CN104139855B - 一种用于共轴式直升机的航向操纵系统 - Google Patents

一种用于共轴式直升机的航向操纵系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，设置于共轴式直升机中上下旋翼间，包括航向操纵小翼、操纵小翼桨毂、航向操纵滑环与小翼变距摇臂；航向操纵桨毂与下旋翼轴固连。航向操纵小翼包括小翼连杆与小翼；小翼通过小翼连杆与操纵小翼桨毂周向间轴承连接。航向操纵滑环为轴承结构，内圈与下旋翼轴间轴向滑动连接；小翼变距摇臂为三小翼连杆结构；其中两小翼连杆铰接后两端分别与小翼连杆、航向操纵滑环内圈相连；另一小翼连杆与航向操纵滑环外圈相连；由此通过与舵机驱动小翼变距摇臂，可控制改变翼面的桨叶角，控制下旋翼轴的扭矩；本发明的优点为：实现共轴式直升机的航向操纵，减小了航向操纵力矩和直升机升力的变化。

Description

一种用于共轴式直升机的航向操纵系统
技术领域
本发明涉及一种航向操纵系统，具体来说，是一种用于共轴式直升机的航向操纵系统。
背景技术
目前，国内外所采用的共轴式直升机航向操纵系统具有多种形式：
形式1：通过调节上下旋翼轴的转速实现共轴式直升机的航向操纵。
形式2：通过改变上下旋翼的桨叶角或在旋翼桨叶上安装阻力板来改变上下旋翼的气动阻力导致的力矩，实现共轴式直升机的航向操纵。此种形式的航向操纵力相对较大，主要由于需要改变上下旋翼或其中一副旋翼的整个桨叶角。
对于形式1来说，采用调节上下旋翼轴转速的航向操纵方案也会对由于旋翼转速的变化导致升力变化。
对于形式2来说，如果采用只改变一副旋翼桨叶角来操纵航向的方式还会使直升机的升力发生变化。见参考文献：“共轴式直升机半差动航向操纵系统”航空学报1997,18(1)：117-119。
由此可见，在共轴式直升机航向操纵过程中，若要保持直升机的高度不变还需要其他的操纵补偿。
发明内容
为了克服现有共轴式直升机航向操纵系统的操纵力矩过大和带来的升力变化的不足，本发明提出一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，可降低航向操纵力矩，且可减小航向操纵引起的升力变化。
一种共轴式直升机的航向操纵系统，位于共轴式直升机中上旋翼与下旋翼间，包括航向操纵小翼、操纵小翼桨毂、航向操纵滑环、小翼变距摇臂与驱动舵机。
所述操纵小翼桨毂与下旋翼轴固连，操纵小翼桨毂上安装有航向操纵小翼。航向操纵小翼包括小翼连杆与小翼。小翼连杆水平设置，一端与操纵小翼桨毂通过轴承相连；另一端与小翼固连。所述航向操纵小翼具有n套；n的数量等于共轴直升机中下旋翼桨叶片数量。
所述航向操纵滑环为轴承结构，具有内圈动环与外圈不动环。其中，内圈动环套在下旋翼轴上，与下旋翼轴间轴向滑动连接。
所述小翼变距摇臂同样具有n套，每套航向操纵小翼对应一套小翼变距摇臂安装。小翼变距摇臂由三个连杆构成，令分别为驱动拉杆、传动拉杆与航向操纵拉杆。其中，驱动拉杆一端与传动拉杆的一端铰接；驱动拉杆另一端与航向操纵小翼中小翼连杆固定；传动拉杆的另一端穿过共轴直升机中下旋翼桨毂与航向操纵滑环的动环铰接；航向操纵拉杆竖直设置，一端穿过共轴直升机中下旋翼自动倾斜器与航向操纵滑环的不动环铰接；另一端与驱动舵机的输出轴相连。
由此，在共轴直升机工作时，通过控制航向操纵拉杆与小翼变距摇臂，可实现航向操纵小翼中翼面的桨叶角改变，产生气动扭矩，改变下旋翼轴的扭矩，达到航向控制目的。
本发明的优点在于：
1、本发明航向操纵系统，可实现共轴式直升机的航向操纵，有效减小航向操纵力矩和直升机升力的变化；
2、本发明航向操纵系统共轴式直升机航向操纵系统，航向操纵小翼的有效纵面(翼面)小于上旋翼与下旋翼的桨叶翼面，因此，所需的航向操纵力矩小于现有的通过操纵整个旋翼桨叶总距产生气动扭矩的方式。
3、本发明航向操纵系统共轴式直升机航向操纵系统，航向操纵小翼的有效纵面(翼面)小于上旋翼与下旋翼的桨叶翼面，因此，可通过调整操纵传动比实现对直升机航向的精准操纵。
4、本发明航向操纵系统共轴式直升机航向操纵系统中，小翼的有效翼面保持在小翼外端部，可产生较高的操纵效率。
附图说明
图1为本发明共轴式直升机航向操纵系统结构及安装方式正视图；
图2为本发明共轴式直升机航向操纵系统结构及安装方式侧视图。
图中：
1-航向操纵小翼2-操纵小翼桨毂3-航向操纵滑环
4-小翼变距摇臂5-驱动舵机6-上旋翼
7-下旋翼8-纵横向总距拉杆101-小翼连杆
102-小翼301-驱动拉杆302-传动拉杆
303-航向操纵拉杆701-下旋翼轴702-下旋翼桨叶
703-下旋翼桨毂704-下旋翼自动倾斜器
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明航向操纵系统位于在共轴式直升机中，共轴双旋翼的上旋翼6与下旋翼7间，如图1所示，包括航向操纵小翼1、操纵小翼桨毂2、航向操纵滑环3、小翼变距摇臂4与驱动舵机5。
所述操纵小翼桨毂2与共轴直升机中下旋翼轴701同轴固连，可随下旋翼轴701一同转动。操纵小翼桨毂2周向上固定安装有n套航向操纵小翼1；n的数量等于下旋翼桨叶片702数量。每套航向操纵小翼1包括小翼连杆101与小翼102。其中，小翼连杆101水平设置，一端与操纵小翼桨毂2通过轴承相连，可绕自身轴线转动；另一端与小翼102翼面端部固连，小翼102翼面的翼型(有效纵面)采用对称翼型，且小于上旋翼6与下旋翼7桨叶翼面的翼型。
本发明中航向操纵小翼1的长度小于下旋翼桨叶702的长度；即：小翼102翼面外端到下旋翼轴701中心处的长度小于下旋翼桨叶702叶端到下旋翼轴701轴线的长度。在航向操纵小翼1连接完毕后，还需保证n套航向操纵小翼1中小翼连杆101的方位角安装位置分别位于共轴直升机中相邻两片下旋翼桨叶702夹角中间位置，呈均匀分布；即：n套航向操纵小翼1中小翼连杆101的轴线分别位于相邻两片下旋翼桨叶702轴线夹角的平分线上。上述航向操纵小翼1的长度、几何尺寸根据给定共轴式直升机的参数进行详细气动计算。
所述航向操纵滑环3为深沟球轴承结构，具有内圈动环与外圈不动环；其中，内圈动环套在下旋翼轴701上，与下旋翼轴701间滑动连接，可沿下旋翼轴701轴向滑动。通过航向操纵滑环3实现小翼变距摇臂4的安装以及驱动舵机5的动力的传递。
所述小翼变距摇臂4同样具有n套，每套航向操纵小翼1分别通过一套小翼变距摇臂进行控制，各套小翼变距离摇臂4的结构与安装方式均相同，均由三个连杆构成，令分别为驱动拉杆401、传动拉杆402与航向操纵拉杆403。其中，驱动拉杆401为弧形杆，一端与传动拉杆402的一端铰接；驱动拉杆401的另一端设计有连接件；连接件套在航向操纵小翼1中小翼连杆101上，且小翼连杆101固定，位于小翼连杆101与操纵小翼桨毂2轴承连接端位置。传动拉杆402的另一端穿过共轴直升机中下旋翼桨毂703与航向操纵滑环3的动环铰接。航向操纵拉杆403竖直设置，一端穿过共轴直升机中下旋翼自动倾斜器704与航向操纵滑环3的不动环铰接，且铰接位置与传动拉杆402在航向操纵滑环3动环上的铰接处沿航向操纵滑环3的径向分布；航向操纵拉杆403另一端连接一个驱动舵机5，通过驱动舵机控制航向操纵拉杆上下运动。
由此，在共轴直升机工作时，上旋翼6与下旋翼7的桨叶等转速反方向转动。上旋翼6与下旋翼7的周期变距和总距操纵由共轴直升机中的纵横向总距拉杆8共同作用完成，且上旋翼6与下旋翼7的总距和周期变距的操纵量均相同。本发明航向操纵系统与下旋翼轴701同步转动，此时，通过控制航向操纵拉杆403与小翼变距摇臂3，可实现航向操纵小翼1中翼面102的桨叶角改变，产生气动扭矩，改变下旋翼轴701的扭矩，达到航向控制目的；具体方式为：通过驱动舵机5控制航向操纵拉杆303上下运动，实现航向操纵滑环3的不动环上下移动，进而带动与航向操纵滑环3的动环沿下旋翼轴上下滑动，使传动拉杆402一并上下移动，最终使驱动拉杆401上下摆动，带动航向操纵小翼1中小翼连杆101转动，实现小翼102的桨叶角的变化，使小翼102产生气动扭矩，改变下旋翼轴701的扭矩，达到航向控制目的。本发明中，当航向操纵小翼1中翼面102水平时，桨叶角为0；小翼变距摇臂4中驱动拉杆401处于水平状态；而传动拉杆402与航向操纵拉杆403在运动过程中始终处于竖直状态。

Claims (6)

1.一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，其特征在于：位于共轴式直升机中的上旋翼与下旋翼间，包括航向操纵小翼、操纵小翼桨毂、航向操纵滑环、小翼变距摇臂与驱动舵机；
所述操纵小翼桨毂与下旋翼轴固连，操纵小翼桨毂上安装有航向操纵小翼；航向操纵小翼包括小翼连杆与小翼；小翼连杆水平设置，一端与操纵小翼桨毂通过轴承相连；另一端与小翼固连；所述航向操纵小翼具有n套；n的数量等于共轴式直升机中的下旋翼桨叶片数量；
所述航向操纵滑环为轴承结构，具有内圈动环与外圈不动环；其中，内圈动环套在下旋翼轴上，与下旋翼轴间轴向滑动连接；
所述小翼变距摇臂同样具有n套，每套航向操纵小翼对应一套小翼变距摇臂安装；小翼变距摇臂由三个连杆构成，令分别为驱动拉杆、传动拉杆与航向操纵拉杆；其中，驱动拉杆一端与传动拉杆的一端铰接；驱动拉杆另一端与航向操纵小翼中的小翼连杆固定；传动拉杆的另一端穿过共轴式直升机中的下旋翼桨毂与航向操纵滑环的动环铰接；航向操纵拉杆竖直设置，一端穿过共轴式直升机中的下旋翼自动倾斜器与航向操纵滑环的不动环铰接；另一端与驱动舵机的输出轴相连。
2.如权利要求1所述一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，其特征在于：所述小翼翼面的翼型采用对称翼型。
3.如权利要求1所述一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，其特征在于：所述航向操纵小翼的长度小于下旋翼桨叶的长度。
4.如权利要求1所述一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，其特征在于：所述n套航向操纵小翼中的小翼连杆的方位角安装位置分别位于共轴式直升机中相邻两片下旋翼桨叶夹角中间位置，呈均匀分布。
5.如权利要求1所述一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，其特征在于：所述驱动拉杆与航向操纵小翼中的小翼连杆固定位置，位于小翼连杆与操纵小翼桨毂轴承连接端。
6.如权利要求1所述一种用于共轴式直升机的航向操纵系统，其特征在于：所述航向操纵小翼中的翼面水平时，桨叶角为0°；小翼变距摇臂中的驱动拉杆处于水平状态。
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