CN114466793A - 用于具有悬停能力的飞行器的旋翼 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于飞行器(1)的旋翼(3、3’、3”)，其具有主轴(150)、用于衰减来自主轴(150)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’、7”)以及插入在主轴(150)与衰减装置(7、7’、7”)之间的传动装置(15)；衰减装置(7、7’、7”)包括具有能以第一和第二旋转速度((N‑1)*Ω；(N+1)*Ω；(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)、可操作以引起第一和第二质量体(10、11)中的至少一个额外旋转的两个控制单元(40、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、41’；42、42’)；每个控制单元(40、40’)控制第一和第二质量体(10、11)之间的角度并且每个控制单元(40、40’)包括：与支撑组件(41、41’；42、42’)耦合的带(50)以及与第一带(50)耦合的驱动单元(51、51’)，以引起第一支撑组件(41、41’；42、42’)相对于所述传动装置(15)的旋转。

Description

用于具有悬停能力的飞行器的旋翼

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19187399.1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具有悬停能力的飞行器的旋翼，特别是涉及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和主轴，桨毂可围绕上述轴线旋转并配备有径向紧固到上述桨毂并从上述桨毂突出的多个桨叶，主轴可与驱动构件连接并可操作地与桨毂连接以驱动它旋转。

在使用中，旋翼的运行会引起高频和低频振动的产生。更具体而言，低频振动由与桨叶和桨毂中心分离的洗流产生。这种分离发生在桨毂中心，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，从而降低机身内乘员的舒适度。

更具体而言，振动载荷在轴向和与主轴的旋转轴线正交的方向上作用于桨毂和主轴上。

在行业内已知的是，在旋转参考系(因此与旋翼、桨毂和主轴为一体)中，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及其倍数，其中Ω为主轴的旋转速度，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，在固定系统上具有等于N*Ω及其相关联的倍数的角频率。换言之，桨毂和主轴将作用于桨叶平面中的振动气动载荷的角频率转移到上述角频率上。

根据前述内容，行业内明显感觉到需要限制具有等于主轴的旋转速度与旋翼的桨叶数量的乘积的上述角频率的振动从主轴到机身的传递。

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其所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衰减弯曲振动的传递，即在与主轴轴线正交的平面中。

更详细地说，衰减装置包括：

–第一质量单元和第二质量单元，它们各自都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相关联并适于调整相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关联起来，使得第一质量单元的质量体在与主轴相同的旋转方向上并以(N-1)*Ω的旋转速度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的相反的旋转方向上并以(N+1)*Ω的旋转速度旋转。

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以等于(N-1)*Ω的角频率正弦地变化。

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

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。

每个控制单元可选择性地操作以调整相应的第一或第二质量单元的相应的质量体之间的角度，从而调整相应的第一衰减合力和第二衰减合力的相对于固定方向的大小和相位。

对于相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；以及

-蜗杆螺钉，其可操作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，其与蜗杆螺钉耦合并且可操作地与相应的质量体连接。

每个电动马达的操作通过相关联的蜗杆螺钉和嵌齿轮之间的耦合引起相关联的第一或第二质量体的质量体的额外旋转。

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。

由于每个蜗杆螺钉与相关联的嵌齿轮之间的啮合的不可逆性，因此已知类型的衰减装置仅能够引起质量体在一个方向上的额外旋转。

结果，已知类型的衰减装置易于在第一衰减合力和第二衰减合力的产生中的灵活性和响应性方面进行改进，特别是在要衰减的振动的大小和方向快速改变时。

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，行业内意识到需要使向机身传递的振动的衰减尽可能精确且快速。

行业内还意识到需要衰减主轴和桨毂的弯曲振动，从而保持上述主动衰减装置的有效性，同时尽可能限制对特别复杂的专用零件的需要，从而减少重量、体积和总成本。

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作用的已知类型的衰减装置。

WO96/06290公开了一种用于抵消来自激励源的谐波振动的振动补偿设备，其包括第一补偿单元，其具有两个旋转体，这两个旋转体以相同的rpm在相反的方向上旋转，从而在一个方向上产生谐波变化的第一力分量。该设备还包括第二补偿单元，其具有两个旋转体，这两个旋转体围绕与第一补偿单元的轴线平行的轴线在相反的方向上旋转，从而在与谐波变化的第一力分量平行的方向上产生谐波变化的第二力分量。第一补偿单元的旋转体和第二补偿单元的旋转体由单独的可无限变化的驱动马达驱动。控制和同步装置控制补偿单元的驱动马达，使得旋转体以作为激励源频率的倍数的rpm旋转。

发明内容

本发明的目的是生产一种用于具有悬停能力的飞行器的旋翼，其能够以简单且廉价的方式满足上面指出的需求中的至少一个。

本发明实现了上述目的，因为它涉及权利要求1所限定的用于具有悬停能力的飞行器的旋翼。

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例子并参照附图描述三个优选实施方式，在附图中：

-图1是包括根据本发明的第一实施方式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是结合在图1的旋翼中的衰减装置的沿着图1的II-II线的剖面，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图3示出了图2的衰减装置的一些细节的立体图，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图4是图3的沿着IV-IV线的剖面，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图5是结合在根据本发明的第二实施方式的旋翼中的衰减装置的剖视图，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图6以高度放大的比例示出了图5的衰减装置的进一步细节的立体图，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图7a是图5和图6的衰减装置的平面图，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图7b是沿着图7a的VIIb-VIIb线的示意性剖面，其中为清楚起见去除了一些部分；

-图8以平面图示出了结合在根据本发明的第三实施方式的旋翼中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9示出了图2至图8的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表示具有悬停能力的飞行器，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)，其布置在机身2的一个端部并可围绕其自身的横向于轴线A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，桨毂4以悬臂方式承载相对于轴线A径向延伸的多个桨叶5。

旋翼3还包括主轴150(图2)，该主轴150能以相对于与机身2为一体的参考系的角速度Ω围绕轴线A旋转。主轴150与桨毂4以角度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被主轴150驱动成围绕轴线A旋转。

在所示的情况下，主轴150被部分地容纳在桨毂4内。

优选地，主轴150是中空的。

特别是参照图1，旋翼3还包括气流输送器6，该气流输送器6适于根据预定路径引导由旋翼3的旋转产生的气流，该预定路径被成形为限制由于上述气流与布置在与桨毂4相对的端部上的桨叶5的末梢分离所产生的振动。

特别地，气流输送器6是环形的，围绕轴线A延伸并且布置在桨毂4的相对于机身2的相对侧。

优选地，气流输送器6具有“帽状”的形状，并由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开始沿径向方向减小。

旋翼3还包括振动衰减装置7，其被构造为衰减振动向主轴的传递，尤其是在与轴线A正交的平面中。换言之，振动衰减装置7被构造为衰减主轴150的弯曲振动向机身2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150耦合。

每个质量单元8和9包括相对于轴线A偏心地布置并且可围绕轴线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150耦合，从而能在主轴围绕轴线A的相同的旋转方向上、以相对于主轴150等于(N-1)*Ω的第一角速度相对于主轴150围绕轴线A旋转，其中N是桨叶5的数量并且Ω是主轴150的旋转角速度。

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150耦合，从而可在与主轴150围绕轴线A相反的旋转方向上、以相对于主轴150等于(N+1)*Ω的角速度相对于主轴150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150为一体的参考系中考虑的。

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

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，这些分量具有正弦轨迹，其角频率对应于相应的质量体10、11围绕轴线A的相应的第一角速度(N-1)*Ω和第二角速度(N+1)*Ω。

由质量单元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为(N-1)*Ω的正弦轨迹。

由质量单元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正交的平面中的上述分量具有角频率为(N+1)*Ω的正弦轨迹。

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，第一衰减合力和第二衰减合力的分量是具有相对于与机身2为一体的参考系为N*Ω的角频率的正弦形的。

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、由质量体10、11限定的角度以及围绕轴线A的相应的旋转速度。

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)衰减合力的大小以及在与轴线A正交的平面中在该第一(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、11之间的角度”是指径向于轴线A且连接轴线A与相应的质量体10、11的重心的线段之间的角距离。

在所示的情况下，每个质量单元8和9的质量体10和11彼此相同，并且布置在距轴线A相同的距离处。另外，质量单元8的质量体10和11与质量单元9的质量体10和11相同。

结果，由质量单元8(9)的质量体10、11产生的离心力在大小上彼此相等。

特别是参照图2，旋翼3还包括传动单元15，该传动单元15被构造为将主轴150围绕轴线A的旋转转移到衰减装置7上。特别地，传动单元15在功能上插入在主轴150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150以(N-1)*Ω和(N+1)*Ω的角速度并以彼此相反的相应的旋转方向围绕轴线A偏心地旋转。

特别地，传动单元15在功能上与主轴150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，质量单元9插入在质量单元8与传动单元15和/或桨毂4之间。

特别地，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插入在桨毂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)：

-副轴16，其可操作地与质量单元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；

-副轴17，其可操作地与质量单元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150和副轴16和17耦合，并且被构造为接收来自可以角速度Ω旋转的主轴150的运动并将该运动转移到副轴16和17上。

这样，副轴16和副轴17分别在与主轴150的旋转方向相同的方向上以旋转速度(N-1)*Ω和在与主轴150的旋转方向相反的方向上以旋转速度(N+1)*Ω围绕轴线A旋转。

更具体而言，转换单元18包括：

-与副轴16和主轴150耦合的第一行星齿轮系；以及

-与副轴17和主轴150耦合的第二行星齿轮系。

更详细地，如进一步更详细的描述，第二行星齿轮系包括第一行星齿轮系的部分。这样，可以获得传动单元15、特别是紧凑的转换单元18。

优选地并且特别是参照图2，转换单元18包括：

-管状外壳21，其具有相对于轴线A在径向内部的齿轮齿22；

-太阳齿轮23，其可围绕轴线A旋转，具有相对于轴线A在径向外部的齿轮齿32，并且与副轴16在角度上为一体；以及

-多个行星齿轮25(图2中仅示出了其中一个)，它们可围绕各自的旋转轴线B旋转，并且各自具有相对于各自的轴线B在径向外部的相应的第一齿轮齿26。

在所示的情况下，轴线B平行于轴线A并偏离轴线A。

特别地，每个第一齿轮齿26与齿轮齿22和齿轮齿24啮合。

行星齿轮25可操作地且间接地与主轴150耦合以被驱动成围绕轴线A旋转。此外，由于相应的齿轮齿26和齿轮齿22之间的相互作用，行星齿轮25围绕相应的轴线B旋转。该旋转然后通过齿轮齿26和齿轮齿24之间的啮合而被转移到副轴16上。特别地，副轴16围绕轴线A的旋转发生在与主轴150相同的旋转方向上。

特别地，第一行星齿轮系包括外壳21、太阳齿轮23、行星齿轮25、内齿轮齿22、齿轮齿24和齿轮齿26。

优选地并且特别是参照图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在径向外部的齿轮齿29，并且与副轴17在角度上为一体；以及

-多个行星齿轮30(图2中仅示出了其中一个)，它们可围绕各自的旋转轴线C(平行于轴线A)旋转，并且各自具有相对于各自的轴线C在径向外部的相应的第一齿轮齿31和相应的第二齿轮齿32。

特别地，每个行星齿轮25还包括相对于相应的轴线B在径向外部的第二齿轮齿33。

特别地，每组第一齿轮齿31与相应的至少一组第二齿轮齿33啮合，并且每组第二齿轮齿32与齿轮齿29啮合。由于这种构造，每个行星齿轮30由于相应的行星齿轮25的旋转而被驱动得旋转，行星齿轮25又可相对于外壳21旋转。

在所示的情况下，轴线C平行于轴线A并偏离轴线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、内齿轮齿22和齿轮齿26、31、32和33。

齿轮齿22、24、26、31、32和33被构造为和/或彼此配合为使副轴17获得旋转速度(N+1)*Ω并使副轴16获得旋转速度(N-1)*Ω。

转换单元18还包括行星齿轮架，用于以围绕相应的轴线B和C可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150在角度上为一体。特别地，由于行星齿轮架与主轴150的连接，当主轴150围绕轴线A旋转时，获得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和C正交的支撑基座34，以及平行于相应的轴线B和C的多个旋转轴35。旋转轴35固定到支撑基座34上并以悬臂方式从支撑基座34突出。

优选地，支撑基座34可操作地与1主轴50连接，从而它可以被驱动成围绕轴线A旋转。

优选地，外壳21固定在壳体12上。

衰减装置7还包括两个控制单元40，一个可操作地与质量单元8连接，而另一个可操作地与质量单元9连接。

更具体而言，可以操作每个控制单元40以引起相应的质量单元8、9的质量体10、11相对于对应的副轴16、17围绕轴线A的额外旋转。

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相对于与相应的副轴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相关联的质量单元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衰减源自桨叶5并从主轴150向机身传递的振动。

每个质量单元8和9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，每个支撑组件41、42与传动单元15耦合，以便被驱动成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旋转。

更具体而言，支撑组件41、42以可相对于相关联的副轴16和17围绕轴线A旋转的方式连接。

特别地，每个支撑组件41、42可由相应的控制单元40选择性地操作以相对于相应的副轴16、17额外旋转，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。

每个支撑组件41、42还包括：

-与相应的副轴16或17和轴线A同轴的相应的环形支撑件44；以及

-以悬臂方式从相关联的环形支撑件44相对于轴线A径向突出并支撑相关联的质量体10、11的相应的臂43。

特别地，每个环形支撑件44可相对于相应的副轴16或17围绕轴线A旋转并与相应的控制单元40耦合以实现质量体10和11相对于副轴16、17的额外旋转并因此实现相应的质量体10和11之间的角度的调整。

优选地，支撑组件41的环形支撑件44与支撑组件42的环形支撑件44在轴向上间隔开。特别地，支撑组件41的环形支撑件44布置在支撑组件42的环形支撑件44上方。

每个质量单元8和9还包括相应的基座支撑件45，基座支撑件45能围绕轴线A旋转，并可操作地与传动单元15连接以被驱动成分别以第一旋转速度(N-1)*Ω和第二旋转速度(N+1)*Ω围绕轴线A旋转。特别地，质量单元8或9的基座支撑件45与相应的副轴16和17在角度上为一体。这样，每个支撑组件41、42由相应的副轴16、17驱动得旋转。

这样，每个支撑组件41、42在对应的控制单元40的作用下自由地相对于相应的副轴16、17额外旋转。

特别地，每个支撑组件41和42在轴向上布置在相应的基座支撑件45的轴向第一侧上。在所示的情况下，支撑组件41、42布置在基座支撑件45上方。

优选地，每个基座支撑件45被制成圆板的形式。

每个质量体10、11包括能围绕相应的轴线E旋转的一对轮子46。

在所示的情况下，轴线E偏离轴线A并平行于轴线A，并且布置在距轴线A相同的径向距离处。

优选地，每个质量体10和11以可径向移动的方式与相应的臂43耦合，以被相关联的离心力推靠在壳体12的内壁上。

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

此外，由于轮子46与壳体12的内壁之间的这种接触，由于主轴150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150。

每个质量单元8和9的质量体10、11位于与轴线A正交的同一平面上。这样，轮子46的尺寸限定了相应的质量体10和11之间的最小角度，在该最小角度处质量体10和11彼此接触。

每个质量体10、11还包括耦合元件47，该耦合元件47承载相应的轮子46并且与相应的臂43耦合。

优选地，每个耦合元件47以可径向移动的方式与相应的臂43连接，以使相应的轮子46在相关联的离心力的作用下可径向移动。

替代地或附加地，每个轮子46能以可径向移动的方式连接至相应的耦合元件47。

有利地并且特别是参照图2至图4，每个控制单元40包括：

-带50、特别是环形带，其可操作地与相应的支撑组件41或42耦合并且可沿着第一闭合路径P移动；以及

-驱动单元51，其可操作地与相应的带50耦合，并且可操作以引起相应的带50沿着相应的路径P的旋转以及随后相应的支撑组件41、42和相应的质量体10、11围绕轴线A的旋转。

更详细地，每个带50由聚合物材料、特别是弹性材料(例如，橡胶)制成。

每个驱动单元51又包括：

-致动器53、特别是电动马达；

-驱动皮带轮52，其可围绕相应的旋转轴线F旋转，并由致动器53驱动成围绕相关联的轴线F旋转；以及

-从动皮带轮54，其可围绕相应的轴线G旋转，并可操作地通过相关联的带50与相应的支撑组件41、42和驱动皮带轮52连接。

在所示的情况下，轴线F偏离轴线A并平行于轴线A。

特别地，每个带50与相应的驱动皮带轮52和相应的从动皮带轮54连接以限定带传动装置。换言之，每条带50根据相应的驱动皮带轮52围绕相应的旋转轴线F的旋转沿着相应路径P的至少一部分前进，并引起相应的从动皮带轮54围绕相应的旋转轴线G旋转。

每个致动器53还被构造为引起相应的驱动皮带轮52围绕相应的旋转轴线F的旋转以及随后的相应的从动皮带轮54和与相应的从动皮带轮54连接的相应的支撑组件41、42的旋转。

优选地，每个致动器53可操作以选择性地引起相应的驱动皮带轮52在顺时针方向或逆时针方向上旋转。

这样，可以使相应的质量体10或11在顺时针方向或逆时针方向上旋转并且改变在相应的质量体10、11之间限定的角度。

特别地，每个致动器53包括输出轴55，输出轴55与相应的驱动皮带轮52同轴地连接并且可围绕相关联的轴线F旋转。

每个带50还包括相应的齿56。特别地，相应的齿56沿着带50的径向内表面布置。

特别地，每个驱动皮带轮52和每个从动皮带轮54包括相应的耦合齿轮齿57。带50的齿56与相应的驱动皮带轮52和相应的从动皮带轮54的相应的耦合齿轮齿57啮合。

优选地，每组耦合齿轮齿57布置在相对于相应的旋转轴线F或G的径向外部。

在所示的情况下，每个从动皮带轮54的轴线G与轴线A重合。

优选地，每个从动皮带轮54与相应的支撑组件41、42的环形支撑件44为一体。

每个驱动单元51被固定到相应的基座支撑件45上。特别地，每个致动器53在轴向上布置在相应的基座支撑件45的与相应的第一侧相对的第二侧上。

相反，驱动皮带轮52和从动皮带轮54在轴向上布置在相应的第一侧上。

优选地，质量体10、11沿着轴线A在轴向上插入在质量单元8的致动器53与质量单元9的致动器53之间。

此外，质量单元8、9的致动器53在径向上插入在质量单元8、9的质量体10、11之间。

这样，可以减小壳体12的轴向和径向尺寸。

旋翼3还包括第一滑环和第二滑环(未被示出)以将机身2上承载的电源与相应的致动器53电连接。

旋翼3还包括(图9)：

-多个传感器100，其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相关联的多个信号；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53的控制信号。

在使用中，主轴150驱动桨毂4和桨叶5围绕轴线A旋转。

更具体而言，主轴150相对于与机身2为一体的参考系以角速度Ω围绕轴线A旋转。

桨毂4和桨叶5的旋转产生振动，该振动将倾向于被传递到主轴150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150的旋转角速度。

为了减少这些振动，主轴150通过传动单元15驱动质量单元8和9的质量体10和11以相应的第一角速度(N-1)*Ω和第二角速度(N+1)*Ω并以与主轴150的旋转方向相同和相反的相应的方向围绕轴线A旋转。

质量单元8和9的质量体10和11的这些旋转产生相应的离心力。

质量单元8(9)的质量体10、11的离心力的合力等于第一(第二)衰减合力。

更具体而言，由第一衰减合力和第二衰减合力在与轴线A正交的平面中的分量是正弦形的并在与主轴150为一体的参考系中具有等于的(N-1)*Ω和(N+1)*Ω的相应的角频率。

这些第一和第二衰减合力抵消了由于与轴线A正交的平面中的振动产生的载荷。

此外，这些第一和第二衰减合力的分量在与机身2为一体的参考系中具有等于N*Ω的角频率，即等于希望衰减的干扰振动力的角频率。

第一(第二)衰减合力的大小和相位取决于相应的质量单元8(9)的相应的质量体10和11之间的相应的角度。例如，当在相关联的质量体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，当相关联的质量体10和11之间的角度为180度时，该大小最小。

重要的是要注意，在致动器53被启用时以及致动器53被停用时，质量体10、11都在主轴150上施加相应的第一衰减合力和第二衰减合力并以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω旋转。

而控制单元40、特别是致动器53的选择性启用能够改变主轴150上的第一合力和第二合力的大小和相位。

下文从控制单元40、特别是致动器53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之间的对应角度是固定的。

主轴150驱动传动单元15的副轴16和17围绕轴线A旋转。

第一行星齿轮系和第二行星齿轮系引起副轴16和17以在与主轴50为一体的参考系中的相应的第一角速度(N-1)*Ω和第二角速度(N+1)*Ω围绕轴线A旋转。

特别地，主轴150和副轴16在相同的方向上旋转，而副轴17在与主轴和副轴16相反的方向上旋转。

副轴16和17分别驱动相应的质量单元8和9的质量体10、11以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω围绕轴线A旋转。

另外，在围绕轴线A旋转期间，质量体10、11被离心力推靠在壳体12的内壁上。

在控制单元40被停用的情况下，致动器53被停用，因此相应的支撑组件41和42和相应的质量单元8和9的质量体10和11之间的角度不改变。

结果，在上述情况下，支撑组件41和42虽然是以相对于相应的副轴16和17角度可移动的方式安装的，但由相应的副轴16和17刚性地驱动成以相应的角速度(N-1)*Ω和(N+1)*Ω旋转。

因此，支撑组件41和42的旋转引起相关联的质量体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53的启用状态来描述旋翼3的功能。

控制单元100从传感器101接收与主轴150的加速状态相关联的信号，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大小的情况下产生用于控制单元40的致动器53的控制信号。

一个或多个致动器53的启用引起相应的支撑组件41和42围绕轴线A旋转，以将质量体10和11定位在期望的相对角位置。

更具体而言，每个致动器53的操作引起相关联的驱动皮带轮52围绕相关联的轴线F旋转给定角度。结果，相关联的带50沿着路径P前进给定量。

相关联的从动皮带轮54也围绕轴线A、G旋转给定角度，从而引起相关联的支撑组件41、42和相关联的质量体10、11相对于副轴16、17围绕轴线A额外旋转给定角度。

特别是参照图5、图6、图7a和图7b，附图标记7’表示根据本发明的第二实施方式的衰减装置(仅部分被示出)。

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’的相同或等效部分将用相同的附图标记表示。

特别地，每个驱动单元51’a、51’b与驱动单元51的不同之处在于，它包括：

-相关联的支撑带60’a、60’b，其承载相应的质量体10、11并可沿着相应的闭合路径Q’移动；

-相关联的耦合皮带轮59’a、59’b，其与相应的从动皮带轮54’a、54’b在角度上为一体并且支撑带60’a、60’b缠绕在该相关联的耦合皮带轮59’a、59’b上；以及

-返回皮带轮65’a、65’b，支撑带60’a、60’b缠绕在该返回皮带轮65’a、65’b上。

特别地，从动皮带轮54’a、54’b可相对于基座支撑件45围绕相应的轴线H’和I’旋转。在所示的情况下，轴线H’和I’在相对于轴线A的径向外部并且相对于轴线A在角度上间隔开180度。

关于驱动单元51’a，耦合皮带轮59’a可围绕轴线I’旋转，而返回皮带轮65’a可围绕轴线H’旋转(图7b)。

关于驱动单元51’b，耦合皮带轮59’b可围绕轴线H’旋转，而返回皮带轮65’b可围绕轴线I’旋转。

每个控制单元40’还包括一对销70’、71’，销70’、71’从基座45沿着相应的轴线H’、I’以悬臂方式突出并且分别与从动皮带轮54’a、54’b在角度上为一体。

耦合皮带轮59’a、59’b分别装配在销71’、70’上并与销71’、70’在角度上为一体。

返回皮带轮60’a、60’b分别以空转方式安装在销70’、71’上。

皮带轮59’a、65’a和带60’a与相应的皮带轮65’b、59’b和带60’b在轴向上间隔开。

优选地，耦合皮带轮59’a、59’b与相应的从动皮带轮54’a、54’b同轴，并因此可围绕相应的从动皮带轮54’a、54’b的相关联的轴线F旋转。

优选地，每个支撑带60’a、60’b包括与相应的耦合皮带轮59’a、59’b和相应的返回皮带轮65’a、65’b的齿(未被示出)啮合的相应的齿61’。

在所示的情况下，支撑带60’a、60’b具有位于与轴线A正交的平面上的相应的轮廓。

此外，同一质量单元8、9的支撑带60’a、60’b彼此平行，并且在与轴线A正交的截面中具有彼此平行且完全重叠的相应的前进路径Q’。

每个支撑组件41’和42’还包括适于控制支撑带60’a、60’b的张力并限定相应的前进路径Q’的多个张紧辊62’，在所示的情况下为十个。

优选地，张紧辊62’围绕轴线A等角度地间隔开。

优选地，每个支撑组件41’和相应的支撑组件42’共享相同的张紧辊62’。

此外，每个张紧辊62’布置在相应的基座支撑件45上，特别是在相应的基座支撑件45的外周部分。

每个支撑组件41’和42’还包括(图6)与相应的支撑带60’连接为一体并承载相应的第一质量体10、11的相应的耦合元件63’。特别地，相应的耦合元件63’与相应的支撑带60’a、60’b连接，使得相应的支撑带60’a、60’b沿着路径Q’的推进引起相应的质量体10、11围绕轴线A旋转。

优选地，每个耦合元件63’与相应的支撑带60’a、60’b连接并且适于使相应的质量体10、11能够径向滑动，从而使轮子46与壳体12的内表面之间能够接触。

每个耦合元件63’还包括板64’，板64’在两个紧固点处与相应的支撑带60’a、60’b连接，并且由于离心力而可径向变形，从而使相应的质量体10、11能够径向移动。

包括致动装置7’的旋翼3’的功能与具有致动装置7的旋翼3的操作类似并且仅就其与后者的区别进行描述。

特别地，旋翼3’的致动装置7’的操作与旋翼3的致动装置7的操作的不同之处在于用于通过相应的控制单元40’控制质量体10、11之间的角度的方式。

更详细地，从动皮带轮54’a和54’b围绕相关联的轴线F旋转给定角度引起相应的耦合皮带轮59’a、59’b围绕相同的相应的轴线I’、H’旋转给定角度。

耦合皮带轮59’a、59’b的旋转还引起支撑带60’a、60’b沿着路径Q’的给定弧线前进。

这种前进又引起耦合元件63’的旋转，从而引起板64’和相关联的质量体10、11的旋转。

这样，每个质量单元8、9的质量体10、11之间的角度被调整。

特别参照图8，附图标记3”表示根据本发明的第三实施方式的具有衰减装置7”的旋翼(仅部分被示出)。

衰减装置7”与衰减装置7’类似，下文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’的相同或等效部分将用相同的附图标记表示。

特别地，衰减装置7”与衰减装置7’的不同之处在于，质量单元8和9的相应的支撑带60”不是完全地而是仅部分地彼此重叠，并且具有平行于轴线A彼此错开的相应部分。

特别地，相应的支撑组件41’和42’不共享所有相同的张紧辊62”。

包括致动装置7”的旋翼3”的操作与带有致动装置7’的旋翼3’的操作类似，因此不再详细描述。

通过检查根据本发明的旋翼3、3’、3”的特性，可以实现的优点是显而易见的。

特别地，每个控制单元40、40’包括与支撑组件41、41’连接的带50、50’以及与相关联的带50、50’连接的驱动单元51、51’；51’a、51’b。每个驱动单元51、51’；51’a、51’b的操作引起相关联的带50、50’的移动以及随后质量体10、11围绕轴线A的旋转。

结果，控制单元40、40’能够以特别灵活和具有响应性的方式控制相应的质量单元8、9的相应的质量体10和11之间的角度。

这是因为每个带50都能够使质量体10、11在两个旋转方向上围绕轴线A旋转。

这样，与本说明书的介绍部分描述的已知方案不同，能够使质量体10、11在能够更快速地达到每个质量体单元8、9的质量体10、11之间的期望角度的方向上旋转，显著提高了衰减装置7、7’、7”的响应特性。这在主轴150产生的弯曲振动方向突然改变的情况下特别有利。

每个单元51、51’a和51’b与相关联的质量体10、11之间的带传动的存在能够提高调整质量体10、11之间的角度的精度。

另一个优点在于衰减装置7、7’、7”的轴向延伸有限，因为：

-质量单元8、9的质量体10、11在轴向上插入在质量单元8、9的致动器53之间；并且

-第一行星齿轮系包括与第二行星齿轮系共有的部分。

最后，由于带50、50’和驱动皮带轮52以可逆的方式耦合的事实，质量单元8、9的质量体10、11在相关联的致动器53发生故障的情况下不会保持阻塞。

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。

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’、3”’进行修改和变型。

特别地，控制单元40可以仅引起支撑组件41、41’(42、42’)并且仅引起质量体10(11)相对于相关联的副轴16、17围绕轴线A的额外旋转。在这种情况下，支撑组件42、42’(41、41’)以及质量体11(10)将与相关联的副轴16和17一体地旋转。

每个质量体10和11可以包括单个轮子46。

旋翼3、3’、3”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、3’、3”。

Claims (15)

1.一种用于具有悬停能力的飞行器(1)的旋翼(3、3’、3”)，该旋翼包括：

-桨毂(4)，其能围绕第一轴线(A)旋转并包括多个桨叶(5)；

-主轴(150)，其能与所述飞行器(1)的驱动构件连接并可操作地与所述桨毂(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’、7”)，其被构造为衰减来自所述主轴(150)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(150)围绕所述第一轴线(A)的旋转转移到所述衰减装置(7、7’、7”)上；

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)；每个第一质量单元(8、9)和第二质量单元(9、8)至少包括第一质量体(10、11)和第二质量体(11、10)；

所述第一质量单元和所述第二质量单元(8、9；9；8)的所述第一质量体和所述第二质量体(10、11；11、10)能围绕所述第一轴线(A)旋转，并且可操作地与所述主轴(150)连接以分别在所述主轴(150)上产生第一离心力和第二离心力，所述第一离心力和所述第二离心力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；

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)分别以相对于所述主轴(150)的第一旋转速度((N-1)*Ω；(N+1)*Ω))和第二旋转速度((N+1)*Ω；(N-1)*Ω)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’、7”)还包括两个控制单元(40、40’)，一个可操作地与所述第一质量单元(8；9)连接，另一个可操作地与所述第二质量单元(9；8)连接，并且每个控制单元可选择性地操作以引起相关联的第一质量单元和第二质量单元(8、9；9、8)的第一质量体和第二质量体(10；11)中的至少一个相对于所述传动装置(15)额外旋转，并选择性地控制相关联的第一质量单元和第二质量单元(8、9；9、8)的第一质量体(10；11)和第二质量体(11；10)之间的相对角度；

其中，每个第一质量单元(8)和第二质量单元(9；8)包括承载相应的第一质量体(10；11)的相应的第一支撑组件(41、41’；42、42’)和承载相应的第二质量体(11；10)的相应的第二支撑组件(42、42’；41、41’)；

其中，每个控制单元(40、40’)可操作地耦合至至少相应的第一支撑组件(41、42；41’、42’)，以引起它相对于所述传动装置(15)围绕所述第一轴线(A)的旋转并控制对应的第一质量单元和第二质量单元(8、9；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；

其特征在于，每个控制单元(40、40’)包括：

-带(50；50’)，其可操作地与所述第一支撑组件(41、41'；42、42')耦合并能沿着给定路径(P)移动；以及

-驱动单元(51、51’)，其可操作地与第一带(50；50’)耦合并被构造为引起所述第一带(50；50’)沿着所述给定路径(P)的至少一部分移动并且引起所述第一支撑组件(41、41’；42、42’)相对于所述传动装置(15)围绕所述第一轴线(A)的额外旋转。

2.根据权利要求1所述的旋翼，其特征在于，每个第一质量体和第二质量体(10、11；11、10)以可径向移动的方式与相应的第一支撑组件(41、42；41’、42’)耦合，以便在使用中被推靠在所述衰减装置(7、7’、7”)的内壁上。

3.根据权利要求1或2所述的旋翼，其特征在于，每个驱动单元(51、51’a、51’b)包括：

-驱动皮带轮(52)，其能围绕相应的第二旋转轴线(F)旋转；

-致动器(53)，其可操作地与所述驱动皮带轮(52)连接，并且可操作以引起所述第一驱动皮带轮(52)围绕相应的第二旋转轴线(F)旋转；以及

-从动皮带轮(54；54’a、54’b)，其能围绕相应的第三旋转轴线(G；H’、I’)旋转并且可操作地与相应的第一支撑组件(41、41’)连接；

其中，相应的第一带(50：50’)缠绕在相应的驱动皮带轮(52)和相应的从动皮带轮(54；54’a、54’b)上，以便在相应的驱动皮带轮(52)围绕相应的第二轴线(F)旋转之后能沿着相应的给定路径(P)的至少一部分滑动，并在使用中引起所述从动皮带轮(54；54’a、54’b)围绕相应的第三轴线(G；H’、I’)旋转，从而获得所述第一支撑组件(41、41’)的旋转。

4.根据权利要求3所述的旋翼，其特征在于，所述第一质量单元和所述第二质量单元(8、9)的所述第一质量体和第二质量体(10)在轴向上插入在相关联的致动器(53)之间和/或相对于相关联的致动器(53)布置在径向外部。

5.根据权利要求3或4所述的旋翼，其特征在于，每个致动器(53)包括输出轴(55)，所述输出轴(55)可操作地与相应的驱动皮带轮(52)连接并可围绕相应的第二轴线(F)旋转。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的旋翼，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)中的每一个都包括基座支撑件(45)，所述基座支撑件(45)能围绕所述第一轴线(A)旋转，并可操作地与所述传动装置(15)连接以在使用中被驱动成分别以所述第一旋转速度((N-1)*Ω)和所述第二旋转速度((N+1)*Ω)围绕所述第一轴线(A)旋转；

其中，相应的第一支撑组件(41、41’)在相应的基座支撑件(45)的第一侧上以可旋转的方式与相应的基座支撑件(45)连接，并且相应的致动器(53)在相应的基座支撑件(45)的参照所述第一轴线(A)与所述第一侧轴向相对的第二侧上与所述基座支撑件(45)连接为一体。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的旋翼，其特征在于，每个第一支撑组件(41)包括承载相应的第一质量体(10)的相应的臂(43)；

其中，相应的臂(43)与相应的从动皮带轮(54)以角度一体的方式耦合。

8.根据权利要求7所述的旋翼，其特征在于，所述第一质量体(10)至少包括：

-至少一个轮子(46)；以及

-承载相应的轮子(46)并与相应的臂(43)耦合的耦合元件(47)；

其中，第一轮子(46)以可径向移动的方式与相应的耦合元件(47)耦合和/或相应的耦合元件(47)以可径向移动的方式与相应的臂(43)耦合。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的旋翼，其特征在于，第三轴线(G)与所述第一轴线(A)重合。

10.根据权利要求3至6中任一项所述的旋翼，其特征在于，每个第一支撑组件(41’、42’)包括相应的支撑带(60’a、60’b)，所述支撑带(60’a、60’b)承载相应的第一质量体(10、11)，能沿着闭合的另外的前进路径(Q’)移动，并且可操作地与相应的从动皮带轮(54’a、54’b)耦合，以便在相应的从动皮带轮(54’a、54’b)旋转之后沿着相应的另外的前进路径(Q’)移动。

11.根据权利要求10所述的旋翼，其特征在于，每个驱动单元(51’)包括：

-相应的耦合皮带轮(59’a、59’b)，其能与相应的从动皮带轮(54’a、54’b)一体地旋转，可操作地与相应的第一或第二支撑组件(41’、42’)连接，并且相关联的支撑带(60’a、60’b)缠绕在该相应的耦合皮带轮(59’a、59’b)上；以及

-相应的返回皮带轮(64’a、64’b)，相关联的支撑带(60’a，60’b)缠绕在该相应的返回皮带轮(64’a、64’b)上；

每个驱动单元(51’)的耦合皮带轮(59’a、59’b)与另一个驱动单元(51)的返回皮带轮(64’a、64’b)同轴。

12.根据权利要求10或11所述的旋翼，其特征在于，每个第一支撑组件(41’；42’)包括耦合元件(63’)，所述耦合元件(63’)与相应的支撑带(60’a、60’b)连接为一体并承载相应的第一质量体(10、11)。

13.根据权利要求12所述的旋翼，其特征在于，所述耦合元件(63’)包括板(64’)，所述板(64’)与相应的支撑带(60’)连接并且能在相对于所述第一轴线(A)的径向方向上变形。

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

每个控制单元(40)也可操作地与相应的第二支撑组件(42、41；42’、41’)耦合，以使其围绕所述第一轴线(A)旋转。

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

-第一副轴(16)，其与所述第一质量单元(8；9)在角度上为一体并且能围绕所述第一轴线(A)旋转；

-第二副轴(17)，其与所述第二质量单元(9；8)在角度上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(150)以及所述第一副轴(16)和所述第二副轴(17)耦合，并且被构造为接收来自所述主轴(150)的运动并将所述运动转移到所述第一副轴(16)和所述第二副轴(17)上，使得所述第一副轴(16)和所述第二副轴(17)在使用中分别在与所述主轴相同的旋转方向上以所述第一旋转速度((N-1)*Ω)和在与所述主轴(150)的旋转方向相反的方向上以所述第二旋转速度((N+1)*Ω)围绕所述第一轴线(A)旋转；

其中，所述第一旋转速度等于(N-1)*Ω，并且所述第二旋转速度等于(N+1)*Ω，其中N是桨叶(5)的数量并且Ω是在与所述机身(2)为一体的参考系中的所述主轴的旋转速度；

其中，所述第一质量单元(8)能在与所述主轴相同的方向上旋转；并且

其中，所述第二质量单元(9)能在与所述主轴(150)相反的方向上旋转；

和/或其中所述传动装置(15)包括：

-第一行星齿轮系，其在功能上插入在所述主轴(150)与所述第一副轴(16)之间；并且

-第二行星齿轮系，其在功能上插入在所述主轴(150)与所述第二副轴(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。

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