CN111417574A - 直升机套件 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于直升机(2)的套件(1)，直升机(2)包括机身(3)和旋翼(4)；套件(1)包括适于衰减从旋翼(4)向机身(2)传递的振动并且插在机身(2)与旋翼(4)之间的至少一个装置(15)；装置(15)又包括：能操作地连接至旋翼(4)并且适于在使用中平行于第一轴线(B)振动的第一螺纹元件(21；20)；能操作地连接至机身(4)并且操作地连接至第一螺纹元件(21；20)从而在使用中围绕第一轴线(B)旋转振动的第二螺纹元件(20；21)；多个螺纹滚子(22)，它们旋拧在第一和第二螺纹元件(21，20；20，21)上；滚子(22)能围绕其各自的第二轴线(C)相对于第一和第二螺纹元件(20，21)旋转，第二轴线平行于第一轴线并与第一轴线(B)是分离的；滚子(22)也能围绕第一轴线(B)相对于第一螺纹元件(21；20)和第二螺纹元件(20；21)旋转。

Description

直升机套件
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2018年7月27日提交的欧洲专利申请第18186028.9号的优先权，该欧洲专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于直升机的套件。
背景技术
已知直升机基本上包括机身、位于机身顶部且围绕其自身轴线旋转的主旋翼以及位于机身末端的尾旋翼。
更详细地，旋翼又基本上包括：
-支撑壳体；
-毂，其能围绕上述轴线旋转并配备有多个桨叶，这些桨叶径向紧固在上述毂上并从该毂突出；以及
-主轴，其能连接至驱动构件，并且操作地连接至毂以驱动毂旋转。
机身通常由多个连接杆和反扭矩板被约束到旋翼上；换言之，机身“挂”在支撑壳体上。
在使用中，旋翼的运转会引起高频和低频振动的产生。更具体地，低频振动由与桨叶和毂的中心分离的洗流产生。这种分离发生在毂的中心处，并影响垂直和水平的气动机尾表面和尾旋翼。
在使用中，桨叶的高角速度旋转引起另外的高频振动的产生，该高频振动被传递到主轴并因此传递到机身，从而降低了机身内部乘员的舒适性。
在行业内，众所周知的是，作用于旋翼的振动载荷在与机身成一体的参考系中具有等于N*Ω及其倍数的脉冲，其中Ω是主轴的旋转速度，N代表旋翼桨叶的数量。
换言之，毂和主轴将作用在桨叶平面上的振动气动载荷脉冲传递到上述脉冲上。
根据前述内容，在行业内明显感到需要限制具有上述等于N*Ω及其倍数的脉冲值的振动从主轴到机身的传递。
为此目的，已知被动和主动的阻尼装置。
被动阻尼装置基本上包括通过弹簧弹性地悬挂在主轴或毂上的质量体。这些悬挂质量体的振动能够至少部分地吸收主轴和毂上的振动。
上述阻尼装置在上述质量体的弹性支撑运动中转换动能，并施加与弹簧模量和质量体的位移成比例的阻尼力。
替代地，主动阻尼装置基本上是致动器，其在毂或主轴上施加正弦阻尼力，该正弦阻尼力抵消了由振动产生的力。
通过被动振动元件吸收振动来工作的阻尼装置要求在标准布局中使用质量体和弹簧的组合，并且具有限制使用的灵活性的最小的整体尺寸。
主动阻尼装置是昂贵的且制造复杂。
最近开发的另一种方案以所谓的“惯性”装置(称为“惯性器(inerter)”)为代表。
这些装置插在第一点与第二点之间，并在它们上施加与第一点和第二点之间的加速度差成比例的力，沿着连接这两个点的直线的加速度分量是预期的。
通过对惯性值的适当校准，可以确保该力减小或消除第一点与第二点之间具有给定频率的振动的传递。
这些惯性型装置的一个第一例子在EP-B-1402327中进行了说明，其基本上包括：
-连接至第一点的杆；
-连接至第二点的壳体，杆能相对于该壳体滑动；以及
-飞轮，其连接至杆，并能因在第一点上的振动造成的杆的滑动而在壳体内旋转。
US-A-2009/0108510描述了另一种惯性型阻尼装置。
在行业中意识到需要一种能够容易地集成在已知类型的直升机中而不改变直升机的气动构造的惯性型阻尼装置。
在行业中还意识到需要一种特别紧凑、特别精确并且能够衰减大振幅的振动的惯性型阻尼装置。
在行业中还意识到需要一种耐用的、具有高负载能力和最低可行的摩擦的惯性型阻尼装置。
JP-A-S6078130公开了根据权利要求1和9的前序部分的套件。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于直升机的套件，其能够以简单且廉价的方式满足上述至少一个需求。
上述目的是通过本发明实现的，只要它涉及根据权利要求1所述的用于直升机的套件。
本发明还涉及根据权利要求9所述的用于直升机的套件。
附图说明
为了更好地理解本发明，下文中仅通过非限制性例子并参照附图来描述优选实施方式，其中：
-图1是具有根据本发明的套件的直升机的主旋翼的立体侧视图，其中为清楚起见去除了一些部件；
-图2是图1的套件的组件的、沿着图1的II-II轴线的放大截面，其中为清楚起见去除了一些部件；
-图3是图2的组件的沿着图2的III-III线的放大截面，其中为清楚起见去除了一些部件；
-图4是沿着图3的IV-IV线的截面；以及
-图5是包括图1至图4的套件的直升机的高度放大的立体图。
具体实施方式
参照图1，附图标记1表示用于直升机2的套件。
参照图5，直升机2基本上包括机身3、位于机身3的顶部并围绕轴线A旋转的主旋翼4以及位于机身3的一个端部并围绕其自身横向于轴线A的轴线旋转的尾旋翼。
更详细地，仅就以下方面示出了旋翼4：
-支撑壳体5；
-围绕轴线A旋转的主轴6，该主轴以未被示出的方式与由直升机1承载的驱动单元(例如，涡轮机)联接，并且操作地连接至毂(未被示出)，该毂上铰接有多个桨叶(也未被示出)。
直升机2还包括多个杆7，它们沿着各自的相对于轴线A倾斜的轴线B延伸，并且各自具有彼此相对的端部8和9，端部8和9分别紧固在壳体5和机身3的顶部10上。
杆7分别围绕轴线D和E铰接到分别由顶部10和壳体5承载的锚固件12和13上。
套件1包括用于衰减由旋翼4向机身3传递的振动的多个装置15。
在所示的情况下，存在与相应的杆7相关联的四个装置15。
参照图2至图4，装置15沿着各自的轴线B延伸，是中空的并且容纳相关联的杆7。
由于装置15是相同的，因此下面仅描述单个装置15。
有利地，装置15包括(图2至图4)：
-阴螺杆21，其连接至旋翼4并适于平行于轴线B振动；
-连接至机身3的螺杆20，其操作地连接至阴螺杆21，从而围绕轴线B旋转振动；以及
-多个螺纹滚子22，其具有旋拧在螺杆20和阴螺杆21上的螺纹23，能围绕其各自的轴线C旋转，并且也能围绕轴线B相对于螺杆20和阴螺杆21旋转，轴线C平行于轴线B并与轴线B是分离的。
以这种方式，装置15实现了惯性器，即，能够在机身3和壳体5上施加与机身3和壳体5之间的加速度差成比例的力的装置。
该力能够衰减由旋翼4的运转产生的振动并且抑制它们向机身3的传递。
更详细地，装置15包括：
-管状的轴向端部突出部30，其紧固在壳体5上；以及
-管状的轴向端部突出部31，其与突出部30轴向相对并紧固在机身2的顶部10上。
突出部30和31围绕相应的轴线D和E铰接到相应的锚固件12和13上。
因此，突出部30受到由壳体5传递的振动载荷引起的平行于轴线B的轴向振动的交替运动。
装置15还包括插在突出部30和31之间的：
-管状主体32，其紧固在突出部30上，并在与突出部30轴向相对的部分上限定阴螺杆21；以及
-管状主体33，其紧固在突出部31上，并在与突出部30轴向相对的部分上限定螺杆20。
特别地，管状主体32在其彼此相对的轴向端部处又包括：
-杯状部分35，其连接至突出部30；以及
-杯状部分36，其具有大于部分35的直径并限定阴螺杆21。
管状主体33又包括：
-杯状部分37，其连接至突出部31；以及
-部分38，其具有比部分37长的长度和比部分37小的直径，并且限定螺杆20。
管状主体33的部分38的直径小于管状主体32的部分36的直径。
管状主体33的部分38容纳在管状主体32的部分36内。
螺杆20和阴螺杆21具有复线螺纹。
螺杆20和阴螺杆21布置成相对于轴线B彼此径向面对并且彼此径向间隔开。
滚子22在轴线B的径向方向上布置在径向地插在螺杆20和阴螺杆21之间的位置。
滚子22沿着其各自的轴线C延伸，并且各自具有外螺纹23。
螺纹23同时旋拧到阴螺杆21和螺杆20上。
滚子22沿着各自的轴线C延伸，并且围绕轴线B在角度上彼此等距间隔开，并且在所示的情况下数量为九个。
滚子22是：
-能围绕轴线C以旋转运动进行旋转；以及
-同时能围绕轴线B以回转运动进行旋转。
优选地，滚子22能与阴螺杆21一体地在平行于轴线B的方向上平移地移动。
优选地，滚子22上的螺纹23的螺纹角等于阴螺杆21的螺纹角。
由于螺纹23和螺杆20之间的联接，滚子22沿着轴线B的平移引起管状主体33围绕轴线B的旋转。
每个滚子22还包括：
-相互相对的两个轴向端部27和28；以及
-分别与端部27和28相邻设置的两个齿轮45和46。
滚子22的螺纹23是单线螺纹。
重要的是要强调，附图中所示的滚子22的螺纹23的角度、螺杆20的螺纹的角度和阴螺杆21的螺纹的角度仅是象征性的。
滚子22的螺纹23与螺杆20和阴螺杆21之间的联接是可逆的。
装置15还包括一对冠部47和48，它们分别紧固在阴螺杆21上并与阴螺杆21制成一体。
冠部47和48与轴线B同轴并且沿着轴线B间隔开。
每个冠部47和48具有与每个滚子22的相应齿轮45和46啮合的内部的齿轮齿49。
这样，在滚子22围绕轴线B的旋转期间，齿轮45和46与齿轮齿49(图4)啮合。
装置15还包括在轴线B上的两个盘形支撑件25，它们沿着轴线B彼此间隔开并且相对于阴螺杆21和螺杆20可旋转。
每个支撑件25限定了多个座26，该多个座26围绕轴线B在角度上彼此等距间隔开，并与相应的滚子22的轴向端部27接合。
在所示的实施方式中，在支撑件25和部分36之间存在径向游隙。
在替代实施方式中，可以将具有低摩擦系数的元件插入支撑件25与阴螺杆21的部分26之间。
装置15还包括：
-飞轮40，其围绕轴线B旋转并与螺杆20在角度上成一体；以及
-两个轴承41，它们在径向上插在管状主体33的部分37与突出部31之间。
在所示的情况下，飞轮40位于由主体33的部分37和38限定的肩部处。
随着管状主体32沿着轴线B的振动，飞轮40与螺杆20一起旋转。
飞轮40的尺寸设置为实现等于滚子22、管状主体32和飞轮40的质量之和的旋转质量的期望值。旋转质量的该值将装置15调整到壳体5的预定振动频率值，由于该预定振动频率值，能够阻尼向机身3的传递。
轴承41使管状主体33能够围绕轴线B相对于突出部31相对地旋转，并且支撑由螺杆20传递的轴向载荷。
杆7的端部8和9分别容纳在突出部30和31内。
杆7沿着轴线B从端部8开始朝向端部9在突出部30、管状主体32、管状主体33和突出部31内延伸。
特别地，杆7的直径小于螺杆23的内径。
在使用中，主轴6驱动毂和桨叶围绕轴线A旋转。
毂和桨叶的旋转在桨叶上产生气动载荷并因此产生振动，这些振动被传递到主轴6。
杆7将机身3连接至旋翼4的壳体5。
在下文中，参照单个杆7和单个装置15示出直升机2的运转。
旋翼4的运转引起振动载荷的产生。
突出部30围绕轴线E的铰接防止了阴螺杆21围绕轴线B的旋转。
因此，振动载荷引起突出部30、管状主体32和阴螺杆21平行于轴线B的交替平移振动。
由于滚子22的螺纹23和阴螺杆21之间的联接，阴螺杆21的交替平移引起支撑件25围绕轴线B的交替旋转以及滚子22围绕它们各自的轴线C的交替旋转。
同时，滚子22描述了围绕轴线B的交替回转运动，因为齿轮45和46分别与对应的冠部47和48的齿轮齿49啮合。
由于滚子22的螺纹23和阴螺杆21之间的联接，滚子22围绕其各自的轴线C的旋转引起螺杆20、管状主体33和飞轮40围绕轴线B的交替旋转。
轴承41防止该旋转通过突出部31传递到机身3，并且支撑由螺杆20传递的轴向载荷。
因此，装置15在飞轮40上产生惯性振动扭矩，该惯性振动扭矩源自从壳体5传递到管状主体32的平移振动运动。
更具体地，该惯性振动扭矩是由于滚子22、螺杆20和飞轮40的交替旋转而引起的。
由于滚子22、管状主体33、螺杆20和飞轮40的交替旋转，装置15在突出部30和31的约束点上分别用壳体5和机身3施加两个相等的力，这些力彼此相反并且与上述约束点之间的相对加速度成比例。
这些扭矩力阻尼了向机身3传递的振动，因为它们趋于抵消由内部杆7传递的振动力，从而增加了直升机2的乘员的舒适性。
换言之，装置15实现了惯性器。
通过检查根据本发明的套件1，由其可以实现的优点是显而易见的。
特别地，套件1包括多个惯性型阻尼装置15。装置15各自包括多个滚子22，这些滚子22旋拧在相关联的螺杆20和阴螺杆21上，并且由于从壳体5传递到管状主体32和阴螺杆21的轴向振动而围绕相应的轴线B和C旋转。
因此，装置15能够将管状主体30的轴向振动转换成滚子22围绕轴线B和C的交替旋转以及螺杆20和飞轮40围绕相关联的轴线B的交替旋转。
该交替旋转产生了作用在锚固件12和13上的、与锚固件12和13的相对加速度成比例的力。
该力抑制了振动向锚固件13的传递，并因此抑制了向机身3的传递，从而改善了直升机2内部的感知的舒适性。
由于插在相应的螺杆20和阴螺杆21之间的滚轮22的存在，因此套件1的装置15具有低摩擦力、高能力并且相对于已知类型的以及本说明书的背景技术部分描述的惯性装置是耐用的。
另外，插在螺杆20和阴螺杆21之间的滚子22的存在使装置15特别紧凑和精确。
这使得应用于直升机2特别有利。
每个装置15容纳杆7，并且围绕相关联的杆7到锚固件12和13的相同的铰接轴线D和E铰接到相关联的锚固件12和13上。
因此，装置15不需要对直升机1进行任何实质性的重新设计，并且利用的是已经设置的用于将杆7固定在壳体5与机身3的顶部10之间的锚固件12和13。
此外，这使套件1能够以特别简单和廉价的方式改装到配备有杆7的已经存在的直升机2上。
为此，将装置15围绕轴线D和E铰接到已经存在的锚固件12和13上就够了。
飞轮40能够将由相关联的装置15产生的力调整到要衰减的特定振动频率值。实际上，增加或减小飞轮40的旋转惯性矩足以改变主要由相关联的装置15衰减的振动频率。
冠部47和48通过各自的齿轮齿49与滚子22的齿轮45和46之间的啮合而使滚子22能够围绕相关联的共同轴线B旋转。
每个装置1的支撑件25将相应的滚子22保持成围绕轴线B成角度地间隔开。
最后，很明显，在不脱离权利要求书所限定的范围的前提下，可以对本文所述和所示的套件1进行修改和变型。
特别地，阴螺杆21可以通过突出部31连接至机身3，并且螺杆20可以通过突出部30连接至壳体5。
此外，除了相对于螺杆20围绕轴线B回转之外，滚子22还可以相对于阴螺杆21平行于轴线B轴向地自由平移。
另外，装置15可以被容纳在相应的杆7的内部或连接至插在机身3的顶部10与壳体5之间的另外的相应的结构元件。
此外，套件1可以仅包括一个支撑件25并且仅包括一个冠部47或48。
最后，每个装置15的管状元件32和33可以直接紧固在相关联的杆7上。

Claims (14)

1.一种用于直升机(2)的套件(1)，所述直升机(2)包括机身(3)和旋翼(4)；所述套件(1)包括至少一个装置(15)，该装置适于衰减从所述旋翼(4)向所述机身(2)传递的振动并且插在所述机身(2)与所述旋翼(4)之间；
所述装置(15)又包括：
-第一螺纹元件(21；20)，其能操作地连接至所述旋翼(4)并且适于在使用中平行于第一轴线(B)振动；
-第二螺纹元件(20；21)，其能操作地连接至所述机身(4)并且操作地连接至所述第一螺纹元件(21；20)，从而在使用中围绕所述第一轴线(B)旋转振动；
-多个螺纹滚子(22)，它们旋拧在所述第一螺纹元件(21；20)和所述第二螺纹元件(20；21)上；
所述滚子(22)能围绕其各自的第二轴线(C)相对于所述第二螺纹元件(20；21)旋转，所述第二轴线平行于所述第一轴线(B)并与所述第一轴线(B)是分离的；
所述滚子(22)也能围绕所述轴线(B)相对于所述第一螺纹元件(21；20)和所述第二螺纹元件(20；21)旋转；
其特征在于，所述第二螺纹元件(20；21)是旋拧在所述滚子(22)上的螺杆(20)，并且所述第一螺纹元件(21；20)是旋拧在所述滚子(22)上的阴螺杆(21)；
所述阴螺杆(21)限定第二螺纹，所述第二螺纹相对于所述第一轴线(B)在内部并且旋拧在所述滚子(22)上；
所述螺杆(20)限定第三螺纹，该第三螺纹相对于所述第一轴线(B)在外部并且旋拧在所述滚子(22)上。
2.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，所述滚子(22)能与所述第一螺纹元件(21；20)一体地在平行于所述第一轴线(B)的方向上平移地移动。
3.根据权利要求1或2所述的套件，其特征在于，所述装置(15)是惯性器。
4.根据前述任一项权利要求所述的套件，其特征在于，所述滚子(22)和所述第一螺纹元件(21；20)具有相同的螺纹角；和/或所述滚子(22)包括第一单线螺纹(23)；和/或
所述第一螺纹元件(21；20)和所述第二螺纹元件(20；21)分别包括第二复线螺纹和第三复线螺纹。
5.根据权利要求4所述的套件，其特征在于，所述套件包括：
-约束元件(31)，其用于将所述第二螺纹元件(20；21)约束到所述机身(2)上；
-轴承(41)，其插在所述第一螺纹元件(21；20)和所述约束元件(30)之间以使所述第二螺纹元件(20；21)围绕所述第一轴线(B)相对于所述约束元件(30)相对地旋转。
6.根据前述任一项权利要求所述的套件，其特征在于，所述套件包括飞轮(40)，所述飞轮能围绕所述第一轴线(B)旋转并且操作地连接至所述滚子(22)和所述第二螺纹元件(20；21)。
7.根据权利要求6所述的套件，其特征在于，所述飞轮(40)与所述第二螺纹元件(20；21)在角度上成一体。
8.根据前述任一项权利要求所述的套件，其特征在于，所述套件包括紧固在所述第二螺纹元件(20；21)上的至少一个冠部(47)；
所述冠部(47)包括齿轮齿(49)，所述齿轮齿面对所述第一轴线(B)并与由相应的滚子(22)承载的多个齿轮齿(45，46)啮合。
9.一种用于直升机(2)的套件(1)，所述直升机(2)包括机身(3)和旋翼(4)；所述套件(1)包括至少一个装置(15)，所述装置适于衰减从所述旋翼(4)向所述机身(2)传递的振动并且插在所述机身(2)与所述旋翼(4)之间；
所述装置(15)又包括：
-第一螺纹元件(21；20)，其能操作地连接至所述旋翼(4)并且适于在使用中平行于第一轴线(B)振动；
-第二螺纹元件(20；21)，其能操作地连接至所述机身(4)并且操作地连接至所述第一螺纹元件(21；20)，从而在使用中围绕所述第一轴线(B)旋转振动；
-多个螺纹滚子(22)，它们旋拧在所述第一螺纹元件(21；20)和所述第二螺纹元件(20；21)上；
所述滚子(22)能围绕其各自的第二轴线(C)相对于所述第二螺纹元件(20；21)旋转，所述第二轴线平行于所述第一轴线(B)并与所述第一轴线(B)是分离的；
所述滚子(22)也能围绕所述轴线(B)相对于所述第一螺纹元件(21；20)和所述第二螺纹元件(20；21)旋转；
其特征在于，所述套件包括紧固在所述第二螺纹元件(20；21)上的至少一个冠部(47)；
所述冠部(47)包括齿轮齿(49)，所述齿轮齿面对所述第一轴线(B)并与由相应的滚子(22)承载的多个齿轮齿(45，46)啮合。
10.根据前述任一项权利要求所述的套件，其特征在于，所述套件包括支撑元件(25)，所述支撑元件(25)限定多个座(26)，所述多个座(26)以角度固定的方式与所述相应的滚子(22)接合；
所述支撑元件(25)能围绕所述第一轴线(B)相对于所述第一螺纹元件(21；20)和所述第二螺纹元件(20；21)在角度上移动。
11.一种直升机，其包括：
-所述机身(2)；
-所述旋翼(4)；
-所述旋翼(4)的支撑壳体(5)；以及
-多个连接杆(7)，其插在所述机身(2)与所述支撑壳体(5)之间；
其特征在于，所述直升机对于每个所述杆(7)均包括根据前述任一项权利要求所述的套件(1)；
所述阻尼装置(15)插在所述壳体(5)与所述机身(2)之间。
12.根据权利要求11所述的直升机，其特征在于，所述第一螺纹元件(21；20)和第二螺纹元件(20；21)被约束到相关联的所述杆(7)上。
13.根据权利要求11或12所述的直升机，其特征在于，至少一个所述杆(7)和所述相应的装置(15)围绕彼此重合的第三轴线(D)铰接到所述机身(2)上；
所述至少一个杆(7)和所述相应的装置(15)围绕彼此重合的相同的相应的第四轴线(E)铰接到所述旋翼(4)上。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的直升机，其特征在于，所述杆(7)和所述装置(15)中的一个容纳在所述杆(7)和所述装置(15)中的另一个内。
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