CN104843180B - 飞行器及具有用于将主齿轮箱和发动机连接在一起的连接装置的飞行器动力设备 - Google Patents

飞行器及具有用于将主齿轮箱和发动机连接在一起的连接装置的飞行器动力设备 Download PDF

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Abstract

一种动力设备(10)，包括燃烧燃料的发动机(15)、主齿轮箱(20)和传动系(30)。动力设备(10)包括两个分别沿着第一方向(101)和第二方向(102)延伸的连接杆(41、42)，第一方向(101)和第二方向(102)不平行且与共同的枢转轴线(103)相交，每个连接杆(41、42)通过球窝接头(50)铰接到主齿轮箱(20)且铰接到发动机(15)，以消除主齿轮箱(20)与发动机(15)之间的沿着所述纵向方向(100)的相对运动，并且允许所述主齿轮箱(20)和所述发动机(15)相对于所述轴线(103)的受限枢转。本发明还涉及具有此动力设备的飞行器。

Description

飞行器及具有用于将主齿轮箱和发动机连接在一起的连接装置的飞行器 动力设备
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年2月19号提交的FR 1400444的权益，FR 1400444的公开内容以引用的方式完全纳入本文。
技术领域
本发明涉及一种飞行器动力设备，并且涉及一种具有动力设备的飞行器。更具体地，本发明涉及一种具有用于将主齿轮箱(MGB)和发动机连接在一起的连接装置的动力设备。
具体地，本发明属于具有活塞发动机且更具体地是柴油发动机的旋翼飞行器动力设备的技术领域。
背景技术
旋翼飞行器通常配设至少一个藉由动力设备驱动而旋转的旋翼。该动力设备设有至少一个发动机以及主齿轮箱，所述主齿轮箱置于发动机与旋翼之间。
发动机可以是通过传动系连接到主齿轮箱的涡轮发动机。
这种传动系包括在发动机的输出轴与主齿轮箱的输入轴之间延伸的传动轴。传动轴可以包含一个或更多个区段。
当动力设备正运行时，发动机和/或主齿轮箱可能会经受较小的运动。
主齿轮箱可以通过传统的悬挂系统悬挂到飞行器的结构上。悬挂系统可以例如包含悬挂杆及悬挂装置。可以参考文献，以便获得有关此主题的介绍。
同样，发动机可以通过支腿并且在适当的情况下通过能量吸收装置和/或诸如称为"阻尼器"的装置的运动装置附接到飞行器的结构上。
因此，主齿轮箱和/或发动机可以在运行中经受相对运动，例如振动。该运动可能由主齿轮箱和/或发动机的运行，或实际由支撑它们的结构的变形而引起。
因此，传动系的构件可能运动得彼此错位，并且因此会导致它们受损。
为了限制这种错位，动力设备可以包括围绕传动系的轴管(在法语中称为“trompette”)。该管然后刚性地固定到主齿轮箱且固定到发动机上。该管的功能是趋向于保持主齿轮箱与发动机之间的间距恒定，并且确保传动系的各种构件的充分对齐。例如，轴管可以用于使传动轴与主齿轮箱的输入轴以及与发动机的输出轴对齐。
然而，错位的风险依然存在。
为了适应传动轴、发动机的输出轴与主齿轮箱的输入轴之间的可能错位，传动系可以包括至少一个弹性耦接装置。弹性耦接装置例如可以是称为"弯曲器(flector)"的类型。其它耦接装置可以想像到，如在文献US 7959512中所描述的那类装置。
每个弹性耦接装置用于将由发动机产生的驱动扭矩传递到主齿轮箱。此外，每个弹性耦接装置在轴向或角度错位的情况下变形，以使这种错位成为可能，并且限制错位对传动轴的影响。在这种情况下，弹性耦接装置会经受大强度的力，并且会逐渐恶化。因此要定期监测这种耦接装置。
此外，传动轴也可以设计为以呈现足够的柔韧性，以容忍预定量的错位。
在这种情况下，动力设备可以包括用于限制错位存在的轴管，并且可以包括柔性耦接装置，以确保所发生的任何错位对动力设备的影响有限。
这样的系统有利但难以设计。它可能需要测试，以评估传动系将要经受的错位。具体地，在未做复杂测试的情况下，难以估计飞行时发动机的惯性运动。
由于生态和经济原因，例如，它也可以设想为使用涡轮发动机而非例如柴油发动机的活塞发动机。
然而，由于往复构件的存在，当启动时、当加速时、甚至以稳定速度运行时或承受扭矩时，活塞发动机经受不同的运动。这些运动则易于使传动轴的物理整体性退化。相比于涡轮发动机的近似线性运动，未做测试的情况下，这些运动似乎难以估计。
文件JP 2000 065265不形成本发明的技术领域的一部分，因为涉及一种用于限制风箱中的剪力与扭转力的装置。
文件FR2232481、FR1388363、US3383933、US3034583和US2718756也不同于本发明。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种试图限制传动轴的可能退化的动力设备，尤其是在使用活塞发动机的背景下。
本发明涉及一种包括燃烧燃料的发动机和主齿轮箱的动力设备。该动力设备包括沿着纵向方向延伸的传动系，以将发动机连接到主齿轮箱，该传动系藉由发动机驱动而转动，并驱动主齿轮箱转动。该传动系包括至少一个传动轴和弹性耦接装置。
该动力设备则包括两个分别沿着第一方向和第二方向延伸的连接杆，第一方向和第二方向不平行且与共同的枢转轴线相交。每个连接杆通过球窝接头铰接到主齿轮箱且铰接到发动机，以消除主齿轮箱与发动机之间的、沿着纵向方向的相对运动，并且允许齿轮箱和发动机相对于共同的枢转轴线的有限枢转。
该共同的枢转轴线可以沿垂直于纵向方向或垂直于与所述纵向方向平行的方向的直立方向延伸。
在这种情况下，赋予适当构造的连接杆当然地限制发动机相对于主齿轮箱的可能运动。
由于连接杆经由球窝接头铰接到发动机且铰接到主齿轮箱，因此连接杆趋向于将发动机及主齿轮箱的相对运动限制到相对于它们在其上汇聚的轴线的枢转运动。这种相对运动然后趋向于限制成围绕与两个连接杆相交的共同的枢转轴线的枢转。
两个连接杆可以是刚性链接，每个连接杆都能够沿着其各自的轴线传递压缩力及拉力。这些连接杆因此将动力学约束赋予发动机及主齿轮箱的相对运动。
因此，本发明使用用于将传动轴运动减少至可预测的运动的连接杆。
因此，制造商能够评估主齿轮箱及发动机的相对运动，并且因此能够适当地设计传动系。
当发动机是活塞发动机时和/或当主齿轮箱驱动旋翼飞行器的旋翼时，本发明特别值得关注。
具体地，使用连接杆使主齿轮箱及发动机的运动模式更可预测。这些运动对于活塞发动机来说通常难以预测，因为其运动及传递到邻近结构的非共面直线对力是复杂的，并且在飞行期间变化非常显著，与以更恒定的方式运行的涡轮不同。在这种情况下，本发明通过将这些运动限制于可识别的枢转运动为这个问题提供了方案。
传动轴然后可以定位在由主齿轮箱及发动机所产生的位置以及由连接杆所允许的运动而引起的位置处。这些运动是受控制的下，并且能够由运动学计算。连接杆消除了发动机与主齿轮箱之间的自由度，并且因此使关于传动系的运动的了解得以改善。具体地，因此改进传动轴的设计是可能的。
此外，发动机可以包括发动机本体和支腿。例如，发动机可以承载在四个支腿上，四个支腿将发动机支撑在飞行器的结构上，并且还用于吸收发动机的扭矩。
在这种情况下，至少一个连接杆可以铰接到支腿，和/或至少一个连接杆可以铰接到发动机本体。
此外，动力设备可以包括至少一个用于将主齿轮箱连接到承载结构的弹性悬挂系统。
这种悬挂系统可以是现有技术的系统，例如为了滤除由主齿轮箱所驱动的旋翼的旋转运动而引起的变化的目的。可以参考文献，以便获得这种悬挂系统的说明。
悬挂系统因此在技术上是有利的，而且能够在飞行时将运动自由度赋予主齿轮箱。然而，这种运动自由度受连接杆约束。
此外，动力设备可以包括至少一个用于将发动机连接到承载结构的能量吸收装置。
能量吸收装置可以是现有技术的系统，诸如称为"阻尼器"的装置的。可以参考文献，以便获得这种能量吸收装置的说明。能量吸收装置可以将运动自由度赋予发动机。然而，这种运动自由度受连接杆限制。
此外，连接杆在主齿轮箱与发动机之间一个在另一个之上地交叉，并且共同的枢转轴线布置在主齿轮箱与发动机之间。
在这种情况下，共同的枢转轴线可以穿过弹性耦接装置。
连接杆在可以位于弹性耦接装置处的共同的枢转轴线上汇聚。以非排它的方式，这个弹性耦接装置可以是现有技术，诸如称为"弯曲器(flector)"的装置。可以参考文献，以获得这种弹性耦接装置的说明。
因此，弹性耦接装置基本上受弯曲应力。弹性耦接装置位于发动机与主齿轮箱之间的瞬时枢转中心处。在这种情况下，耦接装置受弯曲应力，但不受剪切、拉力或压缩力。相比于弹性耦接装置经受多种力的传统装置，弹性耦接装置的寿命则能够得以改善。
因此，传动系可以包括传动轴，该传动轴通过第一弹性耦接装置连接到发动机的输出轴且通过第二弹性耦接装置连接到主齿轮箱的输入轴。共同的枢转轴线然后穿过第二弹性耦接装置。
可选地，共同的枢转轴线与主齿轮箱之间的第一最小距离小于共同的枢转轴线与发动机之间的第二最小距离。
在上述实施例的背景下，该特征使得优化传动轴并且特别是第二弹性耦接装置的定位成为可能，以及通过适当地改变共同的枢转轴线的位置而优化分担弹性耦接装置之中的可接受程度的变形成为可能。
除了动力设备外，本发明提供了一种具有这种动力设备的飞行器。例如，主齿轮箱可以驱动旋翼，以为飞行器提供升力和/或推进力和/或对偏航运动的控制。
附图说明
参照附图，对以图示说明的方式给出的实施例所作的描述，本发明及其优点更详细地显现，其中：
图1是本发明的飞行器动力设备的视图；
图2是示出了两个在位于主齿轮箱处的共同的枢转轴线上汇聚的连接杆的示意图；
图3是示出了两个在位于主齿轮箱与发动机之间的共同的枢转轴线上汇聚的连接杆的示意图；以及
图4和5是两个示意图，示出了通过连接杆实现可能的枢转运动。
具体实施方式
存在于不只一幅图中的部件在每个图中均给予相同的附图标记。
应当注意到，在一些图中示出了三个相互垂直的方向X、Y和Z。
第一方向X称为纵向。术语"纵向"涉及平行于第一方向X的任何方向。
第二方向Y称为横向。术语"横向"涉及平行于第二方向Y的任何方向。
最后，第三方向Z称为直立方向。术语"直立方向"涉及平行于第三方向Z的任何方向。
图1示出了飞行器1。飞行器1具有例如用于使旋翼5旋转的动力设备10。飞行器可以是旋翼飞行器，旋翼5则是例如为旋翼飞行器提供至少一部分升力和/或提供推进力的旋翼。
动力设备10包含由飞行器的结构2支撑的发动机15。发动机15是燃烧燃料的发动机，也可能是活塞发动机。
不依赖于发动机的种类，发动机15具有发动机本体16和支腿17、18。术语"发动机本体"用来指诸如发动机15的驱动部分，而术语"支腿"指用于将发动机固定到结构2的装置。
例如，发动机本体经由四个支腿支撑在结构2上，具体是一对"前"支腿17和一对"后"支腿18。
此外，发动机15可以经由其支腿直接地或经由或至少一个能量吸收装置70间接地连接到承载结构。例如，能量吸收装置70可以置于每个支腿17、18与结构2之间。至少一个支腿也可以包括这种能量吸收装置。
发动机15具体用于驱动动力设备10的主齿轮箱20。
这个主齿轮箱20则可以包括用于使旋翼5旋转的桅杆20'。
此外，主齿轮箱20通过弹性悬挂系统60直接地或间接地连接到承载结构。弹性悬挂系统可以可能地提供有连接杆61、摇臂装置62或实际上是置于主齿轮箱20的底部与飞行器的结构2之间的装置63。
动力设备则提供有沿着纵向方向100从发动机15延伸到主齿轮箱20的传动系30。纵向方向100可以是传动轴的对称轴线。
传动系可以包括传动轴31和两个弹性耦接装置32和33。传动轴31可以提供有一个或更多个相互连接的区段。然而，图1的变型示出了仅具有一个区段的传动轴。
在这种情况下，传动轴31通过第一弹性耦接装置32可选地连接到发动机15的输出轴19。此外，传动轴31可以通过第二弹性耦接装置33连接到主齿轮箱20的输入轴21。
此外，动力设备具有两个将发动机15连接到主齿轮箱20的连接杆41和42。这个动力设备不必具有任何轴管。
每个连接杆41、42都经由各自的球窝接头50铰接到主齿轮箱20且铰接到发动机15。每个连接杆41、42因此通过通过球窝接头铰接到发动机本体16或铰接到发动机15的支腿17。
第一连接杆41沿不平行于纵向方向100的第一方向101延伸。此外，第二连接杆42既不平行于纵向方向100也不平行于第一方向101的第二方向102延伸。
因此，从发动机15开始，第一方向101和第二方向102在沿直立方向延伸的共同的枢转轴线103上汇聚。例如，第一方向101和第二方向102相对于纵向方向100对称。
取决于第一方向101和第二方向102相对于纵向方向100的倾斜角度，一个连接杆可以可能地在另一个连接杆之上经过。连接杆也可以共面，其中一个连接杆穿过另一个连接杆中的孔。
在图2的变型中，这个倾斜角较小。在这种情况下，连接杆41和42在位于主齿轮箱20处的共同的枢转轴线103上汇聚。因此，连接杆41和42不交叉。
相反，图3所示的变型中的这个倾斜角较大。在这种情况下，连接杆41和42在位于主齿轮箱20与发动机15之间的共同的枢转轴线103上汇聚。因此，连接杆41和42可以交叉，其中一个在另一个之上在它们与共同的枢转轴线103相交的部位经过。
共同的枢转轴线103则可以比发动机15更靠近主齿轮箱20。因此，共同的枢转轴线103与主齿轮箱20之间的第一最小距离D1小于共同的枢转轴线103与发动机15之间的第二最小距离D2。第一距离认为是"最小"，因为它表示共同的枢转轴线103与主齿轮箱20的壳体之间的最短距离。同样，第二距离认为是"最小"，因为它表示共同的枢转轴线103与发动机本体16的壳体之间的最短距离。
在这种情况下，共同的枢转轴线103可以与传动系的一个弹性耦接装置并且特别是第二弹性耦接装置33相交。
共同的枢转轴线可以纵向地位于第一弹性耦接装置32与第二弹性耦接装置33之间。这种布置用于分担这两个弹性耦接装置之间的任意变形。
不依赖于该变型，共同的枢转轴线103可以与纵向方向100相交。
此外，共同的枢转轴线103表示主齿轮箱20相对于发动机15的瞬时枢转轴线，并且反之亦然。
当发动机运行时，连接杆41和42允许主齿轮箱20和发动机15沿相对于共同的枢转轴线103的相反方向转动，并且然后趋向于防止主齿轮箱20与发动机15之间的沿着纵向方向100的相对运动。
图4和5解释了这种运行。
参照图4，主齿轮箱20和发动机15布置在对应于发动机15停止时的理论位置。
与之相反，当发动机15正运行时，主齿轮箱20和/或发动机15趋向于远离其理论位置运动。
参照图5，这些运动通过连接杆41和42来约束。连接杆趋向于引起主齿轮箱20上及发动机15上的相对于共同的枢转轴线103的相反转动运动，如箭头F所示。
这些运动因此很好识别。特别是当设计传动系的尺寸时，制造商因此能够将这些在飞行时可预期的运动考虑在内。
当然地，本发明可以关于其实施方式有许多变化。虽然在上面描述了若干实施例，但应很容易理解，全面地确定所有可能的实施例是不可想象的。在不超出本发明的范围的情况下，设想用等同装置来替代所描述的任何装置当然都是可能的。

Claims (12)

1.一种动力设备(10)，所述动力设备(10)包含燃烧燃料的发动机(15)和主齿轮箱(20)，所述动力设备(10)包括沿着纵向方向(100)延伸的传动系(30)，以将所述发动机(15)连接到所述主齿轮箱(20)，所述传动系(30)通过所述发动机(15)驱动而旋转，并驱动所述主齿轮箱(20)旋转，所述传动系(30)至少包括传动轴(31)、第一弹性耦接装置(32)、第二弹性耦接装置(33)，其中，所述动力设备(10)包括两个分别沿着第一方向(101)和第二方向(102)延伸的连接杆(41、42)，所述第一方向(101)和第二方向(102)不平行且与共同的枢转轴线(103)相交，每个所述连接杆(41、42)通过球窝接头(50)铰接到所述主齿轮箱(20)且铰接到所述发动机(15)，以消除所述主齿轮箱(20)与所述发动机(15)之间的、沿着所述纵向方向(100)的相对运动，并且允许所述主齿轮箱(20)和所述发动机(15)相对于所述共同的枢转轴线(103)的有限枢转。
2.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述发动机(15)是活塞发动机，所述主齿轮箱(20)驱动旋翼飞行器旋翼(5)。
3.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述发动机(15)包含发动机本体(16)和支腿(17、18)，并且至少一个所述连接杆(41、42)铰接到支腿(17、18)。
4.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述发动机(15)包含发动机本体(16)和支腿(17、18)，并且至少一个所述连接杆(41、42)铰接到发动机本体(16)。
5.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述连接杆(41、42)在所述主齿轮箱(20)与所述发动机(15)之间一个在另一个之上地交叉，并且所述共同的枢转轴线(103)布置在所述主齿轮箱(20)与所述发动机(15)之间。
6.根据权利要求5所述的动力设备，其特征在于，所述共同的枢转轴线(103)与所述主齿轮箱(20)之间的第一最小距离(D1)小于所述共同的枢转轴线(103)与所述发动机(15)之间的第二最小距离(D2)。
7.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备(10)具有至少一个用于将所述主齿轮箱(20)连接到承载结构(2)的弹性悬挂系统(60)。
8.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备(10)包括至少一个用于将所述发动机(15)连接到承载结构(2)的能量吸收装置(70)。
9.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述共同的枢转轴线(103)穿过所述第二弹性耦接装置(33)。
10.根据权利要求9所述的动力设备，其特征在于，所述传动系(30)包括通过第一弹性耦接装置(32)连接到所述发动机(15)的输出轴(19)且通过第二弹性耦接装置(33)连接到所述主齿轮箱(20)的输入轴(21)的传动轴(31)，并且所述共同的枢转轴线(103)穿过所述第二弹性耦接装置(33)。
11.根据权利要求1所述的动力设备，其特征在于，所述共同的枢转轴线(103)垂直于所述纵向方向(100)。
12.一种飞行器(1)，其特征在于，所述飞行器(1)包括根据权利要求1所述的动力设备(10)。
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