CN102481975B - 用于优化同向旋转的层叠旋翼性能的差动桨距控制 - Google Patents

Abstract

一种用于旋翼航空器的旋翼系统，该旋翼系统是具有至少一个成对旋翼桨叶，该旋翼桨叶可操作地与差动变距组件相关联，该差动变距组件可操作地用于控制在成对旋翼桨叶中的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶的俯仰角。差动变距组件的运转改变的上旋翼桨叶的桨距比下旋翼桨叶的桨距程度更大。这样，在直升机模式和飞机模式下，该旋翼系统被配置为提供最佳的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶的桨距。

Description

用于优化同向旋转的层叠旋翼性能的差动桨距控制

技术领域

本申请涉及用于旋翼航空器的旋翼系统的一般领域。

背景技术

旋翼航空器有许多不同类型，包括直升机，双旋翼直升机，倾斜旋翼航空器，四旋翼倾斜旋翼航空器，偏转翼航空器，和立式垂直起降航空器。在所有的这些航空器中，推力和/或升力是由通过多个旋转的旋翼桨叶形成的旋翼桨盘的空气流动产生的。一般来说，多个旋翼桨叶与可旋转的主轴机械地联接，且大体上围绕主轴均匀分布，而该主轴为多个旋翼桨叶提供旋转运动。多个旋翼桨叶的每一个是独立地可旋转的，以影响桨叶的桨距。多个桨叶的桨距的变化会影响通过旋转多个桨叶产生的推力的方向及升力。

图1描述了具有传统旋翼桨毂107a和107b的军用倾斜旋翼航空器101。旋翼桨毂107a和107b分别地被机械地联接到发动机舱103a和103b。发动机舱103a和103b是可旋转地分别联接到机翼构件105a和105b。机翼构件105a和105b是紧固联接到机身109上。旋翼桨毂107a和107b分别有多个旋翼桨叶111a和111b。图1描绘了在直升机模式下，发动机舱103a和103b指向上方的倾斜旋翼航空器101。

图2描绘了带有传统旋翼桨毂207a和207b的商用倾斜旋翼航空器201。旋翼桨毂207a和207b分别地被机械地联接到发动机舱203a和203b。发动机舱203a和203b是可旋转地分别联接到机翼构件205a和205b。机翼构件205a和205b是紧固联接到机身209上。旋转桨毂207a和207b分别有多个旋翼桨叶211a和211b。图2描绘了在飞机模式下，发动机舱203a和203b指向前方的倾斜旋翼航空器201。

通常使用以层叠配置的多旋翼桨盘是有利的，多旋翼桨盘围绕旋转轴旋转以增加旋翼航空器的升力和/或推力。在运转中，取决于诸如旋翼桨毂的前进速度和方向的变量，每个旋翼桨盘会遇到不同的空气动力条件。旋翼系统需要以简单而有效的手段，以使能够可变地调整每个旋翼桨盘的旋翼桨叶的桨距。

众所周知本领域有许多种旋翼航空器的旋翼系统，然而，仍然有相当大的改进空间。

附图说明

本申请的系统的确信为新颖特征的特点阐述在所附的权利要求里。然而，对于系统本身，以及使用的优选模式，进一步的目标和优势，参照以下描述详情，同时结合浏览附图能被最好的理解，其中：

图1是现有技术的在直升机模式下的倾斜旋翼航空器的透视图；

图2是图1的现有技术的在飞机模式下的倾斜旋翼航空器的正视图；

图3是倾斜旋翼航空器的正视图，在飞机模式下，具有根据本申请的一个优选实施例的旋翼系统；

图4是在图3中的，根据本申请的一个优选实施例的航空器的旋翼系统的透视图；

图5是根据本申请的一个优选实施例的图3中的航空器的旋翼系统的局部透视图；

图6是根据本申请的一个优选实施例的，当在飞机模式下，图3中的旋翼航空器的旋翼系统的原理示意图；以及

图7是根据本申请的一个优选实施例的，当在直升机模式下，图3中的航空器的旋翼系统的原理示意图。

虽然本申请的系统易于进行各种修改和具有各种可替代形式，其具体的实施例通过附图和在此的详细描述以例子的方式被显示。然而，应当认识到，在此对具体实施例的描述意图不在将本发明限制在所披露的具体形式，而是与此相反，其意图是，覆盖落入如所附的权利要求所定义的精神和范围之内的所有变型、等同和替代。

具体实施方式

下面将描述本申请的系统的说明性的实施例。为了清楚起见，在本说明书中并非一个实际的实施的所有的特性都会被描述。当然会被理解的是，在任何这样实际的实施例的开发中，必须作出众多由实施特定的决定以实现开发者的特定具体目标，如遵守与系统相关和行业相关的规定，而这些在不同的实施中会有变化。此外，可被理解的是，这种开发的努力可能会很复杂和耗时，但是对受益于本公开的本领域的普通技术人员却是日常的业务。

在说明书中，当描述附图中的装置时，可能会提及各组件之间的空间关系和各个组件不同侧面的空间方位。然而，如同完整地阅读过本申请的本领域技术人员将会认可的那样，此处所描述的装置、构件、设备等，可被定位在任何需要的方位。由于在此描述的装置可定位在任何想要的方向，因此使用如“上方”、“下方”、“上”、“下”或其他类似的术语来描述各个组件之间的空间关系或描述这些组件的各侧面的空间方位应被理解为是意在分别描述该组件之间的相对关系或这些组件的各侧面的空间方位。

本申请的系统给出了用于旋翼航空器的旋翼系统和包含该旋翼系统的旋翼航空器。该旋翼系统包括具有多个成对旋翼桨叶的旋翼桨榖。旋翼系统包括具有多个成对旋翼桨叶的旋翼桨毂。差动变距连杆组件机械地联接至每个成对旋翼桨叶，用于可变地控制串置在一起的成对旋翼桨叶的每个旋翼桨叶的俯仰角。斜盘连杆的驱动向差动变距连杆组件提供了输入，从而改变与特定的变距连杆组件相关联的成对旋翼桨叶的每个旋翼桨叶的桨距。

现在参照附图的图3，图3是在飞机模式下，旋翼航空器311的正视图。第一旋翼桨毂317a机械地联接至第一发动机舱337a，且第二旋翼桨毂317b联接至第二发动机舱337b。发动机舱337a和337b分别地可枢转地连接至机翼构件333a和333b。机翼构件333a和333b紧固至机身331。发动机舱337a和337b被配置为相对机翼构件333a和333b在直升机模式下可枢转地旋转，其中发动机舱337a和337b是向上倾斜的，这样旋翼航空器311的飞行类似于传统的直升机；而在飞机模式下，其中发动机舱337a和337b是向前倾斜的，这样旋翼航空器311的飞行类似于传统的螺旋桨驱动的飞机。图3进一步描绘具有在每个旋翼桨毂317a和317b上的三个成对旋翼349的优选实施例。

附图中的图4是在直升机模式下，旋翼航空器311的旋翼桨毂317a透视图。差动变距连杆组件301联接至斜盘303。上旋翼轭架309和下旋翼轭架319联接主轴245，并通过其围绕旋转轴线335可旋转。用于每个成对旋翼桨叶349的桨距被设置为独立地控制。如在此所讨论的，对于每个成对旋翼桨叶349，旋翼桨叶323a和323b的桨距设置是被串置在一起控制的。主轴245的旋转轴线335位于旋翼桨叶桨距轴321的交叉处，如图5所示。虽然优选实施例描述了在每个旋翼桨毂317a和317b上的三个成对旋翼桨叶349，然而本发明的范围不局限于此。相反，任何合适的多个成对旋翼桨叶349都可以被使用，而本申请也考虑了这样的可选实施例。

现在参照图5，示出了旋翼桨毂317a的更多的细节透视图。上桨叶桨距控制构件343a被用于部分地联接上旋翼轭架309至上旋翼桨叶323a。类似地，下桨叶桨距控制构件343b被用于部分地联接下旋翼轭架319至下旋翼桨叶323b。为清楚起见，图5没有示出上旋翼桨叶323a和下旋翼桨叶323b。

旋翼桨毂317a具有与至少一个成对旋翼桨叶349相关联的，至少一个差动变距连杆组件301，以用于根据最佳的俯仰角，差动地操纵上旋翼桨叶323a和下旋翼桨叶323b的桨距。差动变距连杆组件301包括可操作地联接至下变距摇臂339的斜盘连杆325，以及通过中间连杆315可操作地联接至下变距摇臂339的上变距摇臂313。上变距摇臂313可操作地与上桨叶桨距控制构件343a相关联。类似地，下变距摇臂339可操作地与下桨叶桨距控制构件343b相关联。斜盘303被配置为在斜盘驱动方向305上，可选地驱动每个斜盘连杆325。在优选实施例中，三个差动变距连杆组件301被用于控制三个成对旋翼桨叶349；然而，应当认识到，与较多或较少的成对旋翼桨叶349一起时可以使用较多或较少的差动变距连杆组件301。差动变距连杆组件301适用于具有上旋翼桨盘组件307和下旋翼桨盘组件341的旋翼系统，每个旋翼桨盘组件307和341配置为围绕旋转轴线335同轴和同向旋转。

在优选实施例中，上旋翼桨盘组件307由联接至上旋翼轭架309的三个上桨叶桨距控制构件343a组成。类似地，下旋翼桨盘组件341由联接至下旋翼轭架319的三个下桨叶桨距控制机构343b组成。每个差动变距连杆组件301、斜盘303、上旋翼桨盘组件307和下旋翼桨盘组件341通过主轴245可围绕旋转轴线335旋转。

图6表示了在飞机模式下，旋翼桨毂317a的原理示意图。当飞机模式时，上旋翼桨盘组件307经受的空气的流入速度与下旋翼桨盘组件341相对地相同。因此，飞机模式的上空气流动329a和飞机模式的下空气流动329b是大致相同的。因此，在飞机模式下，上旋翼桨盘总俯仰角D1与下旋翼桨盘总俯仰角C1大致相同。

图7表示了在直升机模式下，旋翼桨毂317a的原理示意图。当直升机模式时，上旋翼桨盘组件307加速了流向下旋翼桨盘组件341的空气。这样，下旋翼桨盘组件341经受空气流入速度比通过上旋翼桨盘组件307的高。直升机模式的下空气流动327b明显高于直升机模式的上空气流动327a。为了提供最佳的性能，下桨盘总俯仰角A1高于上桨盘总俯仰角B1以适应空气流动327a和空气流动327b的速度差异。为了获得最佳桨盘角度，同时使用相同的斜盘连杆325以控制上和下变距摇臂313和339；可操作的变距摇臂长度L1比可操作的变距摇臂长度L2长。因为可操作的变距摇臂长度L1比可操作的变距摇臂长度L2长，斜盘连杆325的驱动改变上旋翼桨盘的总俯仰角B1比改变下旋翼桨盘总俯仰角A1的程度更大。当从飞机模式转换成直升机模式时，斜盘连杆325被向上驱动，朝向上和下旋翼桨盘组件307和341。

上桨叶桨距控制构件343a被用于部分地联接上旋翼轭架309至上旋翼桨叶323a。类似地，下桨叶桨距控制构件343b被用于部分地联接下旋翼轭架319至下旋翼桨叶323b。成对旋翼桨叶349的每一个包括上旋翼桨叶323a和下旋翼桨叶323b。每个旋翼桨叶323a和323b包含翼型轮廓，当空气在该翼型轮廓上运动时，能产生升力。这样，升力的力量能够通过调整串置在一起的，与差动变距连杆组件301相关联的上旋翼桨叶323a和下旋翼桨叶323b的桨距来控制。上旋翼轭架309和下旋翼轭架319位于沿着旋转轴线335分离的两个不同的平面上。这样，上旋翼桨叶323a和下旋翼桨叶323b分别地主要在由上旋翼轭架309和下旋翼轭架319的位置所限定的分离的空间平面里运转。上旋翼轭架309和下旋翼轭架319之间绕旋转轴线335相对呈角度A，如此；上旋翼桨叶323a和下旋翼桨叶323b以相同的角度A来定位。在优选实施例中，角度A约为30度；然而，角度A也可能是其他角度，取决于设计因素，诸如，成对旋翼桨叶349的数量和旋翼桨叶323a和323b的尺寸。

图3描绘了旋翼航空器311的优选实施例，采用两个旋翼桨毂317a和317b，还有多个成对旋翼桨叶349，可操作地与每个旋翼桨毂317a和317b相关联。主轴345(如图4所示的一个)在旋翼航空器311的每个发动机舱337a和337b内自传动装置(未显示)延伸。应当注意的是，虽然在图3中描述了作为倾斜旋翼航空器的旋翼航空器311，本申请的系统的范围不局限于此。相反，本申请的系统设想的旋翼航空器311可以是任意旋翼航空器的类型，如直升机，双旋翼直升机，倾斜旋翼航空器，四旋翼倾斜旋翼航空器，偏转翼航空器，或者立式垂直起降航空器。

本申请的系统提供了显著的优势，包括：(1)提供了在直升机模式和飞机模式下，根据最佳俯仰角，有效地控制多旋翼桨叶的桨距的方法；(2)提供了在旋翼航空器中使用多个旋翼桨叶，而没有在传统旋翼航空器中会产生的额外的控制机械的重量的方法；(3)提供了使用旋翼航空器中的多个旋翼桨叶，同时保持尽可能小的旋翼桨毂的方法。

很明显，具有显著益处的旋翼系统已经被描述和说明。虽然本申请示出的形式数量有限，但它不仅仅局限于只是这些形式，而是在不偏离其实质的同时可进行各种变化和修改。

Claims (14)

1.一种用于旋翼航空器的旋翼系统，包括：

成对旋翼桨叶，所述成对旋翼桨叶包括一个上旋翼桨叶和一个下旋翼桨叶；

差动变距组件，所述差动变距组件可操作地与所述成对旋翼桨叶相关联，用于控制所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶的俯仰角，所述差动变距组件包括：

斜盘连杆，所述斜盘连杆联接在斜盘和下变距摇臂之间；

中间连杆，所述中间连杆联接在上变距摇臂和所述下变距摇臂之间；

其中所述上旋翼桨叶联接至所述上变距摇臂；

其中所述下旋翼桨叶联接至所述下变距摇臂；

由此所述斜盘连杆的驱动改变所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶两者的桨距；

其中所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶都以单一的方向且围绕相同的旋转轴线旋转；

其中所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶被配置为提供所述航空器之上的推进力。

2.根据权利要求1所述的旋翼系统，其中所述下变距摇臂比所述上变距摇臂长。

3.根据权利要求1所述的旋翼系统，由此所述斜盘连杆的驱动改变所述上旋翼桨叶的所述桨距比改变所述下旋翼桨叶的所述桨距的程度更大。

4.一种旋翼航空器，包括：

机身；

机翼构件；

成对旋翼桨叶，所述成对旋翼桨叶包括一个上旋翼桨叶和一个下旋翼桨叶；

差动变距组件，所述差动变距组件可操作地与所述成对旋翼桨叶相关联，用于控制所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶的俯仰角，所述差动变距组件包括：

斜盘连杆，所述斜盘连杆联接在斜盘和下变距摇臂之间；

中间连杆，所述中间连杆联接在上变距摇臂和所述下变距摇臂之间；

其中所述上旋翼桨叶联接至所述上变距摇臂；

其中所述下旋翼桨叶联接至所述下变距摇臂；

由此所述斜盘连杆的驱动改变所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶两者的桨距；

其中所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶都以单一的方向且围绕相同的旋转轴线旋转；

其中所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶被配置为提供所述航空器之上的推进力。

5.根据权利要求4所述的旋翼航空器，其中所述下变距摇臂比所述上变距摇臂长。

6.根据权利要求4所述的旋翼航空器，由此所述斜盘连杆的驱动改变所述上旋翼桨叶的所述桨距比改变所述下旋翼桨叶的所述桨距的程度更大。

7.根据权利要求1所述的旋翼系统，其中所述的推进力是升力。

8.根据权利要求1所述的旋翼系统，其中所述的推进力是推力。

9.根据权利要求4所述的旋翼航空器，其中所述的推进力是升力。

10.根据权利要求4所述的旋翼航空器，其中所述的推进力是推力。

11.一种用于旋翼航空器的旋翼系统，包括：

旋翼主轴；

一个上旋翼桨叶和一个下旋翼桨叶，所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶两者均被联接至所述旋翼主轴，从而以单一的方向围绕单一的旋转轴线旋转；以及

差动变距组件，所述差动变距组件可操作地与所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶相关联，从而控制串置的所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶两者的俯仰角；

其中所述差动变距组件被配置为当所述旋翼航空器处于飞机模式时，将所述上旋翼桨叶的所述俯仰角设定为和所述下旋翼桨叶的所述俯仰角大致相似；

其中所述差动变距组件被配置为将所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶的所述俯仰角如此设定，使得当所述旋翼航空器处于直升机模式时，所述上旋翼桨叶的所述俯仰角小于所述下旋翼桨叶的所述俯仰角。

12.根据权利要求11所述的旋翼系统，其中所述直升机模式限定了所述下旋翼桨叶较之所述上旋翼桨叶经受更高的流入空气流速。

13.根据权利要求11所述的旋翼系统，其中所述飞机模式限定了所述下旋翼桨叶经受与所述上旋翼桨叶相对地相似的流入空气流速。

14.根据权利要求11所述的旋翼系统，其中所述下旋翼桨叶围绕所述旋转轴线超前所述上旋翼桨叶约30度。