CN1944185A - 具有以挥舞和摆振方式铰接的叶片的旋翼飞行器旋翼 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋翼飞行器的旋翼(11)，它包括桨毂(13)和至少两个相对于桨毂绕相应俯仰轴线(14a至17a)、绕相应挥舞轴线以及绕相应摆振轴线铰接的叶片(14至17)；每个叶片固定于相应的俯仰杆(26至29)；旋翼包括通过第一球接头(65)连接于每个俯仰杆的俯仰控制杆，并且共用摆振阻尼器系统(30)大致定心在旋翼的转动轴线(12)上且连接于每个叶片；该摆振阻尼器系统通过相应的第二球接头(31至34)固定于每个叶片的相应横向突出部，所述第二球接头充分接近将俯仰控制杆连接于俯仰杆的第一球接头，以确保摆振阻尼器系统相对不受铰接叶片挥舞振动的影响。

Description

具有以挥舞和摆振方式铰接的叶片的旋翼飞行器旋翼

技术领域

本发明涉及一种旋翼飞行器的旋翼，它具有以挥舞(flap)、摆振(lag)和俯仰(pitch)方式铰接的叶片。

本发明的技术领域是直升机的制造。

更具体而言，本发明涉及一种旋翼飞行器的旋翼，它包括至少两个相对于旋翼桨毂以挥舞和摆振方式铰接的叶片，以及用于衰减叶片(相对于桨毂的)振动的阻尼器装置，其中所述叶片振动绕叶片的“摆振”铰链轴线，即大致与旋翼主轴的纵向轴线相平行的轴线产生。

本发明也可应用于旋翼飞行器的主起升(advance-and-lift)旋翼，且还可应用于旋翼飞行器的“反扭矩”旋翼或尾部旋翼。

背景技术

旋翼飞行器旋翼的铰接叶片的摆振通常极少被衰减，并且它们出现在低频处；这引起了它与其他相近频率处发生的振动或振颤产生耦合的风险，特别是与旋翼飞行器结构发生变形时的共振模式产生耦合；这种耦合使旋翼飞行器的部件有被损坏或破坏的风险；这种振动导致了大的无用的作用力或应力。

因此，旋翼飞行器的旋翼通常安装有衰减这种振动的装置，该装置通常被称作摆振阻尼器或频率适配器。

这种阻尼器装置的目的是通过消耗一部分振动能量来减小摆振的振幅；当该阻尼器装置表现出不可忽略的刚性时，这种刚性会改变由铰接叶片及其摆振阻尼器构组成的组件的响应频率，这就是为什么它被称为“频率适配器”。

术语“阻尼器”和“适配器”以下将互换使用，表示用于减小或适配铰接叶片的摆振振幅的装置或系统。

这种阻尼器通常包括聚合体材料的结构，该材料具有高弹性变形能力并且通常被称为“弹性体”或“合成橡胶”。

这种阻尼器具体描述在下列专利中：FR2063969、FR2111845、FR2127061、FR2672947、FR2677723、和WO94/15113。

总体而言，旋翼飞行器的旋翼具有同它的叶片一样多的摆振阻尼器；当摆振阻尼器将叶片连接于旋翼桨毂时，分别在叶片和桨毂的相应部位建立起阻尼器与叶片之间以及阻尼器与桨毂之间的连接，这些部位因此而被加强；其结果是，旋翼的重量、复杂性以及成本相应增加。

当阻尼器使旋翼的两个相邻叶片互连时，这种阻尼器被称为“叶片间”阻尼器，每个叶片需要具有两个加强部，使得它分别紧固于两个适配器。

此外，在这种情况下，由于这样叶片之间的相对位移为零，因此，摆振阻尼器无法衰减对应于叶片振动同步同相的“集合”摆振模式的叶片摆振。

由于这样集合摆振模式被忽略且未被衰减，因此，存在一种与动力单元(旋翼-主齿轮箱-发动机)耦合的更高风险，因而有必要在桨毂上安装摆振挡止件，从而无论何时起动或停止旋翼都可以限制叶片运动的幅度。

美国专利No.5372478描述了一种旋翼，它具有容纳在处于旋翼中空桨毂中心的壳体中的单个阻尼器组件。该组件包括一系列与板交替的弹性体层；该弹性体受到剪切应力；每块板通过短杆连接于相应叶片的内端；壳体(与阻尼器组件一起)或刚性固定于轮毂，或相对于其枢转安装，又或被浮动安装而悬挂离开叶片端部。

这种阻尼器系统存在易受叶片挥舞振动影响的缺陷。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于旋翼飞行器旋翼的铰接叶片振动的摆振阻尼器装置，使其改良和/或使其至少克服用于摆振阻尼的现有装置中的一部分缺陷。

因此，本发明用于旋翼飞行器的旋翼，它包括桨毂和至少两个相对于该桨毂绕相应俯仰轴线、绕相应挥舞轴线并绕相应摆振轴线铰接的叶片，用于每个叶片的三根轴线通常在铰链中心重合；每个叶片固定于俯仰杆；该旋翼包括通过第一球接头连接于每个俯仰杆的各俯仰控制杆，以及大致在旋翼转动轴线上定心并连接于每个叶片的摆振阻尼器系统；根据本发明的一方面，摆振阻尼器系统通过第二球接头固定于每个叶片的各横向突出部，该第二球接头接近于将俯仰控制杆连接于俯仰杆的第一球接头。

本发明特别用于具有三个、四个或五个铰接叶片的旋翼。

通过球接头连接并且由于两个球接头紧挨在一起，该摆振阻尼器系统相对或完全不受铰接叶片的挥舞振动的影响；其结果是，它受到的干扰力较小，它的总体尺寸小，并且它在降低摆振方面的有效性得以提高。

在本发明的优选实施例中，阻尼器系统固定于通过所述第二球接头安装于每个叶片的俯仰杆的自由端；特别是，在俯仰杆和共用的中心摆振阻尼器结构之间提供铰接的该球接头可邻接(优选在其旁边)在俯仰杆和俯仰控制杆之间提供铰接的球接头，并且在与后一球接头相同的轴线之上。

此外优选的是，在俯仰杆和共用的中心摆振阻尼器结构之间提供铰接的球接头设置在将叶片连接于桨毂的球形止推轴承与在俯仰杆和俯仰控制杆之间提供铰接的球接头之间。

优选地，在俯仰杆与共用的中心摆振阻尼器结构之间提供铰接的球接头的中心位于将叶片的球形止推轴承铰链的中心连接至俯仰杆与俯仰控制杆之间球接头的中心的轴线附近；特别是，第二球接头的中心位于所述轴线上。

附图说明

本发明的其它特征和益处将从下列参考附图的描述中得以展现，这些附图显示出本发明的优选实施例而无任何限制特征。

图1是装配有本发明的中心阻尼器装置的旋翼飞行器旋翼桨毂的概略平面视图，该装置用于衰减通过它们各自的根部连接于桨毂的四个叶片的摆振。

图2是安装于图1中旋翼的阻尼器装置的概略平面视图，

图3是沿III观察并显示图2中装置的侧视图。

图4和5类似于图1，且它们描述了中心摆振阻尼器的操作。

图6是本发明中心阻尼器的另一实施例的概略侧视图。

图7是本发明中心阻尼器的又一实施例的概略平面视图。

图8是本发明中心阻尼器的再一实施例的概略平面视图。

图9是显示一体结合在旋翼飞行器旋翼中的本发明阻尼器的局部概略平面视图。

图10是显示出在本发明优选实施例中的阻尼器与旋翼叶片的俯仰杆之间的机械连接的概略平面视图。

具体实施方式

在旋翼飞行器中，叶片的摆振响应处于低频处，且通常衰减极少。其结果是存在与其它频率(特别是结构的共振频率)耦合的风险，从而增加了旋翼部件的应力水平，且存在使它们损坏或被破坏的风险。

这一响应的振幅通常借助于阻尼器进行控制，该阻尼器消耗一部分摆振模式能量，从而衰减叶片的响应，或者借助于频率适配器进行控制，该适配器通过自身附加刚度、用于偏移叶片和适配器系统的整体频率，同时也起到阻尼的作用。

虽然可适用于阻尼器和适配器(通常总称为“阻尼器”)，然而，本发明更具体而言涉及包括阻尼弹性体材料的适配器。

下述解决方案用于弥补叶片间适配器和叶片-桨毂适配器的限制，且提供额外的优点：

与传统或叶片间解决方案相比，本发明适于减少部件数目：例如对于四叶片旋翼，只存在一个适配器而非四个；由于适配器仅连接于叶片，因此，球接头的数目因此受到限制(在四叶片旋翼中限制为四个而非八个)；这种零件数目的减少降低了成本、整体尺寸以及空气动力干扰；

旋翼上需要加强的区域数目相对于位于叶片与桨毂之间或叶片之间的传统构造相比显著减少；

此外，在一些构造中，适配器的弹性体可在单个操作中进行模制，这样它的刚度和阻尼特性比那些单独制作的适配器更为均匀；这种均一性有助于降低旋翼的不平衡性；并且

由于适配器一体结合于桨毂中心，它受到保护且更少受环境侵蚀和意外损伤的风险。

该装置与安装占用桨毂中心的飞行控制器或换向器(用于测量或防冻目的)保持兼容，并使适配器存在此装备可从中穿过的开口。

下列描述主要涉及四叶片尾部旋翼，然而它也可适用于其它类型的旋翼飞行器旋翼，无论是主旋翼还是尾部旋翼。

参考图1至5，本发明特别涉及具有桨毂的旋翼飞行器旋翼11，该桨毂包括绕轴线12的圆环13，该轴线形成桨毂的总体对称轴线。

旋翼具有沿各轴线14a至17a延伸离开桨毂的四个叶片14至17；每个叶片通过各分层球形止推轴承18至21连接于桨毂。

每个叶片的内端部或根部22至25存在通过球接头65而使俯仰控制杆固定其上的横向突出部(俯仰杆)(特别参见图9和10)。

摆振阻尼器30通过各球接头31至34固定于从每个叶片的根部22至25突出的各横向突出部26至29。

在图1至5所示实施例中，从上面观察时阻尼器的表面具有方形框架；框架的每一“侧”形成各阻尼器单元；在本实施例中，阻尼器30通过将这四个同样的阻尼器单元30a至30d成对连接在一起而获得。

特别参见图3，阻尼器单元30a包括两个外窄带40、41，其具有在二者之间延伸的内窄带42；窄带40至42呈具有细长长方形形状的平板的形式，且它们彼此平行延伸。这些窄带垂直于阻尼器的对称轴线35(图2)延伸，当该阻尼器处于安装位置时该轴线大致与桨毂的轴线12(图1)重合。

第一弹性体层43将窄带40的顶面连接于窄带42的底面，且第二弹性体层44将窄带42的顶面连接于窄带41的底面。

单元30a的内窄带42的(突出)外端部42a刚性固定于相邻单元30b的端部45。

每个阻尼器单元的窄带40和41在它们共同的第二端部45刚性互连。

窄带42的端部42a也与将其连接于相应叶片(图1中标注为16)之根部的球接头33刚性连接；这一连接可通过接合位于沿轴线33a(图2和10)延伸的轴上的球接头33来获得，所述轴固定于从叶片16的根部24突出的俯仰杆28；阻尼器30和叶片14、15及17之间的连接分别通过球接头31、32及34获得，这些球接头刚性固定于结构30的阻尼器单元30c、30d及30b的内窄带(如42)之端部。

在各实施例中，将阻尼器连接于叶片的球接头的各铰链中心大致共面。

单个的中心适配器及其到叶片的连接存在以下特征：

每个叶片通过单个球接头连接于适配器的窄带；

这些窄带中的每个通过优选的粘弹性材料或通过提供理想刚性和阻尼的装置连接于两个相邻窄带；这一连接具体可直接如图1至3所示，或者间接如图6至8所示，其中至少一个连接于叶片的窄带其本身通过单个的共用窄带连接于相邻窄带；

窄带附着点要经过选择，从而使得与叶片的俯仰及挥舞运动相关的运动最小化；球接头最好定位在俯仰杆上，从而实际中仅受到叶片的(轮转以及集合(cyclic and collective)摆振运动；以及

适配器和将其连接于叶片的球接头定位成：使得适配器不但由叶片的轮转摆振运动、而且还由集合摆振运动模式施加应力。因此优选地，至少一些施加于两个相邻窄带的作用力位于共同作用线上并沿相反方向作用。

图1至6所示阻尼器装置中窄带的形状被设计成：使得弹性体的剪切发生在水平面(垂直于轴线12)内；特别是对于图7和8所示的阻尼器，弹性体的剪切可能发生在垂直或水平平面内，或者甚至它可呈圆柱形地发生(如发生在圆柱形叶片间适配器中)。

图1至5所示阻尼器的轮转摆振操作概略显示在图4中，而其集合摆振操作概略显示在图5中。

参见图4，在这种模式下受力时，两个相对的叶片(附图中的14和16)在相同方向(由粗箭头表示)上移动，而其它两个叶片(15和17)大致保持静止。

然后，弹性体在静止窄带和移动窄带之间经受切变：叶片16的移动趋向于使单元30a和30b变短，而叶片14的移动趋向于使单元30c和30d变长。

图5显示了适配器如何受到由叶片的集合摆振运动(即，当所有的叶片在相同的方向移动时)引起的作用力分量的加压力作用。

借助于示例，例如叶片17的摆振位移产生突出部29绕球形止推轴承21的回转，并通过球接头34压适配器。这一应力可分解为两个分别(纵向)作用在元件30c和30b上的压力。

通过对叶片16进行相同观察，可以看到：单元30b在相反方向上受到两个纵向力的压迫。同样的推理可适用于其它叶片14和15以及其它阻尼器单元30a、30c和30d。这一阻尼器结构因此还可用于处理集合摆振模式。

在对应图6和9的实施例中，阻尼器30包括四个大致方形的平面窄带50至53，他们沿轴线35重叠并由相应的弹性体层54至56成对互连；每个窄带上的横向突出部(例如图9中的500)接收用以连接于相应叶片的球接头(例如31)。

外窄带50包括两个通过刚性连接部50b相互刚性固定的刚性板50a和50c，该连接部固定于承载球接头31的突出部500；该板50a和50c通过两个相应的弹性体层54和57连接于相邻的窄带54、53。

这一实施例最好被轴线12、35上的中心开口穿透。

参见图9，提供叶片14与阻尼器30之间连接的球接头31的铰链中心60位于离开穿过球接头65的铰链中心63的轴线61一段距离62处，该球接头65将俯仰控制杆连接于俯仰杆26且(通过球形止推轴承)穿过叶片14和桨毂13之间的铰链中心64。

这段距离62最好比所述铰链中心63和64之间的距离小，理想的是消除此距离62、从而除去所有干扰适配器操作的挥舞运动。

当叶片受到欲使其挥舞的作用力时，轴线61是叶片的枢转轴线，转动中心63和64在任何俯仰振动控制均无的情况下静止。

在图7所示实施例中，阻尼器30具有形式为四臂十字的单个中心内窄带70，该十字与四个配合于相应球接头31至34的外窄带71至74相关，该球接头用以建立到相应旋翼叶片的连接；弹性体层(例如75)将每个窄带71至74连接至共用窄带70的相应一个臂，该窄带最好相对于桨毂“浮动”安装(即，它不固定于其上)。

这一实施例可被轴线12、35上的中心开口穿透。

在图8所示变形中，浮动窄带81至84是相对于内窄带71至74和弹性体层75的外窄带；只有每个内窄带上承载相应连接球接头31至34的那一部分突出远离窄带81至84。

在优选实施例中，窄带81至84刚性互连、从而构成单一部件。

这一实施例可被轴线12、35上的中心开口穿透。

在图10所示实施例中，将阻尼器30连接于叶片16的球接头33以及将俯仰控制杆连接于所述叶片的球接头65邻接于共用轴线33a上的叶片16俯仰杆28的端部安装，并且大致并排设置。

优选地，轴线33a与图9所示轴线61重合。

Claims (15)

1、旋翼飞行器的旋翼(11)，包括桨毂(13)和至少两个相对于桨毂绕相应俯仰轴线(14a至17a)、绕相应挥舞轴线以及绕相应摆振轴线铰接的叶片(14至17)，该三条轴线在每个叶片的铰链中心(64)重合，每个叶片固定于相应的俯仰杆(26至29)，旋翼对每个叶片而言包括通过第一球接头(65)连接于俯仰杆的俯仰控制杆，并且共用的摆振阻尼器结构(30)大致定心在旋翼的转动轴线(12)上且连接于每个叶片，所述旋翼的特征在于：摆振阻尼器结构通过相应的单个第二球接头(31至34)固定于每个叶片的相应横向突出部，所述第二球接头充分接近将俯仰控制杆连接于俯仰杆的第一球接头，以确保摆振阻尼器系统相对和完全不受铰接叶片的挥舞振动的影响，其特征还在于：共用的阻尼器结构不固定于桨毂。

2、根据权利要求1的旋翼，其中阻尼器结构包括多个相同阻尼器单元、以及多个阻尼器单元共用且不固定于桨毂的窄带(40至42，50至53，70，80)，并且其中阻尼器结构固定于每个叶片的俯仰杆。

3、根据权利要求1或2的旋翼，其中阻尼器结构通过所述第二球接头固定至安装于每个叶片的俯仰杆自由端。

4、根据权利要求1至3任一项的旋翼，其中铰接在俯仰杆与共用的中心摆振阻尼器结构之间的所述第二连接球接头位于铰接在俯仰杆与俯仰控制杆之间的第一连接球接头旁边。

5、根据权利要求1至4任一项的旋翼，其中铰接在俯仰杆与共用的中心摆振阻尼器结构之间的第二连接球接头处于与铰接在俯仰杆与俯仰控制杆之间的第一连接球接头相同的轴线上。

6、根据权利要求1至5任一项的旋翼，其中铰接在俯仰杆与共用的中心摆振阻尼器结构之间的第二连接球接头设置在将叶片连接于桨毂的球形止推轴承(18至21)和铰接在俯仰杆与俯仰控制杆之间的第一连接球接头之间。

7、根据权利要求1至6任一项的旋翼，其中第二球接头(31至34)的中心(60)靠近连接球形止推轴承中心(64)的轴线(61)定位，该轴承将叶片铰接于第一连接球接头的中心(63)。

8、根据权利要求1至7任一项的旋翼，其中将阻尼器连接于叶片的第二球接头的各铰链中心是共面的。

9、根据权利要求1至8任一项的旋翼，其中每个叶片借助于刚性固定于所述窄带的单个球接头连接于阻尼器结构(30)的窄带。

10、根据权利要求1至9任一项的旋翼，其中阻尼器结构(30)包括窄带，每个窄带通过受剪切应力的各粘胶弹性体材料层直接或间接连接于两个相邻窄带。

11、根据权利要求1至10任一项的旋翼，其中阻尼器结构以及将其连接于叶片的球接头的定位使得阻尼器结构以集合摆振模式被施压。

12、根据权利要求1至11任一项的旋翼，其中阻尼器结构(30)通过将多个相同阻尼器单元(30a至30d)成对连接在一起而形成、以形成框架，每个阻尼器单元包括两个具有在它们之间延伸的内窄带(42)的外窄带(40，41)，这些窄带(40至42)形式为具有长方形形状的平面板且平行于彼此延伸，第一弹性体层(43)将第一外窄带(40)的顶面连接于内窄带(42)的底面，且第二弹性体层(44)将内窄带(42)的顶面连接于另一外窄带(41)的底面，每个单元的内窄带的突出外端(42a)刚性固定于相邻阻尼器单元的端部(45)，且刚性固定于与相应叶片根部连接的球接头(33)。

13、根据权利要求1至11任一项的旋翼，其中阻尼器结构(30)包括沿轴线(35)重叠的平面窄带(50至53)，所述窄带大致形为方形，且通过相应弹性体层(54至56)成对连接在一起，每个窄带上的横向突出部(500)接收连接于相应叶片的球接头。

14、根据权利要求1至11任一项的旋翼，其中阻尼器结构(30)具有包括多个臂的单个中心内窄带(70)，以及外窄带(71至74)，每个外窄带配合于与相应旋翼叶片连接的相应球接头(31至34)，每个外窄带(71至74)通过相应弹性体层(75)连接于共用窄带(70)的一个相应臂，所述共用窄带不固定于桨毂。

15、根据权利要求1至11任一项的旋翼，其中所述阻尼器结构(30)具有在内窄带(71至74)和弹性体层(75)外面的浮动共用窄带(80)，每个内窄带只有一部分承载突出至浮动共用窄带(80)外部的相应连接球接头(31至34)。

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