CN108639335B - 一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统 - Google Patents

一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统，由压电放大作动器(1)、位移放大机构(2)、柔性连接装置(3)以及副翼(4)构成；压电放大作动器(1)固定在旋翼内部，其输出端与位移放大结构(2)的输入端相连接。位移放大机构(2)由L型位移放大器(5)以及位移传递机构(6)组成，能够实现从输入端到输出端8倍的位移放大。位移放大机构(2)通过柔性连接装置(3)与旋翼的副翼(4)相连接。柔性连接装置(3)由波纹管(7)以及柔性蒙皮(8)组成。整套系统能够驱动副翼(4)以15～35Hz的频率实现[‑8°,+8°]之间的偏转，并且能够使得副翼(4)相对于主翼(9)的无缝变形，从而提高旋翼的气动效率。

Description

一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统
技术领域
本发明涉及直升机旋翼的副翼变形系统设计，具体涉及一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统。
背景技术
由于直升机旋翼高速的旋转，旋翼桨尖涡的强度较大。在直升机悬停、下降或者是低速前飞时，前一片旋翼桨叶的桨尖涡极容易打在后一片桨叶上，造成较强的桨-涡干扰噪声。此外，直升机前飞时，由于前行桨叶和后行桨叶的升力不平衡，极易引起旋翼桨叶的振动。旋翼的振动与噪声水平严重制约着先进直升机的性能。
现在降低直升机旋翼振动与噪声水平的主流技术是旋翼的主动控制技术，其主要是在每片旋翼的翼尖处的后方切出一小块区域作为副翼，通过在直升机飞行过程中实时控制副翼的偏转，进而实现对直升机旋翼振动与噪声的控制。但是在现有的做法是压电放大作动器通过简单的连杆机构直接与副翼相连接，副翼为刚性偏转，在副翼偏转时，其与主翼之间有一条明显的缝隙，这会带来气动外形的不连续性，降低旋翼的气动性能。此外，连接压电放大作动器和副翼的简单连杆机构对加工要求高，在现实中不便于加工。
发明内容
为了克服传统直升机副翼与主翼之间的不连续变形和现有的位移放大连杆机构对加工精度要求过高的确定，本发明提供了一种直升机旋翼副翼的柔性变形系统的设计。
本发明采用的技术方案为：一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统，该柔性变形系统由压电放大作动器、位移放大机构、柔性连接装置以及副翼构成；所述的压电放大作动器固定在旋翼内部，其输出端与位移放大结构的输入端相连接；所述的位移放大机构由L型位移放大器以及位移传递机构组成，所述的位移放大机构通过柔性连接装置与旋翼的副翼相连接；所述的柔性连接装置由复合材料的波纹管以及高分子材料的柔性蒙皮组成；整套系统能够驱动副翼以15～35Hz的频率实现[-8°,+8°]之间的偏转，并且能够使得副翼相对于主翼的无缝柔性变形。
其中，压电放大作动器固定于直升机旋翼的主翼的内部，压电放大作动器的输出端与位移放大机构的输入端相连接，经过电压输入之后，压电放大作动器能够实现前/后实现微小位移，进而带动位移放大机构的输入端实现向前/后的微小运动。
其中，位移放大机构由一个L型位移放大器和一个5连杆的位移传递机构组成，L型位移放大器的短边为输入端，水平微小位移经L型位移放大器后可以输出8倍的竖直位移，再通过位移传递机构将竖直位移转换为等量的水平位移。
其中，位移传递机构的输出端和副翼相连接，并驱动副翼以15～35Hz的频率实现[-8°,+8°]之间的偏转，同时副翼的上下表面以复合材料的波纹管和主翼的上下表面相连接，波纹管上覆盖有高分子材料的柔性蒙皮，并且副翼的两边通过高分子材料的柔性蒙皮直接与主翼相连接，进而能够实现副翼相对于主翼的无缝柔性变形。
本发明的原理在于：压电放大作动器固定于直升机旋翼主翼的内部，压电放大作动器的输出端与位移放大机构的输入端相连接，经过电压输入之后，压电放大作动器能够实现前/后实现微小位移，进而带动位移放大机构的输入端实现向前/后的微小运动。位移放大机构由一个L型位移放大器和一个5连杆位移传递机构组成。L型位移放大器的短边为输入端，水平微小位移经L型位移放大器后可以输出8倍的竖直位移，再通过位移传递机构将竖直位移转换为等量的水平位移。位移传递机构的输出端和副翼相连接，并驱动副翼以15～35Hz的频率实现[-8°,+8°]之间的偏转。同时副翼的上下表面以复合材料波纹管和主翼的上下表面相连接，波纹管上覆盖有高分子材料高弹性蒙皮，并且副翼的两边通过高分子高弹性蒙皮直接与主翼相连接，进而能够实现副翼相对于主翼的无缝柔性变形。
本发明与现有技术相比优点在于：本发明能够实现直升机旋翼副翼的柔性无缝变形，进而提高直升机的气动效率。此外本发明中的放大机构能够克服以往简单连杆机构对加工要求高，在现实中不便于加工的缺点。此外，本发明与现有的直升机旋翼系统兼容性较高，应用本发明无需对现有的旋翼做过多更改。
附图说明
图1是本发明中旋翼及副翼的整体外观图；
图2是本发明中副翼部分的细节图，其中，1为压电放大作动器，2为位移放大机构，3为柔性连接装置，4为副翼；
图3是本发明的旋翼变形系统的设计图；
图4是本发明的放大机构的机构原理图，其中，4为副翼，5为L型位移放大器，6为位移传递机构；
图5是本发明中放大机构控制副翼偏摆的示意图；
图6是本发明中连接主翼后缘和副翼前缘的柔性连接装置的示意图，其中，4为副翼，7为波纹管，8为柔性蒙皮，9为主翼。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。
本发明提供了一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统设计，旋翼及副翼的整体外观图如图1所示，副翼位移旋翼的尖端，其长度为旋翼长度的10％，宽度为旋翼弦长的20％。整个柔性变形系统由压电放大作动器、位移放大机构、柔性连接装置以及副翼构成，如图2所示，包括压电放大作动器1，位移放大机构2，柔性连接装置3，副翼4。压电放大作动器固定旋翼内部，其输出端与位移放大结构的输入端相连接，经过电压输入之后，压电放大作动器能够实现前/后实现微小位移，进而带动位移放大机构的输入端实现向前/后的微小运动。位移放大机构如图3所示，其由一个L型位移放大器和一个5连杆位移传递机构组成。位移放大器的原理图如图4所示，包括L型位移放大器5，位移传递机构6，副翼4。L型位移放大器的短边为输入端，水平微小位移经L型位移放大器后可以输出8倍的竖直位移，再通过位移传递机构将竖直位移转换为等量的水平位移。连接副翼的上下两根连杆的水平运动带动了副翼的偏摆。在图5中，给位移放大机构的输入端0.5mm的水平位移，副翼能实现8°的向下的偏转。位移传递机构的输出端和副翼相连接，并驱动副翼以15～35Hz的频率实现[-8°,+8°]之间的偏转。连接副翼前缘和主翼后缘的柔性连接装置如图6所示，包括波纹管7，柔性蒙皮8，副翼4，主翼9。并且副翼4的两边通过柔性蒙皮8直接与主翼9相连接，进而能够实现副翼4相对于主翼9的无缝柔性变形。

Claims (1)

1.一种面向振动与噪声控制的直升机旋翼副翼的柔性变形系统，其特征是：该柔性变形系统由压电放大作动器(1)、位移放大机构(2)、柔性连接装置(3)以及副翼(4)构成；所述的压电放大作动器(1)固定在直升机旋翼内部，其输出端与位移放大机构(2)的输入端相连接；所述的位移放大机构(2)由L型位移放大器(5)以及位移传递机构(6)组成，所述的位移放大机构(2)通过柔性连接装置(3)与旋翼的副翼(4)相连接；所述的柔性连接装置(3)由复合材料的波纹管(7)以及高分子材料的柔性蒙皮(8)组成；整套系统能够驱动副翼(4)以15～35Hz的频率实现[-8°,+8°]之间的偏转，并且能够使得副翼(4)相对于主翼(9)的无缝柔性变形；
经过电压输入之后，压电放大作动器(1)能够实现前/后微小位移，进而带动位移放大机构(2)的输入端实现向前/后的微小运动；
位移放大机构(2)由一个L型位移放大器(5)和一个5连杆的位移传递机构(6)组成，L型位移放大器(5)的短边为输入端，水平微小位移经L型位移放大器(5)后可以输出8倍的竖直位移，再通过位移传递机构(6)将竖直位移转换为等量的水平位移；
位移传递机构(6)的输出端和副翼(4)相连接，并驱动副翼(4)以15～35Hz的频率实现[-8°,+8°]之间的偏转，同时副翼(4)的上下表面以复合材料的波纹管(7)和主翼(9)的上下表面相连接，波纹管(7)上覆盖有高分子材料的柔性蒙皮(8)，并且副翼(4)的两边通过高分子材料的柔性蒙皮(8)直接与主翼(9)相连接，进而能够实现副翼(4)相对于主翼(9)的无缝柔性变形。
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