CN109533291B - 一种旋翼桨叶内部驱动器的固定装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，属于直升机桨叶设计技术领域。包括前缘、后缘、横梁以及螺栓，其中，所述横梁连接所述前缘与后缘，并且所述横梁的横截面积小于所述前缘或后缘的横截面积，所述前缘在向所述横梁过渡处设置有倒角，所述后缘的另一端连接所述螺栓。本发明无需修改桨叶加工用的模具，金属件的加工工艺简单，同时，未破坏桨叶的气动外形，前缘大梁带裁剪的面积小，对桨叶内部设计和强度设计以及桨叶的动特性影响小，最大限度的满足了压电作动器固定端的固支边界条件要求。

Description

一种旋翼桨叶内部驱动器的固定装置
技术领域
本申请属于直升机桨叶设计技术领域，具体涉及一种旋翼桨叶内部驱动器的固定装置。
背景技术
直升机飞行过程中旋翼引起的振动和噪声严重影响仪器、仪表的使用寿命和乘员的舒适性。近十几年发展起来的直升机振动主动控制技术——主动后缘襟翼控制(ACF)已成为当前的研究热点之一。其通过作动器驱动桨叶后缘处的附加襟翼按给定规律作偏转运动，进而改变旋翼的气动力，从而减小桨毂处的交变载荷或抑制桨盘平面噪声，达到减振或降噪目的。
近10多年来，欧美许多高校和科研机构相继开展了一系列ACF旋翼主动控制技术的理论研究和试验验证工作。驱动装置作为ACF旋翼主动控制的关键技术之一，现阶段以压电驱动的作动器为主，其发展经历了双压电晶片、L型、双L型、X型、菱形等构型。菱形压电作动器具有结构简单、没有间隙、机械效率高等优点，已应用在欧直BK117演示验证平台上，成功完成了飞行演示验证。
菱形压电作动器安装在桨叶内部，其一端固定，一端通过驱动杆连接后缘襟翼，工作时在电压作用下驱动后缘襟翼按给定频率作挥舞运动，通过后缘襟翼挥舞产生的气动力以达到直升机减振、降噪、性能提升等目的。工作状态下，驱动器须承受桨叶挥舞、摆振、扭转运动产生的惯性力，特别是桨叶旋转引起的巨大的离心力作用。在小翼受到的气动力作用下，驱动器-连杆-小翼构成了一个质量弹簧系统，为避免产生共振，该弹簧质量系统的固有频率约束着驱动器工作频率的上限。因此驱动器在狭小的桨叶内腔中安装与固定方法尤其重要。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本发明用于解决菱形压电作动器在桨叶内腔中的安装、固定问题，保护驱动系统稳定、安全工作。
本发明旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，包括前缘、后缘、横梁以及螺杆，其中，所述前缘及所述后缘分别设置在所述横梁的两侧，所述螺杆设置在所述后缘的背离所述横梁的一侧，所述横梁通过沿桨叶厚度方向分割的两块前缘大梁带夹持固定，以使所述前缘及后缘分别位于所述前缘大梁带的沿桨叶弦向方向的两侧。
优选的是，所述螺杆至少包括两个。
优选的是，其中一个螺杆与所述后缘一体连接，其余螺杆过盈配合安装在所述后缘的通孔内。
优选的是，所述前缘的朝向桨叶前缘的方向设置为与所述桨叶前缘外轮廓一致。
优选的是，所述前缘大梁带包括上梁带与下梁带，所述上梁带与下梁带对接时，在两者之间形成条形槽，所述条形槽的内端及外端的截面面积大于中间部分的截面面积，所述中间部分用于容纳所述横梁，所述内端用于容纳所述后缘，所述外端用于容纳所述前缘。
优选的是，所述条形槽的中间部分向内端以第一台阶过渡，所述第一台阶的台阶面垂直于桨叶弦向，所述后缘设置为矩形块，压紧在所述台阶面上。
优选的是，所述条形槽的中间部分向外端的过渡包括：
以第二台阶向桨叶厚度方向过渡，所述第二台阶的台阶面垂直于桨叶弦向；
以变截面相桨叶展向方向过渡；
所述前缘的朝向所述横梁的一面的形状设置成适配所述第二台阶面及变截面。
优选的是，所述变截面设置成：
沿桨叶弦向方向向外，所述条形槽的外端槽口不断变大。
本发明的关键技术点在于：
1.桨叶内驱动器固定用金属件的“工”字型形状及其设计原理；
2.桨叶内驱动器固定用金属件的两侧导角设计；
3.双螺杆构型及其加工方式。
本发明设计的“工”字型金属件可用于桨叶内压电驱动器安装固定，具体的技术效果体现在以下几个方面：
(1)无需修改桨叶加工用的模具，金属件的加工工艺简单；
(2)质量小，未破坏桨叶的气动外形，前缘大梁带裁剪的面积小，对桨叶内部设计和强度设计以及桨叶的动特性影响小；
(3)与“工”字型金属件一体化成型的双螺杆，最大限度的满足了压电作动器固定端的固支边界条件要求。
附图说明
图1为按照本发明旋翼桨叶内部驱动器的固定装置的一优选实施例的固定装置结构示意图。
图2为按照本发明旋翼桨叶内部驱动器的固定装置的一优选实施例的固定装置安装示意图。
图3为现有技术前缘大梁带结构示意图。
图4为为按照本发明旋翼桨叶内部驱动器的固定装置的一优选实施例的前缘大梁带结构示意图
其中，1-固定装置，2-前缘大梁带，3-泡沫，4-后缘大梁带，5-后缘襟翼，6-菱形压电致动器，7-螺母，8-驱动连杆，9-驱动框架，10-前缘，11-导角，12-横梁，13-后缘，14-螺杆，21-上梁带，22-下梁带。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，如图1所示，包括前缘10、后缘13、横梁12以及螺杆14，其中，所述前缘10及所述后缘13分别设置在所述横梁12的两侧，所述螺杆14设置在所述后缘13的背离所述横梁的一侧，所述横梁12通过沿桨叶厚度方向分割的两块前缘大梁带2夹持固定，以使所述前缘10及后缘13分别位于所述前缘大梁带的沿桨叶弦向方向的两侧。
在一些可选实施方式中，所述螺杆14至少包括两个。
在一些可选实施方式中，其中一个螺杆14与所述后缘13一体连接，其余螺杆过盈配合安装在所述后缘13的通孔内。
在一些可选实施方式中，所述前缘10的朝向桨叶前缘的方向设置为与所述桨叶前缘外轮廓一致。
上述实施例中，考虑到压电驱动器的可拆卸性及其装配的固支边界条件要求，采用双螺栓连接。因两根螺栓较为接近，为便于攻螺纹，两根螺杆一根与“工”字金属件一体加工，另一根通过温差配合安装。
图2给出了本申请固定装置1的安装示意图，其中，固定装置1穿过前缘大梁带2，螺杆14穿过菱形压电致动器6的尾端，并通过螺母7禁锢，菱形压电致动器6位于驱动框架9内，其前端延伸至后缘大梁带4方向，并通过驱动连杆8连接后缘襟翼5。
本实施例中，驱动框架9贴紧在前缘大梁带2内侧，固定装置1的横梁还穿过所述驱动框架，之后连接菱形压电致动器6，由菱形压电致动器6挤压驱动框架9，以限制固定装置1向上运动，在一些可选实施方式中，固定装置1可以通过后缘13限制固定装置1向上运动，如下所示：
在一些可选实施方式中，所述前缘大梁带2包括上梁带21与下梁带22，所述上梁带21与下梁带22对接时，在两者之间形成条形槽，所述条形槽的内端及外端的截面面积大于中间部分的截面面积，所述中间部分用于容纳所述横梁12，所述内端用于容纳所述后缘13，所述外端用于容纳所述前缘10。
在一些可选实施方式中，所述条形槽的中间部分向内端以第一台阶过渡，所述第一台阶的台阶面垂直于桨叶弦向，所述后缘13设置为矩形块，压紧在所述台阶面上。
在一些可选实施方式中，所述条形槽的中间部分向外端的过渡包括：
以第二台阶向桨叶厚度方向过渡，所述第二台阶的台阶面垂直于桨叶弦向；
以变截面相桨叶展向方向过渡；
所述前缘10的朝向所述横梁12的一面的形状设置成适配所述第二台阶面及变截面。
在一些可选实施方式中，所述变截面设置成：
沿桨叶弦向方向向外，所述条形槽的外端槽口不断变大。
上述多个实施例以前缘大梁带2的结构来间接描述本申请固定装置1的前缘10、后缘13及横梁12的具体尺寸。
根据桨叶的结构即其力传递特性，选择桨叶内部主承力部件-前缘大梁带，作为压电驱动器受到的惯性力和离心力载荷的承力部件。为给驱动系统留出尽量大的空间，同时便于驱动框架的设计与加工，前缘大梁带在驱动装置段从“C”型大梁变成了“D”型大梁，如图3及图4所示，图3中A部分可以看出缘大梁带向内呈一定角度延伸，而图4中则为平面，首先根据“D”型大梁的形状和菱形压电驱动器的接口，设计“D”型金属块，金属块上缘和下缘与桨叶蒙皮内表面贴合。
图4中，根据桨叶强度设计要求，计算“D”型金属(上梁带21及下梁带22)所在桨叶展向位置可裁剪大梁带面积，由此在“D”型金属块的上下缘各切割一“凹”口，剩余大梁带分成两部分分别从金属块的上下穿过。在金属块的桨尖一侧将裁剪的大梁带补足，使得“D”型大梁的后缘端在同一平面上。为使得桨叶模压时金属块上下的压力相近，金属块上下“凹”口的面积被设计为相等。
将驱动系统安装段的“C”型大梁过度转换成“D”型，在“D”型大梁沿展向的中间位置集成一个横置的“工”字型金属件(本申请的固定装置1)，该金属件前缘贴合桨叶外形，前缘大梁带分成两部分，分别从金属件上下凹陷处通过，金属件两端凸起部分分别留5mm左右用于桨叶加工时的定位，防止其在桨叶程序加工中被挤压偏移。
因前缘大梁带中内置了金属件，导致大梁带的面积产生突变，由此引起桨叶沿展向的刚度特性突变，使得桨叶动特性变差，为此在金属件两侧沿展向分别设计了导角11，使得大梁带的面积沿桨叶展向线性变化。上述描述“以第二台阶向桨叶厚度方向过渡，所述第二台阶的台阶面垂直于桨叶弦向”可以从图4看出，上述描述“以变截面相桨叶展向方向过渡”可以由图1的导角11看出。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，其特征在于，包括前缘(10)、后缘(13)、横梁(12)以及螺杆(14)，其中，所述前缘(10)及所述后缘(13)分别设置在所述横梁(12)的两侧，所述螺杆(14)设置在所述后缘(13)的背离所述横梁的一侧，用于连接菱形压电致动器(6)，所述横梁(12)通过沿桨叶厚度方向分割的两块前缘大梁带(2)夹持固定，以使所述前缘(10)及后缘(13)分别位于所述前缘大梁带的沿桨叶弦向方向的两侧；
所述前缘大梁带(2)包括上梁带(21)与下梁带(22)，所述上梁带(21)与下梁带(22)对接时，在两者之间形成条形槽，所述条形槽的内端及外端的截面面积大于中间部分的截面面积，所述中间部分用于容纳所述横梁(12)，所述内端用于容纳所述后缘(13)，所述外端用于容纳所述前缘(10)。
2.如权利要求1所述的旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，其特征在于，所述螺杆(14)至少包括两个。
3.如权利要求2所述的旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，其特征在于，其中一个螺杆(14)与所述后缘(13)一体连接，其余螺杆过盈配合安装在所述后缘(13)的通孔内。
4.如权利要求1所述的旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，其特征在于，所述前缘(10)的朝向桨叶前缘的方向设置为与所述桨叶前缘外轮廓一致。
5.如权利要求1所述的旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，其特征在于，所述条形槽的中间部分向内端以第一台阶过渡，所述第一台阶的台阶面垂直于桨叶弦向，所述后缘(13)设置为矩形块，压紧在所述台阶面上。
6.如权利要求1所述的旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，其特征在于，所述条形槽的中间部分向外端的过渡包括：
以第二台阶向桨叶厚度方向过渡，所述第二台阶的台阶面垂直于桨叶弦向；
以变截面相桨叶展向方向过渡；
所述前缘(10)的朝向所述横梁(12)的一面的形状设置成适配所述第二台阶面及变截面。
7.如权利要求6所述的旋翼桨叶内部驱动器的固定装置，其特征在于，所述变截面设置成：
沿桨叶弦向方向向外，所述条形槽的外端槽口不断变大。
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