CN210822748U - 周期性变桨控制系统和旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种周期性变桨控制系统和旋翼飞行器。该周期性变桨控制系统包括具有弹簧系统(100)的基于扭矩的旋翼总成(1)，基于扭矩的旋翼总成(1)被设计为谐振运行，其中对旋翼施加的扭矩的改变控制叶片桨距角并最终控制旋翼飞行器的运动。相关联的弹簧构件(14)的刚度被允许响应于电机(31)施加于旋翼总成(1)的扭矩而变化。

Description

周期性变桨控制系统和旋翼飞行器

技术领域

本文涉及弹簧系统，该弹簧系统用于设计为谐振运行的基于扭矩的旋翼总成，其中扭矩的改变控制叶片桨距角并最终控制旋翼飞行器的运动。更具体而言，本发明提出用于这样的旋翼总成的弹簧系统，其中刚度可以响应于从或由电机所施加的力或扭矩的水平而改变。

背景技术

无人飞行器(UAV)用于范围广泛的应用领域，既有民用又有军用，包括检查、情报、侦查和营救任务。UAV设计范围从大型固定翼喷气机到具有一个或多个旋翼的较小的旋翼飞行器。电子工业在过去几十年中的进步已经使得可以将无人飞行器的必要部件缩小为掌上型，即所谓的微型飞行器(MAV)。这些飞行器例如可以抬起相机并传输视频图像，同时仍然具有高度的机动性。

不论尺寸如何，像直升机这样的旋翼飞行器通常都由围绕竖直转轴旋转的一个或多个旋翼来支持。在常规直升机中，来自旋翼的推力大小和推力的方向可以通过改变旋翼叶片的桨距角来控制。飞行的水平方向和直升机的稳定性可以通过用所谓的旋转斜盘周期性调整旋翼叶片的桨距角来控制。周期性调整桨距角指的是每个旋翼叶片的桨距角从某一特定位置的最大值调整到旋转后的180度最小值。当叶片桨距如此改变时，初始竖直的推力倾斜，从而产生水平分量，使直升机沿期望方向移动。通过共同改变所有旋翼叶片的叶片桨距(即，使所有叶片的叶片桨距改变相同的大小)，或者通过改变旋翼的转速，可以沿竖直方向控制直升机。

旋翼叶片的叶片桨距角的改变通常通过操作附接于旋转斜盘的操纵杆来完成，旋转斜盘为包含彼此转动连接的旋转式盘和非旋转式盘的单元。通常，每个叶片的内端经由变距拉杆连接于旋转式盘，而操纵杆附接于非旋转式盘。操作操纵杆使旋转斜盘在一个或多个点处倾斜或下降。当旋翼旋转时，旋翼叶片的叶片桨距角随着其在被旋转斜盘操纵杆倾斜或下降的部分之上移动而通过旋转周期性调整。

旋翼飞行器中的操纵杆通常附接于或者包含伺服机构，伺服机构根据飞行员的输入信号操作操纵杆的运动，使得飞行器沿期望方向移动。然而，鉴于MAV技术的进步，并且为了使得飞行器能够更加简单和成本低廉，期望使用不依赖于先前提及的用于操纵飞行器的旋转斜盘和伺服机构的设计。

存在一些常规的旋翼控制系统，其中旋翼扭矩的快速改变被转换为围绕推力发生旋翼的旋翼叶片的叶片桨距轴线的力矩，以最终控制旋翼飞行器的运动。然而，这样的系统常常需要施加相对大的扭矩输入以提供叶片桨距角的实质改变并因此提供变化的水平方向。因而，这种常规系统会对其可能经受的速度和风力具有显著的限制，并且仍然能够充分运行。常规系统也考虑旋翼系统的谐振，但现在使用的所有已知旋翼系统都试图避免旋翼总成每个部件中的谐振。例如，旋翼叶片处发生的弯曲和应变主要由机身与旋翼之间的结构耦合所导致的振动和谐振而引起，并且这在任何可能的时候都应当被避免，并且许多常规技术或布置都设计为消除或减小旋翼系统自身的或旋翼与飞行器之间的谐振。而且，尽管谐振增益的概念可能一般适用于机械系统，谐振的固有特征意味着，增益系数将会在整个范围内变化，并且在机械系统的自然频率之上和之下都更低。因而通过限制其在仍然最佳运行的同时可以承受的转速范围，机械系统的性能将会例如随着转速显著变化。

因此，尤其是在没有上述缺点和限制地使用谐振增益的情况下，本领域需要用于小型MAV和较大型的旋翼飞行器的相对简单的基于扭矩的旋翼控制系统，以实现更简单、更好且更高效的旋翼系统。

实用新型内容

本文中实施例的目的在于克服或者至少缓解上述缺点。该目的和其他目的通过本文所包含的权利要求来实现。

根据一个实施例，该目的可以通过用于控制推力发生旋翼总成的叶片桨距角的周期性变桨控制系统来实现。旋翼总成可以包括旋翼扭矩总成，旋翼扭矩总成包括可转地连接于旋翼叶片总成的旋翼轴，旋翼叶片总成具有能够围绕旋翼叶片轴线倾斜的旋翼叶片，其中，旋翼叶片总成具有围绕旋翼叶片轴线的第一倾斜惯性矩和围绕旋翼轴轴线的第一转动惯量，并且其中，可以包括连接于旋翼扭矩总成的电机的旋转部件的旋翼扭矩总成具有围绕旋翼轴轴线的第二转动惯量，第二转动惯量显著小于第一转动惯量。周期性变桨控制系统可以还包括至少一个弹簧构件，其连接于旋翼扭矩总成和旋翼叶片总成二者，配置为传递扭矩。第一倾斜惯性矩、第二转动惯量和弹簧构件相对于彼此被调整为提供处于旋翼总成的运行转动频率范围之内的旋翼扭矩总成的旋转谐振频率范围，从而提供影响关于电机所产生的扭矩改变的旋转偏移的谐振增益。周期性变桨控制系统可以还包括弹簧系统，弹簧系统包括弹簧元件，弹簧元件被调整为与弹簧构件相互作用来使弹簧构件的刚度响应于施加扭矩而变化。

在一个实施例中，弹簧系统包括弹簧元件，弹簧元件在运行时能够与弹簧构件至少部分地交叉，以便使弹簧构件的刚度响应于施加的扭矩而相应变化，从而调整弹簧构件和旋翼扭矩总成的自然频率并在旋翼总成运行的旋转频率范围之内扩大旋翼扭矩总成的旋转谐振频率范围。

在另一个实施例中，弹簧元件的一端处在相应的弹簧构件关于旋转方向的前方连接在旋翼头上，并且沿着相应的弹簧构件从旋翼扭矩总成朝着旋翼叶片总成向上延伸。

在另一个实施例中，弹簧元件的一端处在相应的弹簧构件关于旋转方向的后方连接在旋翼叶片总成上，并且沿着相应的弹簧构件朝着旋翼扭矩总成向下延伸。

在另一个实施例中，弹簧元件定位在距相应的弹簧构件预定距离处并与相应的弹簧构件具有一定间隙。

在另一个实施例中，一定间隙在弹簧构件在电机所施加的最大变化量下的变形所经历的距离的0％至50％之间。

在另一个实施例中，弹簧元件的一侧相对于弹簧构件的未受影响状态设置成角度，意味着预定距向着弹簧元件的连接点变得更小。

在另一个实施例中，弹簧元件延伸超过旋翼叶片总成与旋翼扭矩总成之间距离的25％。

在另一个实施例中，弹簧元件在旋翼叶片总成与旋翼扭矩总成之间距离的40％至60％之间延伸。

在另一个实施例中，弹簧元件由金属、碳纤维复合材料或注塑成型塑料制成。

根据另一个实施例，该目的可以通过用于控制推力发生旋翼总成的叶片桨距角的周期性变桨控制系统来实现。周期性变桨控制系统可以包括旋翼总成，其中旋翼总成包括旋翼扭矩总成、连接构件、至少一个弹簧构件和弹簧系统，旋翼扭矩总成包括可转地连接于旋翼叶片总成的旋翼轴，旋翼叶片总成包括配置为围绕旋翼叶片轴线倾斜的旋翼叶片，连接构件配置为将旋翼扭矩总成与旋翼叶片总成的旋转位置之间的旋转偏移的改变转换为旋翼叶片桨距的改变，至少一个弹簧构件连接于旋翼扭矩总成和旋翼叶片总成二者，并且配置为在旋翼扭矩总成与旋翼叶片总成之间传递扭矩，并且弹簧系统包括弹簧元件，弹簧元件配置为响应于施加于至少一个弹簧构件的扭矩而改变至少一个弹簧构件的刚度。至少一个弹簧构件和/或与旋翼扭矩总成和旋翼叶片总成相关联的惯性矩可以配置为提供至少部分地处于旋翼总成的运行转动频率范围之内的旋翼扭矩总成的旋转谐振频率范围。

根据另一个实施例，该目的可以通过运行用于控制飞行器的推力发生旋翼总成的叶片桨距角的周期性变桨控制系统的方法来实现。该方法可以包括接收输入控制信号来控制包括周期性变桨控制系统的飞行器，从周期性变桨控制系统的旋转传感器接收旋翼扭矩总成相对于参考位置的旋转位置，至少部分地基于控制信号和旋翼扭矩总成的旋转位置来确定扭矩变化的时间提前量和幅度，和根据所确定的时间提前量和幅度控制连接于旋翼扭矩总成的电机来产生扭矩变化。

本发明的范围由权利要求限定，权利要求通过引用并入本章节。通过考虑以下对一个或多个实施例的具体描述，本领域技术人员将能够更完整地理解本发明的实施例并且领会其附加优点。将会对附图进行参照，首先简要描述这些附图。

附图说明

图1a和图1b图示根据本发明的一个实施例的、处于静止状态的推力发生旋翼总成的立体图。

图2a和图2b从前方图示平面图和平面剖视图中的根据本发明的一个实施例的推力发生旋翼总成。

图3a和图3b从上方和侧面图示根据本发明的一个实施例的、具有标称桨距并且没有从标称扭矩变化的推力发生旋翼总成。

图4a和图4b从上方和侧面图示根据本发明的一个实施例的、具有正向桨距并且扭矩“快速”正向变化的推力发生旋翼总成。

图5a和图5b从上方和侧面图示根据本发明的一个实施例的、具有负向桨距并且扭矩“快速”负向变化的推力发生旋翼总成。

图6a和图6b从上方和侧面图示根据本发明的一个实施例的、具有标称桨距并且扭矩非常“缓慢”变化的推力发生旋翼总成。

图7a和图7b从上方图示平面图和平面剖视图中的根据本发明的一个实施例的替代的推力发生旋翼总成。

图8a和图8b图示从前方和侧面观察的、将根据本申请的一个实施例的弹簧系统定位在示例性旋翼总成中的示例性实施例。

图9a和图9b图示在立体图中和从侧面观察的、将根据本申请的一个实施例的弹簧系统定位在在非标称叶片桨距下运行期间的旋翼总成中的示例性实施例。

图10a和图10b图示在前视图和剖视图中示出的、根据本申请的一个实施例定位在旋翼总成中的弹簧系统。

本发明的实施例及其优点通过参照下面的具体实施方式而得到最佳理解。应当领会的是，相同的附图标记用来表示一个或多个附图中所图示的相同元件。

具体实施方式

本发明公开如下弹簧系统，其中旋翼总成中所包括的弹簧构件的刚度可以在旋翼所经历的转速范围内变化。这通过在扭矩控制且谐振运行的推力发生旋翼总成中实施的弹簧系统来实现。该旋翼总成还包括周期性变桨控制系统，周期性变桨控制系统用于控制围绕一个或多个旋翼叶片的纵向旋翼叶片轴线的倾斜力矩，以便控制桨距角并从而控制直升飞行器或旋翼飞行器的水平运动。

将首先提出这种谐振运行的扭矩控制且推力发生式旋翼总成的示例性实施例，以提供对可以包含本发明的旋翼的功能和运行的大体理解。

扭矩控制式周期性变桨旋翼

下面将会参照所附附图来讨论本发明并说明示例性实施例。

图1a至图2b示出包括基于扭矩的周期性变桨控制系统的谐振运行式推力发生旋翼总成的示例性实施例。旋翼总成包括两个子总成：旋翼叶片总成11和旋翼扭矩总成10，旋翼扭矩总成10包括电机31的旋转部件。

旋翼叶片总成11包括两个大致水平安装且相反指向的旋翼叶片12a和 12b，旋翼叶片12a和12b各自具有预定翼型并设置成预定的标称桨距角 16。旋翼叶片总成11具有旋翼叶片轴线15，旋转叶片轴线15从一个叶片 (即第一旋翼叶片12a)的尖端沿着叶片12的长度延伸到相反指向的叶片 (即第二旋翼叶片12b)的另一尖端。单纯作为示例，旋翼叶片12可以由碳纤维复合材料制成，以使其纤薄且强健。

中心定位的连接构件20沿着旋翼叶片轴线15纵向延伸，并且适于提供用于连接旋翼叶片12和构成旋翼叶片总成11的额外部件的框架。连接构件20被设计为具有期望的刚度以适合在运行时发生的力的范围。连接构件20可以由具有所需刚度和/或弹性的任何合适的金属、聚合物或复合材料制造。根据一个示例，连接构件20优选由碳纤维复合材料制成。两个相反指向的旋翼叶片12中每一个的内部部件刚性固定于连接构件20的相应外部部件。旋翼叶片12的位置和预定的标称叶片桨距角16可以被调整来在运行期间提供所需的推力和旋翼叶片总成11的动态稳定性。

替代地或者另外地，两个稳定平衡杆24可以安装在连接构件20上，靠近每个旋翼叶片12的内端。大致水平的稳定平衡杆24通常垂直于旋翼叶片轴线15安装，并且可以采用任何形状。平衡杆24的大部分定位在旋翼叶片轴线15的正前方。平衡杆24被调整来抵消和平衡旋翼转子总成11 的特性，以使其在运行期间更加动态稳定。动态稳定指的是两个旋翼叶片 12a和12b具有不对称叶片桨距角16的旋翼叶片总成11将会由于翼型的特性、稳定平衡杆24以及作用在不同元件上的惯性力和气动力，而随时间达到具有对称叶片桨距角16的水平位置。

在一些实施例中，旋翼叶片12、连接构件20和平衡杆24可以成型为一个部件，以减小制造期间的复杂性和组装时间。例如，这种组合式部件可以由碳纤维复合材料制成。

在其他实施例中，可以使用专门设计且气动稳定的旋翼叶片，以便减小对平衡杆24的需要。具有在后端带有所谓的反折(reflex)、即向上弯曲的尾端的翼型的旋翼叶片可以为旋翼叶片总成11提供所需的动态稳定性而无需使用稳定平衡杆24。如果将具有常规翼型的旋翼叶片12的升力中心定位在旋翼叶片轴线15的正后方，则这种旋翼叶片12也可以在稳定旋翼叶片总成11中使用。

为了允许连接构件20和旋翼叶片12围绕旋翼叶片轴线15倾斜以使得桨距角16可以改变，连接构件20借助变桨铰链销17可转连接于中心构件 21。如图2b可见，存在沿着旋翼叶片轴线15定位和取向的两个变桨铰链销17a和17b，在中心构件21的两个外端处各一个。中心构件21可以具有允许或提供与连接构件20具有一定或预选间隙的任何合适形状，以便允许连接构件20围绕两个变桨铰链销17转动。中心构件21可以由具有所需材料质量的任何合适的金属、聚合物或复合材料生产。根据一个实施例，中心构件21优选由纤维复合物强化的聚合物材料制成。

不需要将中心构件21定位在与连接构件20相同的平面中，与旋翼叶片轴线15对准。在替代的实施例中，中心构件21可以定位在上方或下方，变桨铰链销17通过沿所需方向延伸的附加支架来支撑。

连接构件20还被允许借助连接构件20中心的圆孔在垂直于旋翼轴轴线的平面中围绕大致竖直的旋翼轴18旋转。除了旋翼轴18之外，上述部件构成了旋翼叶片总成11。

如上所述，旋翼叶片总成11通过连接构件20围绕旋翼轴18定位和定心，并且还借助弹簧构件14连接于旋翼扭矩总成10。单纯作为示例，图 1a至图2b示出两个弹簧构件14，弹簧构件14由选择的弹性材料制成以适合连接于旋翼轴18的电机31的扭矩范围。替代地，可以存在仅一个或更多个不同形状和材料组合的弹簧构件14。

在本发明的一个实施例中，弹簧构件14可以由具有期望的弹性和柔性品质的橡胶材料制成。替代地，弹簧构件可以由任何弹性和/或柔性材料制成，包括聚合物，即合成橡胶、复合纤维或弹簧-金属。弹簧构件14还可以由多种材料的组合制成，一些部件为刚性的，以增加旋翼总成的结构特性，而一些部件为柔性的，以提供期望的弹性效果。

旋翼扭矩总成10包括围绕旋翼轴轴线旋转的大致竖直的旋翼轴18和固定于旋翼轴18的旋翼头19。驱动旋翼的扭矩从电机31通过电机连接部 30传递到旋翼轴18的下端并传递到旋翼头19。从旋翼头19，扭矩通过弹簧构件14进一步传递到旋翼叶片总成11中的中心构件21。电机31通常为直驱电机或通过传动装置驱动旋翼的齿轮电机。

电机的旋转部件31a通过电机连接部30固定于旋翼扭矩总成10的其他部分，并且为构成旋翼扭矩总成10的最后一个部件。为了能够将扭矩的改变传递到旋翼总成的其他部分而没有任何损失或不对准，重要的是电机的旋转部件31a牢固固定并有效成为旋翼头19的功能部件。

根据一个示例性实施例，电机连接部30可以被设计为两个部件，以确保扭矩的适当传递和其他期望的特性。其他期望的特性可以例如为能够快速替换旋翼总成的设计、使得旋翼如果受到碰撞就能够落下的设计、便于生产的锁定功能等。电机连接部30的上部部件可以替代地直接固定于电机头19而其之间没有旋翼轴18，而电机连接部30的下部部件可以替代地直接固定于电机31的旋转部件或者适配为电机31的旋转部件的一体式部件。

在运行中，当旋翼围绕旋翼轴轴线旋转时，来自电机31的扭矩的变化将会引起作用在将旋翼叶片总成11连接于旋翼扭矩总成10的弹簧构件14上的力。相较于旋翼叶片总成11，包括电机的旋转部件31a的旋翼扭矩总成10具有相对低的惯性矩，并且会响应电机31所施加的扭矩的任何变化而开始改变其转速。旋翼叶片总成11由于其高得多的转动惯量而需要长得多的时间来改变其转速。

在旋翼的传统实施方式中，将旋翼叶片连接于旋翼头的构件为刚性的，或者被调整为允许旋翼叶片与旋翼头之间非常小的相对转动。然而，在本发明中，弹簧构件14的特征和位置意味着在扭矩变化的情况下，作用在旋翼叶片总成11上的惯性力和阻力将会引起弹簧构件14的变形或弯曲。这种变形将会导致旋翼叶片总成11与旋翼扭矩总成10之间的旋转位置的偏移。在本文中，这种偏移被称为旋转偏移26，并且可以通过比较图 3a、4a和图5a的俯视图而看出。弹簧构件14的特征意味着当施加了扭矩的变化时，旋翼平面25(垂直于旋翼轴轴线的平面，旋翼叶片在该平面中旋转)中观察到的初始旋转偏移26将会相对于旋翼叶片轴线15顺时针或逆时针运动。

简而言之，旋转偏移26可以被描述为作用在旋翼叶片12上的惯性力和气动阻力的结果，使得整个旋翼叶片总成11在其旋转运动中“滞后”。阻力抵消了标称或恒定旋翼扭矩并引起初始或标称旋转偏移26，而惯性力抵消了扭矩的变化来提供旋转偏移26的顺时针或逆时针变化。

再次参照图1a至图2b，将会进一步描述周期性变桨控制系统的其他特征和功能。

变桨臂22安装在旋翼叶片总成11与旋翼扭矩总成10之间。在本发明的不同实施例中，变桨臂22在其端部之一(上端或下端)处与旋转阻尼构件相互作用。变桨臂22的功能在于形成围绕旋翼叶片轴线15的倾斜力矩，以便使至少一个旋翼叶片12的叶片桨距角16变化。在图1a-图1b所示的示例性实施例中，变桨臂22安装于该阻尼构件并从该阻尼构件向下延伸，该阻尼构件被称为变桨阻尼装置13或仅称为变桨阻尼器13。变桨阻尼器13在第一旋翼叶片12a的内端处安装于旋翼叶片总成11。在其下端处，变桨臂22通过变桨臂连接部23连接于旋翼扭矩总成10。在替代实施例中，变桨阻尼器13可以替代地安装在变桨臂22的下端与旋翼扭矩总成10之间，而变桨臂22的上端直接连接于旋翼叶片总成11。变桨臂22 需要与变桨阻尼器13相互作用，并且二者可以都具有多种不同的形状和取向。

在图1a-图1b所示的实施例中，变桨臂连接部23在第一旋翼叶片12a 之下安装于旋翼头19的外端。单纯作为示例，变桨臂连接部23可以构成位于具有矩形竖直孔的构件内侧的球形构件，以允许球形构件在矩形孔中自由地来回倾斜并上下运动，同时沿大致水平的方向传递力。在本发明的一个实施例中，变桨臂22可以由具有期望品质的刚性或硬性材料制成。单纯作为示例，变桨臂22可以由金属、碳纤维复合材料或注塑成型塑料制成。

变桨阻尼器13为基于速度的传力和传位构件，其使得周期性变桨控制系统能够在大范围的旋翼扭矩中工作，并且不论平均旋翼扭矩如何，其都允许动态稳定的旋翼叶片总成11随时间恢复对称的桨距角16。当包括本控制系统的推力发生旋翼总成要在有风或紊流环境中运行的飞行器中使用时，或者如果飞行器正在大范围的飞行速度中运行，这些特性是优选的。

在本发明的一个实施例中，变桨阻尼器13包括适配为旋转装配在彼此之内的第一同心部件和第二同心部件。变桨阻尼器13还包含填充第一和第二同心部件之间的预定间隙的期望阻尼材料。阻尼材料的粘性特性可以被选择为当第二同心部件和第一同心部件的相对转速或位置快速改变时限制或大幅减小第二同心部件相对于第一同心部件的运动。同时，如果转速或位置的改变太慢，则阻尼材料的粘性特性允许第二同心部件相对于第一同心部件的运动更大。换言之，变桨阻尼器13的第一和第二同心部件在运动快速时大致跟随彼此的转动，但在运动缓慢时未必。此外，在本文中，同心部件之一相对于另一个同心部件的运动被称为阻尼构件偏移。

在一些实施例中，如图2b可见，变桨阻尼器13的第一同心部件13a 被调整为像壳体内的旋转构件一样在第二同心部件13b内设置和旋转。于是，变桨阻尼器13的第二同心部件13b构成壳体。根据本实施例，在第一和第二同心部件之间还需要密封件(未示出)来贮存阻尼构件流体。第二同心部件13b被定位在第一旋翼叶片12a的内端处，其中旋转轴线与旋翼叶片轴线15对准。此外，第二同心部件13b固定于旋翼叶片总成11，因此当其旋转时，旋翼叶片总成11将会跟随这种运动，围绕旋翼叶片轴线15旋转或倾斜，从而改变叶片桨距角16。变桨臂22的上端固定于变桨阻尼器13的第一同心部件13a。因此，当变桨臂22开始倾斜时，变桨阻尼器13的第一同心部件13a必然开始旋转。

此外，本文所述的快速运动或变化指的是在小于一周的旋翼旋转中发生的变化或改变。通常，快速改变将是在半周的旋翼旋转内完成的沿一个方向的改变。扭矩的周期性变化或交替为快速变化的示例。本文所述的缓慢变化指的是花费多于一周的旋翼旋转来完成的变化。通常，这些缓慢变化在两周或更多周的旋翼旋转中发生。获得新的旋翼转速的逐渐的或渐进的扭矩改变为缓慢变化的示例。

一些不同的材料和设计可以在变桨阻尼器13中使用。单纯作为示例，变桨阻尼器13可以为被动阻尼构件并且包含在受力时提供期望的特性的材料。在本发明的一个实施例中，变桨阻尼器13包含被动阻尼构件材料，被动阻尼构件材料可以为具有符合旋翼的物理特性的粘度的粘性材料，例如糊剂或油脂。仔细设计的使用摩擦和气体作为阻尼构件材料的变桨阻尼器13也是可能的。另一个示例为永磁体与非磁性金属材料(例如铝)的组合，其利用所谓的楞次效应来构建被动阻尼构件而无需使用液体或糊剂状材料。这种替代实施例依赖于速度引起的电磁力，该电磁力影响磁体与金属材料之间的摩擦，并且由于缺少基于温度的材料，这种替代实施例在非常寒冷的环境中具有优势。

替代地，变桨阻尼器13可以包含主动阻尼构件材料并且包括例如响应于来自电机控制装置或电机控制器33的输入信号的电磁体。单纯作为示例，变桨阻尼器13可以是装配有主动阻尼构件材料和被动阻尼构件材料的组合。变桨阻尼器13的阻尼特性不必与其运动具有严格的线性或二次关系，但阻尼特性可以基于其需要传递的力和扭矩变化频率、即旋翼12 的转速来选择。然而，变桨阻尼器13可以优选以如下方式设计，使得通过其传递的倾斜力矩以可预测的方式跟随旋转偏移26的改变的速率。

在示例性实施例中并且基于以上说明，现在可知：旋转偏移26的快速改变将会通过变桨臂连接部23使得变桨臂22的下端开始运动，并且从而通过变桨阻尼器13形成围绕旋翼叶片轴线15的倾斜力矩。当通过变桨臂22和变桨阻尼器13作用的力大得足以克服围绕旋翼叶片轴线15的惯性时，包括平衡杆24的旋翼叶片12将会开始倾斜，并且最终，叶片桨距角16将会改变。

而且，作为使旋翼旋转的装置，旋翼扭矩总成10连接于电机31。此外，旋翼扭矩总成10的旋转位置通过旋转感测装置或旋转传感器32来监测。单纯作为示例，旋转传感器32可以为调整为提供代表旋翼扭矩总成 10的旋转位置的信号的磁传感器。替代地，旋转传感器32可以为任何类型的位置传感器，例如光传感器、电位计、磁传感器或声传感器。旋转传感器32还连接于电机控制器33，以提供用于控制电机31的输入信号。电机控制器33还设置有装置来或者以其他方式配置为从操作者或自动驾驶仪(未示出)接收飞行指令输入。

电机控制器33通过电机31发起的扭矩的快速或缓慢变化被用作提供叶片桨距角16的周期性改变以操纵飞行器的方法。如先前所提及的，周期性意味着这些扭矩变化发生在期望位置并在旋翼的多周旋转中重复，以获得期望的飞行器运动。如将要解释的，扭矩的快速周期性变化将会提供飞行器沿水平方向的相应运动。替代地，可以施加扭矩的缓慢变化来改变旋翼的转速，以提供沿竖直方向的运动。这些扭矩的快速和缓慢变化可以以任何组合并在旋翼旋转期间的任何点处施加，以提供飞行器沿所有方向的期望运动。

现在将会通过运行示例来进一步描述图1a至图2b所示的示例性实施例的功能和控制。以下的逐步解释通过图3a至图6b来支持。

当翻看以下示例时，重要的是注意附加阻尼构件、扭矩阻尼构件或仅仅扭矩阻尼器41影响旋转偏移26的幅度，而不是关注叶片桨距控制的原理。稍后当解释旋翼扭矩总成10的谐振运行时，将会详细讨论扭矩阻尼器41。

扭矩的快速正向变化，图4a和图4b

为了使第一旋翼叶片12a上的叶片桨距角16a从标称叶片桨距角16增大，从电机31施加扭矩的快速正向变化。相较于旋翼叶片总成11，旋翼扭矩总成10具有低转动惯量并且通过弹簧构件14和变桨臂22连接于旋翼叶片总成11。这使得电机31能够在施加了附加扭矩时轻微且几乎立即地增大旋翼扭矩总成10的转速。

由于旋翼叶片总成11并非可转地固定于旋翼头19，而是抵靠在弹簧构件14上来从旋翼扭矩总成10传递旋翼扭矩，并且由于旋翼叶片总成11 具有高得多的转动惯量，因此其加速变得更慢。加速更慢的结果是，旋翼叶片总成11相较于旋翼扭矩总成10将会开始滞后。旋转位置的这种差异先前被定义为旋转偏移26。

随着来自电机31的扭矩快速增大，旋转偏移26的增大开始在旋转的一部分之内建立。由于扭矩的变化是快速的并且本实施例中的变桨臂22 在其上端连接于变桨阻尼器13的内同心部件13a而在其下端连接于变桨臂连接部23，因此变桨臂22需要倾斜以适应增大的旋转偏移26。现在，看着变桨阻尼器13并牢记速度和旋转偏移的变化是快速的，基于先前对变桨阻尼器13的特征的描述，可以理解，变桨阻尼器13的第二外同心部件 13b并且从而还有旋翼叶片总成11将会大致跟随第一同心部件13a的运动和变桨臂22的倾斜。

然而，由于围绕旋翼叶片轴线15作用的稳定平衡杆24所导致的惯性力，旋转偏移26和变桨臂22的倾斜将不会立即发生。在建立旋转偏移26 的初始阶段，并非传递到旋翼叶片总成11的所有扭矩都将会经过弹簧构件14。相反，一些力将会通过变桨臂22作用，导致的结果如下。首先，从变桨臂22通过变桨阻尼器13的上端作用的力将会为旋翼叶片总成11的转速带来小的加速度，直到变桨臂22、变桨阻尼器13和旋翼叶片总成11 实际倾斜。第二，然而相同的力将会同时形成围绕旋翼叶片轴线15的倾斜力矩，开始使旋翼叶片12倾斜，受到稳定平衡杆24所导致的惯性力和作用在两个旋翼叶片12a、12b上的气动力差的抵抗。当旋翼叶片12、变桨阻尼器13、平衡杆24和变桨臂22倾斜时，旋转偏移26增大。此外，当旋转偏移26增大时，弹簧构件14变形并弯曲得越来越多，将增大的扭矩的更大部分从旋翼扭矩总成10传递到旋翼叶片总成11。当旋翼叶片总成11中的旋翼叶片如所描述的那样倾斜时，变桨臂22的下端沿旋转方向向前运动，并且第一旋翼叶片12a向上倾斜，导致更高的叶片桨距角16a。由于两个旋翼叶片刚性安装在一起，因此相反指向的旋翼叶片12b将会经历叶片桨距角16的减小。叶片桨距角16的增大和减小以及旋转偏移 26的增大继续进行，直到旋翼扭矩的增大，即扭矩的正向变化，全部经过弹簧构件14。

为了对桨距角16增大多少和达到最大值耗时多久具有充分的控制，优选使扭矩变化的水平与旋翼叶片总成11的转动惯量、弹簧构件14的特性以及平衡杆24的惯性相匹配。相较于较轻的旋翼叶片总成11，重型的旋翼叶片总成11需要更大的气动力来使旋转平面25倾斜，并因此通常需要更高的扭矩改变以及相应的叶片桨距角16的改变。具有高质量的平衡杆24和硬的弹簧构件14通常需要更高的扭矩改变，而低质量的平衡杆24 和软的弹簧构件24需要更低的扭矩改变。平衡杆24的重量、即惯性，也影响时间。重的稳定平衡杆24导致从扭矩开始改变时直到达到叶片桨距角16的最大改变之间的时间更长。因此，相比于具有较小平衡杆或没有平衡杆的旋翼叶片总成11的情况，重的和/或长的平衡杆需要电机控制系统31在旋转中更早地开始扭矩的增大。

总而言之，扭矩的快速增大形成了第一旋翼叶片12a中增大的叶片桨距角16a和相反指向的叶片中减小的叶片桨距角。

扭矩的快速负向变化，图5a和图5b

为了使第一旋翼叶片12a上的叶片桨距角16a从标称叶片桨距角16减小，从电机31施加扭矩的快速负向变化。在这种情况下，旋翼叶片总成 11的大转动惯量导致旋转偏移26的负向改变。旋翼叶片总成11将会需要一些时间来减速，而旋翼扭矩总成10立即开始减小转速。旋翼减速所需的时间导致旋翼叶片总成11开始相对于旋翼扭矩总成10向前运动。

看着弹簧构件14、稳定平衡杆24、变桨阻尼器13和变桨臂22，现在开始进行扭矩正向变化期间发生的动作的相反动作。

因为扭矩的变化是快速的，变桨阻尼器13的第二同心部件13b将会由于阻尼材料的性能而大致跟随第一同心部件13a和变桨臂22的运动。从而，当旋转偏移26开始下降时，变桨臂22的下端被从其当前位置拉回。同样，由于稳定平衡杆的惯性，将不会允许旋翼叶片总成11和变桨臂22 立即倾斜。作用在整个变桨臂22上的力将会替代地建立围绕旋翼叶片轴线15的倾斜力矩，即开始使旋翼叶片总成11沿负向方向倾斜。当旋翼叶片12、平衡杆24、变桨阻尼器13和变桨臂22倾斜时，旋转偏移26减小，或者变为负向。

当旋翼叶片总成11如所描述的那样倾斜时，随着变桨臂22的下端相对于旋转方向向后运动，第一旋翼叶片12a向下倾斜，导致更低的叶片桨距角16b。另一方面，相反指向的旋翼叶片12b将会导致更高的叶片桨距角16b。叶片桨距角16的减小和增大以及旋转偏移26的减小继续进行，直到旋翼扭矩的减小，即扭矩的负向变化，再次被弹簧构件14所平衡。

总而言之，扭矩的快速减小形成了第一旋翼叶片12a的减小的叶片桨距角16b和相反指向的叶片中增大的叶片桨距角。

扭矩的缓慢变化，图6a和图6b

扭矩的快速和缓慢变化之间的差异可以通过变桨阻尼器13响应于不同改变速率的方式来演示。如上所述，导致变桨阻尼器13的第一同心部件13a的旋转位置或转速快速改变的扭矩的快速改变使得第二同心部件 13b跟随第一部件的运动。然而，如果改变是缓慢的，变桨阻尼器13的特性将会允许第二同心部件13b滑动而不跟随第一同心部件13a的运动，如果力在抵抗这种运动。于是，两个同心部件之间的相对运动可以大大不同。

如果扭矩的变化是快速的，通过变桨阻尼器13传递的力大得足以克服来自例如平衡杆24的稳定惯性力，并且开始式旋翼叶片12倾斜。然而，如果扭矩的变化缓慢，变桨阻尼器13的第二同心部件13b将会开始滑动而不是将倾斜力传递到旋翼叶片12。获得了阻尼构件偏移，传递较少的力。在这种情况下，作用在变桨臂22上的力大小不足以克服稳定力。旋翼叶片总成11、平衡杆24并且因此叶片桨距角16将会维持大致不变或者至少快速恢复平衡水平状态。

在图6a和图6b中示出了旋翼扭矩缓慢增大的情况。这种情况与标称状态之间的唯一差异在于，弹簧构件14响应于更大的扭矩和增大的气动阻力而稍稍更加扭曲或弯曲。旋转偏移26比标称偏移稍微更大，然而其他结构为水平的且处于平衡状态。这种情况与扭矩的快速正向改变已经成为永久性的而导致旋翼转速增大的情况相同。如果增大扭矩的状态成为永久性的，那么扭矩仅受到旋翼叶片12上的气动阻力抵抗，并且没有有效的惯性力。

上述扭矩的缓慢变化是非常缓慢的变化，发生在大量周数的旋翼旋转中。在实际情况下，这些改变可能更快，但仍然定义为缓慢。在这样的情况下，变桨阻尼器13将会仅滑动一点儿，并且仍然从变桨臂22传递一定量的力。旋翼叶片12的叶片桨距角16将会经历小的恒定偏移。如果扭矩的改变为正向的，则第一旋翼叶片12a的叶片桨距角16a将会稍微增大，而相反叶片的叶片桨距角将会稍微降低，直到旋翼再次平衡并稳定。缓慢的负向改变将会对叶片桨距角16具有相反的影响。

总而言之，扭矩的缓慢变化将通常导致旋翼转速的改变，但仅是小程度的而且并非永久性的叶片桨距角16的改变。

通过扭矩变化的飞行器控制

控制直升机或旋翼机的水平运动需要如上所述地改变叶片桨距角，但是这些改变优选地小心施加在旋转平面中的正确位置以获得期望的效果。

为了发起例如向前的运动，有必要在某些时间内周期性增大旋翼叶片 12的升力来使旋翼桨盘倾斜并最终使飞行器向前。因此，用来支持飞行器的初始竖直的推力获得水平分量，该水平分量转而拉动飞行器向前。通过这种方式，可以通过增大旋翼的旋转平面25中期望位置上的升力来沿水平方向控制飞行器。

在这种条件下，叶片桨距角16的改变是周期性的。这意味着对于给定的控制质量，在旋翼的多周连续旋转中，最大叶片桨距角16可以优选地发生在相同位置。当通过一周旋转来观察旋翼叶片12时，可以看到，叶片经过如下周期：在一个位置的最大叶片桨距角，在180度之后来到最小叶片桨距角，并且在完整的一周旋转之后再次达到最大。由于本发明示例性实施例的旋翼中的两个旋翼叶片12刚性连接并指向相反方向，因此明显的是，当一个旋翼叶片12具有最大叶片桨距角16时，相反的叶片将会具有相应的最小叶片桨距角。

根据本发明，在一个实施例中，配置为提供叶片桨距角16的这些周期性改变的电机控制器33使用扭矩的重复序列的快速正向和负向变化或交替。为了能够正确地施加旋翼扭矩的正向和负向改变，当旋翼旋转时，优选使电机控制器33知道旋翼叶片12的位置。由于旋转偏移26相较于完整的一周旋转较小，因此可以基于标称扭矩和旋翼扭矩总成10和电机31 的旋转位置来估计旋翼叶片位置。如先前解释的，这借助旋转传感器32 来完成。单纯作为示例，旋转传感器32可以每次记录电机31经过感测装置的某一位置。此外，通过监测每次当旋转传感器32记录旋转时之间的时间，电机控制器33可以计算旋翼叶片12在整个下一周旋转中的精确位置。当电机控制器33将来自操作者的输入与计算出的旋翼叶片12的位置结合时，其可以准确地确定何时施加扭矩改变以及控制飞行器的必要改变量。

根据转速、转动惯量和稳定平衡杆24的特性，扭矩的改变可以优选地在需要改变叶片桨距角16之前某一时间施加。时间的准确提前可以通过计算、模拟或通过对完整功能的旋翼和控制系统进行实际测试来确定。在旋翼叶片12已经改变其叶片桨距角16之后，在旋翼桨盘实际倾斜之前还花费额外的时间。这种效应被称为陀螺进动，并且作为响应引入可能在旋转中落后高达90度的额外延迟。用来应对这两个因素的扭矩改变的必要提前由电机控制器33来控制。

为了沿竖直方向控制飞行器，施加了旋翼扭矩的缓慢或永久性改变，直到转速并且因此来自旋翼的推力已经按照需要改变，以控制飞行器的竖直速度。

旋翼总成中的谐振和振荡

本发明的重要方面在于，旋翼总成的弹簧和阻尼构件关于旋翼的子总成的转动惯量被小心调整。结合对电机位置和每周旋转中的扭矩二者的精确控制，这可以用来利用所谓的谐振增益来改善旋翼的响应。谐振增益的效应是，对于给定的来自电机的扭矩的周期性改变，增大旋翼扭矩总成的振荡旋转运动，即相较于非谐振运行的系统增大旋转偏移的周期性变化。

然而，在推力发生旋翼总成中具有谐振振荡被视为非常有问题的，并且因此先前在本行业中是被避免的。旋翼叶片自身的或旋翼与飞行器的其他部分之间的谐振可能容易失控并且导致大的振动并增大自感应振荡。最终，这可能导致飞行器失控和彻底的结构破坏。

存在与利用旋翼叶片或旋翼叶片总成中的谐振相关的许多挑战，并且其因此没有在常规旋翼系统中实施。第一，由于增加的重量和复杂性，通常没有安装在旋翼头部的能够测量旋翼叶片的实际振荡的测量系统。这代表了主要挑战，因为如果试图谐振运行旋翼叶片变桨，叶片桨距角将会严重依赖于旋翼的或旋翼上的物理条件(例如旋翼叶片的气动阻尼、弯曲或扭曲)，而不仅仅依赖于电机转速和扭矩的改变。换言之，由于没有测量系统和对谐振发生的部件中的振荡的直接控制，因此在常规系统中通常难以控制谐振增益的水平以及其对叶片桨距角的影响。

然而，本发明提供可控制且可预测的利用谐振的方式，从而使得扭矩控制的旋翼系统能够更加高效地运行而无需增加复杂性和成本。

在讨论谐振特征和本发明的示例性实施例的运行时，将会简要描述谐振。

谐振的特征

谐振是当振动系统或外力驱动另一系统在特定频率范围中以更大幅度振荡的现象。响应幅度具有相对极大值时所处于的频率被称为系统的谐振频率或者共振频率。在谐振频率下，小的周期性驱动力具有产生大幅度振荡的能力。这是因为系统储存并释放了振动能量。谐振发生在系统能够储存能量并且容易在两个或多个不同储存模式之间转换能量时，比如钟摆情况下的动能和势能。然而，在标称运行条件下，从周期到周期之间发生一些损失，称为阻尼。当阻尼小时，谐振频率近似等于系统的自然频率。

所有的结构都具有影响其自然频率和谐振特征的质量、刚度和阻尼。在总成中，所有连接的部件都影响总成的自然频率。自然频率为振荡振动的幅度达到峰值并且其可能在具有小阻尼的系统中变成自持续的点，即非受迫振动的频率。然而，如果驱动力的频率或转速增大到自然频率的点之上，则振动的频率将会开始减小，直到其不对结构整体性带来危险。

物体的自然频率可以由以下公式来表达：

其中，f_R为单位为Hz的自然频率，k_S为谐振系统的刚度，而I_S为系统的惯性矩。刚度指的是系统中材料的柔性特质。如从公式中可见，增大的刚度将提高自然频率，使得其在驱动系统的更高的频率下发生(在本文中为转速)。另一方面，增大的惯性会降低频率，使得其在驱动系统的较低频率下发生。

曲线图A中上图图示随着驱动力的频率(转速)增大而变化的振荡幅度。

曲线图A：谐振频率和对谐振系统的阻尼作用与增益(上)以及相位滞后 (即响应的延迟)(下)的关系

在f_R(图示系统的自然频率)处，响应的幅度具有取决于系统的阻尼的最大值。阻尼为对振动能量的吸收并且在简单的系统中可能仅为向环境的能量损失，或者其可以为材料或专用结构的特性。一个示例是在减速带上行驶的汽车的阻尼器。在没有阻尼器的情况下，汽车悬架将会由于汽车的质量及其弹簧而持续震荡很长时间，直到所有能量都损失到环境中。然而，通过在悬架中包括阻尼器，运动在几个周期后停止。通过调整阻尼器的特征，可以减小或增大谐振的最大振动幅度，在该类比中即汽车将会上下运动多少。

参照图9a的下图，图示了谐振行为的另一个重要方面。当驱动频率增大并接近系统的自然频率时，响应幅度开始“滞后”于驱动力，即所谓的相位滞后。换言之，对于旋转系统，对驱动力的响应不会立即发生，而是在旋转中稍后发生。越接近谐振频率，响应就要花费越长的时间来达到其最大值。在谐振频率处，相位滞后为落后大约90度，一周旋转的四分之一。为了澄清，这涉及谐振系统而与早先讨论的旋翼叶片总成的陀螺精度所引起的延迟不相同。如果驱动频率持续提高，相位滞后持续增大，直到高驱动力频率，即高转速，最大响应幅度被延迟大约180度，半周旋转。当响应像这样延迟时，在本实施例中振动能量将会首先通过弯曲或扭曲结构而储存在系统弹簧中，然后在周期或旋转中的若干度之后作为运动释放。

上述谐振特征还影响本文描述的示例性实施例的谐振运行。

以受控方式利用谐振

以下章节描述本实施例如何利用旋翼扭矩总成10的旋转谐振以受控方式使对于给定的扭矩周期性改变的旋转偏移26最大化。

在一个实施例中，电机的旋转部件31a包括在旋翼扭矩总成10中。正是这种设置为谐振运行的组合式旋翼扭矩总成10。如同将要解释的，优点在于系统可以相对容易地提供对影响谐振振荡的所有因素的完整控制。

然而，存在根据本实施例的确保旋翼行为的一些设计标准。旋翼叶片总成11可以具有围绕旋翼轴轴线的转动惯量，该转动惯量是旋翼扭矩总成10的转动惯量的几倍(例如四到十倍)。替代地，旋翼叶片总成11可以设置有比旋翼扭矩总成10大十到二十倍的转动惯量。如同基于扭矩的叶片变桨控制一样，重要的仍然是确保旋翼叶片总成11的转速相较于电机31和旋翼扭矩总成10的转速相对恒定。由于准确测量旋翼叶片总成11 的转速是困难的，因此满足这种条件可以简化对旋翼的控制同时增大控制性能。如先前解释的，响应于变化的扭矩将会发生一些小的转速变化，但这些是较小的，并且随着时间过去可以假设旋翼叶片总成11以近似恒定的速度旋转，而旋翼扭矩总成10和电机31的转速改变。

旋翼叶片总成11的转速相对恒定，并且为了简化而不考虑平衡杆24 和旋翼叶片总成围绕叶片变桨轴线15的倾斜惯性矩现在可见旋转的旋翼扭矩总成10的自然频率、即总成转速的周期性变化的自然频率通过早先描述的公式来确定：

其中，f_R为旋翼扭矩总成10以Hz为单位的自然频率。k_MR为谐振结构的刚度，在本情况下为旋翼扭矩总成10与旋翼叶片总成11之间的弹簧构件14的刚度，而I_M为旋翼扭矩总成10围绕旋翼轴轴线的转动惯量，包括电机的旋转部件31a的惯性矩。可以使用该公式或者优选更先进的仿真和实际测试来调整和调谐弹簧构件14抵抗惯性矩I_M，以提供处于旋翼的运行旋转频率范围内的旋翼扭矩总成10的旋转谐振频率范围。此外，增大旋翼叶片总成11围绕变桨轴线15的倾斜惯性矩将会大致降低谐振频率，而仅增大平衡杆24的重量或长度可以替代地增大谐振频率。围绕叶片变桨轴线15的倾斜惯性矩和平衡杆24的作用难以精确计算，而可以优选地通过仿真或测试来确定。

在运行期间，旋转传感器32将会密切监测电机在整个每周旋转中的位置。现在，转速的任何周期性改变都等于如以下曲线图B所示的响应的幅度。当电机和旋翼达到接近自然频率f_R的转速时，将会观察到，对于给定的来自电机31的驱动扭矩的周期性改变，相应的旋翼扭矩总成10的转速的周期性改变将会增大。换言之，谐振增益大于1。

曲线图B：具有1以上的响应增益的本实施例的谐振频率范围的示例

由于转速的周期性改变、即谐振的幅度可以由旋转传感器32来密切监测并且电机控制器33提供对电机31所产生的瞬时和平均扭矩二者的完整控制，因此实施例即使在谐振运行时仍能够精确且小心地控制旋翼扭矩总成10的周期性改变，从而也控制旋转偏移26。通过利用谐振增益，本文描述的实施例能够实现比可比较的非谐振系统中已经实现的高几倍的旋转偏移26。因此，飞行器可以采用较小的电机，为更大的有效载荷留出空间，或者相较于具有相同电机和非谐振运行式系统的飞行器，能够具有更高的飞行速度或在更多风和阵风的条件下飞行。

在现实的系统中并且为了允许电机传感器33维持旋转偏移26的可预测水平，实施例可以采用平行于弹簧构件14连接的附加阻尼构件，扭矩阻尼器41。扭矩阻尼器41配置为抑制旋翼扭矩总成10与旋翼叶片总成 11之间的相对运动。换言之，其控制谐振增益系数并防止系统变得不稳定。

下面详细描述扭矩阻尼器41以及如何针对谐振运行调整实施例和这如何来控制。

针对谐振运行配置的实施例

再次参照图1a至图2b并牢记早先对旋翼叶片总成11和旋翼扭矩总成 10的描述，可以观察到，除了变桨阻尼器13之外，实施例还采用了第二阻尼器，扭矩阻尼器41。扭矩阻尼器41的设计和阻尼特征可以类似于先前详细描述的变桨阻尼器13的特征。

在一个实施例中，扭矩阻尼器41包括适配为旋转装配在彼此之内的第一同心部件41a和第二同心部件41b。扭矩阻尼器41还包含填充第一和第二同心部件之间的预定间隙的期望阻尼材料。阻尼材料的粘性特性可以被选择为当第二同心部件41b和第一同心部件41a的相对转速或位置快速改变时限制或基本减小第二同心部件41b相对于第一同心部件41a的运动。同时，如果转速或位置的改变太慢，则阻尼材料的粘性特性允许第二同心部件41b相对于第一同心部件41a的运动更大。

在本示例性实施例中，扭矩阻尼器41的第一同心部件41a被调整为像壳体内的旋转构件一样在第二同心部件41b内设置和旋转。扭矩阻尼器41 的第二同心部件41b构成壳体。壳体固定于旋翼头19的外端，定位为与变桨臂连接部23相反并且其旋转轴线垂直于旋翼轴轴线。此外，扭矩臂 42在其下端固定于扭矩阻尼器41的第一同心部件41a并且向上竖直延伸。扭矩臂42在其上端通过扭矩臂连接部43连接于旋翼叶片总成11，扭矩臂连接部43在距旋翼轴轴线预定距离处安装于中心构件21。

单纯作为示例，扭矩阻尼器41、扭矩臂42和扭矩臂连接部43可以由与早先分别针对变桨阻尼器13、变桨臂22和变桨臂连接部23所描述的材料类似的材料来设计和构建。

扭矩阻尼器41的功能在于控制旋翼扭矩总成10与旋翼叶片总成11之间的旋转运动的水平，或者换言之，抑制旋转偏移26的改变速率。在各个实施例中，当旋转偏移26的改变引起扭矩臂42倾斜，从而迫使扭矩阻尼器41的第一同心部件相对于第二部件旋转时，这得到实现。当扭矩阻尼器41内的阻尼流体防止或减缓这种运动时，经历了通过扭矩臂42和扭矩臂连接部43抵抗旋转偏移改变的力，抑制该运动。

重要的是，扭矩阻尼器41的阻尼作用并不太高，减缓或防止期望的旋转偏移26的周期性改变，但在旋翼达到接近旋翼扭矩总成10的自然频率的转速时仅限制太高或不可控的旋转偏移。因而扭矩阻尼器41控制系统中的谐振增益水平。通常，扭矩阻尼器41可以被调整为提供1.1至4之间的谐振增益系数。

图10a和图10b示出谐振运行的扭矩控制的旋翼总成的另一个实施例。在此，扭矩阻尼器41放置在第二旋翼叶片12b的内端，在变桨阻尼器13的相反侧上固定于连接构件20。连接于扭矩阻尼器41的扭矩臂42 向下延伸，结束于扭矩臂连接部43，扭矩臂连接部43在变桨臂连接部23 的相反侧上将其连接于旋翼头19的外端。两个阻尼器现在都具有连接于旋翼叶片总成11的第一内同心部件13a和41a，并且相应的臂22和42固定于第二外同心部件13b和41b。第二同心部件13b和41b形成完全围绕相应的第一部件的完整壳体。

如图10b可见，变桨铰链销17可以从变桨阻尼器13的第一同心部件 13a延伸穿过在第二同心部件13b中心放置的孔，进一步穿过连接构件20 进入中心构件21中更大直径的孔中。附加紧固装置或紧固件27可以将变桨铰链销17固定于连接构件20，从而将变桨阻尼器13固定于连接构件 20，而其仍然能够在与中心构件21连接时自由旋转。由于连接构件20与变桨阻尼器13之间的固定连接，如先前所描述的，旋翼叶片12在受到通过变桨阻尼器13作用的倾斜力矩时将会使其叶片桨距角16变化。

在旋翼总成的相反侧上，另一个变桨铰链销17从扭矩阻尼器41的第一同心部件41a延伸穿过在第二同心部件41b中心放置的孔，进一步穿过连接构件20进入中心构件21中更大直径的孔中。附加紧固装置或紧固件 27可以将变桨铰链销17固定于连接构件20，从而将扭矩阻尼器41固定于连接构件20，而其仍然能够在与中心构件21连接时自由旋转。

在这样的实施例中，两个阻尼器13和41可以对称设置并且以相同的方式定位，并且因此这两个阻尼器13和41可以像是相对于彼此运行。然而，通过调整扭矩阻尼器41使得其阻尼作用显著小于变桨阻尼器13的阻尼作用，变桨阻尼器13驱动旋翼叶片总成11周期性倾斜，而扭矩阻尼器 41抵抗这种运动但抑制来自扭矩总成10的扭矩的周期性改变所形成的旋转偏移。

本发明的替代实施例可以利用扭矩阻尼器41的不同配置和位置，同时仍然采用与本文所述相同的功能。例如，扭矩阻尼器41可以被排除，而留给电机控制器33来在系统接近谐振频率运行时小心控制并减小来自电机的扭矩，以实现正确水平的旋转偏移26的周期性改变。

此外，弹簧机构14通常是最早调整和调谐的部件，以便将旋翼扭矩总成10的自然频率定位在期望的运行点处。增大弹簧的刚度使谐振频率范围增大，或者更软的弹簧使频率降低。对于给定的扭矩输入，更软的弹簧构件14一般也会导致更大的旋转偏移26。通常，系统将会调谐以将自然频率的位置、即最高增益点定位为接近飞行器大部分时间所运行的点处，例如在直升机情况下接近悬停RPM，在图9a和图9b中1.0处示出。替代地，谐振频率的范围可以变换，例如使系统在更高转速下的增益更高，以便使用更少的电机31来形成周期性改变并使用更多的电机31来在更高的转速下驱动旋翼。为了从谐振增益从获益，对于旋翼的通常运行，频率的谐振范围，其中增益系数在某一数值之上(例如1.1)的范围，应当至少部分地落入旋转频率的范围或RPM范围之内。

由于弹簧构件14还具有针对叶片变桨变化向旋翼叶片总成11传递扭矩并适应旋转偏移26的周期性改变的功能，因此对于弹簧构件14的特征可以变化多少存在限制。由于这些限制，可能还有必要增大或减小旋翼扭矩总成10的转动惯量或旋翼叶片总成11围绕旋翼叶片轴线15的倾斜惯性矩，以提供处于对于旋翼所期望的运行旋转频率范围内的旋翼扭矩总成 (10)的旋转谐振频率范围。

弹簧构件14可以采取多种形状和配置，并且可以由与早先关于基于扭矩的叶片变桨控制所讨论的不同的材料构造。

参照图2a和图2b，可以更详细地讨论谐振运行的控制方面。根据本实施例，允许所描述的管理水平的任何合适电机31都可以用来驱动旋翼。如图所示，图2a和图2b所示的实施例适用于外转子式电机。因此，外部件，即电机31的旋转部件31a采用安装于壳体和轴的永磁体环。旋转部件可转地连接于内部件，即电机31的静止部件31b。静止部件31b配备有电磁体，电磁体配置为产生驱动旋转部件31a的扭矩。电磁体中的电流以及因此所产生的扭矩被电机控制器33控制。

本领域技术人员将会了解，可能需要对电机连接部30进行重新设计以适应不同的电机类型。不论所选的类型如何，所有类型的电机都具有将会涉及某一转速下的振动和谐振的范围。然而，如果使用齿轮式电机，则旋翼扭矩总成10的组合转动惯量的计算将不得不考虑传动比。

本文所讨论的旋转传感器32和电机控制器33还可以用来控制谐振运行的附加作用，如先前关于相位滞后和通过扭矩的旋翼控制所解释的，此外还考虑了陀螺进动和旋翼叶片总成自身的类似延迟作用。

存在电机控制器33可以在谐振运行期间控制旋翼的两种略有不同的方式。根据一个实施例，旋转传感器32可以用来密切监测电机31和旋翼扭矩总成10的旋转，并且电机控制器33可以配置为调整流向电机31的静止部件31b的电流，以提供对旋翼扭矩总成10的转速和位置的控制。如果旋转传感器32足够精确并且电机控制器33足够快速，则可以在转速改变时仅仅基于来自旋转传感器32的输入来补偿相位滞后和增益系数二者。替代地，电机控制器33可以利用先前得知的增益与频率比以及相位滞后与频率比来预测旋翼扭矩总成10的谐振行为，从而能够通过更少的精确位置信息并通过更慢的运行电机控制器33来提供控制。根据两个替代方案，谐振运行的结果是类似的。

总而言之：如果根据本实施例的系统接近于谐振频率运行，即旋翼的转速接近于旋翼扭矩总成10的自然频率，则获得叶片桨距角16的某一改变所必要的扭矩周期性改变可以减小等于该频率下的谐振增益系数的倍数。换言之，电机31可以使扭矩变化比其非谐振运行时所需要变化的更少。从而采用所公开的旋翼系统可以使用更多的电机总可用扭矩来支持飞行器。而且，如果公开的实施例中接近于谐振频率运行，因此相位滞后接近于90度。这意味着在需要相应的旋转偏移26改变和叶片桨距角16改变之前，电机31需要使扭矩的任意周期性改变移位大约90度或四分之一周旋转，以便控制飞行器。

除了电机控制器33在对电机31施加控制输入时额外考虑谐振增益和相位滞后之外，示例性实施例的谐振运行等同于本文中早先描述的基于扭矩的旋翼叶片变桨控制系统。

配置为变化刚度的弹簧系统

本文描述的实施例可以包括如下弹簧总成，其配置为通过使刚度随着或根据施加于旋翼的力或扭矩的大小而变化来控制或提供一个或多个相关联的弹簧构件14的非线性刚度，从而为旋翼总成11提供在旋翼的整个运行范围内更好地跟随旋翼转速的自然或谐振频率。

这意味着，在旋翼的转速范围内，谐振增益的大小可以不变化或者可以变化得比例如曲线图A中所示显著更少。因此，谐振增益被维持在或更接近于最佳值。

根据一个实施例，如扭矩控制的周期性变桨旋翼的示例性实施例所述，弹簧系统100(例如，图7a-10b)包括定位在旋翼扭矩总成10与旋翼叶片总成11之间的一个或多个弹簧构件14。这一个或多个弹簧构件14还可以为被动的或主动的。

被动弹簧构件14可以由选择的柔性材料制成以适合连接于旋翼轴18 的电机31的扭矩范围。此外，弹簧构件14可以由具有期望的弹性和柔性特质的弹性材料制成，例如橡胶。替代地，弹簧构件14可以由任何弹性和/或柔性材料制成，包括聚合物，例如合成橡胶、复合纤维或金属。弹簧构件14还可以由多种材料的组合制成，一些部件为刚性的，以增加旋翼总成1的结构特性，而一些部件为柔性的，以提供期望的弹性效果。此外，弹簧构件14的特定形式和形状可以额外提供弹簧构件14在期望范围内的期望非线性特性。单纯作为示例，这种特定形状可以例如为弹簧构件 14在一侧上的凹面形状。无论存在一个还是多个不同形状和材料组合的弹簧构件14来提高期望的特性，都不对本申请引入概念限制。

替代实施例可以包括包含在弹簧系统100中的主动弹簧构件14。单纯作为示例，主动弹簧构件可以包括弹簧构件14之内的电动机械元件。例如，含有磁性颗粒的粘性材料可以放置在弹簧构件14的中空部件中，而中空部件的壁或者弹簧构件14的其他部分可以构成期望的柔性材料。通过增大施加于与弹簧构件14的粘性材料接触的一个或多个磁体的电功率，系统的刚度可以被调整。例如，弹簧构件14可以响应于来自监测旋翼总成1的运行的电机控制器33或旋转传感器32的控制信号，并且按照需要调整旋翼总成的刚度。相对于电机控制器33或旋转传感器32所测量的增大扭矩，成比例地增大施加于所包含的磁体的功率，于是将会增大总成的刚度并且将总成的自然频率定位在期望的范围中或范围处。在各种其他实施例中，旋翼总成1中可以包含被动弹簧构件14，并且使被动弹簧构件14的刚度变化可以通过引入配置为在运行时与弹簧构件14的柔性特性相互作用或调整弹簧构件14的柔性特性的物理结构或构造来实现。

在图8a至图9b所示的第一实施例中，这借助于一个或多个弹簧元件 101来实现。如图8a至图9b所示，每个弹簧元件101可以连接于旋翼头 19并且从旋翼扭矩总成10朝着旋翼叶片总成11向上延伸。替代地，弹簧元件101可以实施为从旋翼叶片总成11朝着旋翼扭矩总成10沿着相应的弹簧构件14向下延伸的构件。例如，弹簧元件101可以连接于中心构件21并且沿着相应的弹簧构件14向下延伸。根据弹簧构件14的数量，对于每个相应的弹簧构件14可以存在一个或多个弹簧元件101，或者如果存在多个弹簧构件14的话，弹簧元件101可以仅与弹簧构件14中的一个或多个相关联。此外，如果存在多个弹簧构件14，则弹簧元件101可以不必连接于旋翼总成1的同一部件，并且例如可以有一个从旋翼头19向上延伸，而另一个从中心构件21的向下延伸。

大部分旋翼总成被设计为沿一个旋转方向旋转并产生推力，使得弹簧构件14随着施加力的增大而沿一个相应的方向变形。在一些实施例中，因此对于每个相应的弹簧构件14可以包含一个弹簧元件101，该弹簧元件 101定位在弹簧构件14的相应变形侧上。如果弹簧元件101连接于下部的旋翼扭矩总成10，那么这意味着弹簧元件101相对于旋转方向被定位在弹簧构件14的前方。这在图8a至图9b的示例性实施例中示出。如果弹簧元件101连接于上部的旋翼叶片总成11，那么这意味着弹簧元件101相对于旋转方向被定位在弹簧构件14的后方。替代地，如果旋翼总成11适配为沿两个方向产生推力，则可以在每个相应弹簧构件14的每一侧上定位两个弹簧元件101。

无论数量和位置如何，弹簧元件101都在一端处连接，并且不连接于旋翼叶片总成11或旋翼扭矩总成10中任一个的相反部分，以便不会(直接)限制旋翼叶片总成11与旋翼扭矩总成10之间的旋转偏移26。优选地，弹簧元件101可以延伸超过旋翼叶片总成11与旋翼扭矩总成10之间距离的25％。更加优选地，弹簧元件101可以延伸旋翼叶片总成11与旋翼扭矩总成10之间距离的40％至60％。弹簧元件101可以由具有期望特性的硬性或刚性材料(例如金属、碳纤维复合材料或注塑成型塑料)制成，并且可以替代地生产为其将要紧固于的部件的一部分。另外，弹簧元件101不限于任何某一宽度，并且在一个示例性实施例中可以构成相应连接点(即旋翼头19或中心构件21)的整个宽度。然而，为了使附加重量最小化，弹簧元件101的优选宽度在相关联的弹簧构件14的宽度的50％至100％之间。

参照图9a和图9b，如在扭矩控制的周期性变桨旋翼的实施例的谐振运行中所描述的，在运行时，旋翼扭矩总成10和弹簧构件14将会谐振振荡。当操作者所发起的力或扭矩的增大生效时，弹簧构件14将会在初始建立期间具有无显著变化的取向。当形成了充足的扭矩来克服旋翼叶片总成11和旋翼相关部件的惯性时，弹簧构件14将会变形并形成旋转偏移26。在初始建立后，旋转偏移26的大小，即弹簧构件14的变形大小，通常会成比例地跟随扭矩的增大。随着扭矩增大，旋翼的转速增大，直到来自旋翼叶片12的气动阻力抵消来自电机31的扭矩。期望在实现变化之前不干预初始建立的该第一阶段并且不调整谐振振荡，以确保旋翼总成的预期功能和增益。因此，弹簧元件101可以被定位在距相应弹簧构件14的预定距离处，并且可以与相应弹簧构件14设置有一定的或预选的间隙。

因此，预定的间隙由弹簧构件14的特性以及其在旋翼总成的运行范围内所经历的振动大小来确定。然而，仅作为示例，该间隙可以在弹簧构件14在电机31所施加的最大扭矩变化量下的变形所经历的距离的0％至 50％之间。弹簧元件101可以定向为使得其在未受影响的系统中定位为基本平行于相应的弹簧构件14。更优选地，如图8b所示，弹簧元件101的一侧可以设置有或定位成相对于未受影响的弹簧构件14的角度，这意味着预定的间隙可以向着弹簧元件101的连接点变得更小。这意味着弹簧元件101可以在连接点处与弹簧构件14无显著间隙地出发但设置角度，使得弹簧元件101的“端部”与弹簧构件14形成间隙，该间隙具有弹簧构件14在从或由电机31所施加的最大力或扭矩下的变形所经历的完整距离。另外，弹簧元件101不限于任何某一宽度，并且在一个示例性实施例中可以构成相应连接点(即旋翼头19或中心构件21)的整个宽度。然而，为了使附加重量最小化，弹簧元件101的优选宽度为相关联的弹簧构件14的宽度的50％-110％。

如图示叶片桨距变化期间的旋翼总成的图9a和图9b可见，增大的旋转偏移26和变形意味着，随着力增大，弹簧构件14的越来越大的部分接触到弹簧元件101。实际上，弹簧元件101与弹簧构件14之间的接触缩短了谐振时允许弹簧构件14振荡的长度。这转而增大了弹簧构件14和旋翼总成的刚度并因此增大了其自然频率。增大的扭矩引入了更大的变形和偏移，因此使得弹簧构件14的更大部分接触到弹簧元件101，进一步提高了旋翼总成的自然频率。通过将弹簧元件101定位在预定距离处并成预定角度，总成因此可以与相关旋翼总成1的运行范围的更大部分所需要的刚度相匹配。如图8b和图9b可见，在应变下，弹簧元件101位于定位在恰好到达相应弹簧构件14处的连接点处，并且在面向弹簧构件14的侧部上设置成向后的角度，与弹簧构件14的变形一致。换言之，通过仔细设计弹簧元件101以为弹簧元件14设置有期望的刚度，可以使旋翼总成的自然频率根据所施加的扭矩和/或旋翼转速而变化(例如，随着一者或两者的改变)。因此，实施例可以使自然频率基于电机31所提供的扭矩输入而在运行范围内动态运动。

在理论场景下可以设想，旋翼总成被调整为使得弹簧元件101优选与弹簧构件14相互作用，产生在调整水平上完全平坦的增益曲线。然而，公开系统的实际测试显示，对于初始建立的阶段和总成的部件在运行期间的整体运动，必须允许运动的一些自由度。以下曲线图示出通过实线A表示的根据一个实施例的弹簧系统100的这种实际实施方式，以及通过虚线 B表示的更加传统的谐振曲线。

曲线图C:根据本发明的实施例的旋翼总成的旋转频率与增益的关系(线 A)相较于传统实施方式(线B)

这里，盘旋速度表示在1.0处，并且通过虚线B表示的弹簧构件14被调整为在该点处提供最大增益。换言之，自然频率被调整为与盘旋转速一致。如可见的，线A所示的根据本申请的系统可以实现与旋翼转速的更宽范围更好匹配或覆盖的谐振增益。弹簧构件14的刚度以根据先前提出的公式的速率跟随扭矩或旋翼转速的增大：

其中，f_R为以Hz为单位的自然频率，而k_S为谐振系统中的刚度。

图10a和图10b图示本发明的另一个实施例。这里，如方块或矩形所示，弹簧系统100包括直接安装在弹簧构件14上的弹簧元件101。

在该替代实施例中，弹簧元件101限制弹簧构件14可以如何变形，允许弹簧构件14的一部分一定程度地变形但不能显著变形，而弹簧构件 14的其他部分可以不受限制地弯曲。随着通过弹簧构件14和旋转偏移26 传递的扭矩增大，弹簧系统100有效地变得越来越坚硬，从而使旋翼扭矩总成10的谐振频率增大。

因此，根据图10a和图10b的弹簧元件101的功能与其他实施例中所述类似，其被设计为与弹簧元件14的柔性特性或刚度相互作用，使得弹簧的有效长度随着施加扭矩增大而变短，而弹簧构件14的变形随着旋转偏移26增大而增大。

如前所述，但其他实施例可以单纯通过弹簧构件14的形状实现相同的非线性特性。

本申请的实施例在如下旋翼总成中最佳实施，其中使用施加扭矩的改变来操纵飞行器并且总成的驱动部件谐振运行来提供发生扭矩变化的谐振增益。因此，总成的上部装置、旋转的旋翼叶片12及相关结构的惯性需要显著大于旋转的电机部分31和下部总成的惯性。此外，总成需要包括弹簧构件14，提供下部和上部总成之间在扭矩变化时的旋转偏移26。这种旋翼总成1的示例性实施例可以在图1a-图10b中看到。

在适用的情况下，本文提供的各个实施例都可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实施。同样在适用的情况下，本文陈述的各种硬件部件和/或软件部件都可以组合到包括软件、硬件和/或二者的复合部件中而不背离本文的精神。在适用的情况下，本文陈述的各种硬件部件和/或软件部件都可以分离成包括软件、硬件或二者的子部件而不背离本文的精神。此外，在适用的情况下，可以考虑将软件部件实施为硬件部件，反之亦然。

根据本文的软件，比如非暂时性指令、程序代码和/或数据，可以储存在一个或多个非暂时性机械可读介质上。也可以考虑使用一个或多个通用目的或专用目的的联网和/或不联网的计算机和/或计算机系统来实施本文所指定的软件。在适用的情况下，本文所描述的各个步骤的顺序可以改变，组合成复合步骤，和/或分离成子步骤，以提供本文所描述的特征。

上述实施例阐述了本发明但不限制本发明。还应当理解，可以根据本发明的原理进行许多修改和变化。相应地，本发明的范围仅由后附权利要求书所限定。

Claims (14)

1.一种用于控制推力发生旋翼总成的叶片桨距角(16)的周期性变桨控制系统，其中，所述周期性变桨控制系统包括：

旋翼总成，其中，所述旋翼总成包括旋翼扭矩总成(10)，所述旋翼扭矩总成(10)包括可转地连接于旋翼叶片总成(11)的旋翼轴(18)，所述旋翼叶片总成(11)包括配置为围绕旋翼叶片轴线(15)倾斜的旋翼叶片(12)；

连接构件(20)，所述连接构件配置为将所述旋翼扭矩总成(10)与所述旋翼叶片总成(11)的旋转位置之间的旋转偏移(26)的改变转换为旋翼叶片桨距的改变；

至少一个弹簧构件(14)，所述至少一个弹簧构件(14)连接于所述旋翼扭矩总成(10)和所述旋翼叶片总成(11)二者并且配置为在所述旋翼扭矩总成(10)与所述旋翼叶片总成(11)之间传递扭矩；和

弹簧系统，所述弹簧系统包括弹簧元件，所述弹簧元件配置为响应于施加于所述至少一个弹簧构件(14)的扭矩而改变所述所述至少一个弹簧构件(14)的刚度；

其中，所述至少一个弹簧构件(14)和/或与所述旋翼扭矩总成(10)和所述旋翼叶片总成(11)相关联的惯性矩配置为提供至少部分地处于所述旋翼总成的运行转动频率范围之内的所述旋翼扭矩总成(10)的旋转谐振频率范围。

2.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件(101)配置为与所述至少一个弹簧构件(14)至少部分地交叉，以便使所述至少一个弹簧构件(14)的刚度响应于施加的扭矩而变化，从而调整所述至少一个弹簧构件(14)和所述旋翼扭矩总成(10)的自然频率并扩大所述旋翼扭矩总成(10)的旋转谐振频率范围。

3.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件(101)的一端处在所述至少一个弹簧构件(14)关于所述旋翼总成的旋转方向的前方连接在所述旋翼总成的旋翼头(19)上，并且沿着所述至少一个弹簧构件(14)从所述旋翼扭矩总成(10)朝着所述旋翼叶片总成(11)向上延伸。

4.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件(101)的一端处在所述至少一个弹簧构件(14)关于所述旋翼总成的旋转方向的后方连接在所述旋翼叶片总成(11)上，并且沿着所述至少一个弹簧构件(14)朝着所述旋翼扭矩总成(10)向下延伸。

5.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件(101)定位在距所述至少一个弹簧构件(14)预定距离处并与所述至少一个弹簧构件(14)具有一定间隙。

6.根据权利要求5所述的周期性变桨控制系统，其中，所述间隙在与所述至少一个弹簧构件(14)与连接于所述旋翼扭矩总成(10)的电机所施加的扭矩最大变化量相关联的变形对应的距离的0％至50％之间。

7.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件(101)的一侧相对于所述至少一个弹簧构件(14)的未受影响状态设置成角度，使得所述弹簧元件(101)与所述至少一个弹簧构件(14)之间的预定距离向着所述弹簧元件(101)的所述一侧处的连接点变得更小。

8.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件(101)延伸超过所述旋翼叶片总成(11)与所述旋翼扭矩总成(10)之间距离的25％。

9.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件(101)在所述旋翼叶片总成(11)与所述旋翼扭矩总成（10)之间距离的40％至60％之间延伸。

10.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述弹簧元件由金属、碳纤维复合材料和/或注塑成型塑料制成。

11.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中，所述旋翼扭矩总成包括连接于所述旋翼扭矩总成的电机的旋转部件，所述周期性变桨控制系统还包括：

电机控制器，所述电机控制器配置为在所述旋翼总成的整个每周旋转中控制所述电机产生的扭矩；

其中，至少所述至少一个弹簧构件的刚度和/或与所述旋翼叶片总成和所述旋翼扭矩总成相关联的惯性矩配置为提供所述旋转偏移关于所述电机产生的扭矩的改变的谐振增益。

12.根据权利要求11所述的周期性变桨控制系统，其中：

谐振增益的最大水平通过来自扭矩阻尼器的阻尼量来控制；并且

所述扭矩阻尼器包括适配为装配在一起的第一同心部件和第二同心部件，变桨铰链销从所述扭矩阻尼器的所述第一同心部件延伸穿过放置在所述第二同心部件中心处的孔，进一步穿过所述连接构件中的更大直径的孔并进入所述旋翼叶片总成的中心构件，并且紧固件将所述变桨铰链销固定于所述中心构件，使得所述连接构件能够独立于所述扭矩阻尼器围绕所述变桨铰链销倾斜。

13.根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，其中：

与所述旋翼叶片总成和所述旋翼扭矩总成相关联的惯性矩包括所述旋翼叶片总成围绕所述旋翼叶片轴线的倾斜惯性矩、所述旋翼叶片总成围绕旋翼轴轴线的第一转动惯量和所述旋翼扭矩总成围绕所述旋翼轴轴线的第二转动惯量，所述第二转动惯量小于所述第一转动惯量。

14.一种旋翼飞行器，其包括根据权利要求1所述的周期性变桨控制系统，所述飞行器还包括：

电机；

电机控制器，其中，所述旋转偏移通过所述电机控制器在所述旋翼旋转期间在期望的旋转位置处调整来自连接于所述旋翼扭矩总成的所述电机的扭矩来控制，所述期望的旋转位置由旋转传感器来提供，所述旋转传感器配置成测量或确定所述旋翼扭矩总成相对于参考位置的旋转位置；并且

所述连接构件配置成将所述旋转偏移的周期性改变转换为所述叶片桨距角的周期性改变。

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