CN112046739B - 一种直升机刚性旋翼桨毂 - Google Patents

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Abstract

一种直升机刚性旋翼桨毂，中心件模块周围设有多个变距臂模块；桨叶固定在变距臂模块上；变距臂模块包括桨叶安装座、外侧径向层压弹性轴承、推力层压弹性轴承、内侧径向层压弹性轴承；桨叶固定在桨叶安装座上；外侧径向层压弹性轴承和内侧径向层压弹性轴承结构相同；外侧径向层压弹性轴承的内圈固定在桨叶安装座上，外圈固定在中心件模块上；所述内侧径向层压弹性轴承的内圈固定在桨叶安装座上，外圈与中心件模块固定；推力层压弹性轴承由轴向堆叠的层压弹性构成，推力层压弹性轴承的内侧固定在桨叶安装座上，外侧固定在中心件模块上；三个弹性轴承轴线共线。本发明桨毂具有使用寿命高、不需要润滑、不存在磨损、免维护等特点。

Description

一种直升机刚性旋翼桨毂
技术领域
本发明属于直升机旋翼设计领域，特别是一种直升机刚性旋翼桨毂。
背景技术
直升机具有垂直起降和悬停能力，对起降场地的要求较低，能够在非铺装地面或城市高楼楼顶等场合起降，由于其使用的灵活性，直升机在航空器领域具有不可替代的作用。和固定翼飞机相比，传统常规构型的直升机飞行速度低、续航能力差。为提升直升机的飞行速度，出现了共轴高速直升机等新的直升机构型，共轴高速直升机采用两副转向相反的旋翼提供升力，采用推力螺旋桨提供推力，可有效提高直升机的速度性能。共轴高速直升机的旋翼采用刚性旋翼构型。
为提升直升机的续航能力，出现了变转速长航时直升机构型，变转速长航时直升机根据直升机起飞重量、海拔、速度等参数调节旋翼转速，使直升机在最高效的转速下工作，降低需用功率，提高直升机续航能力，为避免转速改变导致的动力学问题，变转速长航时直升机也采用刚性旋翼的设计特点。直升机的旋翼构型包括：跷跷板式、铰接式、无铰式、无轴承式等，刚性旋翼需要采用无铰式构型实现，无铰式旋翼无挥舞铰或变距铰，每个桨叶支臂上有一组变距轴承。现有无铰式旋翼构型实现方式主要有两类：一、采用一组深沟球轴承或滚针轴承实现变距功能，使用推力滚子轴承传递桨叶离心力；二、采用一组深沟球轴承或滚针轴承实现变距，使用拉扭条或拉扭杆传递离心力。
无铰式旋翼桨毂的变距轴承将桨叶的挥舞弯矩和摆振弯矩传递至桨毂，承受载荷非常大，需要使用润滑油润滑以延长轴承的使用寿命。通常使用橡胶密封圈对桨毂内润滑油进行密封，但直升机旋翼每旋转一圈进行一次变距操纵，密封圈易受磨损，且橡胶零件会随着时间发生老化，因此常规无铰式旋翼的桨毂常面临因密封需求而带来的维护问题。现有无铰式旋翼桨毂的变距轴承多采用金属轴承，由内圈、滚子、外圈三部分组成，为保证滚子转动通畅，滚子与内外圈间存在间隙，且随着使用时间的增加，金属轴承内间隙会增大。由于无铰式旋翼桨毂轴承间隙的存在，桨叶会绕结构间隙在小角度范围内挥舞或摆振，降低了旋翼的整体刚度，使旋翼固有频率偏离设计值，改变动力学特性，甚至引起动力学问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直升机刚性旋翼桨毂，便于在无铰式旋翼或共轴双旋翼高速直升机的刚性旋翼上使用，具有使用寿命高、不需要润滑、不存在磨损、免维护等特点。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种直升机刚性旋翼桨毂，所述中心件模块周围设有多个变距臂模块；所述桨叶固定在变距臂模块上；
所述变距臂模块包括桨叶安装座、外侧径向层压弹性轴承、推力层压弹性轴承、内侧径向层压弹性轴承；
所述桨叶固定在桨叶安装座上；所述外侧径向层压弹性轴承和内侧径向层压弹性轴承结构相同，均包括内圈、外圈；所述外圈套接在内圈上；内圈和外圈均由径向堆叠的层压弹性构成；所述外侧径向层压弹性轴承的内圈固定在桨叶安装座上，外圈固定在中心件模块上；所述内侧径向层压弹性轴承的内圈固定在桨叶安装座上，外圈与中心件模块固定；
所述推力层压弹性轴承由轴向堆叠的层压弹性构成，所述推力层压弹性轴承的内侧固定在桨叶安装座上，外侧固定在中心件模块上；三个弹性轴承轴线共线。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：
(1)桨毂没有挥舞铰和摆振铰，桨毂等效挥舞偏置量和摆振偏置量大，利于提高旋翼挥舞频率和摆振频率；中心件模块和变距臂模块间通过推力层压弹性轴承传递离心力，通过外侧径向层压弹性轴承和内侧径向层压弹性轴承传递弯矩，由层压弹性轴承的橡胶层剪切实现变距操纵。
(2)推力层压弹性轴承具有轴向刚度大的特点，传递离心力时弹性变形小，并且其扭转刚度与拉扭条相当，不会给旋翼操纵系统带来额外的操纵载荷，可替代常规无铰式桨毂的拉扭条或推力金属轴承，具有使用寿命高、不需要润滑、不存在磨损、免维护等特点。
(3)使用两个径向层压弹性轴承用来传递桨叶传递给桨毂的挥舞弯矩和摆振弯矩，替代常规无铰式桨毂的金属变距轴承；径向层压弹性轴承具有径向刚度大的特点，传递挥舞和摆振弯矩时弹性变形小，保证了桨毂的挥舞刚度和摆振刚度。径向层压弹性轴承装配完成后不存在轴承间隙，也不会发生磨损，不会因轴承间隙而改变刚性旋翼的动力学特性。
附图说明
图1是本发明的整体示意图。
图2是本发明的桨毂中心组件示意图。
图3是本发明的桨毂支臂组件示意图。
图4是本发明内部剖视图。
图中标号：1、中心件模块，2、变距臂模块，3、桨叶安装销，4、桨叶，5、上夹板，6、中心件，7、下夹板，8、并紧螺栓，9、大螺栓，10、圆柱槽，11、弹性轴承安装孔，12、弹性轴承安装孔，13、桨叶安装座，14、外侧径向层压弹性轴承，15、推力层压弹性轴承，16、内侧径向层压弹性轴承，17、变距摇臂，18、安装螺栓，19、安装螺栓，20、推力轴承螺栓孔，21、安装螺栓，22、安装螺栓，23、安装螺栓。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1-图4，本发明的一种直升机刚性旋翼桨毂，包括中心件模块1、变距臂模块2、桨叶安装销3和桨叶4；
所述桨叶4通过桨叶安装销3安装在变距臂模块2上，四个变距臂模块2均布在中心件模块1四周形成桨毂整体。
结合图2，所述中心件模块1是桨毂的中心，起连接变距臂模块2和旋翼轴的作用，由上夹板5、中心件6、下夹板7、并紧螺栓8以及大螺栓9组成。所述中心件6通过并紧螺栓8固定在上夹板5和下夹板7之间；所述中心件6一周均布有四个圆柱槽10，圆柱槽10一周设有多个弹性轴承安装孔11；所述上夹板5和下夹板7之间均布四个大螺栓9。
所述变距臂模块2由桨叶安装座13、外侧径向层压弹性轴承14、推力层压弹性轴承15、内侧径向层压弹性轴承16组成。所述桨叶4通过桨叶安装销3安装在桨叶安装座13上。桨叶安装座13上设有变距摇臂17，变距拉杆与变距摇臂17相连，通过变距拉杆的推拉带动变距臂模块2产生变距运动。外侧径向层压弹性轴承14、推力层压弹性轴承15设置在桨叶安装座13内，内侧径向层压弹性轴承16设置在桨叶安装座13内侧端部；三个弹性轴承轴线共线。
结合图3、图4，所述外侧径向层压弹性轴承14和内侧径向层压弹性轴承16结构相同，均包括内圈、外圈；所述外圈套接在内圈上；内圈和外圈均由径向堆叠的层压弹性构成，即由一圈橡胶层一圈金属层依次包裹包而成的多层径向堆叠结构。
所述外侧径向层压弹性轴承14的内圈通过安装螺栓18固定在桨叶安装座13上，外圈通过安装螺栓19固定在上夹板5和下夹板7之间。所述内侧径向层压弹性轴承16的内圈通过安装螺栓22固定在桨叶安装座13上，外圈与中心件6上的圆柱槽10配合安装，通过安装螺栓23固定在弹性轴承安装孔11上。
所述推力层压弹性轴承15由轴向堆叠的层压弹性构成，即由一层橡胶层一层金属层依次堆叠依次包裹包而成的多层轴向堆叠结构。所述推力层压弹性轴承15的内侧通过安装螺栓21固定在变距臂模块2的桨叶安装座13上，外侧固定在中心件模块1上，推力层压弹性轴承15的外侧设有安装座，安装座上设有螺栓孔20，通过大螺栓9插入螺栓孔20内，将推力层压弹性轴承15安装在上夹板5和下夹板7之间。
因旋翼旋转产生的桨叶4离心力通过桨叶安装销3传递至桨叶安装座13，进而通过推力层压弹性轴承15与桨叶安装座13的装配面传递至推力层压弹性轴承15，进而通过大螺栓9传递至上夹板5和下夹板7，各个支臂上的离心力在中心件模块1上相互抵消。推力层压弹性轴承15在推力方向轴向刚度大，承受离心力时产生的桨叶展向压缩变形量小，展向压缩变形量通过外侧径向层压弹性轴承14和内侧径向层压弹性轴承16的内外圈间弹性错位进行补偿(内圈和外圈沿轴向可产生弹性位移)。桨叶4上的挥舞弯矩和摆振弯矩通过桨叶安装销3及桨叶4根部上下表面装配面传递至桨叶安装座13上，通过外侧径向层压弹性轴承14与内侧径向层压弹性轴承16的内圈形成一对力偶，将弯矩载荷传递到外侧径向层压弹性轴承14与内侧径向层压弹性轴承16的外圈上，分别通过两个外圈，将弯矩载荷传递到中心件模块1上，中心件模块1上的各支臂弯矩载荷集成后通过旋翼轴传递到直升机机体上。外侧径向层压弹性轴承14与内侧径向层压弹性轴承16的径向刚度很大，在传递弯矩载荷时产生的径向变形量非常小，与金属加工的上夹板5、下夹板7、桨叶安装座13共同提供桨叶支臂的弯曲刚度。
桨毂中心件与上下夹板形成纵向剖面内回形结构，桨叶安装座形成横向剖面内回形结构，两个回形结构相互穿插。三个弹性轴承都分别设计两个安装接口，分别安装在两个回形结构上。使用一个推力层压弹性轴承用来传递桨叶传递给桨毂的离心力，替代常规无铰式桨毂的拉扭条或推力金属轴承。推力层压弹性轴承具有轴向刚度大的特点，传递离心力时弹性变形小，并且其扭转刚度与拉扭条相当，不会给旋翼操纵系统带来额外的操纵载荷。使用两个径向层压弹性轴承用来传递桨叶传递给桨毂的挥舞弯矩和摆振弯矩，替代常规无铰式桨毂的金属变距轴承。径向层压弹性轴承具有径向刚度大的特点，传递挥舞和摆振弯矩时弹性变形小，保证了桨毂的挥舞刚度和摆振刚度。径向层压弹性轴承装配完成后不存在轴承间隙，也不会发生磨损，不会因轴承间隙而改变刚性旋翼的动力学特性。

Claims (6)

1.一种直升机刚性旋翼桨毂，包括中心件模块（1）、变距臂模块（2）、桨叶（4）；所述中心件模块（1）周围设有多个变距臂模块（2）；所述桨叶（4）固定在变距臂模块（2）上；其特征在于，
所述变距臂模块（2）包括桨叶安装座（13）、外侧径向层压弹性轴承（14）、推力层压弹性轴承（15）、内侧径向层压弹性轴承（16）；
所述桨叶（4）固定在桨叶安装座（13）上；所述外侧径向层压弹性轴承（14）和内侧径向层压弹性轴承（16）结构相同，均包括内圈、外圈；所述外圈套接在内圈上；内圈和外圈均由径向堆叠的层压弹性构成；所述外侧径向层压弹性轴承（14）的内圈固定在桨叶安装座（13）上，外圈固定在中心件模块（1）上；所述内侧径向层压弹性轴承（16）的内圈固定在桨叶安装座（13）上，外圈与中心件模块（1）固定；
所述推力层压弹性轴承（15）由轴向堆叠的层压弹性构成，所述推力层压弹性轴承（15）的内侧固定在桨叶安装座（13）上，外侧固定在中心件模块（1）上；三个弹性轴承轴线共线；
所述中心件模块（1）包括上夹板（5）、中心件（6）、下夹板（7）；所述中心件（6）固定在上夹板（5）和下夹板（7）之间；所述中心件（6）一周均布有多个圆柱槽（10），用于与内侧径向层压弹性轴承（16）外圈配合安装。
2.根据权利要求1所述的直升机刚性旋翼桨毂，其特征在于，所述推力层压弹性轴承（15）的外侧设有安装座，安装座上设有螺栓孔（20），通过螺栓将推力层压弹性轴承（15）安装在上夹板（5）和下夹板（7）之间。
3.根据权利要求1所述的直升机刚性旋翼桨毂，其特征在于，所述桨叶（4）通过桨叶安装销（3）安装在桨叶安装座（13）上。
4.根据权利要求1所述的直升机刚性旋翼桨毂，其特征在于，所述外侧径向层压弹性轴承（14）的内圈通过螺栓固定在桨叶安装座上，外圈通过螺栓固定在中心件模块（1）的上夹板（5）和下夹板（7）之间。
5.根据权利要求1所述的直升机刚性旋翼桨毂，其特征在于，所述内侧径向层压弹性轴承（16）的内圈通过螺栓固定在桨叶安装座（13）上，外圈通过螺栓固定在中心件模块（1）的中心件（6）上。
6.根据权利要求1所述的直升机刚性旋翼桨毂，其特征在于，所述桨叶安装座（13）上设有变距摇臂（17）。
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