隔一定距离设置。

9.如权利要求8所述的旋翼系统，其中第一滚子轴承在主轴部分的外表面的整个圆周长度上沿外周延伸；并且

其中第二滚子轴承在主轴部分的外表面的整个圆周长度上沿外周延伸。

10.一种用于旋翼飞机的旋翼系统，包括：

旋翼桨叶，具有：

中空主轴部分；

浆毂组件具有：

配置成将主轴部分容纳在其中的中空轭架臂；以及连接到旋翼桨叶和浆毂组件的拉紧-扭转带；

其中主轴部分在中空轭架臂内部枢转；并且

其中拉紧-扭转带控制由飞行中旋翼桨叶的水平旋转运动引起的主轴的枢转运动。

11.如权利要求10所述的旋翼系统，进一步包括：

设置在主轴部分和轭架臂的内表面之间的轴承组件；

其中轴承组件允许主轴部分相对于中空轭架臂枢转。

12.如权利要求11所述的旋翼系统，轴承组件包括：

第一滚子轴承；以及

第二滚子轴承；

其中第一滚子轴承和第二滚子轴承彼此间隔一定距离设置。

13.如权利要求10所述的旋翼系统，进一步包括：

与轭架臂可操作关联的弹性锥形元件；

其中，在飞行中，弹性锥形元件补偿由旋翼桨叶产生的锥形力。

14.如权利要求13所述的旋翼系统，中空轭架臂包括：

凸缘；

其中弹性锥形元件牢固地固定到壳体外表面的凸缘上。

15.如权利要求10所述的旋翼系统，拉紧-扭转带包括：

基座；以及

连接到基座并且从基座延伸出的臂；

其中臂延伸通过主轴部分并且将旋翼连接到浆毂组件。

16.如权利要求15所述的旋翼系统，拉紧-扭转带包括：

第一纵向元件；以及

与第一纵向元件并排延伸并且彼此间隔一定距离的第二纵向元件。

17.如权利要求10所述的旋翼系统，主轴部分具有：

中空腔；

其中拉紧-扭转带通过中空腔。

18.一种控制旋翼桨叶相对于连接到其上的浆毂组件的离心和水平旋转运动的方法，该方法包括：

将中空轭架臂连接到可旋转地连接到旋翼桅杆的壳体上；

将旋翼桨叶的主轴部分容置在中空轭架臂的内部；

将拉紧-扭转带的第一端固定到壳体；

使拉紧-扭转带延伸通过中空轭架臂；并且

将拉紧-扭转带的第二端连接到旋翼桨叶的主轴部分；

其中旋翼桨叶在中空轭架臂内部枢转；并且

其中在飞行中，拉紧-扭转带控制旋翼桨叶的枢转运动。

19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：

采用与轭架臂可操作关联的弹性元件控制旋翼桨叶锥形力。

20.如权利要求18所述的方法，进一步包括：

通过轴承组件将旋翼桨叶连接到中空轭架臂；

其中轴承组件允许旋翼桨叶相对于中空轭架臂作枢转运动。

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