CN114450222A - 用于能够悬停的飞行器的旋翼 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于飞行器(1)的旋翼(3，3’)，其具有主轴(50)、用于减弱来自主轴(50)的振动在与第一轴线(A)正交的平面中的传递的衰减装置(7，7’)以及插在主轴(50)与衰减装置(7，7’)之间的传动装置(15)；衰减装置(7；7’)包括具有能以第一和第二转速((N‑1)*Ω；(N+1)*Ω)围绕第一轴线(A)旋转的第一和第二质量体(10，11)的第一和第二质量单元(8，9)、能进行操作以使第一和第二质量体(10，11)中的至少一个进行额外的旋转的两个控制单元(40)以及承载第一和第二质量体(10，11)的第一和第二支撑组件(41，42)；每个控制单元(40)控制第一和第二质量体(10，11)之间的角度并包括与第一支撑组件(41，42)形成为一体的一组驱动轮齿(55，55’)、具有与驱动轮齿(55，55’)啮合的一组控制轮齿(57)的嵌齿轮(56)以及使嵌齿轮(56)围绕第二轴线(F)旋转且使第一质量体(10，11)围绕第一轴线(A)旋转的致动器(58)。

Description

用于能够悬停的飞行器的旋翼

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2019年7月19日提交的欧洲专利申请第19187420.5号的优先权，其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能够悬停的飞行器的旋翼，特别是一种用于直升机的旋翼。

背景技术

已知直升机基本上包括机身、定位在机身顶部并可围绕其自身的轴线旋转的主旋翼以及位于机身末端的尾旋翼。

更详细地说，旋翼又基本上包括：桨毂，其可围绕上述轴线旋转并配备有径向紧固到上述桨毂上并从其上突出的多片桨叶；以及主轴，其可与驱动构件连接并操作性地与桨毂连接以驱动其进行旋转。

在使用中，旋翼的运行会产生高频和低频振动。更具体而言，低频振动由与桨叶和桨毂中心分离的下洗流产生。这种分离发生在桨毂中心处，并影响尾部和尾旋翼的所有垂直和水平的气动表面。

在使用中，桨叶的高角速度旋转会产生另外的高频振动，这些振动被传递到主轴并因此传递到机身，从而降低机身内乘员的舒适度。

更具体而言，振动载荷轴向地且与主轴的旋转轴线正交地作用于桨毂和主轴二者上。

在行业内已知的是，在旋转参考系中，因此与旋翼、桨毂和主轴一体地，作用在旋翼平面中的振动载荷的角频率等于(N+1)*Ω、(N-1)*Ω及它们的倍数，其中Ω为主轴的转速并且N代表旋翼的桨叶数量。还已知的是，在从旋转系统传递到机身的固定系统时，作用在旋翼平面中的振动载荷会发生频移并且在固定系统上具有等于N*Ω及其关联的倍数的角频率。

根据前述内容，行业内明显感觉到需要对具有与主轴的转速和旋翼的桨叶数量的乘积相等的上述角频率的振动从主轴到机身的传递进行限制。

为此，已知被动衰减装置和主动衰减装置。

被动衰减装置基本上包括弹性地悬挂在主轴或桨毂上的质量体。这些悬挂的质量体的振动能够使主轴和桨毂上的振动至少部分消散。

尽管它们易于构建和安装并且不需要旋翼外部的能源，但是被动衰减装置在它们能提供的性能方面具有最大的限制。

主动衰减装置从根本上是致动器，其在桨毂或主轴上施加用于抵消振动向机身的传递的衰减力。

这些主动衰减装置的例子在申请人名下的专利申请EP-A-3421358中示出。

该专利申请示出了使用衰减装置来减弱振动(例如弯曲振动)的传递，即，在与主轴轴线正交的平面中的传递。

更详细地说，衰减装置包括：

–第一质量单元和第二质量单元，它们各自具有可围绕主轴轴线偏心地旋转的一对质量体；以及

-两个控制单元，它们与相应的质量单元关联并适于调整关联的质量体所限定的角度。

通过传动装置使质量体与主轴的旋转耦合，使得第一质量单元的质量体在与主轴相同的旋转方向上相对于固定系统以等于N*Ω的转速围绕主轴偏心地旋转，并且第二质量单元的质量体在与主轴相反的旋转方向上相对于固定系统以等于N*Ω的转速旋转。

这样，质量体相对于主轴的轴线产生相应的径向离心力。

对于第一质量单元，离心力在与主轴轴线正交的平面中的分量相对于旋翼以等于(N-1)*Ω的角频率正弦变化。

相反，对于第二质量单元，第二离心力在上述平面中的分量相对于旋翼以等于(N+1)*Ω的角频率正弦变化。

由第一质量单元的质量体产生的离心力的矢量和对应于第一衰减合力。

由第二质量单元的质量体产生的离心力的矢量和对应于第二衰减合力。

每个控制单元可进行操作以选择性地调整相应的第一或第二质量单元的相应的质量体相对于固定方向在(多个)位置之间的角度，从而调整相应的第一衰减合力和第二衰减合力相对于固定方向的大小和相位。

对于关联的第一或第二质量单元的每个质量体，每个控制单元还包括：

-电动马达；

-蜗杆，其操作性地与相应的电动马达耦合并且可围绕相应的轴线旋转；以及

-嵌齿轮，其与蜗杆耦合并且操作性地与相应的质量体连接。

每个电动马达的操作通过关联的蜗杆和嵌齿轮之间的耦合使第一质量单元和第二质量单元的质量体相对于传动装置进行额外的旋转。

这样，能够调整第一合力和第二合力相对于固定方向的大小和相位。

由于蜗杆与关联的嵌齿轮之间存在高减速比，因此蜗杆与关联的嵌齿轮之间的耦合要求电动马达迅速产生高扭矩值。

此外，由于蜗杆与关联的嵌齿轮之间的耦合的不可逆性，因此已知类型的衰减装置仅能够使质量体在一个方向上进行额外的旋转。

结果，已知类型的衰减装置可以在产生第一衰减合力和第二衰减合力的灵活性和响应性方面进行改进，特别是在要被减弱的振动的大小和方向快速改变的情况下。

在电动马达发生故障的情况下，蜗杆与嵌齿轮之间的耦合的不可逆性也会导致衰减装置锁定。

此外，在上述专利申请EP-A-3421358中描述的衰减装置具有显著的轴向体积。

因此，行业内意识到需要尽可能精确且快速地减弱向机身传递的振动。

行业内还意识到需要减弱旋翼平面中的振动、保持上述主动衰减装置的有效性并尽可能减少重量、体积和总成本。

最后，行业内意识到需要尽可能地限制在与主轴的旋转轴线正交的平面中作用在传动装置上的应力，特别是作用在传动装置的轴、齿轮和轴承上的应力。

GB1120193、US2014/360840、WO2015031768和WO2015031768描述了使用可相对于主轴的旋转轴线偏心地旋转的质量体的离心力的作用的已知类型的衰减装置。

US-B-9452828公开了一种用于飞行器的减振器，其具有安装在飞行器的旋翼桨毂的旋转系统中的至少一个配重。每个配重都可围绕桨毂的旋转轴线相对于桨毂和其他每个配重进行旋转。设置有用于使每个配重以选定的速度围绕旋转轴线旋转以产生振荡剪切力的驱动装置，该振荡剪切力对抗并减弱具有选定频率的旋翼产生的振动。垂直定向的减振器被构造为对抗并减弱垂直旋翼产生的振荡力，否则该振荡力就会垂直地沿着旋翼主轴行进并进入构架。减振器具有围绕单独的轴线彼此偏移地旋转的配重。

发明内容

本发明的目的是生产一种用于能够悬停的飞行器的旋翼，其能够以简单且廉价的方式满足上面指出的至少一种需求。

本发明在涉及权利要求1所限定的用于能够悬停的飞行器的旋翼的方面实现了上述目的。

附图说明

为了更好地理解本发明，在下文中仅通过非限制性举例的方式并参照附图描述两个优选实施方式，在附图中：

-图1是包括根据本发明的旋翼的直升机的侧视图，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图2在沿着图1的线II-II截取的剖面中示出了结合在图1的旋翼中的衰减装置的第一实施方式，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图3以局部剖视图示出了图2的衰减装置的一些细节，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图4以局部剖视图示出了图2的衰减装置的第二实施方式的一些细节，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图5以局部剖视图示出了图4的衰减装置的一些细节，其中为清楚起见去除了一些部分；并且

-图6示出了图2至图5的衰减装置的一些部件的示意图。

具体实施方式

参照图1，附图标记1表示能够悬停的飞行器，特别是直升机。

直升机1又包括：

-机身2；

-主旋翼3，其定位在机身2的顶部并可围绕轴线A旋转；以及

-尾旋翼(未被示出并且本身是已知的)，其设置在机身2的一个端部处并可围绕其自身的与轴线A横切的轴线旋转。

更详细地，旋翼3包括具有轴线A的中空的桨毂4，其以悬臂方式承载相对于轴线A径向延伸的多片桨叶5。

旋翼3还包括主轴50(图2)，其能相对于与机身2形成为一体的参考系以角速度Ω围绕轴线A旋转。主轴50与桨毂4在角度上以一体的方式耦合并以未被示出的方式与直升机1的驱动单元(例如，涡轮机)连接。特别地，桨毂4通过主轴50驱动为围绕轴线A旋转。

在所示的例子中，主轴50被部分地容纳在桨毂4内。

优选地，主轴50是中空的。

特别参照图1，旋翼3还包括适于根据预定的路径引导由旋翼3的旋转产生的气流的气流输送器6，其被成形为对上述气流与设置在和桨毂4相对的端部上的桨叶5的叶梢分离所产生的振动进行限制。

特别地，气流输送器6是环形的、围绕轴线A延伸并且相对于机身2设置在桨毂4的相对一侧上。

优选地，气流输送器6具有“帽状”的形状，并通过在轴向上彼此面对的一对表面界定。

优选地，气流输送器6的壁被成形为使得它们的轴向距离从轴线A开始在径向方向上逐渐减小。

旋翼3还包括振动衰减装置7，其被构造为减弱振动向主轴的传递，尤其是在与轴线A正交的平面中的传递。换言之，振动衰减装置7被构造为减弱在旋翼盘的平面中向机身2传递的振动的传递。

衰减装置7包括质量单元8和质量单元9，它们可分别以第一角速度和第二角速度围绕轴线A旋转。

质量单元8和9间接地与主轴50耦合。

质量单元8和9各自包括相对于轴线A偏心地设置并且可围绕轴线A偏心地旋转的相应的质量体10和相应的质量体11。

质量单元8的质量体10、11与桨毂4和主轴50耦合，从而能在与主轴围绕轴线A的旋转相同的方向上相对于主轴50以等于(N-1)*Ω的角速度相对于主轴50围绕轴线A旋转，其中N是桨叶5的数量并且Ω是主轴50的角转速。

在本说明书中，术语角频率是指频率乘以2π。

以类似的方式，质量单元9的质量体10、11与桨毂4和主轴50耦合，从而能在与主轴50围绕轴线A的旋转相反的方向上相对于主轴50以等于(N+1)*Ω的角速度相对于主轴50围绕轴线A旋转。

在没有明确指出的情况下，在本说明书的下文中，应理解角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω是在与主轴50形成为一体的参考系中考虑的。

由于它们围绕轴线A旋转，因此质量单元8、9各自的质量体10、11产生相对于轴线A指向径向并且位于与轴线A正交的平面上的相应的离心力。

这些离心力中的每一个在与轴线A正交的上述平面中具有相应的分量，它们具有正弦轨迹，角频率对应于相应的质量体10、11围绕轴线A的角速度(N-1)*Ω、(N+1)*Ω。

质量单元8的质量体10、11产生的离心力的矢量和对应于第一衰减合力。该第一合力在与轴线A正交的平面中的分量具有角频率(N-1)*Ω。

这样，考虑到从旋翼3的旋转系统到机身2的固定系统的传递，第一衰减合力的上述分量是相对于与机身2形成为一体的参考系具有N*Ω的角频率的正弦曲线。

质量单元9的质量体10、11产生的离心力的矢量和对应于第二衰减合力。该第二合力在与轴线A正交的平面中的分量具有角频率(N+1)*Ω。

这样，考虑到从旋翼3的旋转系统到机身2的固定系统的传递，第二衰减合力的上述分量是相对于与机身2形成为一体的参考系具有N*Ω的角频率的正弦曲线。

特别地，这些第一衰减合力和第二衰减合力的大小取决于相应的质量体10、11的重量、质量体10、11限定的角度以及围绕轴线A的相应的转速。

事实上，例如，当质量体10、11之间的角度最小时，第一(第二)衰减合力的大小最大。相反，当该角度为180度时，第一(第二)衰减合力的大小为零。

换言之，通过改变每个质量单元8(9)的质量体10、11之间的相对角度，可以调整第一(第二)合力的大小。

通过一体地改变每个质量单元8(9)的质量体10和11相对于固定方向的位置，可以替代地调整与轴线A正交的平面中的在第一(第二)合力与固定方向之间限定的相位角。

在本说明书的下文中，术语“质量体10和11之间的角度”是指在轴线A的径向上的将轴线A与相应的质量体10、11的重心相连接的线段之间的角距离。

在所示的例子中，质量单元8和9各自的质量体10、11彼此相同并且设置在距轴线A相同的距离处。

在所示的例子中，质量单元8的质量体10和11与单元9的质量体10和11相同。

结果，质量单元8(9)的质量体10、11产生的离心力在大小上彼此相等。

特别参照图2，旋翼3还包括传动单元15，其被构造为将主轴50围绕轴线A的旋转转移到衰减装置7。特别地，传动单元15在功能上插在主轴50与质量单元8和9之间，并被构造为驱动相应的质量体10和11分别相对于主轴50以(N-1)*Ω和(N+1)*Ω的角速度在彼此相反的相应的旋转方向上围绕轴线A偏心地旋转。

特别地，传动单元15在功能上与主轴50和质量单元8、9的质量体10、11连接。

质量单元8与质量单元9轴向隔开。特别地，质量单元8定位在质量单元9上方，或者更确切地说质量单元9插在质量单元8与传动单元15和/或桨毂4之间。

此外，衰减装置7包括壳体12，其中容纳质量单元8和9以及传动单元15的一部分。

优选地，壳体12插在桨毂4与气流输送器6之间。特别地，气流输送器6至少部分地覆盖壳体12。

更详细地，传动单元15包括(图2)：

-辅助轴16，其成角度地与质量单元8连接、特别是与相应的质量体10和11连接，并且可围绕轴线A旋转；

-辅助轴17，其成角度地与质量单元9连接、特别是与相应的质量体10和11连接，并且可围绕轴线A旋转；以及

-转换单元18，其在功能上与主轴50以及辅助轴16和17耦合，并且被构造为接收来自可旋转的主轴50的角速度为Ω的运动并将该运动转移到辅助轴16和17。

这样，辅助轴16和辅助轴17分别在与主轴50的旋转方向相同的方向上以转速(N-1)*Ω以及在与主轴50的旋转方向相反的方向上以转速(N+1)*Ω围绕轴线A旋转。

更具体而言，转换单元18包括在功能上插在主轴50与辅助轴16之间的第一行星齿轮系，以及在功能上插在主轴50与辅助轴17之间的第二行星齿轮系。

特别地，第一行星齿轮系和第二行星齿轮系也操作性地与主轴50耦合。

在所示的例子中，将进一步更详细描述的是，第二行星齿轮系包括第一行星齿轮系的一些部分。这样，可以获得传动单元15、特别是紧凑的转换单元18。

优选地并且特别参照图2，转换单元18包括：

-管状外壳21，其具有相对于轴线A位于径向内部的轮齿22；

-太阳齿轮23，其可围绕轴线A旋转、具有相对于轴线A位于径向外部的轮齿24并且与辅助轴16成角度地形成为一体；以及

-多个行星齿轮25(图2中仅示出了其中一个)，它们可围绕相应的旋转轴线B旋转并且各自具有相对于相应的轴线B位于径向外部的相应的第一轮齿26。

在所示的例子中，轴线B平行于且偏离轴线A。

特别地，每个第一轮齿26与轮齿22和轮齿24啮合。

特别地，行星齿轮25操作性地且间接地与主轴50耦合，以被驱动为围绕轴线A进行旋转。此外，由于相应的轮齿26和轮齿22之间的相互作用，行星齿轮25围绕相应的轴线B旋转。该旋转然后通过轮齿26和轮齿24之间的啮合而被转移到辅助轴16。

特别地，第一行星齿轮系包括外壳21、太阳齿轮23和行星齿轮25以及内轮齿22、轮齿24和轮齿26。

优选地并且特别参照图2，转换单元18还包括：

-太阳齿轮28，其可围绕轴线A旋转、具有相对于轴线A位于径向外部的轮齿29并且与辅助轴17成角度地形成为一体；以及

-多个行星齿轮30(图2中仅示出了其中一个)，它们可围绕相应的旋转轴线C(平行于轴线A)旋转，并且各自具有相对于相应的轴线C位于径向外部的相应的第一轮齿31和相应的第二轮齿32。

特别地，每个行星齿轮25还包括相对于相应的轴线B位于径向外部的第二轮齿33。

特别地，每组第一轮齿31与相应的至少一组第二轮齿33啮合，并且每组第二轮齿32与轮齿29啮合。由于这种构造，每个行星齿轮30通过相应的行星齿轮25的旋转而被驱动为进行旋转，行星齿轮25又可相对于外壳21旋转。

在所示的例子中，轴线C平行于且偏离轴线A。

特别地，第二行星齿轮系包括外壳21、行星齿轮25的至少一部分、行星齿轮30和太阳齿轮28、内轮齿22以及轮齿26、31、32和33。

轮齿22、24、26、31、32和33的尺寸被设置为使辅助轴17获得转速(N+1)*Ω并使辅助轴16获得转速(N-1)*Ω。

传动单元15、特别是转换单元18还包括行星齿轮架，其用于以可围绕相应的轴线B和C旋转的方式支撑行星齿轮25和30。特别地，行星齿轮架可围绕轴线A旋转并与主轴50成角度地形成为一体。特别地，由于行星齿轮架与主轴50的连接，当主轴50围绕轴线A旋转时，实现了行星齿轮架围绕轴线A的旋转。

优选地，行星齿轮架包括与轴线A、B、C正交的支撑基部34以及与相应的轴线B和C平行的多个旋转轴35。旋转轴35固定到支撑基部34上并以悬臂方式从其上突出。

优选地，支撑基部34操作性地与主轴50连接，从而使其在使用中可以被驱动为围绕轴线A进行旋转。

优选地，外壳21固定在壳体12上。

特别参照图2和图3，衰减装置7还包括两个控制单元40，其中一个操作性地与质量单元8连接，而另一个操作性地与质量单元9连接。

更具体而言，可以操作每个控制单元40以使相应的质量单元8、9的质量体10、11相对于对应的辅助轴16、17围绕轴线A进行额外的旋转。

这种旋转能够在质量单元8、9以相应的第一角速度和第二角速度((N-1)*Ω和(N+1)*Ω)围绕轴线A旋转的同时选择性地调整相应的质量单元8、9的质量体10、11之间的角度以及质量体10、11相对于与相应的辅助轴16、17一体地旋转的固定方向的位置。

这样，每个控制单元40能够选择性地控制由关联的质量单元8、9产生的相应的第一或第二衰减合力的大小和相应的相位。因此，能够利用分别具有期望的大小和方向的第一衰减合力和第二衰减合力来减弱源自桨叶5并从主轴50向机身传递的振动。

质量单元8和9各自包括承载相应的质量体10的相应的支撑组件41以及承载相应的质量体11的相应的支撑组件42(图2和图3)。

更详细地，支撑组件41和42各自与传动单元15耦合，从而被驱动为以相应的第一角速度(N-1)*Ω和第二角速度(N+1)*Ω围绕轴线A进行旋转。

特别地，支撑组件41、42各自也可由相应的控制单元40选择性地操作为相对于相应的辅助轴16、17进行额外的旋转，并因此选择性地调整相应的质量单元8、9的质量体10、11之间的角度以及上述质量体10、11相对于固定方向的位置。

支撑组件41和42各自还包括(图3)：

-相应的环形支架44；以及

-臂43，其以悬臂方式从轴线A径向突出并承载相应的质量体10和11。

在所示的例子中，支撑组件41和42各自与相应的辅助轴16或17同轴地延伸，并因此与轴线A同轴地延伸。

特别地，每个环形支架44可围绕相应的辅助轴16或17旋转并与相应的控制单元40耦合，从而能够调整相应的质量体10和11之间的相对角度。

质量单元8和9各自还包括相应的基部支架45，其能围绕轴线A旋转并操作性地与传动单元15连接，以被驱动为分别以第一转速(N-1)*Ω和第二转速(N+1)*Ω围绕轴线A进行旋转。特别地，质量单元8和9的基部支架45与相应的辅助轴16或17形成为一体且相连接。

支撑组件41和42各自以可旋转的方式与相应的支撑基部45连接。

这样，运动从相应的辅助轴16和17分别被转移到相应的支撑组件41和42以及相应的质量体10和11。

特别地，支撑组件41和42各自在平行于轴线A的方向上在轴向上设置在基部支架45的第一侧上。

优选地，每个基部支架45被制成圆板的形式。

质量体10和11各自还包括能围绕相应的旋转轴线E旋转的相应的轮46。

优选地，质量体10和11各自以可相对于轴线A径向移动的方式与相应的支撑组件41或42、特别是相应的臂43耦合。这样，质量体10、11各自通过离心力压紧在壳体12的径向内壁上。

由于这种接触以及质量体10和11围绕轴线A的旋转，每个轮46围绕相应的轴线E旋转。

此外，由于轮46与壳体12的内壁之间的这种接触，由于主轴50相对于壳体12的支撑系统，相应的离心力以有效的方式被传递到主轴50。

替代地，质量体10和11各自可以包括可围绕相应的旋转轴线E旋转的一个以上的轮46。

质量单元8和9各自的质量体10和相应的质量体11位于与轴线A正交的同一平面上。结果，轮46的尺寸限定了相应的质量体10和11之间的使质量体10、11彼此接触的最小角度。

质量单元8、9的质量体10、11各自还包括耦合元件47，其承载相应的轮46并且与相应的臂43耦合。

质量体10、11各自还包括平行于轴线A的销48，其将相应的轮46以可旋转的方式与相应的耦合元件47耦合并限定相应的轴线E。

特别地，相应的轮46可围绕相应的销48、围绕关联的轴线E旋转。

每个销48以可径向移动的方式与相应的耦合元件47耦合，以使相应的轮46能够径向移动。

特别地，每个耦合元件47包括彼此平行的两个径向延伸的引导槽49，其中容纳相应的销48的相应的端部。特别地，每个端部可在离心力的作用下在相应的引导槽49中滑动，以实现相应的销48的径向移动，从而实现相应的轮46的径向移动。

替代地或附加地，每个耦合元件47以可径向移动的方式与相应的臂43耦合。

有利地，每个控制单元40包括(图3)：

-两组驱动轮齿55，其中一组与相应的支撑组件41形成为一体，另一组与相应的支撑组件42形成为一体；

-两个嵌齿轮56，它们各自具有与相应的一组驱动轮齿55啮合的相应的控制轮齿57并且可围绕它们自身的轴线F旋转，轴线F平行于轴线A并且相对于轴线A错开；以及

-两个致动器58、特别是两个电动马达，它们各自与相应的嵌齿轮56连接，并可进行操作以使相应的嵌齿轮56围绕相应的轴线F进行旋转以及使相应的支撑组件41或42围绕轴线A进行旋转。

特别地，每个驱动轮齿55和每组控制轮齿57由自润滑材料和/或聚合物材料制成。

每个控制单元40还包括两个环形元件59，其中一个与相应的支撑组件41连接，另一个与相应的支撑组件42连接。特别地，每个环形元件59在其圆周边缘上带有相应的驱动轮齿55。

优选地，每个环形元件59和相应的驱动轮齿55被制成单件和/或由相同的材料制成。

根据图3所示的实施方式，每个环形元件59被紧固到相应的环形支架44上。特别地，每个环形元件59至少插在相应的环形支架44与相应的基部支架45之间。

优选地，与相应的支撑组件41连接的每个环形元件59插在支撑基部34和与相应的支撑组件42连接的相应的环形元件59之间。

根据图3所示的实施方式，每组驱动轮齿55相对于轴线A设置在径向外部。

此外，每组驱动轮齿55相对于相应的嵌齿轮56关于轴线A设置在径向内部。

此外，驱动轮齿55的组在轴向上彼此重叠并且设置在距轴线A相同的径向距离处。

每个致动器58还包括可围绕轴线A旋转的输出轴60，相应的嵌齿轮56装配在其上。

每个致动器58被构造为使相应的嵌齿轮56和相应的输出轴60选择性地在两个可能的方向上旋转。

每个致动器58还被紧固到相应的基部支架45上，特别是位于相应的基部支架45的在平行于轴线A的方向上与相应的第一侧相对的第二侧上。

优选地，质量体10、11沿着轴线A在轴向上插在质量单元8的致动器58与质量单元9的致动器58之间(图2)。

此外，质量单元8、9的致动器58在径向上插在质量体10、11之间。

这样，可以减小壳体12的轴向尺寸。

旋翼3还包括第一滑环和第二滑环(未被示出)，以将机身2承载的电源与相应的致动器58电连接。

旋翼3还包括(图6)：

-多个传感器100，它们被构造为产生与机身2在与轴线A正交的平面中的加速状态关联的多个信号；以及

-控制单元101，其被构造为基于上述传感器产生的信号产生用于控制单元40的致动器58的控制信号。

在使用中，主轴50驱动桨毂4和桨叶5围绕轴线A进行旋转。

更具体而言，主轴50在与机身2形成为一体的参考系中以角速度Ω围绕轴线A旋转。

桨毂4和桨叶5的旋转产生振动，该振动倾向于被传递到主轴50并从那里传递到机身2。

对于机身2的固定系统，这些振动主要具有等于N*Ω的角频率，其中N是桨叶5的数量，Ω是主轴50的角转速。

为了减少这些振动，主轴50通过传动单元15驱动相应的质量单元8和9的质量体10和11以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω在与主轴50的旋转方向相同和相反的相应的方向上围绕轴线A偏心地旋转。

质量单元8、9的质量体10和11的这些旋转产生了作用在主轴50上的相应的离心力。

更具体而言，质量单元8(9)的质量体10和11产生的离心力在与轴线A正交的平面中具有分量，这些分量具有正弦轨迹并在与主轴50形成为一体的参考系中具有等于(N-1)*Ω、(N+1)*Ω的相应的角频率。

质量单元8的质量体10和11产生的第一(第二)衰减合力等于第一(第二)离心力的矢量和。

第一衰减合力和第二衰减合力减弱了在与轴线A正交的平面中向机身2的振动传递。

此外，这些第一和第二衰减合力在与机身2形成为一体的参考系中具有等于N*Ω的角频率，即希望减弱的干扰振动力的角频率。

此外，这些第一和第二衰减合力的大小取决于相应的质量单元8和9的相应的质量体10和11之间的角度。例如，当在关联的质量体10和11之间限定的角度最小时，第一和第二衰减合力的大小最大。

相反，当关联的质量体10和11之间的角度为180度时，这些第一和第二衰减合力的大小最小并且等于零。

相反地，第一衰减合力和第二衰减合力相对于固定方向的相位取决于质量体10和11相对于固定方向的角位置。

重要的是要注意，在控制单元40、特别是致动器58被启动时以及它们被停用时，质量体10和11都在主轴50上施加相应的第一合力和第二合力并以相应的角速度(N-1)*Ω、(N+1)*Ω旋转。

然而，控制单元40、特别是致动器58的选择性启动能够改变主轴50上的第一合力和第二合力的大小和相位，从而调整第一衰减合力和第二衰减合力的大小和相位。

下文从控制单元40、特别是致动器58被停用的状态开始描述旋翼3的功能。

在这种情况下，相应的质量体10和11之间的相对角度是固定的。

主轴50驱动传动单元15的上述辅助轴16和17围绕轴线A进行旋转。

第一行星齿轮系和第二行星齿轮系被构造为使得上述辅助轴16和17在与主轴50形成为一体的参考系中以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω围绕轴线A旋转。

特别地，主轴50和第一辅助轴16在相同的方向上旋转，并且第二辅助轴17在与主轴50和辅助轴16相反的方向上旋转。

第一辅助轴16和第二辅助轴17分别驱动质量单元8和9、特别是相应的质量体10和11以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω围绕轴线A进行旋转。

另外，在围绕轴线A旋转期间，质量体10和11被离心力压紧在壳体12的内壁上，从而将第一衰减合力和第二衰减合力转移到主轴50。

在控制单元40被停用的情况下，致动器58被停用，因此相应的支撑组件41和42不改变限定在它们之间的相应的角度。另外，支撑组件41和42不改变相对于与关联的辅助轴16、17一体地旋转的固定方向的相应的角位置。

结果，在上述情况下，支撑组件41和42虽然是以角度可相对于相应的第一辅助轴16和第二辅助轴17移动的方式安装的但通过相应的辅助轴16、17驱动为以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω进行旋转。

因此，支撑组件41和42的旋转使关联的质量体10和11以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω围绕轴线A偏心地旋转。

下文参照控制单元40、特别是致动器58启动的状态来描述旋翼3的功能。

参照图6，控制单元101从传感器100接收与主轴50的加速状态关联的信号，并且在检测到需要改变第一衰减合力和第二衰减合力的相位和幅度的情况下产生用于控制单元40的致动器58的控制信号。

一个或多个致动器58的启动使相应的支撑组件41和42围绕轴线A进行旋转以对质量体10和11进行定位，使得它们在彼此之间限定期望的相应的角度并且相对于与关联的辅助轴16或17一体地旋转的固定方向位于期望的角位置中。

更具体地并且参照质量单元8(9)，一个致动器58的操作使相应的输出轴60和嵌齿轮56围绕关联的轴线F进行旋转。

关联的嵌齿轮56的旋转通过相应的控制轮齿57和驱动轮齿55的啮合使关联的支撑组件41(42)围绕轴线A额外旋转预定角度。

结果，质量体10(11)也相对于另一个质量体11(10)以及辅助轴16和17围绕轴线A额外旋转预定角度。

质量单元8(9)的质量体10、11之间的关联的角度因此被改变，并且第一(第二)衰减合力的幅度因此被调整。

质量单元8(9)的质量体10、11相对于固定方向的位置也一体地被改变，因此第一(第二)衰减合力的相位相对于该固定方向被改变。

特别参照图4，附图标记7’表示根据本发明的第二实施方式的用于旋翼3’的衰减装置(仅部分地示出)。

衰减装置7’与衰减装置7类似，在下文中将仅就其与后者的区别进行描述；在可能的情况下，衰减装置7和7’的相同或等效的部分将用相同的附图标记表示。

特别地，每个衰减装置7’与衰减装置7的不同之处在于每个控制单元40的驱动轮齿55’在径向和轴向上彼此间隔开。特别地，相应的一组驱动轮齿55’相对于轴线A设置在径向内部并且另一组设置在径向外部。

此外，每个控制单元40的一个环形元件59’的内径大于另一个环形元件59’的外径。特别地，具有较大内径的相应的环形元件59’具有相对于轴线A设置在径向内部的驱动轮齿55’，而另一个环形元件59’具有设置在外部的驱动轮齿55’。

优选地，每个控制单元40的具有较大内径的环形元件59’环绕该控制单元40的另一个环形元件59’。

衰减装置7’与衰减装置7的不同之处还在于臂43与相应的环形元件59’直接连接。

替代地，每个臂43可以安装在相应的环形支架上，该环形支架由相应的环形元件59’承载。

特别地，衰减装置7’与衰减装置7的不同之处还在于支撑组件41和42各自包括适于将相应的耦合元件47以可径向移动的方式与相应的臂43耦合的相应的滑动件65’(具体参见图5)。特别地，每个滑动件65’承载相应的耦合元件47并以可径向移动的方式与相应的臂43连接。

包括致动装置7’的旋翼3’的操作类似于具有致动装置7的旋翼3的操作，因此不再详细描述。

通过检查根据本发明的旋翼3、3’的特性，可以通过它们实现的优点是显而易见的。

特别地，旋翼3或3’配备有具有特定的操作灵活性的衰减装置7或7’，能够有效地减弱源自桨叶5并作用在与轴线A正交的平面中的振动。特别地，衰减装置7和7'具有控制单元40，其能够以特别灵活和敏捷的方式控制相应的质量体10和11之间的角度。

这是因为每组轮齿57与相应的一组轮齿55、55’之间的耦合能够使质量体10、11在两个旋转方向上围绕轴线A旋转。

这样，与本说明书的背景技术部分中描述的已知方案不同，能够使相应的质量单元8、9的质量体10、11在能够更迅速地到达期望位置的方向上旋转，从而显著提高衰减装置7、7’的响应特性。

这在主轴50在旋翼平面中产生的振动的方向突然改变的情况下是特别有利的。

此外，相对于本说明书的背景技术部分中描述的已知方案，每组轮齿57与相应的一组轮齿55、55’之间的耦合能够降低所需的传动比。

结果，相对于本说明书的背景技术部分中描述的已知方案，致动器58需要较低的扭矩。

这能够限制致动器58上的负载并进一步改善衰减装置7、7’的响应特性。

由于每组轮齿57以可逆的方式与相应的一组轮齿55、55’耦合，因此在关联的致动器58发生故障的情况下，质量单元8、9的质量体10、11不会保持阻塞。

因此可以通过相应的弹簧(未被示出)将质量单元8、9的这些质量体10、11返回到期望位置。

另一个优点在于，由于质量单元8、9的质量体10、11在轴向上插在质量单元8、9的致动器58之间，因此衰减装置7、7’具有较小的轴向延伸量。

换言之，衰减装置7、7’在与主轴50的旋转轴线A平行的方向上的延伸量基本上不超过气流输送器6的延伸量并因此不会对气动性质产生不利影响。

另外，由于第一行星齿轮系包括与第二行星齿轮系共有的部分，因此轴向延伸量也受到限制。

另一个优点在于，由于使用自润滑轮齿，因此衰减装置7和7’的维护成本低。

最后，质量单元8、9各自的质量体10、11可相对于轴线A径向移动。

结果，质量单元8、9各自的质量体10、11的旋转产生的离心力被释放到壳体12上。

这大大减小了作用在辅助轴16、17和传动装置15的其他构件上的弯曲载荷。

最后，很明显，在不脱离权利要求限定的范围的情况下，可以对本文描述和图示的旋翼3、3’做出修改和变型。

特别地，控制单元40可以仅使支撑组件41、41’并且仅使质量体10相对于关联的辅助轴16、17围绕轴线A进行额外的旋转。在这种情况下，支撑组件42、42’以及质量体11将与关联的辅助轴16、17一体地旋转。

质量体10和11可以具有彼此不同的值。

旋翼3也可用于推力换向式飞机而不是直升机1。

最后，根据本发明的旋翼可以是直升机1的尾旋翼而不是主旋翼3。

Claims (15)

1.一种用于能够悬停的飞行器(1)的旋翼(3，3’)，其包括：

-桨毂(4)，其能围绕第一轴线(A)旋转并包括多片桨叶(5)；

-主轴(50)，其能与所述飞行器(1)的驱动构件连接并操作性地与所述桨毂(4)连接，以在使用中驱动所述桨毂(4)围绕所述第一轴线(A)旋转；

-衰减装置(7，7’)，其被构造为减弱来自所述主轴(50)的振动在与所述第一轴线(A)正交的平面中的传递；以及

-传动装置(15)，其被构造为在使用中将所述主轴(50)围绕所述第一轴线(A)的旋转转移到所述衰减装置(7，7’)，

其中，所述衰减装置(7；7’)至少包括第一质量单元(8，9)和第二质量单元(9，8)，所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8各自)至少包括第一质量体(10，11)和第二质量体(11，10)，

所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)的所述第一质量体(10，11)和所述第二质量体(11，10)能围绕所述第一轴线(A)旋转并且操作性地与所述主轴(50)连接，以分别在所述主轴(50)上产生在相对于所述第一轴线(A)的径向方向上具有相应的主要分量的第一离心力和第二离心力，

其中，所述传动装置(15)被构造为在使用中驱动所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)分别以第一转速((N-1)*Ω；(N+1)*Ω))和第二转速((N+1)*Ω；(N-1)*Ω)相对于所述主轴(50)并在彼此相反的方向上围绕所述第一轴线(A)旋转，

其中，所述衰减装置(7，7’)还包括两个控制单元(40)，它们中的一个操作性地与所述第一质量单元(8，9)连接并且另一个操作性地与所述第二质量单元(9，8)连接，并且每个所述控制单元都能选择性地进行操作以使关联的所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)的所述第一质量体和所述第二质量体(10，11)中的至少一个相对于所述传动装置(15)进行额外的旋转，并选择性地控制关联的所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)的所述第一质量体(10，11)和所述第二质量体(11，10)之间的相对角度，

其中，所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)各自包括承载相应的所述第一质量体(10，11)的相应的第一支撑组件(41，42)和承载相应的所述第二质量体(11，10)的相应的第二支撑组件(42，41)，

其中，每个所述控制单元(40)都操作性地至少与相应的所述第一支撑组件(41，42)耦合，以使其相对于所述传动装置(15)围绕所述第一轴线(A)进行旋转并控制对应的所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)的所述第一质量体(10，11)和所述第二质量体(11，10)之间的相对角度，

每个所述控制单元(40)都至少包括：

-一组驱动轮齿(55，55’)，它们与相应的所述第一支撑组件(41，42)形成为一体；

-嵌齿轮(56)，其设置有与所述驱动轮齿(55，55’)啮合的相应的一组控制轮齿(57)并且能围绕与相应的所述第一轴线(A)平行的第二轴线(F)旋转；以及

-致动器(58)，其能进行操作以在使用中使所述嵌齿轮(56)围绕所述第二轴线(F)进行旋转并使相应的所述第一质量体(10，11)围绕所述第一轴线(A)进行旋转；

其特征在于，每个所述致动器(58)都被构造为使相应的所述嵌齿轮(56)选择性地在两个旋转方向上围绕所述第一轴线(A)旋转，

每组所述控制轮齿(57)和相应的一组所述驱动轮齿(55，55’)能够使所述第一质量体(10，11)和所述第二质量体(11，10)围绕所述第一轴线(A)在两个旋转方向上旋转。

2.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，每个第一致动器(58)都包括与相应的所述嵌齿轮(56)同轴连接的输出轴(60)。

3.根据权利要求1或2所述的旋翼，其特征在于，每个所述控制单元(40)都包括环形元件(59)，其与相应的所述第一支撑组件(41，42)连接并且在其相对于相应的所述第一轴线(A)的圆周边缘上带有相应的驱动轮齿(55，55’)。

4.根据权利要求3所述的旋翼，其特征在于，所述驱动轮齿(55)相对于相应的所述第一轴线(A)位于径向外部或内部。

5.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)各自包括相应的基部支架(45)，其能围绕所述第一轴线(A)旋转并操作性地与所述传动装置(15)连接，以在使用中被驱动为分别以所述第一转速((N-1)*Ω)和所述第二转速((N+1)*Ω)围绕所述第一轴线(A)进行旋转，

其中，相应的所述第一支撑组件(41，42)在相应的所述基部支架(45)的第一侧上以能旋转的方式与相应的所述基部支架(45)连接，并且相应的所述致动器(58)在相应的所述基部支架(45)的在沿所述第一轴线(A)行进时与所述第一侧轴向地相对的第二侧上与所述基部支架(45)连接为一体。

6.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)的所述第一质量体和所述第二质量体(10，11)在轴向上插在关联的所述致动器(58)之间。

7.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)的所述第一质量体(10，11)和所述第二质量体(11，10)相对于关联的所述致动器(58)设置在径向外部。

8.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述第一质量单元(8，9)和所述第二质量单元(9，8)的所述第一支撑组件(41，42)和所述第二支撑组件(42，41)都能相对于所述传动装置(15)围绕所述第一轴线(A)旋转，

每个所述控制单元(40)还操作性地与相应的所述第二支撑组件(42，41)耦合，以使其围绕所述第一轴线(A)旋转。

9.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述第一支撑组件和所述第二支撑组件(41，42)的所述驱动轮齿(55)的组在轴向上彼此重叠并且设置在距所述第一轴线(A)相同的径向距离处。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的旋翼，其特征在于，所述第一支撑组件和所述第二支撑组件(41，42)的所述驱动轮齿(55’)的组被设置在距所述第一轴线(A)彼此不同的径向距离处并且径向地彼此面对。

11.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，每个所述第一质量体(10，11)和每个所述第二质量体(11，10)以能径向移动的方式与相应的所述第一支撑组件(41，42)和所述第二支撑组件(42，41)耦合，以在使用中被压紧在所述衰减装置(7，7’)的壳体(12)的径向内壁上。

12.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述传动装置(15)至少包括：

-第一辅助轴(16)，其与所述第一质量单元(8；9)成角度地形成为一体并且能围绕所述第一轴线(A)旋转；

-第二辅助轴(17)，其与所述第二质量单元(9；8)成角度地形成为一体并且能围绕所述第一轴线(A)旋转；以及

-转换单元(18)，其在功能上与所述主轴(50)以及所述第一辅助轴(16)和所述第二辅助轴(17)耦合，并且被构造为接收来自所述主轴(50)的运动并将所述运动转移到所述第一辅助轴(16)和所述第二辅助轴(17)，使得所述第一辅助轴(16)和所述第二辅助轴(17)在使用中分别在与所述主轴(50)相同的旋转方向上以所述第一转速((N-1)*Ω)围绕所述第一轴线(A)旋转以及在与所述主轴(50)的旋转方向相反的方向上以所述第二转速((N+1)*Ω)围绕所述第一轴线(A)旋转。

13.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述第一转速等于(N-1)*Ω并且所述第二转速等于(N+1)*Ω，其中N是所述桨叶(9)的数量并且Ω是在与机身(2)形成为一体的参考系中的所述主轴(50)的转速，

其中，所述第一质量单元(8；9)能在与所述主轴(50)相同的方向上旋转，并且

其中，所述第二质量单元(9；8)能在与所述主轴(50)相反的方向上旋转。

14.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述传动装置(15)包括：

-第一行星齿轮系，其在功能上插在所述主轴(50)与所述第一辅助轴(16)之间；以及

-第二行星齿轮系，其在功能上插在所述主轴(50)与所述第二辅助轴(17)之间，

所述第一行星齿轮系包括与所述第二行星齿轮系共有的部分。

15.根据前述任一项权利要求所述的旋翼，其特征在于，所述驱动轮齿(55，55’)和所述控制轮齿(57)通过自润滑材料和/或聚合物材料制成。

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