CN105050894B - 用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统和直升飞机 - Google Patents

Abstract

用于用压缩空气操作直升飞机(1)桨叶的系统(20)，包括：‑至少一个第一器件，其包括发动机(5)，构造为生成直升飞机提升所需的机械功率；‑至少一个第二器件，其包括压缩机(8)，构造为生成操作中空桨叶(2)所需的压缩空气；‑用于将第一与第二器件联接的联接器件；以及‑用于将第二器件与桨叶(2)联接的联接器件，其包括支撑桨叶(2)的旋翼(3)的中空轴以及旋翼(3)的摆动中空头(13)，旋翼(3)的中空轴在内部包括将旋翼(3)的中空轴连接至中空头(13)的导管(9)。摆动中空头(13)是弹性头且包括柔性可变形的弹性体通道(15)，通道将导管(9)与桨叶(2)连接并且具有的形状为多个“V”，多个“V”在端部具有数个数量等于桨叶(2)的分叉部，分叉部能够将压缩空气朝向桨叶(2)的喷嘴(4)引导。

Description

用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统和直升飞机

技术领域

本发明涉及用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统。

本发明尤其涉及这样类型的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统，其包括用于提供压缩空气至直升飞机桨叶的压缩机。

背景技术

如公知的，直升飞机装备有旋翼和桨叶，旋翼包括旋转轴(还称为“主轴”)，桨叶生成维持飞行所需的提升。旋翼具有可调节的速度以及倾斜度，并且由电动机驱动。旋翼在轴上自由旋转地操作或由电动机旋转。在该轴的顶部通常附接两个或多个桨叶。

旋翼由于其复杂性是旋翼飞机的基础系统。旋翼飞机的桨叶是长且窄的螺旋桨，螺旋桨具有高指数的宽高比并且形状可最小化由下涡流引起的阻力。

通常，直升飞机能够具有两个旋翼，即主旋翼和副旋翼。主旋翼具有两种类型的旋转：-绕垂直轴线的旋转，其中桨叶高速旋转，产生了克服直升飞机重力的更高垂直提升；-倾斜旋转，其中桨叶的快速旋转产生了具有垂直分量的提升和水平提升，垂直分量支撑直升飞机的重量。总之，旋翼沿前进方向倾斜。副旋翼放置在直升飞机尾部中以产生补偿提升，该补偿提升可保持尾部不会运动，因为尾部作为对旋翼旋转的反作用会趋于沿相反方向转动。

而且，存在一些直升飞机，其中尾部旋翼被替换成位于尾部吊杆线缆的根部的风扇，加压空气被从风扇引导到线缆中，并且通过创建期望偏航力在尾部吊杆的端部被横向排出。

直升飞机还装备有电动机，电动机移动旋翼，从而使桨叶旋转。

而且，在现有技术中存在这样的方案，其中机械功率不直接传递至桨叶，而是存在生成压缩流体的涡轮发动机。在这些方案中，实际上，桨叶的推进是通过射出发动机所生成的热气体来实现的：基本是流体是来自发动机的压缩机，但是，结果，发动机的热动态循环改变，整体效率急剧降低。然后依靠设置在直升飞机的旋翼的机械结构外部的固定管将流体从电动机传递至桨叶，然后将其插入由两个部分组成的箱中，即第一部分固定至直升飞机的结构上，并且第二部分与旋翼头一起旋转。

但是，这些方案具有的问题是在若干大气压(大约5个大气压)下该箱无法用热流体实际上密封。实际上，构成流体管线的这些管在旋翼头区域受到相对旋转。而且，旋翼头受到旋翼振动，因此，不是气密的并且随时间经过具有降低的密封保证，因此易于渗漏，这进一步降低了总体性能。

因此，现有技术具有的问题是相关于整体效率以及流体的压力损失。尤其，参考第一问题，飞机能够有效飞行，设计负荷等于燃料重量以及要运输的物体的重量(称为负荷)之和。公知方案具有非常低的效率，不允许承载大量燃料，结果是飞行具有特定续航时间和小有效负荷以及具有非常低的续航时间。第二问题是喷射系统：流体必须到达桨叶的端部，但是在固定部分和旋转部分之间流体受到压力，压力损失导致效率的额外降低。

Milot Michel的公开于1996年8月22日的PCT申请WO96/25328公开了针对该问题的解决方案。该专利申请公开了一种用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统，包括：用于生成直升飞机提升所需机械功率的的发动机；用于生成操作中空桨叶所需的压缩空气的压缩机；用于将发动机与压缩机连接的联接器件；以及用于将压缩机与桨叶联接的联接器件，包括支撑桨叶的旋翼的中空轴以及旋翼的摆动中空头。旋翼的中空轴在内部包括将旋翼的中空轴连接至摆动中空头的导管。

即使该方案在许多方面是有利的，但是该方案未能解决提供一种将摆动旋翼的喷射推进桨叶连接至功率源的有效方式的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统，以便克服会影响先前参考公知技术描述的系统和直升飞机的限制。

根据本发明，提供了用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统，其包括：至少一个第一器件，其包括发动机，并且构造为用于生成直升飞机提升所需的机械功率；-至少一个第二器件，其包括压缩机，并且构造为用于生成操作中空的所述桨叶所需的压缩空气；-用于将所述第一器件与所述第二器件联接的联接器件；以及-用于将所述第二器件与所述桨叶联接的联接器件，其包括支撑所述桨叶的旋翼的中空轴以及所述旋翼的摆动中空头，所述旋翼的所述中空轴在内部包括导管，所述导管将所述旋翼的所述中空轴连接至所述摆动中空头。所述摆动中空头是弹性中空旋翼头，并且包括柔性可变形的弹性体通道，所述弹性体通道将所述旋翼的中空轴的所述导管与所述桨叶连接并且具有的形状为多个“V”，多个“V”在端部具有数个分叉部，分叉部的数量等于所述桨叶并且能够将压缩空气朝向所述桨叶的喷嘴引导。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将参考附图描述仅作为非限制例子的优选实施例，其中：

-图1示出了直升飞机的示意侧视图，其包括根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统；

-图2A-2B示出了根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统的第一及第二实施例的示意图；

-图3示出了包括根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统的直升飞机的旋翼头的第一示意图，其中旋翼头包括弹性的柔性弹性体通道(还具有气室目的)以及摆动部件；

-图4示出了包括根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统的直升飞机的旋翼头的第一示意图，其中旋翼头包括弹性体通道(还具有气室目的)以及弹性部件；

-图5示出了图3的旋翼的第二详细示意图，以及压缩空气穿过头部达到直升飞机的桨叶的路径，该直升飞机具有两个桨叶并且包括根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统；

-图6示出了图4的第二详细示意图，以及压缩空气穿过头部达到直升飞机的桨叶的路径，该直升飞机具有两个或多于两个的桨叶并且包括根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统；

-图7a示出了包括根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统的双桨叶式直升飞机的旋翼头的示意顶视图；

-图7b-7c分别是包括根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统的三桨叶式和四桨叶式直升飞机的旋翼头的示意顶视图。

具体实施方式

参考这些图、尤其图1和图2，示出了根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统20。详细来说，直升飞机1包括旋翼3、桨叶2以及用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统20，桨叶2具有用于空气喷出的喷嘴4，系统20包括：专用于生成机械功率的第一器件；第二器件，其构造为生成用于操作桨叶2的流体质量的气体，例如压缩空气，低温(大约50℃)和压力约2、5大气压；以及第一器件与第二器件的联接元件和第二器件与桨叶2的联接元件。

更具体来说，第一器件包括电动机5，第二器件包括压缩机8。有利地，根据本发明，电动机5能够是生成机械功率的任何发动机。

有利地，根据本发明，压缩空气由压缩机8生成，压缩机8使用发动机5的机械功率。

第一器件与第二器件的联接元件可以包括释放元件6以及位于元件6的输出端的齿轮箱7，释放元件6例如如图2B所示位于压缩机的机械上游，或者如图2A所示位于压缩机的流体下游，用于旋翼3的自由旋转并且作用在电动机5上，齿轮箱7构造为用于激活压缩机8。第二器件与桨叶2的联接元件包括旋翼3的中空轴或者主轴以及旋翼3的摆动的弹性中空旋翼头13，中空轴或者主轴在内部包括导管9。

根据本发明的方案，释放元件6是离合器(clutch)或者类似元件。

详细来说，图3示出了弹性中空旋翼头13，压缩空气通过其能够从旋翼3的中空轴传输至中空桨叶2。尤其，柔性可变形弹性体通道15包括在旋翼3的中空轴的导管9和中空桨叶2之间。

有利地，根据本发明，弹性体通道15是柔性的弹性体管，具有的构造类似多个"V"，并且在"V"的末端具有数个分叉部，分叉部等于直升飞机中具有的桨叶的数量。弹性体通道15的功能是传输压缩空气至桨叶2。因此，在两桨叶式直升飞机的情形下，如图5所示，压缩空气遵循由导管9内部的部分A、弹性体通道15内部的部分B，然后分裂成将空气朝向桨叶2引导的分叉部C和D所形成的路径。反之，在直升飞机具有多于两个桨叶的情形下，如图6所示，压缩空气遵循由导管9内部的部分A、弹性体通道15内部的部分B，然后分裂成将空气朝向桨叶2引导分叉部C和D或者E…N，F…N所形成的路径。

有利地，根据本发明，如图3和图5所示，旋翼的弹性中空旋翼头13由固定在旋翼3的中空轴上的结构17支撑，仅在直升飞机具有两个桨叶以及摇摆铰链的情形下，结构17通过铰链14(称为摇摆铰链)支撑摆动桨叶2。在具有图3的铰链的两桨叶式方案的情形下，结构17通过弹性中空旋翼头13的绕铰链14摆动的摆动部件18将主轴9连接至桨叶2。

根据本发明的方案，结构17是金属制造的。

根据本发明的另一方案，结构17由结构材料制成，结构材料例如是金属或者复合材料或者其他。

图5示意地示出了从压缩机8供给的压缩空气在导管9中沿箭头f指示的方向被引导，以及在弹性中空旋翼头13的内部沿虚箭头f和i指示的被分裂开以在桨叶2的导管16中流动，直到达到喷嘴4，空气流从喷嘴4喷出，如图1中箭头k指示的。

在图6中，在直升飞机具有两个或多于两个的桨叶(例如N个桨叶)的情形下示出了弹性中空旋翼头13。弹性中空旋翼头13包括柔性水平结构17a，柔性水平结构17a连接至结构17，允许弹性中空旋翼头13摆动以及弹性体通道15传递压缩空气流至桨叶2，主轴9通过柔性水平结构17a以良好的密封方式连接至弹性中空旋翼头13，使得压缩空气将引导至臂19a、19b、19c，19d(示出于图7c)中，这些臂在通道15的多个"V”形柔性管的分叉部上以良好的密封方式朝向直升飞机的桨叶2延伸。

有利地，根据本发明，结构17构造为吸收作用在图3和图5示出的弹性中空旋翼头13和图4和图6示出的弹性中空旋翼头13上的力。

图7a示出了在两桨叶式直升飞机的情形下弹性中空旋翼头13的顶视图，其固定在旋翼3的中空轴上并且支撑摆动桨叶2。弹性中空旋翼头的摆动部件18包括摇摆铰链14和臂19a和19b，臂19a和19b从与直升飞机的桨叶2连接的通道15的"V"形弹性体柔性管的分叉部伸出。

根据本发明的另一方案，如图4所示，在直升飞机具有N个桨叶的情形下，水平柔性结构17a具有的目的类似图5的摆动部件18：即允许摇摆运动。因此，水平柔性结构17a具有分叉式结构，该分叉式结构具有如图所示的用于图7b的三桨叶式直升飞机的N个臂19a、19b、19c和用于图7c的四桨叶式直升飞机的N个臂19a-19b-19c-19d。

有利地，根据本发明，弹性中空旋翼头13以及柔性弹性体通道15的该特定构造允许在旋翼3的轴和桨叶2之间遵循相对移动，并且创建朝向桨叶2的喷嘴4的用于压缩空气的路径。旋翼3的中空轴的导管9与弹性体通道15的连接以及与桨叶2的连接使得这些部件之间的联接是密封的。

有利地，根据本发明，系统20能够实现在直升飞机的内部，直升飞机具有两桨叶式旋翼或者具有多于两个桨叶的旋翼。在该情况下，通道15制造在中空弹性体块的内部，中空弹性体块由坚固材料(例如：玻璃或者碳或者芳纶或者硼)和这些材料的组合构成的线特殊编织而成以实现期望弹性属性，形成多个弹性导管，每个桨叶有一个弹性导管，导管可引导每个桨叶端部的压缩空气。

在操作中，电动机5作用在释放元件6上，释放元件6依靠齿轮箱7来激活压缩机8。后者将压缩空气供给到旋翼3的旋转轴的导管9的内部。

有利地，根据本发明，依靠弹性体通道15的弹性变形以及在两桨叶式直升飞机的情形下依靠摆动部件18的弹性变形以及在直升飞机具有多于两个桨叶的情形下依靠柔性结构17a的弹性变形，所生成的压缩空气穿过柔性弹性体通道15和旋翼的弹性中空旋翼头13，分布在桨叶2内部以到达喷嘴4。

根据本发明的另一方案，直升飞机1不设置副旋翼。

因此，根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统，由于设置了旋翼的弹性中空旋翼头以及柔性弹性体通道的特定形状，允许取消用以传输流体质量的气体至飞机桨叶的外部静止管。

根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统的另一优势在于有效负荷增益，这是由于降低了飞机的总重量，消除了所有驱动机构和副旋翼本身。

此外，根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统允许获得较大安全性，由于消除了运动的机械传递系统至副旋翼的断裂风险。

最后，根据本发明的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统允许获得的屈服等于主旋翼以及副旋翼的机械驱动的传统系统。

最后清楚的是，此处描述和图示的用于用压缩空气操作直升飞机桨叶的系统能够修改以及变化，这并不超出附随的权利要求限定的本发明保护范围。

Claims (15)

1.一种用于用压缩空气操作直升飞机(1)桨叶的系统(20)，包括：

-至少一个第一器件，其包括发动机(5)，并且构造为用于生成直升飞机提升所需的机械功率；

-至少一个第二器件，其包括压缩机(8)，并且构造为用于生成操作中空的所述桨叶(2)所需的压缩空气；

-用于将所述第一器件与所述第二器件联接的联接器件；以及

-用于将所述第二器件与所述桨叶(2)联接的联接器件，其包括支撑所述桨叶(2)的旋翼(3)的中空轴以及所述旋翼(3)的摆动中空头，所述旋翼(3)的所述中空轴在内部包括导管(9)，所述导管(9)将所述旋翼(3)的所述中空轴连接至所述摆动中空头；

其特征在于，所述摆动中空头是弹性中空旋翼头(13)，并且包括柔性可变形的弹性体通道(15)，所述弹性体通道(15)将所述旋翼(3)的中空轴的所述导管(9)与所述桨叶(2)连接并且具有的形状为多个“V”，多个“V”在端部具有数个分叉部，分叉部的数量等于所述桨叶(2)并且能够将压缩空气朝向所述桨叶(2)的喷嘴(4)引导。

2.根据权利要求1所述的系统(20)，其特征在于，所述弹性中空旋翼头(13)由结构(17)支撑，所述结构(17)固定至所述旋翼(3)的所述导管(9)并且将所述导管连接至所述桨叶(2)。

3.根据权利要求2所述的系统(20)，其特征在于，所述结构(17)由以下组中的材料制成：

-金属；

-结构材料。

4.根据权利要求2所述的系统(20)，其特征在于，旋翼的所述弹性中空旋翼头(13)包括摆动部件(18)，所述摆动部件(18)由所述结构(17)支撑并且绕摇摆铰链(14)摆动。

5.根据权利要求2所述的系统(20)，其特征在于，所述弹性中空旋翼头(13)包括由所述结构(17)支撑的水平柔性结构(17a)。

6.根据权利要求4所述的系统(20)，其特征在于，所述摆动部件(18)包括所述摇摆铰链(14)和臂(19a、19b)，所述臂(19a、19b)在与所述桨叶(2)连接的“V”形的所述柔性可变形的弹性体通道(15)的分叉部上延伸。

7.根据权利要求5所述的系统(20)，其特征在于，所述水平柔性结构(17a)呈现为分叉式结构，所述分叉式结构包括在“V”形的所述柔性可变形的弹性体通道(15)的分叉部上延伸的臂(19a、19b、19c、19d)。

8.根据权利要求1所述的系统(20)，其特征在于，所述柔性可变形的弹性体通道(15)制造在由增强材料构成的中空弹性体块的内部，所述增强材料具有由以下组中的材料构成的线的特殊编织：

-钢；

-玻璃；

-碳；

-芳纶；

-硼；

-所述材料的组合。

9.根据权利要求1所述的系统(20)，其特征在于，用于压缩空气的路径包括所述导管(9)内部的第一部分(A)、所述弹性体通道(15)内部的第二部分(B)以及所述桨叶(2)的导管(16)内的分叉部(C，D，…N；E，F，…N)。

10.根据权利要求1所述的系统(20)，其特征在于，所述第一器件与所述第二器件的所述联接器件包括：至少一个释放元件(6)，其能够允许所述旋翼(3)自由旋转以及由所述发动机(5)激活；以及至少一个齿轮箱(7)，其位于所述释放元件(6)的输出端并且构造为用于激活所述压缩机(8)。

11.根据权利要求10所述的系统(20)，其特征在于，所述释放元件(6)是离合器。

12.根据权利要求3所述的系统(20)，其特征在于，所述结构材料是复合材料。

13.一种直升飞机(1)，包括根据权利要求1-12中任一项所述的用于用压缩空气操作直升飞机(1)的桨叶的系统(20)。

14.根据权利要求13所述的直升飞机(1)，其特征在于，其仅包括主旋翼(3)。

15.根据权利要求13所述的直升飞机(1)，其特征在于，其具有两个或多于两个的桨叶(2)。