CN108069030B - 用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，倾转旋翼飞行器具有直升机模式和飞机模式，推进旋翼系统包括桨毂和多个推进旋翼桨叶，所述多个推进旋翼桨叶联接至桨毂，使得每个推进旋翼桨叶能够操作成相对于桨毂独立地扑动并且独立地改变俯仰角。在飞机模式下，推进旋翼桨叶具有大于2.0/rev的第一面内频率。

Description

用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统
技术领域
本公开总体上涉及能够操作成用在旋翼飞行器上的旋翼系统，并且特别地涉及包括桨毂和多个推进旋翼桨叶的推进旋翼系统，所述多个推进旋翼桨叶在为处于飞机模式的倾转旋翼飞行器提供推力的同时具有大于2.0/rev的第一面内频率。
背景技术
倾转旋翼飞行器通常包括定位于固定翼的外侧端部附近的多个推进组件。每个推进组件均可以包括向传动轴提供扭矩和旋转能量的发动机和变速器，传动轴使包括桨毂和多个推进旋翼桨叶的推动旋翼旋转。通常，每个推进组件的至少一部分能够相对于固定翼旋转，使得推进旋翼桨叶具有：大致水平的旋转平面，来提供用于起飞、悬停和降落的竖向推力，这非常类似于常规直升机；以及大致竖向的旋转平面，来在固定翼提供升力的情况下提供用于前向飞行中的巡航的前向推力，这非常类似于常规的螺旋桨驱动的飞机。此外，倾转旋翼飞行器可以以直升机模式与飞机模式之间的构型操作，这可以称为转换模式。
物理结构具有固有振动频率，这些固有振动频率可以被由于操作参数和环境条件而施加至物理结构的力引起。这些频率至少部分地由结构的材料和几何尺寸决定。在倾转旋翼飞行器的情况下，具有临界固有频率的某些结构包括机身、固定翼以及推进组件的各个元件。倾转旋翼飞行器的一个重要操作参数是推进旋翼桨叶的角速度或每分钟转数(RPM)，该角速度或每分钟转数(RPM)可以产生对应于1/rev (1每转)、2/rev、3/rev等的激励频率。推进旋翼飞行器经受的重要环境条件是前向空速，前向空速可能引起类似于螺旋桨旋转颤振的推进旋翼气动弹性失稳，推进旋翼气动弹性失稳会耦合到倾转旋翼飞行器的固定翼。已经发现前向空速引起的推进旋翼气动弹性失稳是与倾转旋翼飞行器在飞机模式下的最大空速有关的限制因素。
发明内容
在第一方面中，本公开涉及一种用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，倾转旋翼飞行器具有直升机模式和飞机模式。该推进旋翼系统包括桨毂和多个推进旋翼桨叶，所述多个推进旋翼桨叶联接至桨毂，使得每个推进旋翼桨叶能够操作成相对于桨毂独立地扑动并且独立地改变俯仰角。在飞机模式下，推进旋翼桨叶的第一面内频率大于2.0/rev。
在一些实施方式中，推进旋翼系统可以包括设置在每个推进旋翼桨叶与桨毂之间的扑动接头和/或设置在每个推进旋翼桨叶与桨毂之间的支承组件。在某些实施方式中，每个推进旋翼桨叶的第一面内频率可以小于3.0/rev。在这些实施方式中，每个推进旋翼桨叶的第一面内频率可以优选地处于约2.2/rev与约2.8/rev之间的范围内并且更优选地处于约2.4/rev与约2.6/rev之间的范围内。在一些实施方式中，推进旋翼系统可以包括至少四个推进旋翼桨叶，所述四个推进旋翼桨叶中的每个推进旋翼桨叶均联接至俯仰控制组件，该俯仰控制组件具有高达约30度的正德尔塔3角(delta 3 angle)。在某些实施方式中，每个推进旋翼桨叶可以包括由碳基材料形成的诸如翼梁和蒙皮的部件，所述基于碳的材料包括基于石墨的材料、基于石墨烯的材料和/或基于碳纳米结构的材料。
在第二方面中，本公开涉及一种用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，倾转旋翼飞行器具有直升机模式和飞机模式。该推进旋翼系统包括：柱杆；万向接头式桨毂，该万向接头式桨毂联接至柱杆并且能够随柱杆旋转；以及多个推进旋翼桨叶，所述多个推进旋翼桨叶联接至桨毂，使得每个推进旋翼桨叶能够操作成独立地改变俯仰角。在飞机模式下，推进旋翼桨叶的第一面内频率大于2.0/rev。
附图说明
为了更完整地理解本公开的特征和优点，现在参照详细描述以及附图，在附图中，不同的图中的对应附图标记指的是对应部件，并且在附图中：
图1A至图1B是根据本公开的实施方式的倾转旋翼飞行器分别处于飞机模式和直升机模式的示意性图示；
图2A是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的俯视图；
图2B是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统在移除推进旋翼桨叶的情况下的俯视图；
图2C至图2D是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的轴测视图；
图3A是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的俯视图；
图3B是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统在移除推进旋翼桨叶的情况下的俯视图；
图3C至图3D是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的轴测视图；
图4A是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的俯视图；
图4B是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统在移除推进旋翼桨叶的情况下的俯视图；
图4C至图4D是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的轴测视图；
图5A是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的局部剖切的侧视图；以及
图5B是根据本公开的实施方式的用在倾转旋翼飞行器上的推进旋翼系统的推进旋翼桨叶的截面图。
具体实施方式
尽管下面对本公开的各种实施方式的实现和使用进行了详细论述，但是应当理解的是，本公开提供了可以在各种具体情况下实施的许多适用的发明构思。本文中所讨论的具体实施方式仅是说明性的，而非限制本发明的范围。为清楚起见，在本公开中可能没有对实际实施方案的所有特征都进行描述。显然应当理解的是，在任何这种实际实施方式的开发中都必须做出许多具体的实施决定，以实现开发者的特定目标，例如符合体系相关和业务相关的限制，这些限制随实施方案的不同而不同。此外，应当理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，但仍然会是那些受益于本公开的本领域普通技术人员的常规工作。
在说明书中，在描述附图中的装置时，可以参照各个部件之间的空间关系以及部件的各方面的空间取向。然而，如本领域技术人员在完整阅读本公开之后将认识到的，本文中所描述的装置、构件、设备等可以以任何期望的取向定位。因此，由于本文中所描述的装置可以以任何期望的方向定向，因而使用诸如“在…上方”、“在…下方”、“上”、“下”的术语或其他类似术语来描述各个部件之间的空间关系或者描述这些部件的各方面的空间取向应当分别被理解成描述这些部件之间的相对关系或这些部件的各方面的空间取向。
参照附图中的图1A和图1B，示意性地示出了倾转旋翼飞行器，并且该倾转旋翼飞行器总体上以10表示。倾转旋翼飞行器10包括机身12、起落架14、尾翼构件16、机翼18和吊架22、24。机翼 18由机身12支撑，并且机翼18能够相对于机身12旋转以将飞行器10置于储存模式。在示出的实施方式中，吊架22、24以大致水平的取向固定地附接至机翼18的外侧端部，并且吊架22、24不能够相对于机翼18旋转。在吊架22、24内以可旋转的方式安装有旋翼组件26、28，并且每个旋翼组件26、28均包括具有多个推进旋翼桨叶32的推进旋翼系统30。旋翼组件26、28的位置、推进旋翼系统30的角速度或每分钟转数(RPM)以及推进旋翼桨叶32的俯仰角使用飞行控制系统来确定以选择性地控制倾转旋翼飞行器10 在飞行期间的方向、推力以及升力。
图1A示出了处于前向飞行模式或飞机模式的倾转旋翼飞行器 10，在前向飞行模式或飞机模式下，推进旋翼系统30定位成在大致竖向的平面内旋转以在机翼18供给升力的同时提供前向推力，使得倾转旋翼飞行器10以非常类似于常规的螺旋桨驱动的飞行器的方式飞行。图1B示出了处于竖向起降飞行模式或直升机模式的倾转旋翼飞行器10，在竖向起降飞行模式或直升机模式下，推进旋翼系统30定位成在大致水平的平面内旋转以提供竖向推力，使得倾转旋翼飞行器10以非常类似于常规直升机的方式飞行。在操作期间，倾转旋翼飞行器10可以在竖向起飞之后从直升机模式转换到飞机模式并且可以从飞机模式转换回到直升机模式以用于悬停和竖向降落。此外，推进旋翼飞行器10可以在推进旋翼系统30定位在飞机模式与直升机模式之间的情况下执行某些飞行操纵，这被称作转换模式。
优选地，每个吊架22、24均包括容纳诸如发动机和变速器的驱动系统的短舱以向相应的推进旋翼系统30供给扭矩和旋转能量。在这样的实施方式中，各个吊架22、24的驱动系统可以经由位于机翼 18中的一个或更多个传动轴联接在一起，使得任一驱动系统均可以在故障事件中用作另一驱动系统的备用驱动系统。替代性地或此外，机身12可以包括诸如发动机和变速器的驱动系统以经由位于机翼 18中的一个或更多个传动轴向每个推进旋翼系统30提供扭矩和旋转能量。在具有安装于吊架和机身的驱动系统的倾转旋翼飞行器中，安装于机身的驱动系统可以在安装于吊架的驱动系统中的任一驱动系统或两个驱动系统发生故障的事件中用作备用驱动系统。
一般而言，用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统应当设计成获得离由推进旋翼系统产生的对应于1/rev(1每转)、2/rev、3/rev等的激励频率足够远的桨叶扑动频率或面外频率以及超前滞后频率或面内频率。作为示例，如果推进旋翼系统具有360RPM的操作速度，对应的 1/rev激励频率是6赫兹(360/60＝6Hz)。类似地，对应的2/rev激励频率是12Hz并且对应的3/rev激励频率是18Hz。本领域普通技术人员应当理解的是，推进旋翼系统的操作速度改变会导致由推进旋翼系统产生的激励频率成比例地改变。对于倾转旋翼飞行器，在飞机模式下的飞行与在直升机模式下的飞行相比通常需要较小的推力。减小推力并增加续航时间、减小噪音水平并减少燃料消耗的一种方式是减小推进旋翼系统的操作速度。例如，在直升机模式下，倾转旋翼飞行器可以以百分之百的设计RPM操作，但是在飞机模式下，倾转旋翼飞行器可以以减小的百分比的设计RPM操作，如以在约百分之八十与约百分之九十之间的设计RPM操作。因此，为了获得期望的旋翼动力学，用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统应当设计成对于直升机模式操作和飞机模式操作两者均避免1/rev、2/rev、3/rev等的频率。
为了获得可接受的旋翼动力学，常规的倾转旋翼飞行器已经操作下述推进旋翼系统：这些推进旋翼系统具有三个扭转的推进旋翼桨叶，所述三个扭转的推进旋翼桨叶使用负15度的德尔塔3俯仰-扑动耦合并且在飞机模式下具有约1.4/rev的第一面内频率。德尔塔3指的是绕推进旋翼系统的旋转轴线从法向于俯仰改变轴线的轴线到推进旋翼桨叶的俯仰摇臂附接点所测量的角度。德尔塔3俯仰-扑动耦合用于通过在桨叶相对于桨叶的扑动轴线向上或向下扑动时自动地改变桨叶的俯仰角来减小或控制桨叶扑动的程度。应当注意的是，对于常规的直升机而言为了获得期望的稳定性，当桨叶关于桨叶的扑动轴线升高时，桨叶的俯仰角通过德尔塔3俯仰-扑动耦合而减小，这也被称为正德尔塔3(向上扑动/俯仰角减小)。然而，对于常规的倾转旋翼飞行器而言为了获得期望的稳定性，当桨叶关于桨叶的扑动轴线升高时，桨叶的俯仰角通过德尔塔3俯仰-扑动耦合而增大，这被称为负德尔塔3(向上扑动/俯仰角增大)。
在以飞机模式高速飞行期间，由于前向空速可以导致与螺旋桨的旋转颤振类似的推进旋翼气动弹性失稳，该推进旋翼气动弹性失稳可以耦合到机翼并且导致故障，因此控制倾转旋翼飞行器上推进旋翼桨叶的扑动是重要的。此外，保持扑动频率离第一面内频率足够远会是重要的。为了取得这种平衡，常规的倾转旋翼飞行器已经使用了负15 度的德尔塔3角。由于获得负15度德尔塔3构造所必需的对俯仰连杆和俯仰摇臂的位置要求，推进旋翼系统已经被限制于常规的三个桨叶的设计。应当注意的是，由于例如包括飞行员的疲劳、乘客的舒适度、噪音的降低以及振动导致的机械故障的原因，期望在倾转旋翼飞行器的每个推进旋翼系统上具有多于三个的推进旋翼桨叶。
在示出的实施方式中，每个推进旋翼系统30均包括定位成以90 度的间隔环绕桨毂的四个推进旋翼桨叶32。推进旋翼桨叶32优选地由具有足以使推进旋翼桨叶32在倾转旋翼飞行器10处于飞行模式时的第一面内频率能够从常规的1.4/rev变为2.0/rev以上的第一面内频率的刚度和/或刚度质量比的材料制成。例如，推进旋翼桨叶32的第一面内频率可以在约2.0/rev与约3.0/rev之间的范围内。在一些实施方式中，推进旋翼桨叶32的第一面内频率优选地可以在约2.2/rev与约2.8/rev之间的范围内，并且更优选地可以在约2.4/rev与约2.6/rev 之间的范围内。将第一面内频率移至2.0/rev以上使第一面内超前滞后频率与面外扑动频率解耦。这样的解耦使得常规的负15度德尔塔3构造变为包括高达约正30度德尔塔3构造的正德尔塔3构造。利用所公开的正德尔塔3构造，俯仰连杆和俯仰摇臂的位置要求不再将推进旋翼的设计限制于常规的三个桨叶的构造并且使得本文中的实施方式的四个桨叶的构造可行。
通过将例如基于碳的材料用于推进旋翼桨叶32的结构部件来获得本实施方式期望的推进旋翼桨叶的刚度和/或刚度质量比，所述基于碳的材料比如为基于石墨的材料、基于石墨烯的材料或者包括基于碳纳米结构的材料的其他碳的同素异形体，比如包括单壁和多壁碳纳米管的材料。在一个示例中，推进旋翼桨叶32的翼梁和/或蒙皮优选地为利用板状物和/或层状带构造过程所形成的整体式结构，该构造过程包括手动或自动铺设定位在一个或更多个具有平滑过渡部的简单几何表面的芯轴上的包括碳纤维、碳带及其组合的多个复合板状物材料层。在固化和其他处理步骤之后，材料层形成高强度且轻量的实心复合构件。在该过程中，部件的材料厚度可以沿翼展方向和沿弦向方向调整至期望的刚度和/或刚度质量比。推进旋翼桨叶的部件可以由高达约百分之五十、约百分之六十、约百分之七十、约百分之八十、约百分之九十或更多的一种或多种基于碳的材料构成。
接下来参照附图中的图2A至图2D，示出了用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，并且该推进旋翼系统总体上以100表示。在示出的实施方式中，推进旋翼系统100包括桨毂102，桨毂102包括四个桨叶臂104。桨毂102附接至柱杆106并且随柱杆106旋转，柱杆106 联接至倾转旋翼飞行器的包括发动机和变速器的驱动系统，该驱动系统向推进旋翼系统100提供扭矩和旋转能量。在示出的实施方式中，万向支承组件108将桨毂102与柱杆106联接以使桨毂102能够相对于推进旋翼系统100的旋转轴线110沿任一方向摆动。在示出的实施方案中，桨毂102可以指的是万向接头式桨毂。如图2A中最佳地观察到的，桨毂102的每个桨叶臂104均连接有推进旋翼桨叶112。每个推进旋翼桨叶112均包括沿翼展方向朝向推进旋翼桨叶112的梢部延伸的翼梁114。翼梁114优选地是推进旋翼桨叶112的被设计成承受推进旋翼桨叶112的主离心载荷和主弯曲载荷的主要结构构件。翼梁114 可以具有大约为约30度到约40度的根部至梢部扭转或者其他适当的根部至梢部扭转。
每个翼梁114均具有作为一体根套(cuff)116示出的根部部段，以使得每个推进旋翼桨叶112能够经由支承组件118、120与桨毂102 联接。每个支承组件118通过多个诸如螺栓、销等的连接构件联接至桨毂102。同样的，每个支承组件120通过多个诸如螺栓、销等的连接构件联接至桨毂102。每个支承组件120均包括以可旋转的方式安装的梁组件122，梁组件122具有上部桨叶夹具122a和下部桨叶夹具 122b。如示出的，每个翼梁114在上部桨叶夹具122a和下部桨叶夹具 122b处通过多个诸如螺栓、销等的连接构件来联接至相应的梁组件 122。此外，每个翼梁114经由合适的连接件(不可见)联接至相应的支承组件118。每个翼梁114具有通过一体根套116经由支承组件118、 120到桨毂102的离心力保持载荷路径。在示出的实施方式中，每个翼梁114包括一体的俯仰摇臂124，一体的俯仰摇臂124联接至作为升降斜盘的旋转部分示出的俯仰控制组件128的俯仰连杆126，其中，升降斜盘能够操作成共同地且周期地控制推进旋翼桨叶112的俯仰角。每个推进旋翼桨叶112均能够操作成绕其俯仰改变轴线相对于桨毂 102独立地旋转，并且因此响应于相应的俯仰连杆126的位置的改变而改变俯仰角。每个推进旋翼桨叶112的旋转引起相应的梁组件122 绕俯仰改变轴线相对于桨毂102旋转。
优选地，每个推进旋翼桨叶112的翼梁114和蒙皮由基于碳的材料形成，使得推进旋翼桨叶的刚度和/或刚度质量比足以使推进旋翼桨叶112在倾转旋翼飞行器的飞机模式下的第一面内频率能够处于约 2.0/rev与约3.0/rev之间的范围内、更优选地处于约2.2/rev与约2.8/rev 之间的范围内并且最优选地处于约2.4/rev与约2.6/rev之间的范围内。通过建立2.0/rev以上的第一面内频率并且因此使第一面内超前滞后频率与面外扑动频率解耦，德尔塔3角可以从常规的负15度的德尔塔3 构造变为包括高达约30度的正德尔塔3角的正德尔塔3构造。如图 2A中最佳地观察到的，角130表示本实施方式的正德尔塔3构造，在该正德尔塔3构造中，德尔塔3角约为正30度。实施示出的正德尔塔 3构造在避免推进旋翼系统100的俯仰连杆126与其他部件之间发生干涉的同时使得推进旋翼系统100的四个桨叶的设计可行。
接下来参照附图中的图3A至图3D，示出了用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，并且该推进旋翼系统总体上以200表示。在示出的实施方式中，推进旋翼系统200包括桨毂202，桨毂202包括四个桨叶臂204。桨毂202附接至柱杆206并且随柱杆206旋转，柱杆206 联接至倾转旋翼飞行器的包括发动机和变速器的驱动系统，该驱动系统向推进旋翼系统200提供扭矩和旋转能量。在示出的实施方式中，万向支承组件208将桨毂202与柱杆206联接以使桨毂202能够相对于推进旋翼系统200的旋转轴线210沿任一方向摆动。在示出的实施方案中，桨毂202可以指的是万向接头式桨毂。如图3A中最佳地观察到的，桨毂202的每个桨叶臂204均连接有推进旋翼桨叶212。每个推进旋翼桨叶212均包括沿翼展方向朝向推进旋翼桨叶212的梢部延伸的翼梁214。翼梁214优选地是推进旋翼桨叶212的被设计成承受推进旋翼桨叶212的主离心载荷和主弯曲载荷的主要结构构件。翼梁 214可以具有大约为约30度到约40度的根部至梢部扭转或者其他适当的根部至梢部扭转。
每个翼梁214均具有作为一体根套216示出的根部部分，以使得每个推进旋翼桨叶212能够经由支承组件218、220与桨毂202联接。每个支承组件218通过多个诸如螺栓、销等的连接构件联接至桨毂 202。同样的，每个支承组件220通过多个诸如螺栓、销等的连接构件联接至桨毂202。每个支承组件220均包括以可旋转的方式安装的梁组件222，该梁组件222具有上部桨叶夹具222a和下部桨叶夹具222b。如示出的，每个翼梁214在上部桨叶夹具222a和下部桨叶夹具222b 处通过多个诸如螺栓、销等的连接构件来联接至相应的梁组件222。此外，每个翼梁214经由合适的连接件(不可见)联接至相应的支承组件218。每个翼梁214具有通过一体根套216经由支承组件218、220 到桨毂202的离心力保持载荷路径。在示出的实施方式中，每个翼梁 214包括一体的俯仰摇臂224，一体的俯仰摇臂224联接至作为升降斜盘的旋转部分示出的俯仰控制组件228的俯仰连杆226，其中，升降斜盘能够操作成共同地且周期地控制推进旋翼桨叶212的俯仰角。每个推进旋翼桨叶212均能够操作成绕其俯仰改变轴线相对于桨毂202 独立地旋转，并且因此响应于相应的俯仰连杆226位置的改变而改变俯仰角。每个推进旋翼桨叶212的旋转引起相应的梁组件222绕俯仰改变轴线相对于桨毂202旋转。
优选地，每个推进旋翼桨叶212的翼梁214和蒙皮由基于碳的材料形成，使得推进旋翼桨叶的刚度和/或刚度质量比足以使推进旋翼桨叶212在倾转旋翼飞行器的飞机模式下的第一面内频率能够处于约 2.0/rev与约3.0/rev之间的范围内、更优选地处于约2.2/rev与约2.8/rev 之间的范围内并且最优选地处于约2.4/rev与约2.6/rev之间的范围内。通过建立2.0/rev以上的第一面内频率并且因此使第一面内超前滞后频率与面外扑动频率解耦，德尔塔3角可以从常规的负15度的德尔塔3 构造变为包括高达约30度的正德尔塔3角的正德尔塔3构造。如图 3A中最佳地观察到的，角230代表本实施方式的正德尔塔3构造，在该正德尔塔3构造中，德尔塔3角约为正30度。实施示出的正德尔塔 3构造在避免推进旋翼系统200的俯仰连杆226与其他部件之间发生干涉的同时使得推进旋翼系统200的四个桨叶的设计可行。
接下来参照附图中的图4A至图4D，示出了用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，并且该推进旋翼系统总体上以300表示。在示出的实施方式中，推进旋翼系统300包括桨毂302，桨毂302包括四个桨叶臂304，所述四个桨叶臂304经由相应的扑动接头306枢转地联接至桨毂302。桨毂302附接至柱杆308并且随柱杆308旋转，柱杆308 联接至倾转旋翼飞行器的包括发动机和变速器的驱动系统，该驱动系统向推进旋翼系统300提供扭矩和旋转能量以使推进旋翼系统300能够绕旋转轴线310旋转。如图4A中最佳地观察到的，每个桨叶臂304均联接有推进旋翼桨叶312。每个推进旋翼桨叶312均包括沿翼展方向朝向推进旋翼桨叶312的梢部延伸的翼梁314。翼梁314优选地是推进旋翼桨叶312的被设计成承受推进旋翼桨叶312的主离心载荷和主弯曲载荷的主要结构构件。翼梁314可以具有大约为约30度到约40度的根部至梢部扭转或者其他适当的根部至梢部扭转。
每个翼梁314均具有作为一体根套316示出的根部部分，以使得每个推进旋翼桨叶312能够经由支承组件318、320与相应的桨叶臂 304联接。每个支承组件318通过多个诸如螺栓、销等的连接构件联接至相应的桨叶臂304。同样的，每个支承组件320通过多个诸如螺栓、销等的连接构件联接至相应的桨叶臂304。每个支承组件320均包括以可旋转的方式安装的梁组件322，该梁组件322具有上部桨叶夹具322a和下部桨叶夹具322b。如示出的，每个翼梁314在上部桨叶夹具322a和下部桨叶夹具322b处通过多个诸如螺栓、销等的连接构件联接至相应的梁组件322。此外，每个翼梁314经由合适的连接件(不可见)联接至相应的支承组件318。每个翼梁314具有通过一体根套316经由支承组件318、320、相应的桨叶臂304以及相应的扑动接头306到桨毂302的离心力保持载荷路径。每个推进旋翼桨叶312 均能够操作成绕相应的扑动接头306的扑动轴线相对于桨毂302独立地枢转或扑动。在示出的实施方式中，每个翼梁314包括一体的俯仰摇臂324，一体的俯仰摇臂324联接至作为升降斜盘的旋转部分示出的俯仰控制组件328的俯仰连杆326，其中，升降斜盘能够操作成共同地且周期地控制推进旋翼桨叶312的俯仰角。每个推进旋翼桨叶312 均能够操作成绕其俯仰改变轴线相对于相应的桨叶臂304以及因此相对于桨毂302独立地旋转，从而响应于相应的俯仰连杆326位置的改变而改变俯仰角。每个推进旋翼桨叶312的旋转引起相应的梁组件322 绕俯仰改变轴线相对于相应的桨叶臂304旋转。
优选地，每个推进旋翼桨叶312的翼梁314和蒙皮由基于碳的材料形成，使得推进旋翼桨叶的刚度和/或刚度质量比足以使推进旋翼桨叶312在倾转旋翼飞行器的飞机模式下的第一面内频率能够处于约 2.0/rev与约3.0/rev之间的范围内、更优选地处于约2.2/rev与约2.8/rev 之间的范围内并且最优选地处于约2.4/rev与约2.6/rev之间的范围内。通过建立2.0/rev以上的第一面内频率并且因此使第一面内超前滞后频率与面外扑动频率解耦，德尔塔3角可以从常规的负15度的德尔塔3 构造变为包括高达约30度的正德尔塔3角的正德尔塔3构造。如图 4A中最佳地观察到的，角330代表本实施方式的正德尔塔3角构造，在该正德尔塔3角构造中，德尔塔3角约为正30度。实施示出的正德尔塔3构造在避免推进旋翼系统300的俯仰连杆326与其他部件之间发生干涉的同时使得推进旋翼系统300的四个桨叶的设计可行。
接下来参照附图中的图5A至图5B，示出了用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统并且该推进旋翼系统总体上以400表示。如示出的，推进旋翼系统400包括四个推进旋翼桨叶402，所述四个推进旋翼桨叶402联接至万向接头式桨毂404。桨毂404附接至柱杆406并且随柱杆406旋转，该柱杆406联接至倾转旋翼飞行器的包括发动机和变速器的驱动系统，该驱动系统向推进旋翼系统400提供扭矩和旋转能量以使推进旋翼系统400能够绕旋转轴线408旋转。每个推进旋翼桨叶 402均包括沿翼展方向朝向推进旋翼桨叶402的梢部延伸的翼梁410。翼梁410优选地是推进旋翼桨叶402的被设计成承受推进旋翼桨叶402 的主离心载荷和主弯曲载荷的主要结构构件。翼梁410可以具有大约为约30度到约40度的根部至梢部扭转或者其他适当的根部至梢部扭转。在示出的实施方式中，每个翼梁410均包括一体的俯仰摇臂412，一体的俯仰摇臂412联接至作为升降斜盘的旋转部分示出的俯仰控制组件416的俯仰连杆414，其中，升降斜盘能够操作成共同地且周期地控制推进旋翼桨叶402的俯仰角。每个推进旋翼桨叶402均能够操作成绕其俯仰改变轴线相对于桨毂404独立地旋转，并且因此响应于相应的俯仰连杆414位置的改变而改变俯仰角。
如图5B中最佳地观察到，每个推进旋翼桨叶402的翼梁410和蒙皮418由基于碳的材料形成。此外，每个推进旋翼桨叶402均可以包括芯420，芯420提供稳定性、抗压缩性以及在蒙皮418的上部与下部之间的剪切传递。芯420可以由基于碳的材料——诺梅克斯(nomex) 蜂窝结构或其他适当的材料——形成。推进旋翼桨叶402的推进旋翼桨叶刚度和/或刚度质量比优选地足以使推进旋翼桨叶402在倾转旋翼飞行器的飞机模式下的第一面内频率能够处于约2.0/rev与约3.0/rev 之间的范围内、更优选地处于约2.2/rev与约2.8/rev之间的范围内并且最优选地处于约2.4/rev与约2.6/rev之间的范围内。通过建立2.0/rev 以上的第一面内频率并且因此使第一面内超前滞后频率与面外扑动频率解耦，德尔塔3角可以从常规的负15度的德尔塔3构造变为包括高达约30度的正德尔塔3角的正德尔塔3构造。实施示出的正德尔塔3 构造在避免推进旋翼系统400的俯仰连杆414与其他部件之间发生干涉的同时使得推进旋翼系统400的四个桨叶的设计可行。
出于图示和描述的目的，已经呈现了本公开的各实施方式的前述描述。这并非意在是穷举的或将本公开限于所公开的精确形式，并且鉴于以上教示，改型和变型是可能的，或者可以根据本公开的实践来获知。选择并描述各实施方式以说明本公开的原理及其实践应用，进而使本领域技术人员能够在各种实施方式中使用本公开以及通过适于所设想的特定用途的各种改型使用本公开。可以在不背离本公开的范围的情况下对各实施方式的设计、操作条件和设置做出其他替换方式、改型、变型和省略。对本领域技术人员而言，当参照说明书时，说明性实施方式的这些改型和组合以及其他实施方式将是明显的。因此，所附权利要求意在涵盖任意这些改型或实施方式。

Claims (7)

1.一种用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，所述倾转旋翼飞行器具有直升机模式和飞机模式，所述推进旋翼系统包括：
桨毂，所述桨毂包括至少四个桨叶臂；
第一支承组件和第二支承组件，每个桨叶臂均联接有所述第一支承组件和所述第二支承组件，每个第一支承组件均联接至相应的桨叶臂的内侧位置，并且每个第二支承组件均联接至相应的桨叶臂的外侧位置；
至少四个推进旋翼桨叶，每个推进旋翼桨叶联接至所述桨毂的所述桨叶臂中的一个桨叶臂，使得每个推进旋翼桨叶均能够操作成相对于所述桨毂独立地扑动并且独立地改变俯仰角，每个推进旋翼桨叶均包括翼梁和蒙皮，每个翼梁均包括一体的俯仰摇臂和一体的根套，每个翼梁均联接至相应的第一支承组件和相应的第二支承组件，从而形成通过所述一体的根套经由所述相应的第一支承组件和所述相应的第二支承组件、相应的桨叶臂以及相应的扑动接头到所述桨毂的用于所述推进旋翼桨叶的离心力保持载荷路径；以及
俯仰控制组件，所述俯仰控制组件包括至少四个俯仰连杆，每个俯仰连杆联接至所述一体的俯仰摇臂中的一个一体的俯仰摇臂，使得所述俯仰控制组件构造成控制每个推进旋翼桨叶的俯仰角，
其中，所述俯仰控制组件具有高达30度的正德尔塔3角；并且
其中，每个推进旋翼桨叶的所述翼梁和所述蒙皮由基于碳的材料形成，使得所述推进旋翼桨叶具有使得每个推进旋翼桨叶在所述飞机模式下的第一面内频率均大于2.0/rev且小于3.0/rev的刚度质量比。
2.根据权利要求1所述的推进旋翼系统，还包括设置在每个推进旋翼桨叶与所述桨毂之间的扑动接头。
3.根据权利要求1所述的推进旋翼系统，其中，每个推进旋翼桨叶的所述第一面内频率均在2.2/rev与2.8/rev之间。
4.根据权利要求1所述的推进旋翼系统，其中，每个推进旋翼桨叶的所述第一面内频率均在2.4/rev与2.6/rev之间。
5.一种用于倾转旋翼飞行器的推进旋翼系统，所述倾转旋翼飞行器具有直升机模式和飞机模式，所述推进旋翼系统包括：
柱杆；
万向接头式桨毂，所述万向接头式桨毂联接至所述柱杆并且能够随所述柱杆旋转，所述桨毂包括至少四个桨叶臂；
第一支承组件和第二支承组件，每个桨叶臂均联接有所述第一支承组件和所述第二支承组件，每个第一支承组件均联接至相应的桨叶臂的内侧位置，并且每个第二支承组件均联接至相应的桨叶臂的外侧位置；
至少四个推进旋翼桨叶，每个推进旋翼桨叶联接至所述桨毂的所述桨叶臂中的一个桨叶臂，使得每个推进旋翼桨叶均能够操作成独立地改变俯仰角，每个推进旋翼桨叶均包括翼梁和蒙皮，每个翼梁均包括一体的俯仰摇臂和一体的根套，每个翼梁均联接至相应的第一支承组件和相应的第二支承组件，从而形成通过所述一体的根套经由所述相应的第一支承组件和所述相应的第二支承组件到所述桨毂的用于所述推进旋翼桨叶的离心力保持载荷路径；以及
俯仰控制组件，所述俯仰控制组件包括至少四个俯仰连杆，每个俯仰连杆联接至所述一体的俯仰摇臂中的一个一体的俯仰摇臂，使得所述俯仰控制组件构造成控制每个推进旋翼桨叶的俯仰角，
其中，所述俯仰控制组件具有高达30度的正德尔塔3角，并且
其中，每个推进旋翼桨叶的所述翼梁和所述蒙皮由基于碳的材料形成，使得所述推进旋翼桨叶具有使得每个推进旋翼桨叶在所述飞机模式下的第一面内频率均大于2.0/rev且小于3.0/rev的刚度质量比。
6.根据权利要求5所述的推进旋翼系统，其中，每个推进旋翼桨叶的所述第一面内频率均在2.2/rev与2.8/rev之间。
7.根据权利要求5所述的推进旋翼系统，其中，每个推进旋翼桨叶的所述第一面内频率均在2.4/rev与2.6/rev之间。
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