CN1126158A - 具有浮动桨叶的管道反扭旋翼 - Google Patents

Abstract

在旋翼(1)中，每一桨叶(2)的桨距杆(23)都被连接到桨距控制分配轮(26)的控制片(25)上，办法是用一个装在肘节销(24)上的球接头并使它带有间隙地被接纳在环形轮的椭圆孔内。在轴向相互离开设置的桨叶柄(5)的支承面(6和7)被带有径向间隙地装在毂盘(12)的轴承(8、9)内而可环绕桨叶(2)的桨距轴线旋转。上述径向间隙可使球接头与椭圆孔短轴线两端侧的边缘接触，而可阻止球接头与椭圆孔长轴线两端侧的边缘接触。

Description

具有浮动桨叶的管道反扭旋翼

本发明涉及一种旋翼飞机特别是直升飞机上管道反扭装置用的可变浆距多桨叶的旋翼，其中每一浆叶都安装得使它在静止时可浮置在旋翼的毂盘上。

为了在直升飞机上装备管道反扭装置，已公开的可变桨距多桨叶的旋翼具有：

一根旋翼轴，它安装得可环绕旋翼的轴线旋转，

一个毂盘，它可一同旋转地固定在旋翼轴上，

桨叶，所有桨叶都各通过自己的底脚部连接到毂盘上，该底脚部具有至少一个柔性臂，该柔性臂部分内藏在桨叶根部的桨叶柄内，并可环绕桨叶的纵向桨距改变轴线扭转，该桨叶柄具有两个在桨叶轴线上隔开一段距离设置的同轴支承面，通过该支承面桨叶柄被安装在毂盘的两个轴承内而可环绕桨叶的轴线旋转，桨叶柄还有一个偏离桨叶轴线中心的桨距杆，以及

一个分配轮，用来集中控制桨叶的桨距，该分配轮可与毂盘一同被驱动旋转并能通过一根控制杆沿着旋翼的轴线作直线移动，该分配轮对每一个桨叶都设有一个桨距控制片，该控制片基本上沿着旋翼的轴线伸展并用一带有球接头的肘节销铰接到相应桨叶的桨距杆上，因此分配轮对毂盘的任何轴向位移，都可通过控制片在桨距杆上的作用，转变为桨叶环绕其桨距轴线的旋转。

这种型式的旋翼在法国专利FR1531536号及美国专利US—3,594,097号和US—4,626,173号中都有具体说明。

在这些已知的旋翼中，被分配轮和控制杆传送到桨距杆上的桨距控制载荷是借助液压伺服控制装置施加的。实际上，这个控制载荷是比较大的，因为要考虑到桨叶是以静不定方式安装在旋翼的毂盘上的。这个静不定安装式超静定安装是在下列情况下形成的，首先，每一桨叶根部的桨叶柄的支承面是实际上不带间隙地装在毂盘的轴承内，其次，桨距的控制是由从桨距杆的铰接球接头到控制分配轮的相应控制片的环状线性连接来完成的，这个连接也是实际上不带间隙的。另外还要加上由桨叶生成的惯性载荷的影响，离心力的吸收，以及每一桨叶的扭力臂对环绕桨距轴线旋转的限制等因素。

实际上，必须产生的控制载荷所要克服的不仅是在给定的桨距位置上施加在每一桨叶上的静力矩，而且还有当驾驶员操作航把使从一个桨距位置转为另一个时发生的瞬间载荷所生成的力矩。

对某一给定的桨距位置，从静力学可知，施加在桨距杆的一个偏离桨距轴线中心的点上的控制载荷所要作出的环绕桨距轴线的力矩应等于所有其他施加在桨叶上的力矩的合成力矩。静控制载荷因此要从环绕桨距轴线的力矩平衡方程式中计算出来。在所有其他施加在桨叶上的力矩中，主要有来自扭力臂的弹性返回力矩，“返回到中立位置”的力矩、提升力矩或空气动力力矩、由于叶型的曲度而生成的通常为复迎角的力矩，以及离心力的力矩。

如所公知，扭力臂的返回力矩是由其抗扭刚度造成的并且已经计及扭力臂对通常被扭转的桨叶的基准截面的中立桨距所可能作出的角度预设定。

“返回到中位置”，的力矩是由离心力作用在旋翼的每一个桨叶元件上所生成的力矩，它总是要反对总桨距的任何改变并使桨叶返回到旋转平面内。已知这个力矩与整个桨叶(包括成型的主桨叶截面和桨叶柄)上的质量惯性的分布有关。由于这个力矩特别对要提供给尾桨的控制载荷的大小有关，已知减小这个力矩就可减小所要提供给尾桨的控制载荷，并且已知如何用在基本上垂直于桨叶主惯性轴线的方向上添加补偿重量即所谓“配重”的方法来减小这个对桨距轴线的质量惯性。

提升力矩是由于施加在桨叶上的空气动力的作用点位在桨距轴线之外而生成的。最后，离心力的力矩是由于当离心力作用在桨叶上时，桨叶的重心是在弦上，离开桨距轴线有一段距离，而桨叶的锥度趋向产生一个垂直于旋翼平面的离心力发力，该分力结合上述距离就产生一个环绕桨距轴线的力矩。

当从上述这些力矩的平衡中确定静控制载荷后，就可考虑瞬间控制载荷，那就是说控制载荷除了克服上述这些静力矩外，还要有可能克服特别是由于毂盘轴承对每一桨叶的桨叶柄的支承面的反作用力所产生的环绕浆距轴线的摩擦力矩。这些反作用力之所以发生，一方面是由于挥舞和阻力力矩以及与挥舞和阻力有函数关系的离心力的吸收，另一方面是由于控制载荷的吸收。但控制载荷取决于轴承的反作用力的值，而反作用力本身又取决于控制载荷的值。实际上，在上述现有技术的旋翼桨叶的静不定安装中，任何控制载荷都显示在轴承的反作用力中使摩擦力增加，可能导致一定程度的焊合，使驾驶员不得不增大控制载荷来加以克服，从而轴承的反作用力以及摩擦力又被增加，结果就会发生咬合的危险。这种强度随着控制力的强度而增加的焊合虽然不会在采用能提供有效控制载荷的液压伺服控制装置的已知旋翼中发生，但这种伺服控制装置连同其液压回路会构成一个比较昂贵的部分，并且在直升飞机尾部的端头上实际成为一个有影响的质量。

本发明的根本课题是要对上述型式的已知旋翼作出改进，以便减小保持和改变桨叶桨距所需要的控制载荷而不削弱安全性、准确性和飞行舒适性，并且还要摒弃伺服控制装置及其有关液压回路，为的是要得到一个重量更轻、制造和维护费用更低的旋翼。

本发明的另一个目的是要提出一种上述型式的旋翼，其中控制载荷可减小到上述已知旋翼中所用量的约1/10，静控制载荷极低，可以在驾驶员保持一个桨距时给出良好的飞行舒适性，而蹬在舵把的踏板上将桨距位置从一个改变到另一个所需的瞬间控制载荷虽然比静控制载荷大，但却在合理的范围内，可以保证飞行的稳定性和良好的响应性，而不会发生所谓“调节过度”的危险现象，该现象是由于舵把的一个踏板移动的幅度过大而引起的，需用另一个踏板来补偿改正。

为此，在按照本发明的具有上述型式的旋翼中，球接头是由桨距杆和控制片两个元件中的一个载有的，并配合在由两个元件中另一个所载有的环形轮的椭圆孔内，配合时沿椭圆孔的长轴线和短轴线都留有间隙，沿短轴线的间隙小于沿长轴线的间隙，前者基本上与旋翼的轴线平行，而后者则垂直于短轴线并横越桨叶的轴线，并且桨叶柄的两个支承面分别装在毂盘的相应轴承内所具有的间隙可使球接头支承在椭圆孔短轴线两端侧的内侧面上，而不会使球接头支承在椭圆孔长轴线两端侧的内侧面上。

这样便可得出浆叶的静定安装式均衡安装，其时两个轴承的性能基本上如同单个轴承，在轴承上留出的间隙可使在轴承上和在球接头上各种派生的反作用力减小甚至消除，而在现有技术的旋翼中，由于桨叶的静不定安装，派生的反作用力只会产生。按照本发明的这种在旋翼上的反作用力的减小，因此具有限制摩擦力矩的功效。

轴承上的间隙还允许根据阻力和挥舞的大小作有效的漂移(或偏移)而不会使桨叶或控制链过载。这种漂移的增加还能够进一步减小轴承上的反作用力值。实际上，这些漂移与作用在桨叶上的离心力结合起来能够产生有利的、可与提升和阻力产生的力矩对抗的力矩。

但本发明所建议的在轴承上的间隙是有限度的，这样才有可能不致产生由于间隙过分增大而带来的其他缺点，例如：在桨距控制球接头上的动力漂移增加，在轴承上发生动力冲击的危险，以及可能发生的桨叶的不稳定性。

本发明的静定安装不仅可避免在桨叶柄旋转所在的毂盘轴承上设定滚动接触轴承(设定此轴承会对总的空间要求和质量提出问题)，而且可以减小在桨距控制时产生的应力。在已知的旋翼中，由于桨距控制是用刚性的控制分配轮进行的，该应力可被增大。实际上，在设有间隙和存在缺陷(桨叶相互间所在位置的不一致)的情况下，控制分配轮常被处于受力状态。而按照本发明在从桨距杆到控制分配轮的连接中将球接头带有间隙地接纳在椭圆孔内却可减小控制载荷，这是因为，一方面桨距杆的摩擦减小了，另一方面控制分配轮的受力也减小了。

为了这个目的，有利的做法是，对每一桨叶，球接头应以滑动点接触支承在相应椭圆孔内侧面的平面上。

在一有利的简单实施例中，为了得到桨叶在挥舞方向(沿椭圆孔的短轴线)和在阻力方向(沿椭圆孔的长轴线)的角漂移，以便能有效地减小瞬间控制载荷，具有两个平行于其长轴线且对称于其中心的相对平面的椭圆孔是在一个环形盘内形成的，该环形盘被插入并固紧在承载它的元件的孔内并用肩部保持在所说孔的边缘上，而且在该肩部上形成两个平行于椭圆孔长轴线的平面。

另外，本发明建议选择控制载荷的施力点以便确定轴承上反作用力的方向，从而使两个轴承卸除载荷。为了这个目的，由控制载荷生成的轴承的反作用力，应具有与由吸收挥舞力矩而生成的反作用力相反的方向。为了得到这个结果，有利的做法是，对每一桨叶，在桨叶柄上承载着的桨距杆被设在径向上两个支承面之外朝向旋翼轴线的一侧，并向桨叶的前缘伸出。但其他做法也可获得同样有利的结果，如对每一桨叶，在桨叶柄上承载着的桨距杆被设在径向外部位置的支承面之外离开旋翼轴线的外侧且靠近的位置上，并向桨叶的后缘伸出。或者，如对每一桨叶，在桨叶柄上承载着的桨距杆被设在其两个支承面之间并且当它比另一个支承面更靠近以旋翼轴线为准的径向内支承面时向桨叶的前缘伸出，或者反之，当它更靠近径向外支承面时向桨叶的后缘伸出。

按照本发明，除了上面这些措施可使瞬间控制载荷减小外，还有补充措施可使静控制载荷减小。为了这个目的，每一可扭转的柔性臂都被连结到相应的桨叶上，其时该柔性臂在以旋翼轴线为准的径向外端侧被至少一个固紧销夹持在相应的桨叶柄内，该固紧销能以基本上平行于旋翼轴线的方向对桨叶柄浮动，并且其本身为一基本上与旋翼轴线平行的具有大尺寸的细长销钉，以便给出配重效果。

另外，或者作为一个替代方案，在这种情况下，该销钉可同时将至少一个分开的配重固紧到桨叶柄上。

在一较优的实施例中，配重具有一个可配合到桨叶柄的横向孔内并固定到一个颈圈上的轴衬，该颈圈支承在桨叶柄的一个侧面上并具有至少一个定位键以便定位在桨叶柄上，该颈圈在轴衬的反对侧还具有一个平衡重，根据配重是固紧在桨叶的吸气面侧还是加压面侧，该平衡重基本上朝向桨叶的前缘并朝向吸气面的上边倾斜或朝向桨叶的后缘并朝向加压面的下边倾斜，这样就能有利地安排桨叶环绕其桨距轴线的惯性分布，以便得到零的或甚至为负的“返回到中立位置”的力矩，后者可用来使“返回到中立位置”逆转。

本发明的其他特征和优点可从下面结合附图给出的实施例的说明引出。这些实施例只是作为例子，并不能对本发明加以限制。在附图中：

图1为示出一个不带旋转驱动装置或控制杆的旋翼的部分切开并具有部分截面的透视图，

图2为装有旋转驱动和桨距控制装置的旋翼的沿直径方向的截面图，其中左半截面相应于图1，而右半截面则为装有图5至7所示桨叶的变型，

图3为一用来将一桨距杆铰接到图1和2所示旋翼的控制分配轮上的环形盘的侧立视图，

图4为图3中沿IV—IV线的截面图，

图5为一用来装备图1和2所示旋翼的桨叶变型的透视图，

图6为图5所示桨叶用的配重变型的透视图，

图7为装有图6所示配重的图5所示桨叶根部的透视图，

图8为一旋翼变型的类似图2的部分截面图。

下面结合图1和2说明的旋翼所展示的构造、旋转驱动装置和用来集中控制桨叶桨距的装置与美国专利US—3,594,097和US—4,626,173号所说明的旋翼的那些部分十分相似，虽然不完全相同，在进一步说明细节时这两专利还将被引用，并且其中有关上述这些部分的说明将被参照引用到本说明文本中。

图1中用标号1整体示出的多桨叶旋翼是用通常熟知的方法，准备装在直升飞机的直立后部内的一个横向的管道罩壳内，如同上述两项专利的图1所示。

在图1和2所示的例子中，这个旋翼具有十个桨叶，每一桨叶都有一个空气动力外形良好的、翼型主桨叶截面3和一个桨叶根部4。后者具有一个由轻合金制成的与翼型部3成为一体的桨叶柄5和两个环绕桨叶纵向桨距改变轴线X—X且具有圆柱形的同轴支承面6和7，另外这两支承面6和7还在桨距轴线X—X上相互隔开。桨叶柄5通过其支承面6和7安装在两个同轴轴承8和9内，以便能环绕桨距轴线X—X旋转，而两个同轴轴承8和9则分别装在整体用标号12标出的毂盘12的毂盘体13的两个壁10和11内。

这个毂盘12可被旋翼轴14环绕旋翼的轴线A—A旋转驱动，毂盘12被安装得使它能环绕整体用标号15标出的后传动箱内的轴线A—A旋转，由于采用常见的结构，这里不再详述，只须提示一下就足够了。这个后传动箱15具有一个伞齿轮16，可被连接在直升飞机主传动箱输出轴上的传动轴17旋转驱动，而该伞齿轮16则与旋翼轴14底部的一个冕状齿轮啮合。

桨叶2用一由柔性臂18制成而能环绕桨叶桨距轴线扭转的底脚部连续到毂盘12上。如同法国专利FR 1531536号在旋翼中所说明的那样，这个当旋翼旋转时能够抗拒施加在桨叶2上的离心力而夹持桨叶的扭力臂18是由一束叠层薄金属带制成的，该金属带的宽度不大，长度则要考虑桨叶的总长做成尽可能地长，以便得到低抗扭刚度。扭力臂18的成束叠层带在其以旋翼轴线A—A为准的径向外端用一可浮动的销钉19保持着，那就是说，使叠层带以平行于旋翼轴线A—A的方向与桨叶柄5离开一个适当的间隙，以便不管桨叶外形的变化，都能防止由于桨叶柄5与叠层带18的接触而产生的附加应力，销钉19穿过两个基本上端对端地平行于旋翼轴线A—A的间隔件20，该两间隔件分别通过桨叶柄5上较厚部的孔嵌入到叠层带18端头的两个相对孔内，并在两个间隔件20之间形成两个平面，扭力臂18的径向外端就定位在这两个平面之间。扭力臂18的径向内端(对旋翼轴线A—A而言)则用一平行于旋翼轴线A—A的销钉21保持在毂盘12上并固紧在开有花链槽的突缘盘22和环形盘122的两个叠置的中心部之间，该两中心部用轴向花键可一同旋转地固定在旋翼轴14上。而且，销钉21还同时把开有花链槽的突缘盘22固紧在毂盘体13上，以便使整个组合件能一同环绕旋翼轴线A—A旋转。这样，每一扭力臂18的径向外部都被收纳在相应桨叶根部4的桨叶柄5内，可在环绕桨叶桨距轴线扭转的情况下固定在桨叶柄5上，而扭力臂18在径向上远离桨叶柄5的内部则被设置在开有花键槽的突缘盘22内。

为了控制桨叶2的桨距，每一桨叶柄5上都设有一个桨距杆23，该杆偏离桨叶桨距轴线X—X的一端支承着一个用螺栓固紧的肘节销24，该肘节销24又支承着一个接纳在环形盘31孔眼32内的球接头30(见图3)，该环形盘31由基本上与旋翼轴线A—A平行的桨距控制片25承载并固定在一个控制星形轮26上，旋翼有多少桨叶2，该星形轮26就有多少控制片25。这个控制星形轮26可一同旋转地固定在一根中央控制杆27上，该控制杆27同轴地(对旋翼轴线A—A而言)穿过管状旋翼轴14并安装得使它能在旋翼轴14内沿轴向移动，中央控制杆27的底部通过一个推力球轴承28与一个桨距控制杆29互相配合，该桨距控制杆29不能旋转，但可用操作舵把而不通过伺服阀的方法使它沿着旋翼轴线A—A移动。这样，就可使中央控制杆27和控制星形轮26在与毂盘12和桨叶2一同旋转时沿着旋翼轴线A—A作直线运动。于是，星形轮26的控制片25就可通过将它们铰接在一起使能环绕桨距轴线旋转的球接头30驱动桨距杆23，使连接臂18反向旋转而被扭转变形。

从图3和4可更精确地看到本发明所采用的特有的方式，装在固定在桨距杆23一端的肘节销24上的球接头30被接纳在环状盘31的一个椭圆形的孔眼32内，该环状盘31从里边到外边都紧密地配合，并用例如粘结的方法，固紧在控制星形轮26的控制片25内的具有相应形状的孔内，并用肩部31a紧靠在孔边上，该肩部31a是从与椭圆形孔32长轴线两端相应的边上向外伸出的，其上有两个与椭圆孔32长轴线平行的对称平面33。

球接头30被接纳在椭圆孔内时，在短轴线方向上具有间隙Jp，并在长轴线方向上具有间隙Jg。短轴线方向上的间隙Jp基本上与旋翼轴线A—A平行，即在桨叶挥舞和上下运动的方向，该间隙Jp小于长轴线方向上的间隙Jg，而该间隙Jg垂直于短轴线并横越桨叶的轴线X—X，基本上是在桨叶运动的阻力方向上伸展。这个长轴线方向上较大的间隙Jg是由孔眼32的椭圆形状造成的，在该孔眼32短轴线两端的内侧壁上有两个相对而对称并平行于环形盘31的平面33的平面区34。例如，在挥舞方向上的间隙Jp可为0.5mm，而在阻力方向上的间隙Jg为0.5mm＋1.2mm即1.7mm，并且具有碳化钨表面的球接头30可用滑动点接触支承在椭圆形孔32的内侧面的也是由碳化钨制成的平面上。

另外，桨叶根部桨叶柄5的支承面6和7都各以标准的径向间隙装在毂盘的相应的轴承8和9上，例如对中心间距为65mm的轴承8和9采用0.5mm的间隙，这个中心间距大于现有实施例中两个轴承的中心间距，以旋翼轴线A—A为准在径向外部位置上的轴承8具有47mm的直径，而在径向内部位置上的轴承9具有34mm的直径，与现有技术类似实施例的轴承直径相比，本实施例的轴承直径有所减小，轴承8和9中心间距的增加及直径的减小，使得有可能减小桨叶根部4的质量以及吸收挥舞力矩和阻力力矩时在轴承上产生的反作用力值，这样就有可能相应地减小摩擦力矩值，并因此而可减小瞬间控制载荷。但轴承所采用的直径值对于总的空间要求和将桨叶2安装在毂盘12上的程序来说却仍可适合。

采用这样的径向间隙将支承面6和7装在轴承8和9内，可以在挥舞和有阻力的情况下得到标准的合成的角漂移±0.88°，从而使椭圆孔32内的球接头30能够进行漂移，以致球接头30能够支承在椭圆孔32短轴线两端侧的内侧面上，即支承在平面部34上或直接贴近该部，而球接头30却不能支承在椭圆形孔32长轴线两端侧的内侧面上，如同图3中标号为35的部位。由于球接头30装在环形盘31内时具有间隙，因此轴承8和9上的间隙也可使瞬间控制载荷显著减小。

另外，假定在参考截面的中立桨距位置上，球接头30位在孔眼32的中心并与每一个平面区都离开0.25mm的间隙，那么从这初始位置出发，在开始的0.25mm的行程内，为了要越过间隙，任何正的或负的桨距控制，都不会产生冲击，也不需要控制载荷。在此以后，每一次按绝对值增加桨距就相当于使球接头30被环形盘31驱动以致随着控制星形轮26移动，而这个球接头30的移动被肘节销24传递到桨距杆23上，该桨距杆23再驱动桨叶环绕其桨距轴线旋转。因此，初始行程虽然只是沿短轴线(在挥舞方向上)克服间隙或部分间隙而不起作用，在此以后球接头30和环形盘31基本是在平面区34上接触。如果假定驾驶员已经作出了一个正的桨距，现在要减小桨距但仍要使桨距保持为正值，那么尽管控制载荷减小，球接头30和环形盘31仍能继续接触，这是因为有返回力矩在起作用，特别是扭力臂18的扭转返回力矩和桨叶的“返回到中立位置”力矩。在这个接触区内不管桨距如何变化，控制载荷始终维持正值，只有当向负桨距改变时，装置才再一次沿短轴线克服间隙Jp并越过中立桨距周围的无效操作范围而改变接触区34。联系到在挥舞方向上克服间隙的情况，这一现象也许会被直觉地认为是由于桨距控制的不精确所致，但实际上对飞行的准确度并无影响亦无实际的危害，因为这一现象是被管道反扭尾桨所特有的中立点区掩盖起来的，为此当驾驶员从中立浆距向两边中任一边在一狭小的角度范围内变化桨距时，他会感到这样做对旋翼的推力没有产生什么影响。

与此相反，在阻力的方向上，沿着椭圆形孔32的长轴线之所以须有较大的间隙Jg，是因为考虑到在轴承8和9上存在着径向间隙，而在长轴线两端侧的区段35内，球接头30与环形盘31的任何接触都应避免，以免产生能在支承点上增加摩擦载荷的有害的轴承反作用力。另外，就算有可能使球接头30支承在区段35上，那么一个指向另一区段35的瞬间载荷将产生在球接头30上，该载荷将产生一个与所需桨距控制力矩方向相反的力矩，并被控制载荷施加到桨距杆23端头的球接头30上。结果，为了产生同样一个控制力矩，需要发出一个较大的控制载荷以便抵消这样得到的瞬间载荷。这就是为什么在轴承8和9上要有间隙以免使球接头30与椭圆孔32长轴线两端侧的底部发生任何接触的原故，这种接触只有可能在椭圆形孔32的平面区34上存在。

在本例中，当轴承8和9上的间隙处在大约0.45到0.55mm的范围内时，也可得到同样有利的结果，桨叶2的角漂移将可处在大约±0.8°到±0.97°的范围内。

为了进一步减小环绕桨叶轴线的摩擦力矩，桨叶柄5的支承面6和7上可用一个氧化铬的沉积层覆盖并使它在由具有低摩擦系数的塑料例如Torlon(注册商标)制成的轴承8和9内旋转。在能够起到保护作用的氧化铬的硬沉积层上另外还用一层特氟环氧树脂(Teflon Epoxy，注册商标)喷漆覆盖。这样便可得到约为0.15的动力摩擦系数。

在所说的例子中，为了用对控制载荷的反作用力卸除两个轴承8和9的载荷，该控制载荷的反作用力应具有与吸收挥舞力矩而生成的反作用力相反的方向，为此，每一桨叶2的桨距杆23不仅对支承面6而且对支承面7都是悬臂的，该桨距杆23位在径向上内部支承面7的径向内侧并从桨叶2的前缘侧伸出。将浆距杆23定位在前缘侧的后果是控制载荷可与作用在桨叶上的空气动力推力具有同一方向。将悬臂的桨距杆23定位在轴承8和9的之外并处在旋翼中心侧的好处是桨叶柄5的悬臂载荷能够抵消作用在桨叶上的推力所引起的悬臂载荷。结果，不管桨距的数值如何，控制载荷总是趋向卸除轴承8和9的载荷，从而可以减小瞬间控制载荷。

另外，为了减小在通常桨距范围(从悬停飞行形态到最大速度向前飞行的形态)内的静载荷值，扭力臂18的角度设定被固定为8°，这个8°是对桨叶弦平面的法线方向而言，并在0.7^R处(R为旋翼的半径)所取的一个点上，该点相当桨叶2叶展上的一个特定点，在该点上的主桨叶截面3的翼型面是曲面的和扭曲的。由于整个桨距范围是从－25°到＋35°，因此把扭力臂18的角度预设定在0.7R处被固定为比整个桨距范围的中值还要多出3°，目的是要进一步降低成束叠层带在通常桨距范围内的抗扭刚度。这个3°的偏离会使最大抗扭应力略微增加，但不会损害构成扭力臂18的成束叠层带的性能。实际上，每一扭力臂18都是由23片其上可能覆盖有抗磨损层的不锈钢带标准叠合物构成的，钢带的厚度为0.2mm而扭转长度约为85mm，这个数值是从扭力臂18和旋翼毂盘的直径两方面考虑后折衷得出的。

可以看出，这样一个扭力臂18与按照美国专利US—3,594,097号生产的已知的反扭旋翼上的可扭金属带束相比，钢带数的量增加到将近一倍，而每一钢带的厚度只有它的一半。

与返回到中立位置的力矩成正比例的环绕桨距轴线的质量惯性，可用使整个叶片2的惯性在其主桨叶截面3内以及在其桨叶根部4内优化分布和增加配重的办法来使它减小。

翼型的主桨叶截面的惯性的优化分布曾经这样取得过，办法是将桨距轴线设定在弦上从桨叶的前缘开始大约40％的地方。这种设定看来还同时有利于桨叶的对正中心，而对正中心是在尽可能减小桨叶重心与桨距轴线之间的距离以便减小离心力的力矩时所必需的。

另外，曾经采用过OAF型的空气动力型面，其上的曲度和扭转是沿桨叶叶展的长度逐渐变化的，这种型面另外有个优点就是能够给出一个小的下俯提升力矩。

选用OAF型面、设定桨距轴线并使桨叶对正中心会集在一起就可减小环绕桨距轴线的质量惯性，相应地可以减小返回到中立位置的力矩，从而还可减小静控制载荷。另外，在图1和2的例子中，为了进一步减小环绕桨叶轴线的质量惯性，并从而减小静控制载荷，每一扭力臂18不再象美国专利US—4,626,173号所说的那样，直接连结到桨叶2的翼型部3的小梁内，而是用销钉19和间隔件20形成一个浮动保持销再连接到桨叶柄5上，这些间隔件20就形成配重直接装在连结销上。为了优化效率/重量比，这些间隔件20还有销钉19尽可能做得长一些，以便考虑安装和整个空间的要求。这从图1和图2的左半截面可以清楚地看出。

但由销钉19和间隔件20构成的配重的角度位置是并不完善的，因为这些元件基本上与旋翼的轴线A—A平行，而扭力臂18在零扭转时却在将该臂18保持在桨叶柄5内的销钉19与弦平面的法线之间预先设定在8°的角度，同时该角度是在桨叶2的叶展上相应于0.7R的点上设定的，并且该点在计算整个桨叶2的等效质量惯性时被用作基准点。

为了改正这个缺点，可将图5所示的桨叶变型装在图1和2中的旋翼上，如同图2的右半截面所示，该桨叶变型在装上桨叶柄时如图7所示，而该桨叶柄上装有两个按照图6的配重。

图5的桨叶与图1和2中旋翼的桨叶示不同之处只是在于其桨叶根部4的桨叶柄5在其径向上外部贴近外支承面6a的地方有一具有两个平面的部分，而在这两个平面之间，图上未示出的相应的扭力臂的径向上外端用一个图上也未示出的销钉保持着，该销钉穿过桨叶在吸气面和加压面两个相对面之间的横向孔。就其余部分言，可以见到一个径向上的内支承面7a，一个载有带球接头30a的肘节销24a的桨距杆23a向内侧(即向旋翼的中心)悬伸到支承面7a之外并从桨叶的前缘侧伸出，还有一个翼型的主桨叶截面3a，所有这些与桨叶2的相应元件完全相同。在桨叶柄5a的各个点上还制有小孔37，以便在个别平衡桨叶时固定可能需要的重量。这些重量的位置也都会聚在能够增强“配重”效果的地方。

图6所示的配重38具有一个可以配合到孔36内并固定在颈圈40一端的圆柱形轴衬39，而颈圈40则可抵靠在桨叶柄5a的一个相应面上，在配重38的周边上要抵靠到外支承面6a的径向上内面的一侧，在一凹槽的两端具有两个平面41形成定位键以便将配重38装到桨叶柄5a上，如图7所示。配重38的颈圈40不仅与轴衬39而且还与轴衬反对侧的实心舌部42制成一个金属的整体。作为平衡重的舌部42的整体形状似一截锥体的较厚部分，它是弧形的并向轴衬39和颈圈40中心孔的轴线倾斜，该中心孔如同上例一样，是在将配重38装到桨叶柄5a上时用来接纳销钉的。舌部42对定位键41的位置及其对轴衬39轴线的倾斜是这样安排的，当将配重38装在桨叶柄5a上(见图7)而将配重38固紧在吸气面一侧的面上时，舌部42就朝向桨叶的前缘并朝向桨叶吸气面的上边倾斜。反之，当配重38固紧在桨叶加压面一侧的桨叶柄5的面上时，配重38的舌部42就朝向桨叶的后缘并朝向桨叶加压面的下边倾斜，如图7所示。桨叶柄5a最好装上两个配重38，分别装在桨叶柄5a内横向孔36的两端，使两个舌部42环绕一条倾斜的轴线有一个合适的质量惯性的分布，从而可补偿扭力臂18的角度预设定。

图8用截面示出另一个旋翼实例的一部分，其中只有与以前各图比较的主要不同点将在下面说明，并且其中相似的零件将用同一标号加撇以资辨认。

每一桨叶2’的扭力臂18’不再是属于相应桨叶2’的成束叠层带，而是一个星状束中的一个径向臂，该星状束具有与旋翼所有桨叶同样多的径向臂，星状束的中心为平的和环形的，关设置在毂盘12’的两个中心的环形的径向突缘盘之间，因此这个星状束类似美国专利US—3,594,097号中所说的那样。

在图8中另一个不同点在于，带有球接头30’的肘节销24’是用螺纹固紧在控制星形轮26’的相应的控制片25’上的，而与前例中的球接头30完全相同的球接头30’也以必需有的间隙被接纳在与前例中的环形轮31完全相同的环形轮31’的椭圆孔内，然后装在桨距杆23’的孔内，该桨距杆23’也在桨叶柄5’的内侧悬伸着并从桨叶2’的前缘伸出。在本例中，举例说，球接头30’是由钢材制成，并被控制片25’承载，而环形盘31’是由具有低摩擦系数的塑料例如Torlon(注册商标)制成，并被桨距杆23’承载。由于接头30’和肘节销24’的质量大于环形盘31’的质量，将环接头和肘节销如图1和2那样固紧到桨叶的桨距杆上的是能够增大桨叶的旋转质量和质量惯性，并从而增大返回到中立位置的力矩。因此最好采用图8的安装方法，将较重的元件(球接头30’和肘节24’)固紧到分配轮26’上，而将较轻的环形盘31’固紧互桨叶2’上。这样，返回到中立位置的力距进而控制载荷就可减小。但这种安装方法只有当旋翼的桨叶数相当低，例如8个桨叶时才有可能实现，这时在圆周方向上能够有足够的空间来安放那些接纳环形盘31’用的、具有足够大尺寸的桨距杆23’，而当桨距杆旋转时不会有与旋翼的其他零件发生冲突的危险。

这样制出的旋翼与现有技术中类似的实施例相比，仅需约为1/10到1/12的低的静控制载荷和瞬间控制载荷便可加以控制，并且所用的扭力臂的扭转力矩仅仅约为现有旋翼的1/8。

这样就有可能在直升飞机管道反扭旋翼的桨叶的集中桨距控制链中去除提供伺服控制装置和有关液压回路的费用。

Claims (12)

1.一种直升飞机管道反扭装置用的可变桨距多桨叶旋翼，它包括：

一根旋翼轴(14)，它安装得可环绕旋翼(1)的轴线(A—A)旋转，

一个毂盘(12)，它可一同旋转地固定在旋翼轴(14)上，

桨叶(2)，所有桨叶都各通过自已的底脚部连接到毂盘(12)上，该底脚部具有至少一个柔性臂(18)，该柔性臂部分内藏在桨叶根部的桨叶柄(5)内，并可环绕桨叶(2)的纵向桨距改变轴线(X—X)扭转，该桨叶柄具有两个在桨叶(2)轴线(X—X)上隔开一段距离设置的同轴支承面(6、7)，通过该支承面桨叶柄(5)被安装在毂盘(12)的两个轴承(8、9)内而可环绕桨叶(2)的轴线(X—X)旋转，桨叶柄(5)还有一个偏离桨叶(2)轴线(X—X)中心的桨距杆(23)，以及

一个分配轮(26)，它用来集中控制桨叶(2)的桨距，该分配轮(26)可与毂盘(12)一同被驱动旋转并能通过一根控制杆(27)沿着旋翼(1)的轴线(A—A)作直线移动，该分配轮(26)对每一个桨叶(2)都设有一个桨距控制片(25)，该控制片基本上沿着旋翼(1)的轴线(A—A)伸展并用一带有球接头(30)的肘节销(24)铰接到相应桨叶(2)的桨距杆(23)上，因此分配轮(26)对毂盘(12)的任何轴向位移，都可通过控制片(25)在桨距杆(23)上的作用，转变为桨叶(2)环绕其桨距轴线(X—X)的旋转，

其特征在于：

球接头(30)是由桨距杆(23)和控制片(25)两个元件中的一个载有的，并配合在由两个元件中另一个所载有的环形轮(31)的椭圆孔(32)内，配合时沿椭圆孔(32)的长轴线和短轴线都留有间隙，沿短轴线的间隙小于沿长轴线的间隙，前者基本上与旋翼(1)的轴线(A—A)平行，而后者则垂直于短轴线并横越桨叶(2)的轴线，并且桨叶柄(5)的每个支承面(6、7)各自留有间隙地装在毂盘(12)的相应轴承(8、9)内，使得球接头(30)支承在椭圆孔(32)短轴线两端侧的内侧面上，而不会使球接头(30)支承在椭圆孔(32)长轴线两端侧的内侧面上。

2.按照权利要求1的旋翼，其特征在于，

对每一桨叶(2)，球接头(30)都是以滑动点接触支承在相应椭圆孔内侧面的平面上。

3.按照权利要求1或2的旋翼，其特征在于，

具有两个平行于其长轴线且对称于其中心的相对平面(34)的椭圆孔(32)是在一个环形盘(31)内形成的，该环形盘(31)被插入并固紧在承载它的元件的孔内并用肩部(31a)保持在所说孔的边缘上，而且在该肩部(31a)上形成两个平行于椭圆孔(32)长轴线的平面(33)。

4.按照权利要求1至3中任一项的旋翼，其特征在于，

对每一桨叶(2)，在桨叶柄(5)上承载着的桨距杆(23)应设在径向上两个支承面(6、7)的之外朝向旋翼(1)轴线(A—A)的一侧并向桨叶(2)的前缘伸出。

5.按照权利要求1至3中任一项的旋翼，其特征在于，

对每一桨叶(2)，在桨叶柄(5)上承载着的桨距杆(23)应设在径向上外部位置的支承面(6)之外离开旋翼(1)轴线(A—A)的外侧且靠近的位置上，并向桨叶的后缘伸出。

6.按照权利要求1至3中任一项的旋翼，其特征在于，

对每一桨叶(2)，在桨叶柄(5)上承载着的桨距杆(23)应设在其两个支承面(6、7)之间并比另一个支承面(6)更靠近以旋翼(1)轴线(A—A)为准的径向内支承面(7)，且向桨叶(2)的前缘伸出。

7.按照权利要求1至3中任一项的旋翼，其特征在于，

对每一桨叶(2)，在桨叶柄(5)上承载着的桨距(23)应设在其两个支承面(6、7)之间并比另一个支承面(7)更靠近以旋翼(1)轴线(A—A)为准的径向外支承面(6)，且向桨叶(2)的后缘伸出。

8.按照权利要求1至7中任一项的旋翼，其特征在于，

每一可扭转的柔性臂(18)都被连结到相应的桨叶(2)上，其时该柔性臂(18)在以旋翼(1)轴线(A—A)为准的径向外端侧被至少一个固紧销(19)夹持在桨叶柄(5)内，该固紧销(19)能以基本上平行于旋翼(1)轴线(A—A)的方向对桨叶柄(5)浮动，并且其本身也是沿着基本上平行于旋翼(1)轴线(A—A)的方向伸展，以便给出配重效果。

9.按照权利要求1至8中任一项的旋翼，其特征在于，

每一可扭转的柔性臂(18)都被连结到相应的桨叶(2)上，其时该柔性臂(18)在以旋翼(1)轴线(A—A)为准的径向上外端侧被至少一个固紧销(19)夹持在桨叶柄(5)内，该固紧销(19)能以基本上平行于旋翼(1)轴线(A—A)的方向对桨叶柄(5)浮动，并且其本身也是沿着基本上平行于旋翼(1)轴线(A—A)的方向伸展，它能同时将至少一个配重(20)固紧到桨叶柄(5)上。

10.按照权利要求9的旋翼，其特征在于，

至少有一个配重(38)具有一个可配合到桨叶柄(5’)的横向孔(36)内并固定到一个颈圈(40)上的轴衬(39)，该颈圈(40)支承在桨叶柄(5’)的一个侧面上并具有至少一个定位键(41)以便定位在桨叶柄(5’)上，该颈圈(40)在轴衬(39)的反对侧还具有一个平衡重(42)，根据配重(38)是固紧在浆叶的吸气面侧还是加压面侧，该平衡重(42)基本上朝向桨叶(2)的前缘并朝向吸气面的上边倾斜或朝向桨叶(2)的后缘并朝向加压面的下边倾斜。

11.按照权利要求1至10中任一项的旋翼，其特征在于，

对每一桨叶(2)，桨距杆(23)所载有的相应的球接头(30)和在控制片(25)内承载的相应的环形盘(31)均由碳化钨或类似的材料制成。

12.按照权利要求1至10中任一项的旋翼，其特征在于，

对每一桨叶(2’)，控制片(25’)所载有的相应的球接头(30’)是由钢材制成，而桨距杆(23’)所承载的相应的环形盘(31’)是由具有低摩擦系数的塑料例如Torlon制成。

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