CN1156433A - 平衡直升机转子叶片的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一直升机的各转子叶片在一静力平衡装置中既在弦向也在展向上进行平衡。上装置包括一支承表面(4)，其上有四个称重计量秤(8)。各计量秤(8)设置得紧密靠近转子叶片(2)的四个转角。各计量秤(8)可提供各对相协作的叶片展向和弦向平衡基准数据。各计量秤(8)可操作地连接于一微处理器，它的预偏程序带有用于受测试各叶片的所需要的平衡数据。由各计量秤和微处理器检测到的对于所需要的平衡数据的差距通过有选择地在各叶片表面上的适当部位处增加或减去各叶片上的重量而予以校正。

Description

平衡直升机转子叶片的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种用于平衡直升机转子叶片以便在直升机上正确执行功能的方法和装置。

背景技术

直升机转子叶片，为了在使用它们的动态环境中正确运转，必须正确地予以平衡，使得它们不会在直升机中引起很高的振动级别。转子叶片一般制作为一多元件组装体，该组装体包括一悬壁杆、一前沿蒙皮和一尾沿流线型套罩，它的重量或质量由于企望完全同样地得到平衡的叶片而可以从一个叶片到一个叶片逐个地变化。叶片组装体一般是通过使用多层粘接薄膜粘合前述各元件而制成的。采用这种多元件以制成转子叶片的作法可导致叶片重量分布逐个叶片发生变化。为使转子叶片能正确地工作，叶片的重量分布和各合成矩量必须符合一些预定的准则，这一准则限定了沿着叶片的长度或宽度从根底到尖端，还有在叶片的弦向上或边对边方向上从其前沿到尾沿的重量分布和各个矩量。所需要的各个矩量可以定义为在前沿和尾沿两处叶片的根底一端与叶片的尖端一端之间的各个叶片长度重量比值；并定义为在叶片的根底一端和尖端一端两处的叶片弦长重量比值。达到这种预定分布准则将产生一“平衡的”转子叶片，它会在其预期的环境中正确地运行。因此，每一转子叶片必须单独地核验重量分布，而且必须获得“平衡”；或者换一种说法，必须使之符合所需要的理想重量分布，而这种分布产生最佳的根底至尖端的叶片矩量，以及前沿至尾沿叶片矩量，以及因而各转子叶片的正确运行。

上述过程是很花时间的，因为这需要两种不同的平衡工作台。最好的是能够以用来确定叶片中的展向和弦向矩量二者的同一设备，使用一个单独的平衡过程，在一单独的平衡工作台处来在展向和弦向两个方向上平衡叶片。

发明的公开

本发明涉及一种用于在静力方向平衡直升机转子叶片的方法和设备，以便在展向和弦向两个方向上形成正确的工作矩量，以便基本上减少或消除在一最初的静力平衡作业之后在动力方面从事平衡的必要性。为了实施本发明的方法，设置一些正确成形的叶片支座，而叶片置放在这些支座上。各支座依次落放在四个计量秤上，各计量秤设置在一平台上而各秤精确地位于靠近转子叶片的四个转角处。计量秤最好是特列多1985型(Toledo Model 1985)计量秤或相当的高精度计量秤。各计量秤构成四对叶片重量数据收集点，从这些点可以查明是否需要变更转子叶片的重量分布。转子叶片具有四个矩量形成点，它们是：前沿/尖端转角；尾沿/尖端转角；前沿/根底转角；以及尾沿/根底转角。如果可以确定在前述各转角处的长度方向和弦向上的叶片重量比值，则可以修改叶片，以便形成所需要的长度方向和弦向上的工作矩量。

四个计量秤在操作上连接于一Toledo 8146台式显示器或类似的显示器，并连接于一微处理器，它依照所编程序来分析收集到的重量数据、计算叶片各真实矩量，以及查明在叶片上必须增加于叶片或从中取掉的另外重量是多少和在什么部位，以达到正确的平衡。增加的另外重量最好是形式为各粘接薄膜，不过其他一些重量形式也可采用。按照程序进入微处理器的信息主要是在几对重量数据收集点之间所需要的各重量比值，加上一种在给定各真实重量比值时可以修正叶片以达到所需要的各重量比值的算法。将会理解，四个转角重量比值将确定叶片上的四个工作矩量，既有真实的也有所需要的。一旦确定了真实的前沿和尾沿展向矩量值，以及确定了根底或“内侧”和尖端或“外侧”真实弦向矩量值，这些真实矩量值就与所需要的工作矩量值进行对比，并确定必需的各重量分布调整以获得所需要的各工作矩量，从而平衡叶片。在从事必需的各重量调整的同时，叶片仍然留在各计量秤上，直至所需要的平衡得到证实为止。加工成形的各支座的重量对测得的各矩量的影响是一已知因素，这在微处理器操作软件中予以消除。一些测试表明，以上述方式在静力方面予以平衡的直升机转子叶片不需要进一步的动力平衡。

因而本发明的一个目的是，提供一种方法与装置，它用于在一单独的平衡工作台处既在弦向也在展向上从静力方面平衡直升机转子叶片。

本发明的又一个目的是，提供一种具有上述特性的方法和装置，其中转子叶片的前沿和尾沿都在展向上具有它们各自所需要的各工作矩量。

本发明的又一个目的是，提供一种具有上述特性的方法和装置，其中转子叶片的内侧和外侧边沿二者都在弦向上具有它们各自所需要的工作矩量。

本发明的这些和其他一些目的和优点从以下结合附图所作的其一个实施例的详细说明中会比较容易地了解到，附图中：

图1是用于实施本发明的设备的一个实施例从转子叶片的弦向观看时的一端视图；

图2是图1所示设备从转子叶片的展向观看时的一片断立面侧视图；

图3是叶片的一示意平面图，其表明各计量秤的部位，以及用以计算各真实叶片矩量值和计算为达到所希望的各操作矩量值所需的各种叶片重量分布变换的基准参数；以及

图4是图1所示设备中各种部件的一系统示意图。

实施发明的最佳方式

现在参见各附图，图1和2中分别表明的是装配体的弦向和展向边沿的视图，此装配体按照本发明运行，以平衡直升机转子叶片，一叶片在总体上由标记2指明。装配体包括一支承座4，其上面设置许多台架6。每一台架6支承一对分立的点式计量秤8，它们可操作地连接于并将各数据信号输送给未在图1和2中示出的一微处理器。许多气动千斤顶10也设置在支承座4上面并可操作地连接于位于各计量秤8上方并盖过它们的平板12。平板12随后可以有选择地由千斤顶10落放在计量秤8上面，或者由千斤顶10举起而抬离开计量秤8。计量秤8各自装有一触接平板件9(示于图2中)，可采取球、半球等形状，并可在各平板12与各计量秤8之间形成点接触。

装配体还包括许多转子叶片支承体14。各支承件14是由一种加筋增强的纤维玻璃复合体制成的并各自具有一精确成形的上表面16，该表面吻合于各个支承件14所接合的叶片2上的、表面18的各部分的外形轮廓。各支承件14可用以在抑制叶片挠曲的情况下提供强度和刚度，并同时使各支承件14对装配体重量的影响减至最少，以便取得精确的叶片矩量读数。叶片2的尾沿20可以设有各定位孔22，各孔容纳各定位销24，各定位销24则或是在一支承件14上的一配接孔口26之中，或是依靠接合一支承件14的一侧表面28，而用以接合支承件14，如图2所示。各定位销24因而可用以正确地把叶片2定位在装配体上面，而且这些定位销24可以用以把叶片2固紧于各支承件14上面。这样将导致获得叶片2的各转角相对于各计算秤8的定位。这样还在平衡过程中起到把叶片表层固定于叶片2的其余部分的作用。

转子叶片弦向矩量读数可通过记录显示在四个计量秤8的每一个上面的重量而获得，同时考虑每一计量秤上面的承重点离开叶片2顺桨轴线的距离，这在此后将会更为详细地予以说明。

现在参看图3，它表明转子叶片2的一示意平面图，表示有各种用以计算叶片2的展向和弦向矩量的基准点和尺寸。转子叶片2具有一前沿30和一尾沿20。叶片2的根或内端用标记32表示，而叶片2的尖或外端用标记34表示。叶片2的顺桨轴线用标记36表示。叶片2的各计量秤的支承点用标记9表示，而转子的转动轴线用垂直于顺桨轴线36的基准线38表明。应当指出，标记为OBTE(外尾沿)的一计量秤点9位于至顺桨轴线36的尾沿一侧的距离为C₄，而在基准线38的外侧的距离为r₂处。标记为OBLE(外前沿)的另一计量秤点9位于至顺桨轴线36的前沿一侧的距离为C₃、而在基准38的外侧的距离为r₂处。标记为IBTE(内尾沿)的第三个称量秤点9位于至顺桨轴线36的尾沿一侧的距离为C₂、而在基准线38的外侧的距离为r₁处。标记为IBLE(内前沿)的第四个和最后一个计量秤点9位于至顺桨轴线36的前沿一侧的距离为C₁、而离开基准线38的距离为r₁处。

根据以上所述，将会理解，其有一对前沿计量秤点(IBLE和OBLE)；一对尾沿计量秤点(IBTE和OBTE)；一对内侧计量秤点(IBLE和IBTE)；以及一对外侧计量秤点(OBLE和OBTE)。在这些对计量秤点处的重量读数被用来确定转子叶片的真实内侧(IBM)和外侧(OBM)弦向矩量如下：

IBM_弦向＝(IBLE)(C₁)-(IBTE)(C₂)；以及

OBM_弦向＝(IBLE)(C₃)-(IBTE)(C₄)。

图3中的符号WP_IB和WP_OB用来示意性地标记重量分布一变更部件的大致位置，这些部件将用来修正各真实弦向矩量以使它们符合为正确平衡叶片2所需的各目标弦向矩量。一旦已知各真实弦向矩量，WP_IB和WP_OB本身可以通过求解以下各方程而予以确定：

IBM_弦向±WP_IB＝MC_IB；以及

OBM_弦向±WP_OB＝MC_OB；其中

MC_IB是目标弦向内侧矩量；而MC_OB是目标弦向外侧矩量。

一旦WP_IB和WP_OB为已知，就在叶片上作出必需的一些弦向重量调整。这些弦向重量调整可以以几种不同的方式作出。当必需的重量调整相对较小时，可以这样作出：必要时在叶片上的一个或两个重量调整部位WP_IB和/或WP_OB处增添适当数量的粘接膜片。系统微处理器将确定必须增加或减少的所需重量和它应当增加或减少在转子叶片上面的什么地方。另外，当重量分布调整相对较大时，可以采用设置在叶片2内部的一些加重嵌块以正确地平衡叶片。

一旦获得各正确的弦向矩量，则通过当叶片留在各计量秤上时沿着其顺桨轴线从叶片上面的内侧和外侧区域增加或去除重量而把展向矩量调整到目标展向矩量。

现在参看图4，一转子叶片平衡设备的示意图，表明四个点计量秤和配接计量秤的微处理器(MPR)。将会理解，  MPR要从各个点计量秤馈进重量信息。在对平衡设备上的转子叶片2已经作出重量变更之后，各计量秤用以确认叶片已经正确地得到平衡。在获得希望的转子平衡矩量时，叶片2将从平衡状况中取下而在其上装上一新的叶片并以上述同样方式予以平衡。

很易理解的是，本发明的平衡装置可以在一静力台式平衡工作台上沿弦向和展向两个方向精确地平衡一直升机转子叶片，以至可以免去各叶片的动力疾转平衡。

由于可以做出本发明所披露的实施例的多种变更和改型而不偏离发明的原则，所以不打算以不同于所附各项权利要求所要求的那样限制本发明。

Claims (15)

1.一种装置，用于从静力方面确定一直升机转子叶片的真实弦向内侧和真实弦向外侧各矩量，所述装置包括：

a)一第一称重计量秤，其设置得接近转子叶片的一内侧前沿转角；

b)一第二称重计量秤，其设置得接近转子叶片的一内侧尾沿转角；

c)一第三称重计量称，其设置得接近转子叶片及一外侧前沿转角；

d)一第四称重计量称，其设置得接近转子叶片的一外侧尾沿转角；

e)所述第一和第二称重计量秤构成一内侧弦向装置，用于提供内侧各重量值，以便确定转子叶片的一真实弦向内侧矩量；

f)所述第二和第三称重计量秤构成一外侧弦向装置，用于提供外侧各重量值，以便确定转子叶片的一真实弦向外侧矩量；以及

g)微处理装置，其连接于所述内侧和外侧弦向装置，并运行以利用所述内侧和外侧各重量值来确定所述真实内侧和外侧弦向各转子叶片矩量。

2.按照权利要求1所述的装置，其中所述第一称重计量秤相对于转子叶片的一顺桨轴线的前沿一侧偏移一距离C₁；所述第二称重计量秤相对于转子叶片的此顺桨轴线的尾沿一侧偏移一距离C₂；所述第三称重计量秤相对于转子叶片的此顺桨轴线的前沿一侧偏移一距离C₃；以及所述第四称重计量秤相对于转子叶片的此顺桨轴线的尾沿一侧偏移一距离C₄；而其中所述微处理装置按照程序通过求解以下各方程式来确定真实内侧和外侧弦向各矩量：

CWMIB＝(IBLE)×C₁-(IBTE)×C₂；以及

CWMOB＝(OBLE)×C₃-(OBTE)×C₄；其中

CWMIB是转子叶片的真实弦向内侧矩量；

IBLE是由所述第一称重计量秤所显示的重量；

IBTE是由所述第二称量计量秤所显示的重量；

CWMOB是转子叶片的真实弦向外侧矩量；

OBLE是由所述第三称量计量秤所显示的重量；

OBTE是由所述第四称量计量称所显示的重量。

3.按照权利要求2所述的装置，其中所述微处理装置按照程序计算为达到转子叶片一目标内侧弦向矩量和达到一目标外侧弦向矩量所需的转子叶片内侧和外侧重量修正量，这些目标矩量用于获得转子叶片的目标弦向空气动力平衡。

4.按照权利要求3所述的装置，其中所述微处理装置按照程序通过求解以下方程式来计算所述内侧和外侧重量修正量：

WP_IB＝(IBLE)×C₁-(IBTE)×C₂±MC_IB；

以及

WP_OB＝(IBLE)×C₃-(OBTE)×C₄±MC_OB；

其中

MC_IB是目标内侧弦向矩量；

WP_IB是为获得M_IB所需的内侧重量修正量；

MC_OB是目标外侧弦向矩量；和

WP_OB是为获得MC_OB所需的内侧重量修正量。

5.按照权利要求4所述的装置，其中所述第一和第二称重计量秤构成一前沿装置，用于提供前沿各重量值，以便确定转子叶片的一真实前沿展向矩量；所述第二和第四称重计量秤构成一尾沿装置，用于提供尾沿各重量值，以便确定转子叶片的一真实尾沿展向矩量；所述微处理装置连接于所述前沿和尾沿装置并可操作以利用所述前沿和尾沿重量值来确定各个真实的前沿和尾沿展向转子叶片矩量。

6.按照权利要求5所述的装置，其中所述第一和第二称重计量秤离开一假想直线的间隔距离是r₁，此假想直线垂直于所述转子叶片顺桨轴线并相交于叶片的一工作转动轴线，以及第三和第四称重计量秤离开所述假想直线的间隔距离是r₂，而且其中所述微处理装置可通过求解以下方程式来确定所述各个真实的前沿和尾沿展向转子叶片矩量；

SWM＝(IBLE+IBTE±WP_IB)×r₁+

     (OBLE+OBTE±WP_OB)×r₂；

其中

SWM是转子叶片的真实展向矩量。

7.按照权利要求6所述的装置，其中所述微处理装置按照程序计算为达到转子叶片的一目标展向矩量所需的转子叶片内侧和外侧展向重量修正量，这种目标展向矩量用来获得转子叶片的目标展向空气动力平衡。

8.按照权利要求7所述的装置，其中所述微处理装置按照程序通过求解以下方程式来计算所述展向重量修正量：

SWM_REQD＝SWM±W_F/A×r_s

其中：

SWM_REQD是叶片的所需最终展向矩量

W_F/A是有待在顺桨轴线(F/A)处添加或减去的重量

r_s是W_F/A离开转动轴线的展向距离。

9.按照权利要求1所述的装置，其还包括转子叶片的内侧支承装置，用于把转子叶片的一内侧部分支承在所述第一和第二称重计量秤上；以及用于转子叶片的外侧支承装置，用来把转子叶片的一外侧部分支承在所述第三和第四称重计量秤上，所有支承装置各自具有转子叶片支承表面，其外形制成可严密地吻合转子叶片的各相应的受支承表面.

10.按照权利要求9所述的装置，其中每一所述称重计量秤设置得以单独一点接触相应的一个所述内侧和外侧支承装置。

11.按照权利要求9所述的装置，其还包括用于暂时把所述转子叶片固紧于至少一个所述支承装置的装置。

12.按照权利要求9所述的装置，其还包括举升装置，用于保持所述支承装置，所述举升装置可用以有选择地把所述支承装置升高至所述各称重计量秤之上。

13.一种方法，用于以静力方面调整一直升机转子叶片的重量分布，以便形成转子叶片在操作上的展向和弦向平衡，所述方法包括以下步骤：

a)确定转子叶片的真实内侧和外侧弦向矩量；

b)增加或减去转子叶片上的弦向的内侧和/或外侧重量，以便使各真实弦向叶片矩量符合目标内侧和外侧弦向叶片矩量；

c)确定真实前沿和尾沿展向叶片矩量，它们出于相一致的各目标弦向叶片矩量；以及

d)增加或减去转子叶片上的展向的内侧和/或外侧重量，以便使各真实展向叶片矩量符合目标前沿和尾沿展向矩量。

14.一种装置，用于在静力方面确定一直升机转子叶片部件的真实弦向内侧和真实弦向外侧矩量，所述装置包括：

a)一第一称重计量秤，其设置得接近此部件的一内侧前沿转角；

b)一第二称重计量秤，其设置得接近此部件的一内侧尾沿转角；

c)一第三称重计量秤，其设置得接近此部件的外侧前沿转角；

d)一第四称重计量秤，其设置得接近此部件的外侧尾沿转角；

e)所述第一和第二称重计量秤构成一内侧弦向装置，用于提供各内侧重量值，以便确定此部件的一真实弦向内侧矩量；

f)所述第二和第三称重计量秤构成一外侧弦向装置，用于提供各外侧重量值，以便确定地部件的一真实弦向外侧矩量；以及

g)微处理装置，其连接于所述内侧和外侧弦向装置，并运行以利用所述内侧和外侧重量值来确定所述真实内侧和外侧弦向各部件矩量。

15.一种方法，用于从静力方面调整一直升机转子叶片部件的重量分布，以便形成此部件在操作上的展向和弦向平衡，所述方法包括以下步骤：

a)确定此部件的内侧和外侧弦向矩量；

b)增加或减去此部件上的弦向的内侧和/或外侧重量，以便使各真实弦向部件矩量符合目标内侧和外侧弦向部件矩量；

c)确定真实前沿和尾沿展向部件矩量，它们出于已相一致的各目标弦向部件矩量；以及

d)增加或减去此部件上的展向的内侧和/或外侧重量，以便使各真实展向部件矩量符合目标前沿和尾沿展向矩量。

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