CN111605703B - 一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统，涉及旋翼飞行器技术领域，能够改变尾桨桨叶弦长。本发明包括：一个配重块安装于尾桨桨叶金属大梁的导轨中，与传动系统连接，其中传动系统包含两种不同的方案，液压传动系统作为首选方案,机械传动系统作为替代方案，传动系统中安装弹簧，尾桨以一定转速旋转时，配重块受离心力与弹簧拉力作用处于平衡状态，尾桨转速升高时，配重块所受离心力增加，沿桨叶径向向外运动，通过传动系统使一片小型桨叶缩回桨叶内部，尾桨转速降低时，配重块所受离心力减小，沿桨叶径向向内运动，通过传动系统使小型桨叶向外伸出。本发明适用于旋翼飞行器的尾桨。

Description

一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统

技术领域

本发明涉及旋翼飞行器技术领域，尤其涉及一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统。

背景技术

旋翼飞行器的应用范围非常广泛，得益于其垂直起降与低空性能，从军用到民用，在军事行动、抢险救灾、物资运输及人员搭载等很多场合都有着不可替代的作用。

尾桨作为旋翼飞行器的重要部件，对尾桨桨叶的改进设计直接影响旋翼飞行器的飞行性能。相比于旋翼，尾桨虽然在旋翼飞行器中不起主导作用，但是采用一些复杂性不高的设计却能够使其性能得到可观的提升，桨叶优化设计，安装格尼襟翼，变转速以及变弦长等多种方法都可能使其性能得到提升。

目前，变转速尾桨与变弦长在理论方面已经有相关研究，变弦长可以改变桨叶弦长，进而影响迎角与升力，具有降低旋翼及变转速尾桨需用功率，减小桨毂所受的力与力矩等功能。

虽然存在一些理论研究，但是目前还是缺乏能够应用的变弦长方案，并且很多方案依旧停留在实验室中，举例实际应用还存在一些需要进一步迭代优化的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统，能够改变尾桨桨叶弦长。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统，包括：配重块(6)安装于尾桨桨叶的金属大梁(1)的导轨A(4)中，配重块(6)在导轨A(4)中沿所述尾桨桨叶的径向运动；配重块(6)与液压传动系统(5)连接，液压传动系统(5)中安装弹簧A(i)、活塞A(ii)、管路(iii)、活塞B(iv)、活塞C(v)和油液(vi)，所述尾桨桨叶也与液压传动系统(5)连接；金属大梁(1)的中部和后部各开一个圆孔，用于安装管路(iii)；配重块(6)与活塞A(ii)固定连接，弹簧A(i)与管路(iii)固定连接，同时弹簧A(i)与配重块(6)固定连接；小型桨叶(7)与活塞B(iv)和活塞C(v)固定连接。

配重块(6)的上方和下方都加工出凸出部分，导轨A(4)中的开设2条与凸出部分匹配的凹槽；配重块(6)安装在导轨A(4)时，配重块(6)的上方和下方都加工出凸出部分，分别安置在导轨A(4)中的开设的凹槽内。

配重块(6)与活塞A(ii)固定连接，弹簧A(i)与管路(iii)固定连接，弹簧A(i)与配重块(6)固定连接；管路(iii)中储存油液(vi)，活塞B(iv)和活塞C(v)都安装于管路(iii)中。

小型桨叶(7)与活塞B(iv)和活塞C(v)固定连接，小型桨叶(7)通过活塞B(iv)和活塞C(v)的伸缩，向外伸出或缩回所述尾桨桨叶的内部。

配重块(6)与机械传动系统连接，小型桨叶(7)同时与机械传动系统连接；机械传动系统(8)中安装支柱(vii)至销(ⅹiv)，在尾桨旋转时受离心力和弹簧拉力作用。

配重块(6)与连杆A(iⅹ)固定连接，连杆A(iⅹ)与弹簧B(viii)固定连接，弹簧B(viii)与支柱(vii)固定连接，支柱(vii)与金属大梁(1)固定连接；连杆A(iⅹ)与连杆B(ⅹ)通过销(ⅹiv)连接，连杆B(ⅹ)与滑块(ⅹii)通过销(ⅹiv)连接，滑块(ⅹii)用于在导轨B(ⅹi)上滑动，滑块(ⅹii)与连杆C(ⅹiii)固定连接。

在金属大梁(1)前部，除配重块(6)的活动区域与管路外，其他区域均为填充物(9)，填充物固定于金属大梁(1)内。金属大梁(1)的前部内置导轨，金属大梁(1)的中部和后部各打通一个长条状区域，用于安装连杆B(ⅹ)。

连杆A(iⅹ)与滑块(ⅹii)上部开小孔，用于安装销(ⅹiv)，连杆B(ⅹ)两端内部开孔，横截面积大于销，以便于连杆B(ⅹ)转动。

本实施例提供一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统，一个配重块安装于尾桨桨叶金属大梁的导轨中，与传动系统连接。传动系统中安装弹簧，尾桨以一定转速旋转时，配重块受离心力与弹簧拉力作用处于平衡状态，尾桨转速升高时，配重块所受离心力增加，沿桨叶径向向外运动，通过传动系统使一片小型桨叶缩回桨叶内部，尾桨转速降低时，配重块所受离心力减小，沿桨叶径向向内运动，通过传动系统使小型桨叶向外伸出。从而实现尾桨桨叶一定径向范围内弦长的改变。利用尾桨转速高、配重块受离心力大的特性，通过传动系统可以轻易带动小型桨叶，实现变转速尾桨桨叶被动动态变弦长，进一步提升变转速尾桨的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的直升机变转速尾桨桨叶液压传动变弦长系统总装配结构的示意图；

图2为本发明实施例提供的安装液压传动系统的金属大梁(1)的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的配重块(6)的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的液压传动系统(5)的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的两个变弦长状态的液压传动尾桨桨叶总装配结构的示意图；

图6为本发明实施例提供的桨叶剖面变转速尾桨桨叶液压传动变弦长示意图；

图7为本发明实施例提供的直升机变转速尾桨桨叶机械传动变弦长系统总装配结构的示意图；

图8为本发明实施例提供的安装机械传动系统的金属大梁(1)的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的机械传动系统(8)的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的滑块(ⅹii)与导轨B(ⅹi)装配结构的示意图；

图11为本发明实施例提供的连杆(iⅹ、ⅹ)、滑块(ⅹii)与销(ⅹiv)装配结构的示意图；

图12为本发明实施例提供的两个变弦长状态的机械传动尾桨桨叶总装配结构的示意图；

图13为本发明实施例提供的桨叶剖面变转速尾桨桨叶机械传动变弦长示意图；

其中，附图中的各标号表示：

金属大梁-1、蒙皮-2、蜂窝-3、导轨A-4、液压传动系统-5、配重块-6、小型桨叶-7、机械传动系统-8、填充物-9、弹簧A-i、活塞A-ii、管路-iii、活塞B-iv、活塞C-v、油液-vi、支柱-vii、弹簧B-viii、连杆A-iⅹ、连杆B-ⅹ、导轨B-ⅹi、滑块-ⅹii、连杆C-ⅹiii、销-ⅹiv。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

在目前的研究中发现，常规尾桨桨叶的各个剖面弦长均为固定值，无法适应不同气动环境的需求，尤其是对于变转速尾桨多变的气动环境。

针对这一问题，本实施例提供了设计思路，并进行了改进设计。具体的，实现尾桨桨叶一定径向范围内弦长的改变。变转速尾桨的采用可以提升直升机的性能，但在一些方面也会带来负面影响，利用尾桨转速高、配重块受离心力大的特性，通过传动系统可以轻易带动小型桨叶，实现变转速尾桨桨叶被动动态变弦长，进一步提升变转速尾桨的性能。

本发明实施例提供一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统，如图1所示的，包括：

配重块(6)安装于尾桨桨叶的金属大梁(1)的导轨A(4)中，配重块(6)在导轨A(4)中沿所述尾桨桨叶的径向运动。

配重块(6)与液压传动系统(5)连接，液压传动系统(5)中安装弹簧A(i)、活塞A(ii)、管路(iii)、活塞B(iv)、活塞C(v)和油液(vi)，所述尾桨桨叶也与液压传动系统(5)连接。

金属大梁(1)的中部和后部各开一个圆孔，用于安装管路(iii)。如图2所示的，在安装液压传动系统的金属大梁的结构中，金属大梁(1)前部内置导轨，金属大梁中部和后部各开一个圆孔，用于安装与固定管路(iii)。

配重块(6)与活塞A(ii)固定连接，弹簧A(i)与管路(iii)固定连接，同时弹簧A(i)与配重块(6)固定连接。

小型桨叶(7)与活塞B(iv)和活塞C(v)固定连接。

如图3所示的配重块(6)的结构，其上下方有凸出部分，用于安装于导轨A中。具体的，配重块(6)的上方和下方都加工出凸出部分，导轨A(4)中的开设2条与凸出部分匹配的凹槽。配重块(6)安装在导轨A(4)时，配重块(6)的上方和下方都加工出凸出部分，分别安置在导轨A(4)中的开设的凹槽内。

进一步的，配重块(6)与活塞A(ii)固定连接，弹簧A(i)与管路(iii)固定连接，弹簧A(i)与配重块(6)固定连接。管路(iii)中储存油液(vi)，活塞B(iv)和活塞C(v)都安装于管路(iii)中。

本实施例中，对于液压传动系统，图4显示了液压传动系统(5)的结构，弹簧A(i)与管路固定连接，同时与活塞A(ii)固定连接，活塞B(iv)与活塞C(v)横截面积相等，两者受力始终相同，运动状态一致。具体的，图5展示了，在液压传动系统中，油路内充满油液(vi)，活塞A的运动通过油液传递到活塞B(iv)和活塞C(v)的运动，桨叶中部与后部大部分区域填充蜂窝(3)，参与力的传递并固定油路。图6从桨叶剖面进一步展示了变转速尾桨桨叶变弦长的两个极限位置，与图5相对应。

小型桨叶(7)与活塞B(iv)和活塞C(v)固定连接，小型桨叶(7)通过活塞B(iv)和活塞C(v)的伸缩，向外伸出或缩回所述尾桨桨叶的内部。具体的，尾桨在变转速过程中，转速升高，配重块所受离心力增加，沿桨叶径向向外运动，小型桨叶缩回桨叶内部，转速降低，配重块所受离心力减小，沿桨叶径向向内运动，小型桨叶向外伸出。

具体的，机械传动系统(8)作为液压传动系统的替代方案，配重块(6)与机械传动系统连接，小型桨叶(7)同时与机械传动系统连接；机械传动系统(8)中安装支柱(vii)至销(ⅹiv)，在尾桨旋转时受离心力和弹簧拉力作用。

本实施例中，对于机械传动系统，配重块(6)与连杆A(iⅹ)固定连接，连杆A(iⅹ)与弹簧B(viii)固定连接，弹簧B(viii)与支柱(vii)固定连接，支柱(vii)与金属大梁(1)固定连接。

图7显示了直升机变转速尾桨桨叶机械传动变弦长系统总装配结构，除传动系统外，与图1相同。连杆A(iⅹ)与连杆B(ⅹ)通过销(ⅹiv)连接，连杆B(ⅹ)与滑块(ⅹii)通过销(ⅹiv)连接，滑块(ⅹii)用于在导轨B(ⅹi)上滑动，滑块(ⅹii)与连杆C(ⅹiii)固定连接。例如图9所示的机械传动系统(8)的结构，连杆A(iⅹ)与弹簧B(viii)和配重块(6)固定连接，弹簧B与支柱(vii)固定连接，支柱固定于金属大梁中，将弹簧拉力传递至金属大梁上，连杆B与连杆A、滑块(ⅹii)连接，将连杆A的运动传递至滑块上，连杆C(ⅹiii)与滑块固定连接，用于固定小型桨叶,导轨B(ⅹi)与金属大梁固定连接。

进一步的，金属大梁(1)前部，除配重块(6)的活动区域与管路外，其他区域均为填充物(9)，填充物固定于金属大梁(1)内。例如图5展示了两个变弦长状态的液压传动尾桨桨叶总装配结构，分别对应于弦长最大值和正常弦长的状态，在金属大梁(1)前部，除配重块(6)的活动区域与管路外，其他区域均为填充物(9)，填充物固定于金属大梁(1)内，可以调整桨叶质量分布、参与力的传递并限制配重块活动区域，即限制变弦长系统极限位置。图8说明了安装机械传动系统的金属大梁的结构示意图，其中金属大梁(1)的前部内置导轨，金属大梁(1)的中部和后部各打通一个长条状区域，用于安装连杆B(ⅹ)。

进一步的，图11为显示了连杆、滑块与销的装配结构，其中连杆A(iⅹ)与滑块(ⅹii)上部开小孔，用于安装销(ⅹiv)，连杆B(ⅹ)两端内部开孔，横截面积大于销，以便于连杆B(ⅹ)转动。

本实施例中的其他进一步的细节：如图10所示的，说明了滑块与导轨B的装配结构，滑块内部具有导轨形状的凹槽。如图12所示的，展示了两个变弦长状态的机械传动尾桨桨叶总装配结构，分别对应于弦长最大值和正常弦长的状态。如图13所示的，从桨叶剖面进一步展示了变转速尾桨桨叶变弦长的两个极限位置，与图12相对应。

本实施例所提供的装置的具体工作原理，可以理解为：

常规尾桨桨叶的各个剖面弦长均为固定值，无法适应不同气动环境的需求，而安装变弦长系统后可以改变桨叶弦长，影响迎角与升力，适应于气动环境的变化，降低型阻，进而降低尾桨功率。

具有变转速旋翼及尾桨的直升机在前飞时，根据前飞速度与气动环境，由控制器发出控制尾桨转速的信号。尾桨处于额定转速时，配重块受一定大小的离心力作用，事先计算选取了弹簧的弹性系数，弹簧伸长长度为最大值，弹簧拉力也为最大值，配重块处于径向最外侧，与填充物即将接触，配重块受离心力和弹簧拉力处于平衡状态，此时小型桨叶处于桨叶内部，桨叶弦长为正常值。尾桨转速很高，离心力与转速二次方成正比，转速的小幅度变化对离心力影响很大。对于液压传动系统，尾桨转速降低时，配重块所受离心力迅速减小，离心力小于弹簧拉力，活塞A沿径向向内运动，挤压油液，活塞B(iv)与活塞C(v)受相等的作用力推动小型桨叶向外伸出，尾桨转速重新升高时，配重块沿径向向外运动，小型桨叶再次缩回桨叶内部。对于机械传动系统，尾桨转速降低时，配重块所受离心力迅速减小，离心力小于弹簧拉力，连杆A沿径向向内运动，通过连杆B驱动滑块在导轨B上滑动，推动小型桨叶向外伸出，尾桨转速重新升高时，配重块沿径向向外运动，小型桨叶再次缩回桨叶内部。小型桨叶的伸出过程与缩回过程影响桨叶径向一定范围内的弦长，在不同尾桨转速时弦长动态的改变适应了不同的气动环境，降低了尾桨的需用功率，同时变弦长系统是一个被动式装置，不需要外界提供额外能量，保证尾桨功率降低的同时无附加损失。

总的来说，目前变弦长与变转速尾桨在理论方面已经有相关研究，变弦长可以改变桨叶弦长，进而影响迎角与升力，具有降低旋翼及尾桨需用功率，减小旋翼桨毂所受的力与力矩等功能；直升机如今有向高速发展的趋势，高速直升机旋翼降转速技术是一个热点问题，变转速通过改变发动机输出轴转速实现时，尾桨转速会随旋翼转速一同降低，虽然变转速尾桨可以降低尾桨需用功率，但是尾桨转速降低时拉力随之降低，减小直升机偏航操纵裕度，变弦长应用于变转速尾桨可以在降低功率的同时补偿一定拉力，具有一定的应用前景。

本方案的大致特点在于：配重块(6)安装于尾桨桨叶的金属大梁(1)的导轨A(4)中，配重块(6)在导轨A(4)中沿所述尾桨桨叶的径向运动。配重块(6)与传动系统连接，其中传动系统包含两种不同的方案，液压传动系统(5)作为首选方案,机械传动系统(8)作为替代方案。对于液压传动系统(5)，其中安装弹簧(i)至油液(vi)，所述尾桨桨叶也与液压传动系统(5)连接。金属大梁(1)的中部和后部各开一个圆孔，用于安装管路(iii)。在安装液压传动系统的金属大梁的结构中，金属大梁(1)前部内置导轨，金属大梁中部和后部各开一个圆孔，用于安装与固定管路(iii)。配重块(6)与活塞A(ii)固定连接，弹簧A(i)与管路(iii)固定连接，同时弹簧A(i)与配重块(6)固定连接。小型桨叶(7)与活塞(B)和活塞(C)固定连接。而可选的，对于机械传动系统(8)，配重块(6)与连杆A(iⅹ)固定连接，连杆A(iⅹ)与弹簧B(viii)固定连接，弹簧B(viii)与支柱(vii)固定连接，支柱(vii)与金属大梁(1)固定连接，连杆A(iⅹ)与连杆B(ⅹ)通过销(ⅹiv)连接，连杆B(ⅹ)与滑块(ⅹii)通过销(ⅹiv)连接，滑块(ⅹii)可在导轨B(ⅹi)上滑动，滑块(ⅹii)与连杆C(ⅹiii)固定连接，小型桨叶(7)与连杆C(ⅹiii)固定连接。

与传统的变弦长系统相比，本发明有三个特征。第一，本发明中变弦长系统适用于旋翼飞行器尾桨桨叶，利用尾桨转速高，单位质量桨叶上离心力大的特性；第二，本发明利用变转速改变离心力，由尾桨转速决定变弦长伸长量，实现动态变弦长；第三，本发明属于被动变弦长，结构简单可靠，不需要外界输入额外能量，传统主动变弦长则需要驱动装置输入能量。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种用于直升机变转速尾桨桨叶的变弦长系统，其特征在于，包括：

配重块（6）安装于尾桨桨叶的金属大梁（1）的导轨A（4）中，配重块（6）在导轨A（4）中沿所述尾桨桨叶的径向运动；

配重块（6）与液压传动系统（5）连接，液压传动系统（5）中安装弹簧A（i）、活塞A（ii）、管路（iii）、活塞B（iv）、活塞C（v）和油液（vi），所述尾桨桨叶也与液压传动系统（5）连接；

金属大梁（1）的中部和后部各开一个圆孔，用于安装管路（iii）；

配重块（6）与活塞A（ii）固定连接，弹簧A（i）与管路（iii）固定连接，同时弹簧A（i）与配重块（6）固定连接；

小型桨叶（7）与活塞B（iv）和活塞C（v）固定连接；

配重块（6）的上方和下方都加工出凸出部分，导轨A（4）中的开设2条与凸出部分匹配的凹槽；

配重块（6）安装在导轨A（4）时，配重块（6）的上方和下方都加工出凸出部分，分别安置在导轨A（4）中的开设的凹槽内；

配重块（6）与活塞A（ii）固定连接，弹簧A（i）与管路（iii）固定连接，弹簧A（i）与配重块（6）固定连接；

管路（iii）中储存油液（vi），活塞B（iv）和活塞C（v）都安装于管路（iii）中；

小型桨叶（7）与活塞B（iv）和活塞C（v）固定连接，小型桨叶（7）通过活塞B（iv）和活塞C（v）的伸缩，向外伸出或缩回所述尾桨桨叶的内部。

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