CN109911193A - 旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，包括约束组件、摩擦减速组件、弹性压缩部件和制动部件。本发明设置摩擦减速组件，快速降低旋翼转速，较快完成转换飞行过程；锁定过程中的冲击载荷较小，制动部件与上锁定套的制动过程中，由于上锁定套与主旋翼转轴之间具有弹性部件，并且摩擦力随着上锁定套与下固定座之间的周向相位差加大而逐渐增大，延长了旋翼从开始锁定到停止转动的时间，冲击能被弹性和摩擦部件吸收；制动部件与主旋翼转轴的制动过程中，由于主旋翼已经是正向旋转停止后的反向回转过程，回转弹簧弹性较小，旋翼转速很低，此时冲击载荷很小。因此，整个锁定过程几乎没有冲击载荷，提高了装置的可靠性和寿命，能够在中大型旋转机翼飞机中应用。
Description
技术领域
本发明涉及旋转机翼飞机技术领域，具体为一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置。
背景技术
旋转机翼飞机是一种兼具直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高速巡航性能的新型无人飞机。专利号为ZL201110213680.1，名称为《一种飞行模式可变的旋转机翼飞机》的中国专利就是一种典型机型。该飞机具有由鸭翼、主机翼和尾翼组成的三翼面气动布局。其中，主机翼在直升机飞行模式下，作为旋翼旋转为飞机提供需要的拉力，同时，当飞机具有一定飞行速度后，又可以锁定为固定翼，实现固定翼的高效率飞行。因此，在起飞和降落阶段，飞机采用旋翼飞行模式，在巡航和任务阶段，采用固定翼飞行模式。
旋转机翼飞机在直升机模式向固定翼模式切换过程中，需要在旋翼减速到一定转速时锁定主旋翼。为了实现旋翼的锁定，申请人之前提出过两种机构，分别为专利号为CN201110067171.2，名称为《一种对接式旋翼旋转定位锁放装置》的中国专利以及专利号为CN201110067172.7，名称为《一种伸缩式旋翼旋转定位锁放装置》的中国专利。这两种机构在小型旋转机翼飞机中应用较好，但经过多年研究，目前在着手设计大中型旋转机翼无人机时，申请人在实际研究过程中遇到以下问题：
专利《一种对接式旋翼旋转定位锁放装置》只能在旋翼接近停转时锁定主旋翼，要求锁定转速很低，而旋转机翼飞机的转换飞行阶段，若不给旋翼提供额外阻力，仅靠空气阻力降低旋翼转速，会耗费较长时间，不利于旋转机翼飞机快速完成直升机模式向固定翼模式转换。而专利《一种伸缩式旋翼旋转定位锁放装置》虽然由于拉簧的作用转子与挡杆接触时不会产生冲击力，但是根据能量守恒原理，转子回转并停止时的冲击力很大，还是会对锁定机构造成损伤。
发明内容
为解决现有旋转机翼在转换飞行过程中所采用锁定装置存在的锁定转速低、冲击较大的问题，本发明提出一种应用于中大型旋转机翼飞机中的主旋翼柔和锁定装置，能够主动快速降低旋翼转速，且旋翼回转时无冲击。
本发明的技术方案为：
所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：包括约束组件、摩擦减速组件、弹性压缩部件和制动部件；
所述约束组件包括固定在主旋翼转轴上的下固定座、套在主旋翼转轴上的上锁定套以及处于主旋翼转轴与上锁定套之间弹性部件；所述下固定座随主旋翼旋转，且主旋翼转轴旋转时能够通过弹性部件带动上锁定套同步旋转；所述上锁定套上具有与制动部件配合的结构，能够在制动部件作用下停止转动；当上锁定套停止转动，下固定座继续正向转动时，下固定座能够驱动上锁定套沿主旋翼转轴轴向运动；
所述摩擦减速组件包括上摩擦盘、套在主旋翼转轴上的下摩擦盘；所述上摩擦盘通过单向轴承套装在主旋翼转轴上，当主旋翼转轴正向转动时，能够通过单向轴承带动上摩擦盘转动；
下摩擦盘与上锁定套之间具有弹性压缩部件，当上锁定套被下固定座驱动沿主旋翼转轴轴向运动时，能够通过弹性压缩部件驱动下摩擦盘与上摩擦盘接触并使主旋翼转轴减速至停止；
所述主旋翼转轴上具有与制动部件配合的结构；当主旋翼转轴减速至停止后，所述弹性部件能够带动主旋翼转轴反向旋转，并在主旋翼转轴转至设定位置时，制动部件将主旋翼转轴位置锁定。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述约束组件采用螺旋斜面实现下固定座与上锁定套之间的配合。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：下摩擦盘的圆柱套筒结构与上锁定套同轴嵌套配合，弹性压缩部件套在下摩擦盘圆柱套筒结构上；下摩擦盘的圆柱套筒结构侧壁上具有沿轴向的条形孔；上锁定套壁面上固定有滑动销，滑动销与下摩擦盘的轴向条形孔配合，能够防止下摩擦盘与上锁定套相对转动。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：上锁定套上与制动部件配合的结构为上锁定套壁面上的轴向条形孔；主旋翼转轴上与制动部件配合的结构为主旋翼转轴壁面上的轴向条形孔。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：当上锁定套与下固定座贴合时，上锁定套壁面上的轴向条形孔与主旋翼转轴壁面上的轴向条形孔在周向上重合，在轴向上至少部分重合。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述弹性压缩部件采用压缩弹簧或橡胶弹簧。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述弹性部件采用扭簧或卷簧。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述下摩擦盘与上摩擦盘的摩擦部件采用盘式石棉纤维摩擦盘、半金属摩擦盘或碳纤维摩擦盘。
进一步的优选方案，所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述制动部件为舵机驱动的推杆，推杆根部具有弹簧，当舵机得到驱动推杆执行制动运动指令后，舵机执行部件驱动推杆头部与上锁定套壁面接触，并使弹簧压缩，且接触部位的轴向位置处于上锁定套壁面轴向条形孔与主旋翼转轴壁面轴向条形孔的轴向重合范围内。
有益效果
本发明提出了一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，通过设置摩擦减速组件，能够快速降低旋翼转速，从而能够较快完成转换飞行过程；而且锁定过程中的冲击载荷较小，制动部件与上锁定套的制动过程中，由于上锁定套与主旋翼转轴之间具有弹性部件，并且摩擦力随着上锁定套与下固定座之间的周向相位差加大而逐渐增大，所以延长了旋翼从开始锁定到停止转动的时间，冲击能被弹性和摩擦部件吸收；而制动部件与主旋翼转轴的制动过程中，由于此时主旋翼已经是正向旋转停止后的反向回转过程了，回转弹簧弹性较小，旋翼转速很低，所以此时冲击载荷很小。因此，在整个锁定过程，几乎没有冲击载荷，极大提高了装置的可靠性和寿命，而且能够在中大型旋转机翼飞机中应用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明旋转机翼飞机锁定装置立体图。
图2是本发明旋转机翼飞机锁定装置的安装图。
图中：1、主旋翼转轴；2、单向轴承；3、上摩擦盘；4、压缩弹簧；5、上锁定套；6、滑动销；7、推杆舵机；8、下固定座；9、下摩擦盘；10、扭簧；11、上锁定套锁定孔；12、主旋翼转轴锁定孔。
图3是将图2装置中的扭簧和压缩弹簧换为卷簧和橡胶弹簧的安装图。
图中：1、主旋翼转轴；2、单向轴承；3、上摩擦盘；4、橡胶弹簧；5、上锁定套；6、滑动销；7、推杆舵机；8、下固定座；9、下摩擦盘；10、卷簧；11、上锁定套锁定孔；12、主旋翼转轴锁定孔。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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的限制。
如图1所示，本实施例中的旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置包括约束组件、摩擦减速组件、弹性压缩部件和制动部件。
所述约束组件包括固定在主旋翼转轴上的下固定座8、套在主旋翼转轴上的上锁定套5以及处于主旋翼转轴与上锁定套之间弹性部件。
所述弹性部件采用扭簧或卷簧，一端连接在上锁定套5上，另一端连接在下固定座8上或主旋翼转轴1上。当下固定座8随主旋翼转轴1旋转时，通过所述弹性部件能够带动上锁定套5同步旋转。
所述上锁定套5上具有与制动部件配合的结构，能够在制动部件作用下停止转动；本实施例中，上锁定套中与制动部件配合的结构为上锁定套壁面上的轴向条形孔；本实施例中制动部件采用由舵机驱动的推杆，推杆根部具有弹簧，当舵机得到驱动推杆执行制动运动的指令后，舵机执行部件运动设定行程，使推杆头部与上锁定套壁面接触，并且使弹簧压缩，且接触部位的轴向位置处于上锁定套壁面轴向条形孔的轴向范围内；当上锁定套5转动到轴向条形孔位置与推杆头部重合后，推杆继续被根部弹簧驱动插入上锁定套壁面轴向条形孔中，使上锁定套5停止转动。此时，可以通过设计使推杆被根部弹簧驱动插入上锁定套壁面轴向条形孔中的深度受到限制，不使推杆头部与主旋翼转轴表面接触，避免此时直接插入主旋翼转轴上的轴向条形孔中；或者通过对主旋翼转轴上轴向条形孔宽度与推杆头部的尺寸配合设计，使得当推杆插入上锁定套壁面轴向条形孔，使上锁定套5停止转动时，主旋翼转轴已经相对上锁定套有了一定转动，此时推杆已经插入不进主旋翼转轴上的轴向条形孔中，而是在主旋翼转轴表面接触。
当上锁定套停止转动，下固定座随主旋翼转轴继续正向转动时，下固定座能够驱动上锁定套沿主旋翼转轴轴向运动。本实施例中是通过下固定座8上端与所述上锁定套5下端的螺旋斜面配合方式实现的。并且处于下固定座与上锁定套之间的弹性部件会对主旋翼转轴的旋转运动产生一定的阻力。
所述摩擦减速组件包括上摩擦盘3、套在主旋翼转轴上的下摩擦盘9。所述上摩擦盘3通过单向轴承2套装在主旋翼转轴1上，当主旋翼转轴1正向转动时，能够通过单向轴承2带动上摩擦盘3转动，而主旋翼转轴1反向转动时，上摩擦盘3不阻碍主旋翼转轴1的反向转动。
所述下摩擦盘9下段具有圆柱套筒结构；圆柱套筒结构与上锁定套5同轴嵌套配合，圆柱套筒结构侧壁上具有沿轴向的条形孔，上锁定套5壁面上固定有滑动销，滑动销与下摩擦盘9的轴向条形孔配合，能够防止下摩擦盘9与上锁定套5相对转动，且下摩擦盘9能够相对上锁定套5在设定范围内轴向运动。
弹性压缩部件套在下摩擦盘圆柱套筒结构上，两端分别连接下摩擦盘的盘背面与上锁定套端面；当上锁定套5被下固定座8驱动沿主旋翼转轴轴向运动时，能够通过弹性压缩部件驱动下摩擦盘盘面与上摩擦盘盘面接触，且随着上锁定套5上升高度越大，弹性压缩部件压力越大，摩擦减速组件产生的主旋翼转轴旋转阻力越大，从而能较快的使主旋翼转轴减速至停止。
这里我们限定所述弹性压缩部件从自由状态到最小不可压状态的轴向变化尺寸不大于所述上锁定套的最大轴向上升距离；这样能够确保上锁定套在上升到最高位置前，就能给摩擦减速组件提供最大的压力，使主旋翼停转。
当主旋翼转轴停止正向转动后，处于下固定座与上锁定套之间的弹性部件会产生使主旋翼转轴反向运动的驱动力矩，而套在下摩擦盘圆柱套筒结构上的弹性压缩部件也会通过对上锁定套5的压力进而利用螺旋斜面产生使主旋翼转轴反向运动的驱动力矩；由于上摩擦盘3是通过单向轴承2套装在主旋翼转轴1上的，所以摩擦力不会阻碍主旋翼转轴反向，因此在反向运动的驱动力矩作用下，主旋翼转轴会反向旋转。
所述主旋翼转轴上具有与制动部件配合的结构；本实施例中，主旋翼转轴上具与制动部件配合的结构为主旋翼转轴壁面上的轴向条形孔，且当上锁定套与下固定座贴合时，上锁定套壁面上的轴向条形孔与主旋翼转轴壁面上的轴向条形孔在周向上重合，在轴向上至少部分重合。这样，当主旋翼转轴反向旋转至使上锁定套与下固定座贴合时，推杆会继续被根部弹簧驱动插入主旋翼转轴壁面的轴向条形孔中，主旋翼转轴在指定位置锁定。
本实施例中所述弹性压缩部件采用压缩弹簧或橡胶弹簧；而所述下摩擦盘与上摩擦盘的摩擦部件采用盘式石棉纤维摩擦盘、半金属摩擦盘或碳纤维摩擦盘。
本发明提出的旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其主要思路是通过上锁定套与固定在主旋翼转轴上的下固定套之间的相对滑动来延长旋翼从开始锁定到停止转动的时间，以减小冲击载荷，并且开始锁定后旋翼的旋转阻力随着上锁定套与下固定套之间的旋转角度增大而增大，将旋翼旋转的机械能转换为其他形式的能量耗散；主旋翼旋转的阻力方向可控，在主旋翼停止正向转动被拉回设定的锁定位置过程中不会受到摩擦盘的阻力。而且尽管延长了旋翼从开始锁定到停止转动的时间，但对于整个转换飞行阶段而言，从旋翼卸载到停转的总时间却大大缩短了。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：包括约束组件、摩擦减速组件、弹性压缩部件和制动部件；
所述约束组件包括固定在主旋翼转轴上的下固定座、套在主旋翼转轴上的上锁定套以及处于主旋翼转轴与上锁定套之间弹性部件；所述下固定座随主旋翼旋转，且主旋翼转轴旋转时能够通过弹性部件带动上锁定套同步旋转；所述上锁定套上具有与制动部件配合的结构，能够在制动部件作用下停止转动；当上锁定套停止转动，下固定座继续正向转动时，下固定座能够驱动上锁定套沿主旋翼转轴轴向运动；
所述摩擦减速组件包括上摩擦盘、套在主旋翼转轴上的下摩擦盘；所述上摩擦盘通过单向轴承套装在主旋翼转轴上，当主旋翼转轴正向转动时，能够通过单向轴承带动上摩擦盘转动；
下摩擦盘与上锁定套之间具有弹性压缩部件，当上锁定套被下固定座驱动沿主旋翼转轴轴向运动时，能够通过弹性压缩部件驱动下摩擦盘与上摩擦盘接触并使主旋翼转轴减速至停止；
所述主旋翼转轴上具有与制动部件配合的结构；当主旋翼转轴减速至停止后，所述弹性部件能够带动主旋翼转轴反向旋转，并在主旋翼转轴转至设定位置时，制动部件将主旋翼转轴位置锁定。
2.根据权利要求1所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述约束组件采用螺旋斜面实现下固定座与上锁定套之间的配合。
3.根据权利要求2所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：下摩擦盘的圆柱套筒结构与上锁定套同轴嵌套配合，弹性压缩部件套在下摩擦盘圆柱套筒结构上；下摩擦盘的圆柱套筒结构侧壁上具有沿轴向的条形孔；上锁定套壁面上固定有滑动销，滑动销与下摩擦盘的轴向条形孔配合，能够防止下摩擦盘与上锁定套相对转动。
4.根据权利要求2所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：上锁定套上与制动部件配合的结构为上锁定套壁面上的轴向条形孔；主旋翼转轴上与制动部件配合的结构为主旋翼转轴壁面上的轴向条形孔。
5.根据权利要求4所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：当上锁定套与下固定座贴合时，上锁定套壁面上的轴向条形孔与主旋翼转轴壁面上的轴向条形孔在周向上重合，在轴向上至少部分重合。
6.根据权利要求1所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述弹性压缩部件采用压缩弹簧或橡胶弹簧。
7.根据权利要求1所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述弹性部件采用扭簧或卷簧。
8.根据权利要求1所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述下摩擦盘与上摩擦盘的摩擦部件采用盘式石棉纤维摩擦盘、半金属摩擦盘或碳纤维摩擦盘。
9.根据权利要求5所述一种旋转机翼飞机的主旋翼柔和锁定装置，其特征在于：所述制动部件为舵机驱动的推杆，推杆根部具有弹簧，当舵机得到驱动推杆执行制动运动指令后，舵机执行部件驱动推杆头部与上锁定套壁面接触，并使弹簧压缩，且接触部位的轴向位置处于上锁定套壁面轴向条形孔与主旋翼转轴壁面轴向条形孔的轴向重合范围内。
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| GR01 | Patent grant | ||
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