NO330672B1

NO330672B1 - Rotormekanisme for helikoptere

Info

Publication number: NO330672B1
Application number: NO20093336A
Authority: NO
Inventors: Petter Muren
Original assignee: Proxdynamics As
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-06-06
Also published as: US9156548B2; US20120230824A1; WO2011058447A3; WO2011058447A2; EP2499045B1; NO20093336A1; EP2499045A2

Description

Oppfinnelsens bruksområde

Den aktuelle oppfinnelse er relatert til et rotorsystem for kontroll av pitch og roll på et passivt stabilt helikopter.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Vanligvis er luftfartøy med roterende vinger, slik som helikoptre, båret oppe av en rotor, som roterer om en vertikal rotoraksel, og som genererer et løft eller oppadgående aksialkraft. I et konvensjonelt helikopter kan aksialkraften fra rotoren kontrolleres ved å endre stigningsvinkelen (eller; bladstigningen) av rotorbladene. Bladstigningen er innenfor fagfeltet propellaerodynamikk definert som den laterale vinkelen mellom bladene og et referanseplan perpendikulært til rotorakselens akse, målt perpendikulært til den langsgående aksen av et rotorblad.

Ved samlet å endre bladstigningen av alle rotorbladene eller ved å endre rotasjonshastigheten til rotoren, kan helikopteret kontrolleres i den vertikale retningen. Den horisontale retningen av flyvningen og stabiliteten til helikopteret er imidlertid kontrollert ved syklisk justering av bladstigningen av de individuelle bladene. Syklisk justering av stigningen betyr at bladstigningen til hvert rotorblad er justert fra et maksimum i en viss posisjon av rotasjon til et minimum på den motsatte siden. Dette gjør at oppdriften i en del av rotasjonen blir større enn i andre deler, hvorved rotoren tiltes med hensyn til referanseplanet. Når rotoren (og helikopteret) tiltes på denne måten, tiltes også den i utgangspunktet vertikale aksialkraften, og får derfor en horisontal komponent som trekker helikopteret i ønsket retning..

Vanligvis må et helikopter aktivt kontrolleres av en godt trent pilot eller fra gyroskopiske sensorer og datamaskiner. De nødvendige hjelpemidlene for å variere og kontrollere stigningsvinkelen av hvert blad er vanligvis kompliserte, kostbare og tilføyer vekt til helikopteret. Bladstigningen er typisk sett kontrollert via en såkalt swash-plate koplet til servomotorer. Fordi servomotorene må plasseres nøyaktig for å kunne kontrollere helikopteret er de kompliserte og kostbare.

Bruk av magnetiske aktuatorer ville være en enklere og mindre kostbar måte å manipulere swash-platen på for å kontrollere bladstigningen. Imidlertid er magnetiske aktuatorer ideelle for å kontrollere drivkraft, men har ikke posisjonsnøyaktigheten som normalt kreves av et tradisjonelt rotorsystem for helikopter. Noen rotorsystemer gir også passiv stabilitet til helikopteret, men disse systemene er ofte vanskelige eller umulige å kombinere med nøyaktig kontroll over bladstigningen.

Å opprettholde passiv stabilitet av et helikopter og samtidig tillate nøyaktig kontroll ved bruk av lavkostnads magnetiske aktuatorer vil kreve et fullstendig nytt rotorsystem.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den aktuelle oppfinnelsen forsyner en rotorsystem med en rotoraksel og to fleksible rotorblader koplet til et rotorhode som igjen er koplet til rotorakselen, hvert rotorblad strekker seg utover fra rotorakselen, som omfatter en roterende swash-plate gjennom hvis senter rotorakselen går, som har minst tre balansestag som strekker seg fra og er distribuert rundt det gitte midtpunktet med et vektelement på de respektive ytre spissene, swash-platen er roterende koplet til og synkronisert med rotorakselen og tilpasset å tilte i alle retninger relativt til et plan perpendikulært til rotorakselen, hvori rotorhodet er hengslet til rotorakselen i én retning slik at rotorhodet og rotorbladene samlet kan tilte rundt deres sammenfallende langsgående akse, men ikke rundt deres tverrgående akse, og den roterende swash-platen er koplet til rotorhodet gjennom to støtstenger som er hengslet til både den roterende swash-platen og rotorhodet, én på hver side av den langsgående aksen til rotorhodet, som gir synkroniserte tiltebevegelser mellom rotorhodet og den roterende swash-platen rundt den langsgående aksen av rotorhodet.

Kort beskrivelse av tegningene

Den følgende detaljerte beskrivelsen av den foretrukne utførelsen er illustrert med med tegninger for å gjøre det lettere forståelig. I tegningene: Figur 1 og 2 er illustrasjoner av et eksempel på et rotor system fra to forskjellige perspektiv i henhold til den aktuelle oppfinnelsen. Figur 3 er et skjematisk overblikk av forholdet mellom den langsgående aksen til rotorbladene og en akse dannet av koplingspunktene som kopler støtstengene til swash-platemonteringen, Figur 4 er et skjematisk overblikk av forholdet mellom kraften gitt av en pitch-aktuator og pitch i rotasjonsplanet i henhold til den aktuelle oppfinnelsen, Figur 5 er et skjematisk overblikk av forholdene mellom kraften gitt av en roll-aktuator og roll i rotasjonsplanet i henhold til den aktuelle oppfinnelsen, Figur 6 er en veiledende illustrasjon av rotorsystemet i henhold til den aktuelle oppfinnelsen montert på et helikopters kropp.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

I det følgende vil den aktuelle oppfinnelsen bli diskutert og eksempelvise utførelser beskrevet ved å henvise til de vedlagte tegningene. Imidlertid vil personer med erfaring i fagfeltet kunne implementere andre applikasjoner og modifiseringer innenfor omfanget av oppfinnelsen som definert i de vedlagte

uavhengige patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelsen frembringer et rotorsystem for helikopter for stabilisering av luftfartøyet og som således frembringer en enkel måte å kontrollere pitch og roll av luftfartøyet på, ved respektivt assosierte magnetiske aktuatorer. Pitch i denne sammenhengen betyr kontrollert bevegelse i forover/bakover retning, og roll i venstre/høyre retninger av luftfartøyet. Merk at "bladstigning" i dette dokumentet henviser til tiltebevegelser rundt den langsgående aksen av et rotorblad, og er forskjellig fra det som er henvist til som kun "pitch", som beskrevet ovenfor.

I figur 1 og 2 er en utførelse av et rotorsystem i henhold til den aktuelle oppfinnelsen vist. I figur 6 er det samme rotorsystemet vist montert på en helikopterkropp. Selve rotoren består av to rotorblader (1) koplet sammen i et rotorhode (2). (2). Hvert rotorblad (1) er fortrinnsvis koplet til rotorhodet (2) på dets indre ende via en hengslet kopling. Den hengslete koplingen kopler rotorbladet (1) til rotorhodet (2) med en bolt eller en skrue. Den indre enden av rotorbladet (1) er anordnet i den spalteformete enden av rotorhodet (2) og bolten eller skruen er ført igjennom spaltehullene og bladet. På denne måten kan bladene rotere rundt (den innledningsvis vertikalt) aksen av boltene eller skruene hvis rotoren er truffet av et hardt materiale i, f.eks., en ulykke, men fremdeles tilstrekkelig festet til rotorhodet (2) slik at de to bladene og rotorhodet (2) er tilpasset når rotoren roterer. Andre "ulykkessikre" måter å tilkople bladene til rotorhodet på er selvfølgelig tenkelig, f.eks., en kraftig 2-bladet rotor med en magnetisk kopling som lar rotoren rett og slett falle av på en kontrollert måte ved en ulykke, og som derved forhindrer at bladene og andre deler blir skadet.

Rotorhodet (2) er montert på på toppen av rotorakselen (3). Koplingen mellom rotorhodet (2) og rotorakselen (3) er hengslet slik at rotorhodet (2) og følgelig rotorbladene er fri til å rotere rundt deres langsgående akse i omtrent 4 0 grader. Imidlertid er koplingen festet rundt den tverrgående aksen av rotoren, som lar rotorbladene (1) tilte rundt dens langsgående akse men ikke rundt dens tverrgående akse.

En roterende swash-platemontering er plassert nedenfor rotoren. Den roterende swash-platemontering omfatter en roterende swash-plate (4), tre hjul (5) og tre balansestag (6). De tre hjulene (5) er roterbart koplet til kanten av den roterende swash-platen (4), det roterende planet av hjulene (5) er perpendikulært til det roterende planet av den roterende swash-platen (4). Balansestagene (6) er festet til kanten av den roterende swash-platen (4) og strekker seg utover i det roterende planet. På de ytre endene av balansestagene (6) er likt belastete vekter forsynt. Antallet hjul og balansestag forsynt i den roterende swash-platemontering kan variere, men de bør være mer enn to og de bør være enhetlige eller symmetrisk distribuert rundt den roterende swash-platen (4). Som nevnt er balansestagene (6) distribuert i et plan, ikke bare langs en akse som er den mest vanlige konfigurasjonen. Denne konfigurasjonen av balansestagene (6) er viktig da det gir full gyroskopisk stabilitet til swash-platemonteringen som ellers er fri til å kunne tilte i en hvilken som helst retning.

Den roterende swash-platemontering er koplet til rotorakselen (3) med et koplingselement (7) perpendikulært festet til rotorakslene (3) på midten av koplingselementet (7) og én bolt perpendikulært festet ved hver ende av koplingselementet (7), som igjen er perpendikulært koplet til den roterende swash-platen (4) i den roterende swash-platemontering. Rotorakselen (3) passerer gjennom den roterende swash-platemontering i et hull ved midten av den roterende swash-platen (4). Det sentrale hullet i den roterende swash-platen (4) har en konisk form som lar den roterende swash-platen (4) koples til rotorakselen (3) men samtidig kan den fritt tiltes i alle retninger.

Rotasjonsbevegelsene til den roterende swash-platemontering og rotoren tilsvarer rotasjonen av rotorakselen (3), da begge er sammenkoplet. Imidlertid er de også direkte tilkoplet til to støtstenger (8). Støtstengene (8) er koplet til rotorhodet (2) med en leddkopling, hvert ved motsatte punkter på midten av rotorhodet (2). Støtstengene (8) er også hengslet til den roterende swash-platen (4), hver ved motsatte punkter på midten av swash-platen (4). Støtstengene (8) sørger for samsvar mellom en tiltebevegelse i den roterende swash-platemontering og tiltingen av rotoren (rotorhode og rotorblader) rundt dens langsgående akse, kalt bladstigning. De to støtstengenes koplingspunkter (8) til den roterende swash-platen (4) skaper en akse (aksen går gjennom de to koplingspunktene) med en viss vinkel relatert til den langsgående aksen av rotorbladene (1). Denne vinkelen kontrollerer posisjonen av maksimal bladstigning relativ til den maksimale tiltingen av swash-platemontering. I utførelsen i figur 1 er denne vinkelen omtrent 30 grader.

Den roterende swash-platemontering ligger opppå en ikke-roterende swash-plate (9). Den ikke-roterende swash-platen (9) er plassert slik at hjulene (5) til den roterende swash-platemontering kan berøre overflaten av den ikke-roterende swash-platen (9), og kan rulle fritt på den. Den roterende swash-platen (4) og den ikke-roterende swash-platen (9) er roterende tilkoplet av en sentral flense som strekker seg nedover fra den roterende swash-platen (4) gjennom et sentralt hull i den ikke-roterende swash-platen (9). Det skal fortrinnsvis være så lite friksjon som mulig mellom flensen og den ikke-roterende swash-platen (9).

Den ikke-roterende swash-platen (9) er fortrinnsvis koplet til, og roterende stasjonært relativt til luftfartøyet utstyrt med rotorsystemet. Imidlertid kan den ikke-roterende swash-platen (9) tiltes i alle retninger. Denne tiltebevegelsen tilter følgelig også den roterende swash-platen (4) gjennom deres tidligere indikerte kontaktpunkter på hjulene (5). På samme måte vil en tiltebevegelse innledet i den roterende swash-platen (4), av f.eks., gyroskopiske effekter fra balansestagene (6) resultere i en tilsvarende tilting av den ikke-roterende swash-platen (9).

Balansestagene (6) i kombinasjon med den forenklede swash-platemonteringen for den aktuelle oppfinnelsen gjør det mulig for et helikopter å ha passiv stabilitet (for å opprettholde en mer eller mindre stasjonær posisjon i luften uten aktiv kontroll fra piloten). Fordi balansestagene (6) med de vektede spissene tjener som et stort gyroskop når de roterer sammen med rotoren vil de prøve å holde deres laterale posisjon selv om helikopteret er tiltet ut av en innledende horisontal posisjon. Som beskrevet ovenfor kan swash-platemonteringen tilte fritt i alle retninger med hensyn til rotorakselen (3) mens de er koplet til støtstengene (8) som kontrollerer bladstigningen. Resultatet er at, om helikopteret er tiltet ut av sin innledningsvise horisontale posisjon, f.eks., av vind, vil balansestagene fortsette å spinne i det horisontale planet. Balansestagene (6) og swash-platemonteringen har nå en tiltet bane med hensyn til rotorakselen (3) som introduserer en syklisk endring i bladstigning idet rotoren roterer. På grunn av posisjonen av koplingspunktene for støtstengene i den roterende swash-platen (4), vil bladstigningen nå et maksimum (og et minimum på den motsatte siden) ved en posisjon som skaper et aerodynamisk tiltemoment som direkte motvirker den innledningsvise forstyrrelsen. Helikopteret er derved tiltet tilbake til sin innledningsvise horisontale posisjon og rotoren og balansestagene er igjen parallell (i horisontalt plan) uten videre sykliske endringer i bladstigning.

For at denne stabilitetsfunksjonen skal fungere riktig er det viktig at hele den forenklede swash-platemonteringen kan tiltes mer eller mindre fritt uten å holdes på plass av tradisjonelle servomotorer. Posisjonen av støtstengenes koplingspunkter i den roterende swash-platen (4) med hensyn til den langsgående aksen av rotorbladene (1) er beskrevet i videre detalj nedenfor og er viktig om passiv stabilitet er ønskelig. Denne delen krever normalt sett testing og finjustering før passiv stabilitet er oppnådd.

I en utvidet utførelse av den aktuelle oppfinnelsen er tiltingen av den ikke-roterende swash-platen (9) kontrollert av to magnetiske aktuatorer (10) koplet til respektive pitch og roll linker (11). Pitch og roll linkene (11) er koplet til den ikke-roterende swash-platen (9) ved leddkoplinger , hver ved motsatte punkter av en akse i forover/bakover retning som går gjennom rotorakselen (3), og midten av den ikke-roterende swash-platen (9). Pitch og roll linkene (11) er i deres motsatte ender også hengslet til de magnetiske aktuatorne (10). Pitch og roll linkene (11) er anordnet til å være vesentlig parallell med rotorakselen (3), og de magnetiske aktuatorne (10) forsyner respektivt kraft i deres langsgående retninger, som er uavhengig fra hverandre. Den totale kraften på den ikke-roterende swash-platen (9) fra de magnetiske aktuatorne (10) er derfor summen av de uavhengige kreftene fra hver av de magnetiske aktuatorne (10). De magnetiske aktuatorne (10) kan være omfattet av en spole som innbefatter en bevegelig permanent magnet med en arm som er koplet til linkene. De magnetiske aktuatorne (10) kan derved kontrollere kraften fra dets assosierte linker avhengig av strømmen i spolen. Strømmen som går gjennom spolene er resultatet av informasjon fra en pilot, via f.eks., en radiosender til en mottaker (i helikopteret) som tilfører elektrisk strøm til spolene.

Det er også viktig å merke seg at den magnetiske aktuatoren (10) produserer en kraft gjennom den bevegelige permanente magneten og armen, men kraften er mer eller mindre uavhengig av posisjonen til den bevegelige permanente magneten og armen. På grunn av denne viktige egenskapen er det mulig for balansestagene (6) og swash-platemonteringen å "ta kontroll" over posisjonene til armene i de magnetiske aktuatorne (10). Dette er en vesentlig del av den foreliggende oppfinnelsen som gjør at balansestagene (6) kan monteres direkte på den roterende swash-platen (4). Om swash-platemonteringen hadde blitt kontrollert på en tradisjonell måte av servomotorer (kontroll av posisjonen til servoarmen) ville ikke dette ha vært mulig.

Som det vil vises fra den følgende beskrivelsen vil den magnetiske aktuatoren plassert på venstresiden av forover/bakover aksen relativt til retning fremover kontrollere pitch til luftfartøyet, og den magnetiske aktuatoren plassert på høyresiden av forover/bakover aksen relativ til retning forover vil kontrollere roll av luftfartøyet. Den magnetiske aktuatoren på venstresiden er derfor betegnet som pitchaktuatoren og den magnetiske aktuatoren på høyresiden er betegnet som rollaktuator.

Resultatet av kraftkjeden gjennom den ovenstående beskrevne rotorsystemen er at når en kraft virker f.eks. i retning oppover fra pitchaktuatoren, vil pitch linken trykke på den ikke-roterende swash-platen (9) og den roterende swash-platen (4) er eksponert for den samme kraften oppover. Fordi balansestagene (6) er montert direkte på den roterende swash-platen (4) er denne monteringen et gyroskop og som beskrevet tidligere, all kraft som fungerer på det resulterer i en tilsvarende tilting omtrent 90 grader senere. Som det fremgår av figur 1 og 2, siden støtstengene (8) er koplet til rotorhodet (2) nære dets midtpunkt, og rotorbladene (1) samlet tiltes rundt deres langsgående akse, men ikke rundt deres tverrgående akse, vil en kraft i retning oppover fra pitchaktuatoren gjennom swash-platen og støtstengeret (8) gi en maksimal bladstigning noe grader rotoasjon etter at rotorbladet (1) har passert aktuatoren som forårsaker kraften oppover. En kraft fra rollaktuatoren som fungerer i retning nedover vil ha motsatt effekt på swash-platene og bladstigningen ved samme rotorposisjon.

Posisjonen til bladene i rotasjonsplanet er i et rotorsystem i henhold til den aktuelle oppfinnelsen omtrent 30 grader bak aksen skapt av koplingspunktene til støtstengene til den roterende swash-platen (4). Et moment med maksimal bladstigning fremkommer så snart koplingspunktene til støtstengene til den roterende swash-platen (4) er i linje med en akse av maksimal tilting på den roterende swash-platemonteringen. Denne situasjonen er illustrert i figur 3. På dette tidspunktet forsyner støtstengene maksimalt positiv bladstigning på ett av bladene under rotering og negativ bladstigning på det motsatte

bladet.

Prosedyren med å bringe kraft fra pitchaktuatoren til en pitchbevegelse av luftfartøyet, til hvilket rotorsystemen er festet, er vist mer skjematisk i figur 4, som illustrerer rotasjonsretningen og forsinkelse i rotasjonsplanet. Den horisontale stiplede linjen indikerer forover/bakover aksen, som er den langsgående aksen av luftfartøyet. Foroverretningen av luftfartøyet og rotasjonsretningen av rotorsystemet er henholdsvis angitt med piler. Pitchaktuatoren har en akse med kraft på omtrent 45 grader ( y) til venstre for bakover/forover aksen i rotasjonsretningen med solen. Om man antar en oppadgående kraft forsynt av aktuatoren vil den tilsvarende maksimale oppadgående tiltingen forsynt av aktuatoren oppstå 90 grader senere i rotasjonsretningen på grunn av gyroskopisk presesjon. Når koplingspunktene av støtstengene til den roterende swash-platen (4) er i linje med denne oppadgående tiltingen av den roterende monteringen som indikert i figur 4, vil støtstengene forsyne maksimal bladstigning. Posisjonen av den maksimale bladstigningsaksen er avhengig av vinkelen på aksen opprettet av koplingspunktene til støtstengene til den roterende swash-platen og den langsgående aksen av bladene (merket med a). a er i dette tilfellet omtrent 30 grader, slik at posisjonen av den maksimale bladstigningen er følgelig (45+90-30) 105 grader til venstre for bakover/forover aksen i rotasjonsretningen med solen. Den oppadgående kraften fra pitchaktuatoren vil derved, gjennom økt bladstigning, skape et økt løft på venstre siden av rotorbladet, og et tilsvarende redusert løft på høyre siden av rotorbladet.

Imidlertid, gir ikke det reduserte og økte løftet på hver side av bladene en øyeblikkelig stigningseffekt på lasten koplet til rotorsystemet. På ethvert rotorsystem er det en forsinkelse mellom punktet i rotasjonen hvor en endring i bladstigning er introdusert og punktet hvor den ønskelige endringen inntrer i rotoren som er tiltet. Dette er ofte henvist til som en faseforsinkelse og er forårsaket av gyroskopisk presesjon (den samme gyroskopiske effekten omtalt ovenfor) som fungerer på selve rotoren. Faseforsinkelsen varierer med rotorgeometri, RPM og vekt, stivheten av rotorsystemen og vekten av luftfartøyet, men er aldri mer enn 90 grader. I eksempelet i figur 4 er denne vinkelen merket med (3 og er omtrent 75 grader. Om man antar at forover/bakover aksen av luftfartøyet til hvilket rotorsystemet er festet går mellom de to aktuatorne og passerer gjennom midten av swash-platene (og rotorakselen), vil det ovenstående beskrevne tilfellet med en oppadgående pitchaktuator forårsake at luftfartøyet presses bakover. I tilfellet av et nedadgående kraft vil tiltingen av rotorsystemet fungere motsatt, og luftfartøyet vil helles forover, om man antar at rotorobladene fremdeles roterer med klokken.

Generelt sett kan vinkelen mellom forover/bakover aksen og aksen av kraften forsynt av pitchaktuatoren være merket med y-Vinkelen mellom aksen av kraft forsynt av pitchaktuatoren og aksen med maksimalt oppadgående tilting på roteringsmonteringen er nære 90 grader. Vinkelen mellom aksen av maksimalt oppadgående tilting på rotasjonsmonteringen og aksen hvor rotorbladene er i posisjon av maksimal bladstigning, er, som beskrevet ovenfor, merket med a. Vinkelen mellom det maksimale bladstigningsaksen og aksen av maksimal stigningseffekt på luftfartøyet er merket med (3 . Fra beskrivelsen ovenfor er det tydelig at, for å oppnå en optimal stigningseffekt på luftfartøyet kontrollert av stigningaktuatoren, skal aksen av den maksimale stigningseffekten og forover/bakover aksen være omtrent samstemmig. Dette innebærer at y + 90 - a + P skal være omtrent lik 180 grader, y kan lett justeres ved å plassere aktuatoren ved en riktig vinkel relativ til forover/bakover aksen, mens a er avhengig av den valgte anordningen for kraftoverføringer fra den roterende swash-platemontering til bladets pitchbevegelse. I eksempelet figur 1, er a omtrent 30 grader. (3 (faseforsinkelsen) er mer vanskelig å fastsette da det varierer med rotorgeometri, RPM og vekt, stivheten av rotorsystemen og vekten av luftfartøyet. Normalt sett er den enkleste måten å fastsette (3 på gjennom en test på en ny rotorsystem. Den er typisk sett i området 65-85 grader.

I et annet helikopter med et meget kraftig rotorsystem kan fasef orsinkelsen (3 være kun 70 grader og vinkelen a kanskje 35 grader (på grunn av designet av swash-platemonteringen). Den resulterende vinkelen Y vil da være omtrent 55 grader i stedet for 4 5 grader som beskrevet ovenfor. Dette vil bety at pitchaktuatoren i et slikt tilfelle bør flyttes mer til venstre sammenlignet med eksempelet vist i figur 1 til 5.

For rollaktuatorens effekt på luftfartøyets roll kan akkurat den samme antakelsen som for pitchaktuatoren foretas, bare endret 90 grader. Dette er illustrert i figur 5. Den vertikale stiplede linjen indikerer venstre/høyre aksen, som er den tverrgående aksen for luftfartøyet. Venstre og høyre retning for luftfartøyet og rotasjonsretningen til rotorsystemet er henholdsvis indikert av pilene. Vinkelen mellom venstre/høyre aksen og aksen av kraft forsynt av rollaktuatoren er merket y'• Vinkelen mellom aksen av kraft forsynt av rollaktuatoren og aksen av maksimal tilting på den roterende swash-platemontering er omtrent 90 grader.

Vinkelen mellom aksen av maksimal tilting på den roterende swash-platemontering og aksen hvor rotorbladene er i posisjon av maksimal bladstigning forsynt av rollaktuatoren (maksimal bladstigningsakse) er fremdeles markert a. Vinkelen mellom maksimal bladstigningsakse og aksen av maksimal rolleffekt på luftfartøyet forsynt av rollaktuatoren er fremdeles markert Fra beskrivelsen ovenfor er det tydelig at, for å oppnå en optimal rolleffekt på luftfartøyet kontrollert av rollaktuatoren, skal aksen av den maksimale rolleffekten og venstre/høyre aksen være omtrent samstemmig. Dette innebærer atY' + 90 - a + (3 skal være omtrent lik 180 grader, y' kan lett justeres ved å plassere aktuatoren ved en riktig vinkel i forhold til venstre/høyre aksen.

Som beskrevet tidligere er en viktig egenskap ved den magnetiske aktuatoren: Magnetiske aktuatorer forsyner kun en kraft, ikke posisjonering. Idet vi bruker rollaktuatoren for å indusere en bevegelse i swash-platemonteringen 90 grader senere

(på grunn av gyroskopisk fremdrift) kan vi tydelig se at en slik bevegelse krever at pitchaktuatoren også beveger seg. En kraftproduksjon fra rollaktuatoren resulterer i en bevegelse i pitchaktuatoren og en kraftproduksjon fra pitchaktuatoren resulterer i en bevegelse i rollaktuatoren. Som det lett kan forstås vil dette ikke ha vært mulig om tiltingen av swash-platemonteringen hadde blitt utført av kraft fra tradisjonelle servomotorer som også kontrollerer posisjonen av pitch og roll linkene.

Egenskapen til rotorsystemet beskrevet ovenfor gir passiv stabilitet til ethvert helikopter og tillater det å drives uten pitch- eller rollkontroll. Det er like viktig at dette nye systemet tillater enkel og nøyaktig roll og pitchkontroll fra uavhengige krefter som kan frembringes ved f.eks., enkle magnetiske spolemekanismer. Aktuatorne kan kontrolleres via radio fra en fjernkontrollenhet for pitch- og rollkontroll. Det er ingen behov for nøyaktige servomekanismer og således er rotorsystemet, i henhold til den aktuelle oppfinnelsen, lettere, har lavere vekt og kan produseres med lavere kostnad enn eksisterende systemer.

Claims

1. Et rotorsystem med en rotoraksel og to fleksible rotorblader (1) koplet til et rotorhode (2) som er roterbart koplet til rotorakselen (3), hvert rotorblad strekker seg utover fra rotorakselen, som omfatter en roterende swash-plate (4) hvilken rotorakselen går gjennom midten av, som har minst tre balansestag (6) som strekker seg fra og er distribuert rundt midtpunktet forsynt med et vektelement på respektive ytre spisser, swash-platen (4) er roterbart koplet til og synkronisert med rotorakselen (3) og justert for å tilte i alle retninger relativt til et plan perpendikulært til rotorakselen, hvori rotorhodet (2) er hengslet til rotorakselen (3) i én retning slik at rotorhodet (2) og rotorbladene (1) kan tilte rundt deres samstemmige langsgående akse, men ikke rundt deres tverrgående akse, og den roterende swash-platen (4) er koplet til rotorhodet (2) med to støtstenger (8) hengslet til både den roterende swash-platen (4) og rotorhodet (2), én på hver side av den langsgående aksen av rotorhodet, frembringende synkroniserte tiltebevegelser mellom rotorhodet (2) og den roterende swash-platen (4) rundt den langsgående aksen av rotorhodet (2).

2. Et rotorsystem i henhold til krav 1, videre omfattende en ikke-roterende swash-plate (9) hvilken rotorakselen går gjennom midten av, anordnet nedenfor den roterende swash-platen (4), justert for å tilte i alle retninger relativt til det perpendikulære planet til rotorakselen med tiltebevegelser synkronisert med den roterende swash-platen (4).

3. Et rotorsystem i henhold til krav 2, som omfatter en pitch-link (11) hengslet til den ikke-roterende swash-platen (9) i et første koplingspunkt på den ikke-roterende swash-platen (9) i én ende og til en pitchaktuator (10) i den motsatte enden; pitch-linken (11) er bevegelig i en retning generelt parallell til rotorakselen (3) som forårsaker at den ikke-roterende swash-platen (9) tilter i samsvar med dette.

4. Et rotorsystem i henhold til krav 2 eller 3, som omfatter et roll-link (11) hengslet til den ikke-roterende swash-platen (9) i et andre koplingspunkt på den ikke-roterende swash-platen (9) i én ende og til en rollaktuator (10) i den motsatte enden; roll-linken (11) er bevegelig i en retning generelt parallell til rotorakselen (3) som forårsaker at den ikke-roterende swash-platen (9) tilter i samsvar med dette.

5. Et helikopter som omfatter et rotorsystem i henhold til krav 3 og en helikopterkropp som har en forover/bakover akse langs dens langsgående akse, hvori pitch-linken og det første koplingspunktet er plassert relativt til forover/bakover aksen slik at Y + 90-a + = 180 hvor y er vinkelen mellom forover/bakover aksen og det første koplingspunktet på den ikke-roterende swash-platen (9) i rotasjonsplanet av rotorsystemet, a er vinkelen mellom den langsgående aksen av rotorhodet (2) og en akse opprettet av de to koplingspunktene av støtstengene til den roterende swash-platen, og (3 er vinkelen av fasef orsinkelsen knyttet til rotorsystemet.

6. Et helikopter i henhold til patentkrav 5, hvori pitchaktuatoren (10) omfatter en spole som innfatter en bevegelig permanent magnet med en arm koplet til pitch-linken (11) som tillater kontroll av kraften fra pitch-linken avhengig av strømmen i spolen.

7. Et helikopter som omfatter et rotorsystem i henhold til patentkrav 4 og en helikopterkropp som har en venstre/høyre akse langs dets tverrgående akse, hvori roll-linken (11) og det andre koplingspunktet er plassert i forhold til til venstre/høyre aksen slik atY' + 90 - a + (3 = 180 hvor y' er vinkelen mellom venstre/høyre aksen og det andre koplingspunktet på den ikke-roterende swash-platen (9) i rotasjonsplanet av rotorsystemet, a er vinkelen mellom den langsgående aksen av rotorhodet (2) og aksen skapt av de to koplingspunktene av støtstengene (8) til den roterende swash-platen (4), og (3 er vinkelen av fasef orsinkelsen knyttet til rotorsystemet.

8. Et helikopter i henhold til patentkrav 7, hvori rollaktuatoren (10) omfatter en spole som innbefatter en bevegelig permanent magnet med en arm koplet til roll-linken (11) som tillater kontroll av kraft av roll-linken avhengig av strømmen i spolen.