CN106275422B - 一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂 - Google Patents

一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂，适用于转速大范围变化的刚性旋翼，包括桨毂中央件，桨毂中央件上附加弹性片，桨毂中央件与附加弹性片共同固定有变距铰。本发明没有常规的挥舞铰与摆振铰，通过采用内外双层变距铰结构分解桨叶载荷，利用大长宽比的薄弹性片提高变距铰挥舞和摆振方向刚度，此种桨毂结构刚度大，重量轻，且结构紧凑，零部件少，适合在转速需要大范围变化的变转速刚性旋翼飞行器上使用。

Description

一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂
技术领域
本发明涉及旋翼装置领域，具体是一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂。
背景技术
常规直升机具有高效的垂直起降、空中悬停和低速机动能力，在现代军民用领域具有不可替代的重要作用，但是常规直升机在航程、航时和飞行速度等性能指标上与固定翼飞机存在明显差距。在保留常规直升机优点的前提下，如何提高直升机的航程、航时及飞行速度，具有重要的工程实用意义。
常规直升机通常根据最大设计起飞重量、最大设计前飞速度和设计临界高度，确定直升机旋翼的直径和桨尖旋转线速度，即确定了固定的旋翼转速。针对固定转速设计的旋翼，当细长桨叶的旋转角速度偏离设计转速过大时可能会产生共振等严重的后果，为了避免出现这样的问题，除自转下滑等少数情况，常规直升机旋翼的转速被限制在设计转速附近很小的一个狭窄转速波动范围内工作。
采用固定旋翼转速的设计方法，虽然降低了旋翼的气动和动力学设计、分析和制造难度，但也是限制常规直升机续航性能和提高飞行速度的重要原因之一。
对于固定旋翼转速的直升机，当直升机在设计点以外的飞行状态下飞行时，旋翼的旋转角速度和功率消耗高于实际需用值，导致了发动机输出功率的浪费和耗油率的提高，制约了直升机的续航性能。直升机的最大前飞速度除受发动机功率限制之外，旋转旋翼细长弹性桨叶上的气流分离及局部激波对于直升机的最大前飞速度限制更为严重，固定转速旋翼桨尖的自转线速度越大，为避免出现激波，直升机所能达到的最大前飞速度越小。因而，如果可以解决旋翼转速调节技术，准许旋翼转速大范围变化，对于提高直升机航程、航时和最大前飞速度等性能指标具有重要的工程意义。
旋翼转速的变化会引发一系列的动力学问题。
首先，为维持直升机的悬停及空中飞行，在保持旋翼拉力的前提下，旋翼转速越低，旋转桨叶的离心力越小，采用常规的铰接式旋翼及柔性梁结构的无铰式旋翼桨叶的挥舞角度就会越大，引起旋翼气动效率的降低甚至共轴双旋翼上下桨叶的触碰，所以变转速旋翼桨毂的挥舞刚度必须要足够大，不准许桨叶在挥舞和摆振方向发生较大的变形，桨毂不应安装挥舞铰与摆振铰。
其次，旋翼桨叶的固有频率会随旋翼转速变化而显著变化，为防止旋翼转速变化过程中出现桨叶固有频率与旋翼转速整数倍频率重合发生共振现象，一个有效的手段就是提高旋翼桨叶的固有频率，减少转速变化过程中在较低的频率上发生共振现象的可能性。而桨毂作为安装桨叶的机械结构，其约束刚度和边界条件等均会影响到旋翼桨叶的固有频率，而且，桨毂的刚度越大，质量越轻，越有利于提高桨叶的固有频率特性。
因而，解决适合于旋翼转速大范围变化桨毂的设计技术，发明具有刚度大、重量轻、结构简单的无铰式旋翼桨毂，具有重要的工程实用价值。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种旋翼转速需要大范围变化的变转速刚性旋翼飞行器用桨毂，其具有零部件少，结构紧凑、质量轻，刚重比大的特点，便于在变转速旋翼直升机上使用。
本发明包括桨毂中央件，桨毂中央件上附加弹性片，桨毂中央件与弹性片共同固定有变距铰。
进一步改进，所述的变距铰包括可以旋转的变距铰内筒、不旋转的变距铰外壳和变距摇臂，变距摇臂固定在变距铰内筒上，变距铰内筒和变距铰外壳之间架设有第一径向轴承和第二径向轴承，通过轴承使变距铰内筒在变距摇臂的带动下在变距铰外壳内转动；桨毂中央件带有外伸支臂，变距铰内筒穿套在桨毂中央件的外伸支臂上，变距铰内筒通过与变距铰内筒接触的第一转接套筒与架设在桨毂中央件外伸支臂上的止推轴承的动圈接触，架设在桨毂中央件外伸支臂上的止推轴承的不动圈通过第二转接套筒与调心轴承内圈接触，调心轴承的内圈由螺母锁紧，所述变距铰内筒可以绕桨毂中央件的支臂转动。
进一步改进，所述的弹性片穿套桨毂中央件外伸支臂固定在桨毂中央件上，变距铰外壳通过螺栓与弹性片的两端固定锁紧，限制变距铰外壳的相对转动。
进一步改进，变距铰内筒内部插入有桨叶，变距铰内筒上开有铰制孔，铰制孔配合铰孔螺栓锁紧桨叶，限制桨叶在变距铰内筒径向方向运动，由变距铰内筒带动桨叶实现变距运动。
本发明有益效果在于：没有常规的挥舞铰与摆振铰，通过采用内外双层变距铰结构分解桨叶载荷，利用大长宽比的薄弹性片提高变距铰挥舞和摆振方向刚度，此种桨毂结构刚度大，重量轻，且结构紧凑，零部件少，适合在转速需要大范围变化的变转速刚性旋翼飞行器上使用。
附图说明
图1为本发明整体示意图。
图2为本发明桨毂中央件结构示意图。
图3本发明变距铰结构示意图。
图4本发明内部剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明整体结构如图1所示，包括桨毂中央件1（如图2所示），桨毂中央件1上附加弹性片2，桨毂中央件1与弹性片2共同固定有变距铰。
所述的变距铰如图3所示，包括可以旋转的变距铰内筒4、不旋转的变距铰外壳3和变距摇臂5，变距摇臂5固定在变距铰内筒4上，变距铰内筒4和变距铰外壳3之间架设有第一径向轴承6和第二径向轴承7，通过轴承使变距铰内筒4在变距摇臂5的带动下在变距铰外壳3内转动；桨毂中央件1带有外伸支臂，变距铰内筒4穿套在桨毂中央件1的外伸支臂上，变距铰内筒4通过与变距铰内筒4接触的第一转接套筒8与架设在桨毂中央件1外伸支臂上的止推轴承9的动圈接触，架设在桨毂中央件1外伸支臂上的止推轴承9的不动圈通过第二转接套筒10与调心轴承11内圈接触，调心轴承11的内圈由螺母12锁紧，所述变距铰内筒4可以绕桨毂中央件1的支臂转动。
所述的弹性片2穿套桨毂中央件1外伸支臂固定在桨毂中央件1上，变距铰外壳3通过螺栓与弹性片2的两端固定锁紧，限制变距铰外壳3的相对转动。
发明内部剖视图如图4所示，变距铰内筒4内部插入有桨叶13，变距铰内筒4上开有铰制孔14，铰制孔14配合铰孔螺栓锁紧桨叶13，限制桨叶13在变距铰内筒4径向和轴向方向运动，由变距铰内筒4带动桨叶13实现变距运动。
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂，其特征在于：包括桨毂中央件(1)，桨毂中央件（1）上附加弹性片（2），桨毂中央件（1）和弹性片（2）共同固定有变距铰；所述的变距铰包括可以旋转的变距铰内筒（4）、不旋转的变距铰外壳（3）和变距摇臂（5），变距摇臂（5）固定在变距铰内筒（4）上，变距铰内筒（4）和变距铰外壳（3）之间架设有第一径向轴承（6）和第二径向轴承（7），通过轴承使变距铰内筒（4）在变距摇臂（5）的带动下在变距铰外壳（3）内转动；桨毂中央件（1）带有外伸支臂，变距铰内筒（4）穿套在桨毂中央件（1）的外伸支臂上，变距铰内筒（4）通过与变距铰内筒（4）接触的第一转接套筒（8）与架设在桨毂中央件（1）外伸支臂上的止推轴承（9）的动圈接触，架设在桨毂中央件（1）外伸支臂上的止推轴承（9）的不动圈通过第二转接套筒（10）与调心轴承（11）内圈接触，调心轴承（11）的内圈由螺母（12）锁紧，所述变距铰内筒（4）可以绕桨毂中央件（1）的支臂转动。
2.根据权利要求1所述的变转速刚性旋翼飞行器用桨毂，其特征在于：所述的弹性片（2）穿套桨毂中央件（1）外伸支臂固定在桨毂中央件（1）上，变距铰外壳（3）通过螺栓与弹性片（2）的两端固定锁紧，限制变距铰外壳（3）的相对转动。
3.根据权利要求1或2所述的变转速刚性旋翼飞行器用桨毂，其特征在于：变距铰内筒（4）内部插入有桨叶（13），变距铰内筒（4）上开有铰制孔（14），铰制孔（14）配合铰孔螺栓锁紧桨叶（13），限制桨叶（13）在变距铰内筒（4）径向和轴向方向运动，由变距铰内筒（4）带动桨叶（13）实现变距运动。
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Assignee: 63831 troops of the PLA

Assignor: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

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Denomination of invention: A hub for variable speed rigid rotor aircraft

Granted publication date: 20180828

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