CN108928475B - 一种球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构，属于直升机结构设计技术领域，其包括：支臂锁，所述支臂锁固定于主桨毂支臂，支臂锁设有可控的支臂锁芯，通过支臂锁芯能够将桨毂支臂与中央件进行限位，用于消除主桨毂支臂的挥舞自由度与摆振自由度；以及变距锁，所述变距锁固定于中央件，变距锁设有可控的变距锁芯，通过变距锁芯能够将主桨毂支臂与中央件进行限位，用于与支臂锁配合消除主桨毂支臂的变距自由度。本发明中球柔性旋翼桨叶自由度锁定方式，以形状记忆合金变形回复力作为驱动力的锁定机构，简化桨毂结构、锁定机构微型化，降低桨毂的重量，提高维护性，提升锁定机构的可靠性。

Description

一种球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构

技术领域

本发明属于直升机闭锁结构设计领域，具体涉及一种球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构。

背景技术

舰载直升机是一种机动灵活、反应迅速、火力精确的直升机。舰载直升机通过旋翼/尾梁折叠可减小全机外廓尺寸，有效缩小机库存放空间。球柔性旋翼以一个弹性轴承代替传统铰接式旋翼的“三铰”，即挥舞铰、摆振铰和变距铰，通过弹性轴承大小接头之间弹性体的变形实现桨叶的挥舞、摆振和变距运动。在桨叶折叠之前，桨叶的挥舞、摆振和变距自由度需被有效锁定。

对于阻尼器传统方式布置的球柔性桨毂(图1)，其挥舞自由度靠桨毂的挥舞限动装置(上限动器和下限动器)锁定，摆振自由度和变距自由度靠液压阻尼器和桨叶安装支臂上下两处的液压锁定机构进行锁定(图2)。但现有的球柔性桨毂结构增加了桨毂的结构复杂性、重量、维护和成本。变距锁定机构的锁销通过液压力作用下伸出/收回实现桨叶自由度锁定，液压系统需定时翻修，更换油液和密封圈，增加了折叠系统的复杂性，且液压折叠系统故障率高、可靠性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构，用于解决或减轻上述任一问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构，用于主桨毂支臂与中央件的锁定，其包括：

支臂锁，所述支臂锁固定于主桨毂支臂，支臂锁设有可控的支臂锁芯，所述支臂锁芯与设置于中央件上的中央件锁孔配合以将主桨毂支臂与中央件限位，以消除主桨毂支臂的挥舞自由度与摆振自由度；以及

变距锁，所述变距锁固定于中央件，变距锁设有可控的变距锁芯，所述变距锁芯用于将主桨毂支臂与中央件进行限位，使得变距锁与支臂锁配合消除主桨毂支臂的变距自由度。

在本发明的优选方案中，支臂锁内设有可控弹簧，通过控制所述可控弹簧的压缩与伸展来控制支臂锁芯的伸出与收缩。

在本发明的优选方案中，可控弹簧为形状记忆合金材料制成，所述可控弹簧在不同温度下具有不同的伸长量。

在本发明的优选方案中，还包括连接于可控弹簧的控制热源，控制热源连接至可控弹簧。

在本发明的优选方案中，支臂锁的支臂锁芯位于主桨毂支臂的中心轴线上。

在本发明的优选方案中，主桨毂支臂上设有变距摇臂，变距摇臂上设有用于变距锁芯穿过的变距摇臂锁孔。

本发明的球柔性旋翼桨叶自由度(自由度包括桨叶上下运动的挥舞自由度、桨叶左右运动的摆振自由度、以桨叶轴线转动的变距自由度)锁定机构，以支臂锁中的可控的变距锁芯作为驱动力的锁定机构，简化桨毂结构、锁定机构微型化，降低桨毂的重量，提高维护性，提升锁定机构的可靠性。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是阻尼器传统布置球柔性桨毂挥舞自由度限动示意图。

图2是阻尼器传统布置球柔性桨毂摆振和变距自由度限动示意图。

图3是本发明的球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构示意图。

图4是本发明的支臂锁示意图。

附图标记：

1-支臂锁，11-支臂锁芯，12-可控弹簧，2-中央件锁孔，3-变距锁，4-变距摇臂，41-变距摇臂锁孔，5-中央件，6-主桨毂支臂，7-弹性轴承。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

本发明的球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构针对阻尼器传统布置的直升机球柔性主桨毂有限的结构空间及重量限制，在桨叶安装的主桨毂支臂6内部和中央件5及变距摇臂4布置两个锁定机构对桨叶(桨叶安装于主桨毂支臂6上)的挥舞、摆振和变距自由度进行有效锁定，同时提供桨毂的挥舞摆振限动功能。

上述两个锁定机构分别包括支臂锁1和变距锁3。支臂锁1固定在主桨毂支臂6上，支臂锁1上设有可控的支臂锁芯11，通过支臂锁芯11与设置在中央件5上的中央件锁孔2配合完成主桨毂支臂5与中央件5的锁定，从而可以消除主桨毂支臂6的挥舞自由度与摆振自由度。变距锁3固定在中央件5上，支臂锁3可控的可伸出一支臂锁芯，支臂锁芯可与设置在主桨毂支臂6上的变距摇臂4上的变距摇臂锁孔41配合，最终完成中央件5与主桨毂支臂6的变距锁定。

其中，支臂锁1采用了形状记忆合金(NiTi合金)制成的可控弹簧12作为锁定机构的驱动元件，利用形状合金的形状记忆效应(即加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状)提供的大回复力及大回复位移，可控弹簧12被加热形状恢复的同时回复力可对外作功，可制成支臂锁1的驱动元件。

同样的，变距锁3也采用类似于支臂锁1的结构形式，用于驱动变距锁芯的驱动元件也可采用形状记忆合金材料制成。

参见图3和图4所示的球柔性旋翼中，弹性轴承7通过小接头安装在中央件5上，中央件锁孔2与弹性轴承7小接头连接，且固定在中央件5上，支臂锁1固定在主桨毂支臂6的内部，支臂锁1内部装有形状记忆合金(NiTi合金)制成的可控弹簧12作为驱动元件，可控弹簧12是随温度变化自行伸缩的感温驱动元件，且连接控制热源。在旋翼折叠过程中，折叠系统可控制热源，通过大的电流脉冲可以使可控弹簧12突然加热到需要的温度，可控弹簧12由自由状态变为伸出状态，变形产生驱动力，支臂锁1的支臂锁芯11被可控弹簧12的驱动力推动从支臂锁1中伸出沿着变距轴线方向进入中央件锁孔2，即完成上锁，在主桨毂支臂6内部构成“一线”式锁定机构。在旋翼展开时，可控弹簧12降温，可控弹簧12恢复自由状态，可控弹簧12的变形回复力带动支臂锁芯11离开中央件锁孔2实现开锁，满足直升机飞行桨叶运动要求。变距锁3安装在中央件5上面，同样利用形状记忆合金作为驱动元件，其变距锁芯可伸出从水平方向伸入变距摇臂4的变距摇臂锁孔41内，在主桨毂支臂6的外部构成“一点”式锁定机构，通过“一线”式锁定和“一点”式锁定(一点一线构成一平面)共两处锁定机构实现对球柔性旋翼主桨叶的挥舞、摆振和变距自由度的锁定，为后续的主桨叶折叠作准备。

本发明通过在安装桨叶的主桨毂支臂6内部和中央件5及设置在主桨毂支臂6上的变距摇臂4布置两处锁定机构对桨叶挥舞、摆振和变距自由度进行锁定，同时兼顾了桨毂的挥舞摆振限动功能，锁定机构由传统的液压力驱动改为形状记忆合金(NiTi合金)的回复力或变形驱动，简化桨毂、折叠系统、锁定机构、降低桨毂重量、改善维护性、提升折叠系统的可靠性。

本发明中采用的形状记忆合金(NiTi合金)具有良好的力学性能，抗疲劳，耐磨损，抗腐蚀，记忆效应优良、塑性大、制成锁定机构的驱动元件结构简单、灵敏度高、具有较高的变形能力，可获得较大的驱动行程，可靠性高，形状记忆合金具有高能量密度，作为驱动器使用不会引起重量的显著增加和空间的过度占用，易于实现驱动器微型化和自动化，有着比传统的液压驱动器不可比拟的性能优点。

本发明简化了桨毂结构，且两锁定机构可控、稳定，大幅降低了桨毂重量，改善了桨毂的维护性，提高了折叠系统的可靠性。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构，用于主桨毂支臂(6)与中央件(5)的锁定，其特征在于，所述锁定机构包括：

支臂锁(1)，所述支臂锁(1)固定于主桨毂支臂(6)，支臂锁(1)设有可控的支臂锁芯(11)，所述支臂锁芯(11)与设置于中央件上的中央件锁孔(2)配合以将主桨毂支臂(6)与中央件(5)限位，用于消除主桨毂支臂(6)的挥舞自由度与摆振自由度，其中，所述支臂锁(1)内设有可控弹簧(12)，所述可控弹簧(12)为形状记忆合金材料制成，所述可控弹簧(12)在不同温度下具有不同的伸长量，通过控制所述可控弹簧(12)的自主压缩与伸展来控制支臂锁芯(11)的收缩与伸出；

连接于所述可控弹簧(12)的控制热源，用于控制所述可控弹簧(12)的自主压缩与伸展；以及

变距锁(3)，所述变距锁(3)固定于中央件(5)，变距锁(3)设有可控的变距锁芯，所述变距锁芯用于将主桨毂支臂(6)与中央件(5)限位，使得变距锁(3)与支臂锁(1)配合消除主桨毂支臂(6)的变距自由度。

2.根据权利要求1所述的球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构，其特征在于，所述支臂锁(1)的支臂锁芯(11 )位于主桨毂支臂(6)的中心轴线上。

3.根据权利要求1所述的球柔性旋翼桨叶自由度锁定机构，其特征在于，所述主桨毂支臂(6)上设有变距摇臂(4)，所述变距摇臂(4)上设有用于变距锁芯穿过的变距摇臂锁孔(41)。

Images