CN109866923A - 用于旋翼飞行器的、具有扭矩控制总距的旋翼组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于旋翼飞行器的旋翼组件1，包括旋翼轴8、不可转动地安装于旋翼轴的扭矩传递单元4、经由相关联的角位移使能部件9而可转动地安装于旋翼轴8的旋翼桨毂7、以及连接于旋翼桨毂7的至少两个旋翼桨叶2b、2d，其中，扭矩传递单元4经由桨距控制单元10在旋翼组件流出侧上联接于至少两个旋翼桨叶，其中，桨距控制单元将从旋翼轴8施加到扭矩传递单元4的扭矩传递到该至少两个旋翼桨叶2b、2d，并且其中，如果该扭矩增大，则桨距控制单元10使该至少两个旋翼桨叶2b、2d的相应的桨距角增大。

Description

用于旋翼飞行器的、具有扭矩控制总距的旋翼组件

技术领域

本发明涉及用于旋翼飞行器的旋翼组件。此外，本发明涉及具有这种旋翼组件的旋翼飞行器。

背景技术

旋翼飞行器的旋翼组件设置为用于在旋翼飞行器操作期间产生沿预先确定方向的推力。由旋翼组件所产生的推力可以以两种不同的方式来控制：通过控制给定的旋翼组件的相应的旋转速度，或者通过控制给定的旋翼组件的相应旋翼桨叶的给定空气动力学型面的相应空气动力学升力系数。相应的空气动力学升力系数通常通过工作中的旋翼桨叶的基础桨距角来控制。

更具体地，给定的旋翼组件的旋转速度可通过增大或减小从旋翼主轴、即该给定的旋翼组件的旋翼轴所传递的相应扭矩来进行控制。由此，旋转速度可进行加速或减速。然而，在该情况下，给定的旋翼组件的基础转动惯量延迟了旋转速度的相应变化，即旋翼轴的加速或减速，并且因此延迟了给定的旋翼组件的旋转速度的增大或减小。

如果给定的旋翼组件的相应几何形尺寸线性地按比例缩放系数x，则转动惯量以系数x⁴增长。换言之，转动惯量以系数x的四次幂增长。因此，即使当对于旋翼组件的弯曲刚度和空气动力学有利的缩放效果一般用于减小较大的旋翼组件的质量时，虽如此，转动惯量也比相应地选择的比例系数x增长得快得多。

因此，对于较大的旋翼组件，即具有大于1m半径的旋翼组件，旋翼控制所需要的扭矩变得惊人地大。然而，对于较小的旋翼组件，例如对于具有在50mm至500mm之间的、相对较小的旋翼直径的无人机，使用借助控制旋翼组件的旋转速度的推力控制会是有益的，因为这可以单独借助无人机的发动机完成，而不需要任何额外的致动器。

与此相反，借助桨距角控制的推力控制要求：相应的旋翼组件一般或主动或被动地铰接。在主动铰接的旋翼组件中，各个相关联的旋翼桨叶铰接并且单独地控制其旋转的方位角。这一般已知为周期桨距致动，其总体需要复杂的、较重的且成本高的桨距调节装置，对于通过主动地致动各个旋翼桨叶来单独地调节各个旋翼桨叶，该桨距调节装置是必需的。

更具体地，主动致动的旋翼桨叶通常不仅设有周期桨距调节装置，而且设有总距调节装置，从而在升力和阻力方面是有效的。因此，即使在非轴向的流入场中工作期间，也可实现在旋翼组件的旋转的方位角上均匀的升力分布。在文献US 2,684,721和US 3,508,841中描述了具有相应的周期桨距和总距调节装置的这类主动致动的旋翼组件的示例。

然而，周期桨距和总距调节装置一般实施为具有相对大的复杂性和重量，并且需要实施成本较高的、复杂的控制机构和监督手段。更具体地，周期桨距和总距调节装置通常包括桨距控制杆，该桨距控制杆由旋转倾斜盘移动或由围绕相应的旋翼主轴轴向可动的环来移动。这些元件需要由附加的致动器来移动，这因此产生了额外的成本。

文献US 2,614,637描述了直升机的旋翼组件，该旋翼组件设有周期桨距和总距调节装置，并且具有基于油门设定和功率，即工作中的旋翼组件的旋转速度的自动旋翼桨距调节机构。更具体地，旋翼组件包括多个旋翼桨叶，各个旋翼桨叶附连到相关联的短轴，该短轴在直升机的桨毂结构中是角度可调节的，用于桨距变化。该桨毂结构连结到垂直延伸的中空轴，该中空轴在工作中由直升机的合适动力源旋转。各个旋翼桨叶经由相关联的臂连接到轴颈，两者限定了周期桨距和总距调节装置，其中，轴颈借助施加与其的弹性力而是主动可动的。各个旋翼桨叶还经由双臂曲柄杆连接到配重件，两者限定自动旋翼桨距调节机构，其中，双臂曲柄杆借助工作中作用在配重件上的离心力而是可动的。由此，各个旋翼桨叶的桨距在工作中借助该自动旋翼桨叶调节机构自动地进行调节，并且独立于其它所有旋翼桨叶。因此，旋翼组件适于对来风或RPM的突然变化积极地作出反应，并且通过减小/增大各桨叶的入射角来抵抗。

然而，由于所需要的臂、轴颈、杆和配重件，该组合的周期桨距和总距调节装置与自动旋翼桨距调节机构是相对复杂的、较重的并且成本较高的。此外，由于周期桨距和总距调节装置与自动旋翼桨距调节机构的组合设置，最终的整个系统是复杂的、昂贵的并且具有相对较重的重量。

文献US 3,105,558描述了一种被动致动的旋翼组件。更具体地，描述了一种可变桨距的螺旋桨，该螺旋桨包括具有与居中设置的驱动轴的直花键连接的桨毂。桨毂具有中间环形凹槽，一对径向延伸的轴承支柱设置在该环形凹槽内。桨叶支承件由滚子轴承组件用轴颈轴承支承在各个轴承支柱的杯状凹陷部中。各螺旋桨桨叶的根部端与桨叶支承件螺纹连接。各个螺旋桨桨叶的柄部安装在控制套筒之内并且键连接于其。各个控制套筒因此连接为与其相应的螺旋桨桨叶围绕其纵向轴线旋转。各螺旋桨桨叶在其纵向轴线的两侧上具有相等的区域，并且因此可被称作平衡螺旋桨桨叶。桨毂由包括前部部段和后部部段的两件式壳体包封，各部段由螺栓连接在一起。各部段之间的分型线与螺旋桨桨叶的纵向轴线重合，并且各个轴承支柱的外端接纳在狭槽中，该狭槽形成于前部部段和后部部段中和它们之间的分型线处。桨毂相对于驱动轴的轴向运动受螺母限制，该螺母螺纹地接合轴并且邻抵桨毂的前端。壳体由前部和后部滚针推力轴承以及前部和后部径向轴承来用轴承支承在桨毂上。桨毂具有一对轴承凹陷部，各个轴承凹陷部接纳曲柄臂与各个控制套筒成整体的球状形成部。各个控制套筒形成为具有一对基本径向的延伸部或抵靠部，其中，第一延伸部可与桨毂接合，用于确定螺旋桨桨叶的最小桨距位置，而第二接合部可与桨毂在最大桨距位置处接合。各个延伸部形成为具有用于接纳在相关联的连杆端部上的球状形成部的球形接口。相关联连杆的另一端部具有球状形成部，该球状形成部布置在推力环的接口内。推力环支承为用于螺旋桨壳体的后部部段内的轴向运动，该后部部段包含加有预应力的弹性体环。推力环具有设置在壳体部段中的轴向狭槽中的柄脚，并且因此可相对于其轴向滑动。该环可由橡胶构成或由具有受控的密度的其它合适的塑料构成，由此，其弹性和变形特征从而匹配螺旋桨的扭矩特征。螺旋桨桨叶由加有预应力的弹性体环保持在它们的最大桨距位置中。当驱动轴沿顺时针方向旋转时，围绕水平的螺旋桨轴线的旋转被赋予桨叶，并且因此通过在控制套筒上的曲柄赋予螺旋桨壳体。在正常工作期间，弹性体环的最初的预应力与扭矩输入相反地作用。然而，当诸如在起飞或爬升期间发动机加速时，桨叶所受的增大的输入扭矩使桨叶围绕它们的纵向轴线朝向它们的最小桨距位置旋转，在该处第一延伸部接合桨毂。在螺旋桨桨叶围绕它们的轴线沿顺时针方向旋转期间，弹性体环由于推力环的运动而变形。推力环也用作协调两个螺旋桨桨叶的桨距调节运动。螺旋桨桨距位置的变化仅响应于驱动轴的输入扭矩。因此，当输入扭矩减小到正常工作范围时，弹性体环将会使螺旋桨桨叶再定位于其最大桨距位置处，在该处第二延伸部接合桨毂。

然而，由于组成部件相对较多的个数，该可变桨距螺旋桨具有相对复杂、较重并且成本较高的桨距调节机构。此外，该桨距调节机构仅适合于较高刚度的旋翼组件，在该旋翼组件中，第一摆振固有模态，即旋翼桨叶在旋转平面内相对于相关联的旋翼桨毂的弯曲的相应频率大于旋翼组件的给定转动频率的两倍。

然而，这不适用于较大的旋翼组件，因为所设置的较高刚度导致大得惊人的弯曲载荷。此外，即便对于具有小于2m的直径的相对较小的旋翼组件，如果在较大的横向流动速度，即流动方向与旋转轴线之间的角度大于15°的情况下使用该旋翼组件，则产生的载荷也会变得惊人地大。这通常是所有旋翼飞行器的情况。

由此，根据文献US 3,105,558的桨距调节机构一般不能应用于旋翼飞行器。例外情况可能是这样的旋翼飞行器，其仅以低速，即小于50kt的速度飞行，并且其装备有相对较多个数的小旋翼组件，即超过六个旋翼组件，或者其一般设有相对较小的总体尺寸，即小于500Kg的最大起飞重量。

最后，当使用根据文献US 3,105,558的桨距调节机构时，提供在驱动轴处或桨毂处的增大的扭矩导致减小的桨距角，并且因此导致更小的推力。然而，这通过由于更大的扭矩导致的旋转速度变化抵消了推力方面最终变化的效果。因此，仅能借助该桨距调节机构通过旋转速度的变化来实现所需要的长期的推力的改变，而这一改变由该桨距调节机构进一步延迟和削弱。实际上，通过使用该桨距调节机构，在起飞期间，即处于高扭矩和低空气流入速度下，以及在巡航期间，即处于低扭矩和高空气流入速度下，旋翼桨叶相应的桨距角适于不同的轴向流入速度，但是减小了可实现的推力可控性。

文献US 1,970,114描述了具有类似目的的、相当的桨距调节装置。然而，在该桨距调节装置中，旋翼桨毂和旋翼主轴牢固地，即不可转动地彼此连接。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于旋翼飞行器的新的旋翼组件，该旋翼组件能够通过在相关联的旋翼主轴处的扭矩力矩变化来改进推力控制。本发明的另一目的是提出具有这种新的旋翼组件的旋翼飞行器。

该目的由用于旋翼飞行器的旋翼组件、包括权利要求1的各特征的旋翼组件来实现。

更具体地，根据本发明，用于旋翼飞行器的旋翼组件包括旋翼主轴、不可转动地安装于旋翼主轴的扭矩传递单元、经由相关联的角位移使能部件而可转动地安装于旋翼主轴的旋翼桨毂以及至少两个旋翼桨叶，这两个旋翼桨叶连接于旋翼桨毂，并设置为用于产生从旋翼组件流入侧经由相应的旋翼平面到旋翼组件流出侧的空气流。扭矩传递单元经由桨距控制单元在旋翼组件流出侧上联接于至少两个旋翼桨叶。桨距控制单元将从旋翼主轴施加到扭矩传递单元的扭矩传递到该至少两个旋翼桨叶。此外，如果扭矩增大，则桨距控制单元使该至少两个旋翼桨叶的相应的桨距角增大。

根据一方面，扭矩不是直接从旋翼主轴施加到旋翼桨毂的，而是从旋翼主轴施加到扭矩传递单元，而旋翼桨毂又可转动地安装于旋翼主轴，即旋翼主轴可至少在预先确定的极限内相对于旋翼桨毂转动。较佳地，扭矩从旋翼主轴通过相应的桨距连杆施加到旋翼桨毂。因此，各个桨距连杆的一个轴向端部较佳地连接于相关联的悬臂，该悬臂刚性地，即不可转动地安装于旋翼主轴，即，旋翼主轴不会相对于相关联的悬臂旋转。各个桨距连杆相应的另一轴向端部较佳地连接于相关联的旋翼桨叶的所谓的桨距摇臂(变距摇臂)(pitchhorn)。该桨距摇臂可以是旋翼桨叶成整体的部分或是相关联的控制套的成整体的部分。

有利地，旋翼桨毂和旋翼轴相互分离。分离意味着两个部件相互脱开(解耦)，但是它们通过形成从旋翼桨毂到旋翼轴的直接连接的相应轴承、滑动表面、弹簧、球形轴承、四点轴承等等而相互连接。该直接连接较佳地在例如轴承和/或滑动表面的情况下不传递任何扭矩，或在例如弹簧的情况下仅传递一部分扭矩，其在弹簧的情况下较佳地小于95％。扭矩剩余的部分通过桨距连杆和旋翼桨叶传递到旋翼桨毂。因此，改变从旋翼轴经由悬臂和桨距连杆施加到旋翼桨叶或者旋翼桨毂的扭矩的水平将会导致改变在旋翼轴与旋翼桨毂之间的旋转角度或角位移。

根据一方面，桨距连杆在旋翼组件流出侧上联接到旋翼桨叶。更具体地，旋翼桨叶的相应的桨距轴线限定了旋转平面，或更确切地限定了旋翼组件的相对于的旋转圆锥(rotation conus)。旋翼组件的流入侧也被称为旋翼平面的前部或上侧，而流出侧也被称为后部或下侧。旋转轴线与旋转平面之间的相交点形成旋翼组件的中心。

有利地，桨距连杆与相关联的桨距摇臂或控制套之间的连接点位于旋翼平面的后部或下侧上，即流出侧上。有利地，如果从旋翼轴经由悬臂和桨距连杆施加到旋翼桨叶的扭矩增大，则这会导致增大的桨距角。该增大的桨距角又导致更大的推力。

根据一方面，桨距摇臂或控制套在以下位置处牢固地连接到旋翼桨叶，该位置比相应的摆振铰链轴线离旋翼中心更远。这些摆振铰链轴线可等同于诸如例如设置在所谓的柔性梁中的弹性摆振铰链的虚拟摆振轴线。此外，桨距摇臂或控制套与桨距连杆之间的连接点较佳地设置在以下位置处，该位置比相应的摆振铰链离旋翼中心更远。这有利地导致了滞后的旋翼桨叶桨距角增大，并且减小了在前的旋翼桨叶的桨距角。因此，通过摆振角针对桨叶的调节可设置为导致对相应的循环摆振和拍动幅度的动态减振(缓冲)。

根据一方面，旋翼桨叶相应的桨距角可基于从旋翼轴施加到旋翼桨毂，即旋翼桨叶的扭矩来影响或者进行调节。因此，如下文所述的，必须考虑给定的旋翼组件的不同的尺寸。必须考虑的第一个尺寸是悬臂到相关联的桨距连杆的连接点和旋翼轴轴线之间的径向距离，这在下文中被称作L1。必须考虑的第二个尺寸是桨距摇臂连接点与平行于旋转轴线的、旋翼桨叶的相应桨距轴线之间的相应距离，其被称为L2。L2被考虑为从旋翼平面沿向后方向为正。必须考虑的第三个尺寸是桨距摇臂连接点与和旋翼轴的旋转轴线相切的桨距轴线之间的距离，并且其在下文中被称为L3。L3被考虑为朝向相关联的旋翼桨叶的相应前缘为正。

有利地，可通过调节相应的几何形的杠杆比来调节扭矩传递。这特别适于L1与L2之间的基础(潜在)比值，但是也适用于桨距连杆的相对应的桨距连结轴线与在连接点处围绕旋翼轴轴线的切向方向之间的所选择的角度。这导致了旋翼轴与旋翼桨毂之间的位移角到旋翼桨叶与旋翼桨毂之间的桨距角的几何形传递比值。较大的传递比值意味着对于给定的扭矩变化更大的桨距角变化。

此外，旋翼桨叶和旋翼桨毂的转动刚度、旋翼桨毂与旋翼州之间的旋翼轴轴线的转动刚度和旋翼桨叶与旋翼桨毂之间的摆振刚度可进行调节，以用于调节桨距角。增大的转动刚度和减小的摆振刚度由于扭矩的变化有利地导致旋翼轴与旋翼桨毂之间的位移角更小的变化。这意味着：减小的转动刚度和增大的摆振刚度导致对于给定的扭矩变化更大的桨距角变化。

另一种影响桨距角的手段包括由于空气动力学桨距角变化而改变空气动力学桨距力矩。更具体地，对于恒定流动(流量)的情况，空气动力学桨距力矩这一变化的增大与上述转动刚度的增大具有相同的效果。然而，该效果会允许对于流入速度方面的变化更好的适应。因此，旋翼桨叶的相应空气动力学性质可选择为使得：由于增大的空气流入速度而引起的空气动力学桨距力矩的变化会导致更大的桨距角，这一般是大多数目前的旋翼飞行器旋翼的空气动力学形状的情况。

还可注意到的是，L3的正值使潜在的拍动减振效果增强，所谓的δ3角(delta3angle)。相反，L3的负值可能导致对旋翼桨叶拍动运动的进一步激励。此外，桨距摇臂位置靠近每个旋翼桨叶的前缘，并且因此较大的L3值限制了可被引入的最大桨距轴线。或者，可应用用于桨距角的限制止挡件。限制最大桨距轴线有利地避免了旋翼桨叶的静态发散。

有利地，增大的旋翼轴扭矩一般将使旋转速度增大。带有一些延迟，除上述桨距控制之外，这仍将改变推力。

还有利地，新的旋翼组件不要求设置斜盘以及用于推力控制的额外致动器。此外，避免了由于较高的转动惯量而导致的推力控制的任何延迟。具体地，借助创新的旋翼组件，可有利地增大通过扭矩变化的推力控制。同样地，具有较低的摆振刚度的较大旋翼的动态稳定性是可能的。

根据较佳实施例，设置相关联的角位移使能部件以使得至少旋翼桨毂相对于旋翼轴的角位移是可能的。相关联的角位移使能部件包括径向轴承、滑动表面、弹簧和/或径向薄板中的至少一个。

根据另一较佳实施例，桨距控制单元经由相应地关联的控制套联接到至少两个旋翼桨叶中的每一个旋翼桨叶。

根据另一较佳实施例，至少两个旋翼桨叶中的每一个旋翼桨叶包括扭转元件，该扭转元件弹性地变形用于桨距角调节。

根据另一较佳实施例，至少两个旋翼桨叶中的每个旋翼桨叶及其扭转元件形成为整体部件。

根据另一较佳实施例，至少两个旋翼桨叶中的每个旋翼桨叶和相应地关联的控制套形成为整体部件。

根据另一较佳实施例，各个扭转元件和旋翼桨毂形成为整体部件。

根据另一较佳实施例，各个扭转元件包括弹性拍动铰链区域，其设置为比相关联的摆振铰链区域离旋翼轴更近。

根据另一较佳实施例，各个扭转元件在旋翼桨毂的相关联的摆振铰链区域处安装于旋翼桨毂。

根据另一较佳实施例，旋翼桨毂包括弹性拍动铰链区域，其设置为比相关联的摆振铰链区域离旋翼轴更近。

根据另一较佳实施例，桨距控制单元包括至少两个桨距连杆。扭矩传递单元经由至少两个桨距连杆中的至少一个联接到相应地关联的各个控制套。

根据另一较佳实施例，相应地关联的各个控制套包括在旋翼组件流出侧上的桨距摇臂，该桨距摇臂联接到至少两个桨距连杆中的至少一个。

根据另一较佳实施例，桨距摇臂设置为离旋翼桨叶前缘比离旋翼桨叶后缘更近。

根据另一较佳实施例，扭矩传递单元包括至少两个悬臂。相对于旋翼轴的、在从-100°至+100°的范围中的位移角形成在至少两个悬臂中的每个悬臂与至少两个旋翼桨叶中的相关联的一个旋翼桨叶之间。

本发明还提出了一种具有如上所述地实施的至少一个旋翼组件的旋翼飞行器。

附图说明

本发明的较佳实施例在以下描述中参照附图借助示例概述。在这些附图中，相同的或相同地起作用的部件和元件用相同的附图标记标出，并且因此在以下描述中仅描述一次。

-图1示出根据本发明的、具有扭矩传递单元和四个示例性旋翼桨叶的多桨叶旋翼组件的俯视图，

-图2示出根据变型的、具有扭矩传递单元和仅两个示例性旋翼桨叶的图1示出的多桨叶旋翼组件的俯视图，

-图3示出具有扭矩传递单元和仅两个示例性旋翼桨叶的图1示出的多桨叶旋翼组件的一部分的剖视图，以及

-图4示出根据一方面的旋翼桨毂的剖视图。

具体实施方式

图1示出旋翼飞行器的旋翼组件1。举例来说，旋翼组件1实施为旋翼飞行器的多桨叶旋翼组件1，具体是直升机的主旋翼的多桨叶旋翼组件。根据一方面，多桨叶旋翼组件1包括实施为具有旋翼桨毂7的旋翼轴8。

多桨叶旋翼组件1较佳地实施为无轴承的旋翼组件，具有作为旋翼桨毂7与多个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d之间的界面的多个弹性铰链单元3。然而，应注意的是，为了附图的简洁和清晰起见，这些旋翼桨叶2a、2b、2c、2d既未在图1也未在其余的附图中更详细地示出。此外，应注意表述“多桨叶旋翼组件”在本发明的上下文中应理解为，其包含具有至少两个旋翼桨叶的所有旋翼组件。

该多个弹性铰链单元3包括用于该多桨叶旋翼组件1的每个旋翼桨叶的一个弹性铰链单元。换言之，在所示示例中，设有四个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d，并且因此设有四个弹性铰链单元3a、3b、3c、3d，每一个弹性铰链单元与旋翼桨叶2a、2b、2c、2d中的关联的一个旋翼桨叶相关联。

更具体地，该多个弹性铰链单元3较佳地实施多个扭转元件5。在所示示例中，实施有四个扭转单元5a、5b、5c、5d。扭转元件5a、5b、5c、5d中的每一个与多个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d中的给定的旋翼桨叶相关联。

根据一方面，旋翼桨叶2a、2b、2c、2d和扭转元件5a、5b、5c、5d，即弹性铰链单元3a、3b、3c、3d实施为整体部件，使得它们彼此不能脱开。此外，扭转元件5a、5b、5c、5d，即弹性铰链单元3a、3b、3c、3d和旋翼桨毂7较佳地也实施为整体部件，使得它们彼此不能脱开。换言之，根据一方面，旋翼桨叶2a、2b、2c、2d、扭转元件5a、5b、5c、5d，即弹性铰链单元3a、3b、3c、3d和旋翼桨毂7实施为单个整体部件。然而，应注意的是，这些部件也可实施为分离的部件，如图2中举例示出的。

较佳地，扭转元件5a、5b、5c、5d中的每个扭转元件还与多个控制套6，即控制套6a、6b、6c、6d中的控制套相关联。控制套6a、6b、6c、6d中的每一个控制套较佳地形成为旋翼桨叶2a、2b、2c、2d中相关联的一个旋翼桨叶的整体部件。然而，替代地，控制套6a、6b、6c、6d中的每一个能以传统的方式安装到旋翼桨叶2a、2b、2c、2d中相应的一个上。这些控制套6a、6b、6c、6d较佳地适于通过控制扭转元件5a、5b、5c、5d，即弹性铰链单元3a、3b、3c、3d的当前扭转而在多桨叶旋翼组件1的运行中设定旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的当前桨距或桨叶角。例如，控制套6d可驱动以通过控制扭转元件5d的当前扭转，即弹性铰链单元3d的当前扭转来设定旋翼桨叶2d的当前桨距或桨叶角。

应注意的是，术语“控制套”仅仅指适于控制旋翼桨叶2a、2b、2c、2d中的相关联的一个旋翼桨叶的相应桨距角的控制元件。换言之，控制套可实施为控制囊，即完全地包封扭转元件5a、5b、5c、5d中的相关联的一个的至少一部分的圆锥形囊。然而，替代地并且举例来说，控制套6a、6b、6c、6d中的每一个控制套也可实施为梁状元件，其设置为例如平行于旋翼桨叶2a、2b、2c、2d中的给定的一个旋翼桨叶，即平行于弹性铰链单元3a、3b、3c、3d中的给定的一个弹性铰链单元。

较佳地，弹性铰链单元3a、3b、3c、3d包括相关联的摆振铰链区域11a、11b、11c、11d，其形成多个摆振铰链区域11。该多个摆振铰链区域11设置为允许旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的摆振运动。

此外，弹性铰链单元3a、3b、3c、3d较佳地包括相关联的弹性拍动铰链区域12a、12b、12c、12d，其形成多个弹性拍动铰链区域12。该多个弹性拍动铰链区域12设置为使得旋翼桨叶2a、2b、2c、2d能够拍动运动。较佳地，弹性拍动铰链区域12a、12b、12c、12d中的每一个比摆振铰链区域11a、11b、11c、11d中相关联的一个离旋翼轴8更近。

此外，弹性铰链单元3a、3b、3c、3d较佳地包括相关联的弹性扭转区域13a、13b、12c、12d，其形成多个弹性扭转区域13。该多个弹性扭转区域13设置为使得能够控制旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的桨距角。

然而，应注意的是，根据本发明，仅仅多个弹性扭转区域13是强制性的，而多个摆振铰链区域11和多个弹性拍动铰链区域12是可选地，并且可取决于待实施的多桨叶旋翼组件的基础类型而被省略。

此外，应注意的是，摆振铰链区域11a、11b、11c、11d、弹性拍动铰链区域12a、12b、12c、12d和弹性扭转区域13a、13b、13c、13d中的任何一个可以实施为弹性的或者虚拟的铰链，或实施为铰接的铰链。因此，如下文参照图2借助关于摆振铰链区域11a、11b、11c、11d所描述的，弹性铰链单元3a、3b、3c、3d可借助完全弹性的柔性梁、借助弹性体轴承和/或传统轴承来实施。

根据本发明的一方面，旋翼桨毂7经由相关联的角位移使能部件9可转动地安装于旋翼轴8。相关联的角位移使能部件9较佳地设置为使得旋翼桨毂7至少能够相对于旋翼轴8角位移。因此，相关联的角位移使能部件9优选地包括径向轴承、滑动表面、弹簧和/或径向薄板中的至少一个(图4中的18)。然而，应注意的是，上述的具体角位移使能部件仅仅作为示例提到，而不是用于由此限制本发明。相反，同样地设想了适于允许旋翼桨毂7与旋翼轴8之间相对旋转运动的任何其它角位移使能部件，诸如例如，球形轴承和/或所谓的四点轴承。

旋翼桨毂7和旋翼桨叶2a、2b、2c、2d示意地限定旋翼平面(图3中1d)。旋翼桨叶2a、2b、2c、2d较佳地设置为用于产生从旋翼组件流入侧(图3中1b)到旋翼组件流出侧(图3中1c)的空气流(图3中19)。图1中，沿从旋翼组件流入侧指向旋翼平面的观察方向示出多桨叶旋翼组件1。

根据一方面，多桨叶旋翼组件1还包括扭矩传递单元4，其不可转动地安装于旋翼轴8。较佳地，扭矩传递单元4在旋翼组件流出侧上联接于旋翼桨叶2a、2b、2c、2d。更具体地，扭矩传递单元4经由相关联的桨距控制单元10联接于旋翼桨叶2a、2b、2c、2d，该桨距控制单元设置为用于将从旋翼轴8施加到扭矩传递(部)4的扭矩传递到旋翼桨叶2a、2b、2c、2d。如果施加到旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的扭矩增大，则桨距控制单元10较佳地通过使旋翼桨叶2a、2b、2c、2d围绕相关联的桨距轴线旋转来增大旋翼桨叶2a、2b、2c、2d相应的桨距角。

应注意的是，为了附图的简洁和清晰起见，仅相对于旋翼桨叶2b画出并且标出了单个桨距轴线10e。该桨距轴线10e应认为代表了所有旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的所有桨距轴线。

根据一方面，多桨叶旋翼组件1实施为用于沿预先确定的转动方向转动，该转动方向借助箭头1a示例性地示出并且标出。因此，每一个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d包括相关联的前缘2g和相关联的后缘2h。较佳地，每一个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的前缘2g联接于桨距控制单元10。更一般地，该桨距控制单元10在以下位置处联接于每一个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d，该位置至少离前缘2g比离后缘2h更近。

更具体地，根据一方面，桨距控制单元10包括至少两个桨距连杆，该至少两个桨距连杆联接于扭矩传递单元4。举例来说，桨距控制单元10包括四个桨距连杆10a、10b、10c、10d，其联接于扭矩传递单元4。说明性地，扭矩传递单元4包括四个悬臂4a、4b、4c、4d，这四个悬臂不可转动地安装到旋翼轴8。较佳地，悬臂4a、4b、4c、4d限定不可转动地安装于旋翼轴8的星形结构或X形结构。悬臂4a、4b、4c、4d较佳地包括外端部，即径向外端部，该外端部分别连接到桨距连杆10a、10b、10c、10d。桨距连杆10a、10b、10c、10d还连接到相关联的一个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d。

更具体地，桨距连杆10a、10b、10c、10d较佳地将悬臂4a、4b、4c、4d的径向外端部连接到旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的相应的一个控制套6a、6b、6c、6d。悬臂4a、4b、4c、4d较佳地相对于旋翼桨叶2a、2b、2c、2d，即旋翼桨叶2a、2b、2c、2d的桨距轴线以在从-100°至+100°范围中的位移角进行角位移。举例来说并且对于所有位移角代表性地，悬臂4b说明性地相对于旋翼桨叶2b的桨距轴线10e以约+30°的位移角进行角位移。

应注意的是，从-100°至+100°的位移角的范围是相对于多桨叶旋翼组件1的转动方向1a示出的。换言之，如果悬臂4a、4b、4c、4d沿转动方向1a前进(超过)旋翼桨叶2a、2b、2c、2d，则位移角为正。然而，如果悬臂4a、4b、4c、4d沿转动方向1a跟随相关联的一个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d，则位移角为负。

图2示出图1示出的多桨叶旋翼组件1，其说明性地根据本发明的变型实施。更具体地，与图1中不同，现在该多桨叶旋翼组件1仅包括两个旋翼桨叶2b、2d以及悬臂4b、4d和桨距连杆10b、10d。此外，旋翼桨毂7也被简化并且仅为近似椭圆形，因为它现在仅使两个旋翼桨叶2b、2d相互连接，而不再是如图1所示的四个旋翼桨叶2a、2b、2c、2d。

如上文参照图1所描述的，旋翼桨毂7经由相关联的角位移使能部件9可转动地安装于旋翼轴8。说明性地，该相关联的角位移使能部件9实施为滚子轴承，并且更具体的是实施为球轴承，其允许旋翼桨毂7围绕旋翼轴8转动。然而，通过球轴承9约束所有其它五个自由度、所有移位和正交于旋翼后8，即旋翼轴8的旋转轴线的两个转动方向。

根据一方面，旋翼桨毂7现在连接通过铰接的摆振轴承，该摆振轴承将图1示出的多个摆振铰链区域11实施到旋翼桨叶2b、2d。这些铰接的摆振轴承较佳地借助滑动轴承和/或弹性体轴承实施，其有利地通过摩擦导致额外的摆振减振。此外，这些铰接的摆振轴承提供了旋翼起动所需要的最小摆振刚度，而不需要使离心力稳定。

根据一方面，实施了多个摆振铰链区域11的铰接的摆振轴承分别在相关联的旋翼连接点2e、2f处将旋翼桨毂7连接到旋翼桨叶2b、2d的扭转元件5b、5d。举例来说，扭转元件5b、5d实施为相应地相关联的旋翼桨叶2b、2d的整体部分。此外，它们示出为由图1示出的相应地相关联的控制套6b、6d包封，即包围。这由沿剖切线14的方向示出的剖切图15进一步示出。

然而，应注意的是，扭转元件5b、5d不一定必需实施为旋翼桨叶2b、2d的整体部分。相反，它们可实施为以任何合适的手段刚性地附连到旋翼桨叶2b、2d的分离的部件。同样，控制套6b、6d不一定必需包封或者包围扭转元件5b、5d。相反，它们也可设置为例如梁形的部件，其至少部分地设置为平行于扭转元件5b、5d。最后，应注意的是，控制套6b、6d也不一定必需集成到旋翼桨叶2b、2d上，而是它们可以同样地实施为仅仅刚性地附连于旋翼桨叶2b、2d以及附连于扭转单元5b、5d的分离部件。

根据一方面，控制套6b、6d，并且更具体的是图1示出的多个控制套6分别设有相关联的桨距摇臂16。该桨距摇臂在剖切图15中关于控制套6b详细地示出。然而，应注意的是，该视图仅作为多个控制套6中的每个控制套的每个桨距摇臂16的代表。

如从剖切图15中可见的，桨距摇臂16(也可被称为控制摇臂)设置在控制套6b上以下位置处，该位置离旋翼桨叶2b的前缘2g比离其后缘2h更近。换言之，桨距连杆10b与控制套6b的桨距摇臂16之间的相应连接点不直接在旋翼桨叶2b的桨距轴线10e之后，而是其朝向旋翼桨叶2b的前缘2g移位，从而增大对应的拍动减振效果。连接点，即桨距摇臂16的位置与桨距轴线10e之间的相应距离借助相应的桨距偏移16a说明性地示出。

应注意的是，相应的桨距偏移16a的正值使潜在的拍动减振效果增强，所谓的δ3角(delta3 angle)。相反，相应的桨距偏移16a的负值可能导致对旋翼桨叶拍动运动的进一步激励。此外，桨距摇臂位置靠近旋翼桨叶2b的前边缘2g，并且因此相应的桨距偏移16a的较大值限制了可被引入的最大桨距轴线。或者，可应用用于桨距角的限制止挡件。限制最大桨距轴线避免了旋翼桨叶2b的静态发散。

旋翼桨叶2b、2d上的桨距摇臂16经由桨距连杆10b、10d连接到悬臂4b、4d。悬臂4b、4d刚性地附连到旋翼轴8的相对侧。较佳地，悬臂4b、4d径向地向外延伸，至少大致平行于多桨叶旋翼组件1的旋转平面(图3中1d)。具体地，悬臂4b、4d较佳地设置在多桨叶旋翼组件1的流出侧(图3中1c)上。

如上参照图1所描述的，实施了悬臂4b、4d的纵向延伸部与旋翼桨叶2b、2d，即旋翼桨叶2b、2d的桨距轴线10e之间的、相对于旋翼桨叶2b、2d的前缘2g说明性地为30°的相应位移角。然而，应注意的是，该相应的位移角更一般地为在-100°至+100°范围内的值。更具体地，如果该相应的位移角具有正值，则这意味着悬臂4b、4d沿多桨叶旋翼组件1的转动方向1a超过旋翼桨叶2b、2d，而相应的位移角的负值意味着旋翼桨叶2b、2d沿转动方向1a跟随悬臂4b、4d。说明性地，每一个悬臂4b、4d具有至少在预先确定的制造公差以内的相同臂长4e，为了附图的简洁和清楚起见，该臂长仅对于悬臂4b示出。

根据一方面，可以通过调节悬臂4b、4d的纵向延伸部与旋翼桨叶2b、2d，即旋翼桨叶2b、2d的桨距轴线10e之间的所选择的位移角来对从旋翼轴8传递到旋翼桨叶2b、2d的扭矩进行调节。这导致了旋翼轴8与旋翼桨毂7之间的所选择的位移角和旋翼桨叶2b(和图2示出的2d)与旋翼桨毂7之间的桨距角的几何形传递比。较大的传递比值意味着对于给定的扭矩变化更大的桨距角变化。

在多桨叶旋翼组件1的操作中，从旋翼轴8施加到悬臂4b、4d的扭矩迫使悬臂4b、4d沿转动方向1a转动。因此，悬臂4b、4d借助桨距连杆10b、10d带送旋翼桨叶2b、2d，该桨距连杆10b、10d经由相应的桨距摇臂16连接到控制套6b、6d。因此由旋翼轴8所施加的扭矩使旋翼桨叶2b、2d的桨距角增大，并且也使多桨叶旋翼组件1的相应的旋转速度增大，由此导致桨距连杆10b、10d中的扭转载荷。然而，施加负的扭矩到旋翼轴8使旋翼桨叶2b、2d的桨距角减小，并且也使多桨叶旋翼组件1的旋转速度减小，由此导致桨距连杆10b、10d中的压缩载荷。因此，在该布置中，由于旋翼桨叶10b、10d的空气动力学阻力，桨距连杆10b、10d中的相对应的峰部扭转载荷应当总体大于相对应的峰部压缩载荷。

图3示出根据图1示出的构造的多桨叶旋翼组件1的一部分，以用于进一步示出该多桨叶旋翼组件1的流入侧1b以及该多桨叶旋翼组件1的流出侧1c。更具体地，多桨叶旋翼组件1说明性地限定旋翼平面1d，并且旋翼桨叶2b(和图1示出的2d)设置为用于产生从流入侧1b经由旋翼平面1d到流出侧1c的空气流19。

图3也还示出了扭矩传递单元4的悬臂4b、4d到旋翼轴8的较佳的、不可转动的安装以及角位移使能部件9的一个实施例，根据该实施例角位移使能部件9借助弹性体轴承实施。图3也还示出了根据图2的、在多桨叶旋翼组件1的流出侧1c上的桨距摇臂16的布置。更具体地，该桨距摇臂16在流出侧1c上设置为使得产生了旋翼平面1d与到桨距连杆1b的连接点之间的垂直偏移17。

根据一方面，可通过调节相应的几何形杠杆臂，即根据图2的悬臂长度4e与垂直偏移17之间的基础比值来对从旋翼轴8到旋翼桨叶2b(和图1示出的2d)的扭矩传递进行调节。这导致了旋翼轴8与旋翼桨毂7之间的位移角和旋翼桨叶1b(和图1示出的2d)与旋翼桨毂7之间的桨距角的几何形传递比。较大的传递比值意味着对于给定的扭矩变化更大的桨距角变化。

图4示出根据本发明的变型的、图2和图3示出的旋翼桨毂7。根据该变型，之前的附图中示出的角位移使能部件9借助径向薄板18实施或者替代。该径向薄板18使得旋翼桨毂7与旋翼轴8之间能相对运动。

应注意的是，上述实施例仅仅描述以示出本发明的可能变型，而不是为了将本发明限制于其。相反，本发明的多种改型和变型是可能的，并且因此应当也被认为是本发明的一部分。例如，图1至图3示出的多桨叶旋翼组件1示例性地示出为沿图1示出的转动方向1a转动。然而，如果图1至图3示出的多桨叶旋翼组件1应当实施为沿与图1中示出的转动方向1a相反的转动方向转动，则多桨叶旋翼组件1仅须沿该相反的转动方向镜像对称。

附图标记列表

1 多桨叶旋翼组件

1a 转动方向

1b 旋翼组件流入侧

1c 旋翼组件流出侧

1d 旋翼平面

2a、2b、2c、2d 旋翼桨叶

2e、2f 桨叶连接点

2g 旋翼桨叶前缘

2h 旋翼桨叶后缘

3 多个弹性铰链单元

3a、3b、3c、3d 弹性铰链单元

4 扭矩传递单元

4a、4b、4c、4d 悬臂

4e 悬臂长度

5 多个扭转元件

5a、5b、5c、5d 扭转元件

6 多个控制套

6a、6b、6c、6d 控制套

7 旋翼桨毂

8 旋翼轴

9 角位移使能部件

10 桨距控制单元

10a、10b、10c、10d 桨距连杆

10e 桨距轴线

11 多个摆振铰链区域

11a、11b、11c、11d 摆振铰链区域

12 多个弹性拍动铰链区域

12a、12b、12c、12d 弹性拍动铰链区域

13 多个弹性扭转区域

13a、13b、13c、13d 弹性扭转区域

14 剖切线

15 剖切图

16 桨距摇臂

16a 桨距摇臂偏移

17 垂直偏移

18 径向薄板

Claims (15)

1.一种用于旋翼飞行器的旋翼组件(1)，包括旋翼轴(8)、不可转动地安装于所述旋翼轴(8)的扭矩传递单元(4)、经由相关联的角位移使能部件(9)而可转动地安装于所述旋翼轴(8)的旋翼桨毂(7)以及至少两个旋翼桨叶(2b、2d)，所述至少两个旋翼桨叶连接到所述旋翼桨毂(7)，并且设置为用于产生从旋翼组件流入侧(1b)经由相应的旋翼平面(1d)到旋翼组件流出侧(1c)的空气流(19)，其中，所述扭矩传递单元(4)在所述旋翼组件流出侧(1c)上经由桨距控制单元(10)联接到所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)，其中，所述桨距控制单元(10)将从所述旋翼轴(8)施加到所述扭矩传递单元(4)的扭矩传递到所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)，并且其中，如果所述扭矩增大，则所述桨距控制单元(10)使所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)的相应的桨距角增大。

2.如权利要求1所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述相关联的角位移使能部件(9)设置为使得所述旋翼桨毂(7)能够相对于所述旋翼轴(8)至少角位移，所述角位移使能部件(9)包括径向轴承、滑动表面、弹簧和/或径向薄板(18)中的至少一个。

3.如权利要求1所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述桨距控制单元(10)经由相应地关联的控制套(6b、6d)联接到所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)中的每一个旋翼桨叶。

4.如权利要求3所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)中的每一个旋翼桨叶包括扭转元件(5b、5d)，所述扭转元件能弹性地变形用于桨距角调节。

5.如权利要求4所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)中的每一个旋翼桨叶和其所述的扭转元件(5b、5d)形成为整体部件。

6.如权利要求5所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)中的每一个旋翼桨叶和所述相对应地关联的控制套(6b、6d)形成为整体部件。

7.如权利要求4所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，每个所述扭转元件(5b、5d)和所述旋翼桨毂(7)形成为整体部件。

8.如权利要求4所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，每个所述扭转元件(5b、5d)包括弹性拍动铰链区域(12b、12d)，所述弹性拍动铰链区域设置为比相关联的摆振铰链区域(11b、11d)离所述旋翼轴(8)更近。

9.如权利要求4所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，每个所述扭转元件(5b、5d)在所述旋翼桨毂(7)的相关联的摆振铰链区域(11b、11d)处安装于所述旋翼桨毂(7)。

10.如权利要求9所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述旋翼桨毂(7)包括弹性拍动铰链区域(12b、12d)，所述弹性拍动铰链区域设置为比相关联的摆振铰链区域(11b、11d)离所述旋翼轴(8)更近。

11.如权利要求3所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述桨距控制单元(10)包括至少两个桨距连杆(10b、10d)，所述扭矩传递单元(4)经由所述至少两个桨距连杆(10b、10d)中的一个桨距连杆联接到各个所述相应地关联的控制套(6b、6d)。

12.如权利要求11所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，各个所述相应地关联的控制套(6b、6d)包括在所述旋翼组件流出侧(1c)上的桨距摇臂(16)，所述桨距摇臂联接到所述至少两个桨距连杆(10b、10d)中的一个桨距连杆。

13.如权利要求12所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述桨距摇臂(16)设置为离旋翼桨叶前缘(2g)比离旋翼桨叶后缘(2h)更近。

14.如权利要求1所述的旋翼组件(1)，

其特征在于，所述扭矩传递单元(4)包括至少两个悬臂(4b、4d)，并且其中，相对于所述旋翼轴(8)的、在从-100°至+100°的范围中的角位移形成在所述至少两个悬臂(4b、4d)中的每个悬臂与所述至少两个旋翼桨叶(2b、2d)中的相关联的一个旋翼桨叶之间。

15.一种具有至少一个如前述权利要求中任一项所述地实施的旋翼组件(1)的旋翼飞行器。