直升机的单桨叶旋翼

本发明涉及单桨叶旋翼，该旋翼设计来用作直升机和其它 旋翼飞行器中的主旋翼。该旋翼在悬停和转换飞行期间支撑着 直升机，并且借助于它的控制，可以实现这种飞行器的典型机 动飞行。

为此，直升机常常配置有垂直轴的旋翼，这些旋翼设置有 两个或者更多个相同的桨叶，这些桨叶借助于铰接或者类似装 置连接到中央的推进器桨毂中，而桨毂本身固定到垂直主轴的 上端上，而该垂直主轴由用来传递旋转运动的、连接到一个或 者多个发动机中的系统来驱动。

当以合适速度保持旋转时，桨叶支撑直升机，因为空气相 对于空气动力成型的桨叶的相对速度产生了向上的升力。而且， 这些桨叶受到了重力作用，并且由于旋转，因此也受到了离心 力的作用。所有这些力和相对于把桨叶连接到旋翼桨毂和主轴 上(旋翼飞行器的重力施加到该桨毂和主轴上)的力矩的平衡确定 了桨叶相对于垂直于旋转轴的平面的几何位置向上有一个在正 常情况下非常小的锥角。总体升力借助于飞行员通过收集控制 杆来调整，该收集控制杆借助于杆、杠杆和旋转机构作用在桨 距上，而桨距用合适的桨距突角补偿来连接，该突角补偿设置 在每个桨叶的毂上，该毂以旋转的方式连接到旋翼桨毂上，而 旋转轴实际上平行于它自己的纵向轴。

相对于收集器所确定的平均值，控制机构允许飞行员用驾 驶杆的控制杆来改变每个桨叶的桨距，从而在直径方向与旋转 轴相对的位置处形成对称于这个平均值的桨距差值，从而导致 旋翼倾斜，因此使直升机沿着倾斜的相应方向进行运动。

旋翼常常根据多种方案来制造，为了保证能正确操作，所 有的解决方案需要桨叶的整体和质量布置相同，并且形状和空 气动力作用尽可能相同，同时旋翼头部处的连接和控制它们桨 距的运动链对于所有的旋翼桨叶而言一定得具有相同的性能。 因此，为了保持合格的性能，这些旋翼需要对桨叶的轴向对准 和平衡进行频繁的维护工作，这些工作包括复杂的过程和方法 及使用特殊设备。

在这种多桨叶旋翼中，在旋翼的桨叶之间被分隔成升力表 面。就同一直径和螺旋桨叶片充填系数而言，在多桨叶旋翼中， 每个桨叶具有更短的平均弦长，对于给定的旋翼尖端而言，该 弦长导致速度乘以弦长的积与空气动力粘性(雷诺数)之间的比值 更小。对于给定的升力而言，由于这个较小值导致了桨叶阻力 系数增加，因此容易减少桨叶的数量。

而且，一定得强调的是，每个升高桨叶的旋转产生了尾流， 该尾流可以干扰下面的桨叶，尤其在悬停或者低速飞行期间干 扰了下面的桨叶，因此对它的性能产生了负作用。在给定的条 件下，盘形区域内的一个桨叶的通道和下面的通道之间的时间 间隔随着旋翼的数目而增加，因此减少了空气的扰动，而旋翼 在该空气中进行工作。

根据上面的观点，一有可能，就采用减少桨叶的数目，与 具有较多数目的桨叶的相同旋翼相比，产生了较好的空气动力。 而且，桨叶数目的减少可以减少零件和运动零件的数目，从而 导致双桨叶旋翼简单，而用垂直于旋转轴的水平铰接把悬挂的 桨毂连接到主轴上。

用单桨叶旋翼进行实验，在该实验中，桨叶用平衡块来平衡， 但是在各种工作条件下，在作用在这些旋翼上的力和力矩之间很 难实现满意的平衡，这使得这些方案不能得到应用和推广。

本发明的主要目的是借助于直升机的主旋翼系统来克服公 知的多桨叶直升机和单桨叶直升机中所发现的缺点，该主旋翼 系统包括具有中央桨毂的单桨叶、平衡块和平衡装置，该系统 具有较高的灵活性和适合性，并且结构简单、使用安全及工作 有效。

本发明的第二目的是提供一种具有工作机构的单桨叶旋翼 系统，在该系统中，当单桨叶的锥角改变时，作用在它的零件 上的力和力矩的平衡借助于这些零件所处的相互位置来实现。 控制旋翼平衡的机构可以是公知的运动系统或者其它的电机械 或者液压装置。总之，单桨叶升力的水平分量借助于离心惯性 力的、相等的、相反的不平衡来平衡，而该离心惯性力借助于 使旋翼的质量中心相对于它的旋转轴进行运动来得到。

本发明的第三目的是提供一种具有控制机构的旋翼系统， 该旋翼系统不需要桨叶轴向对准配置来确保正确工作。

最后，本发明的另一目的是提供一种机构，在工作期间， 该机构在单桨叶旋翼的元件之间可以产生和保持稳定平衡，但 不局限于这些。

这些目的和其它目的在下面的描述中可以看出是显而易见 的，并且借助于本发明可以全部实现，直升机的单桨叶旋翼系 统和其它类型的使用升高旋翼的飞行器包括：

一直升机桨叶，它的桨毂具有一偏心铰接、缓冲或等效装 置，轴几乎是平行的，但是与旋翼的旋转轴偏心，该桨叶通过 间距铰接与中心桨毂连接，因此它被钢性地固定在桨毂上，在 其纵轴和旋翼的旋转轴所确定的平面及旋转平面上。

一平衡块，其由各种元件组成并与具有铰接的中心桨毂连 接，其适当地与摩擦装置固定在运转轴的平面上，设摩擦装置 的轴垂直于平衡块的纵轴。

机械系统，其与桨毂的主轴连接，并允许后者与桨叶一起 向上倾斜，假定一适当的锥角，并允许桨叶-桨毂-平衡块装置绕 着位于主轴上端的铰接振荡，可使旋翼在桨叶间距的周期控制 作用下、在所有方向稳固地倾斜。

操作装置，其由公知的运动机构或电机械或液压制动器组 成，其用于按照桨叶的锥角、相对于主轴的旋转轴确定物块的 旋翼中心，由于提升，通过相对于平衡块的桨毂的运动，使部 件与具有主轴的桨毂连接，因此保持空气动力和惯性力使旋翼 处于平衡状态。

参照附图，通过下面描述的三个不同实施例，使本发明的 另外特征和优点变得更加显而易见，这些附图用来起图解作用 而不是起限制作用的，其中：

图1是根据第一实施例的、垂直于旋翼的旋转轴和桨叶的 纵向轴的、单桨叶旋翼和用来保持平衡的装置的示意性侧视图；

图2以三向投影的分解图示出了同一实施例；

图3和4与图1相同，而旋翼桨叶以给定锥角进行倾斜；

图5是根据第二实施例的、垂直于旋翼的旋转轴和桨叶的 纵向轴的、单桨叶旋翼和用来保持平衡的装置的示意性侧视图；

图6是根据第三实施例的、垂直于旋翼的旋转轴和桨叶的 纵向轴的、单桨叶旋翼和用来保持平衡的装置的示意性侧视图。

上面这些图示出了：旋翼的桨毂1连接到桨叶8的支承14 上，并且由一对垂直的板1a和1b组成，而这对板对称于主轴7。 桨叶8借助于公知的桨距铰而连接到支承14中，因此桨叶可以 绕着它的纵向轴A-A进行旋转，从而通过公知的接头和装置改 变它的几何桨距，这些与通常用在直升机旋翼中的非常相似， 而这些接头和装置应用到由杆10所控制的、桨叶的桨距突角9 补偿中。

桨叶8还安装有实际公知的铰接，这些铰接沿垂直方向也 有轴B-B并且相对于主轴的轴Y-Y具有偏心位置，该偏心位置 允许它在垂直于旋转轴Y-Y的平面上呈角度位置，所述的铰接 配置有减振器或者类似的公知装置。

形成桨毂1的两个板1a和1b在同一轴R-R中具有两个孔 1c，圆柱体2以旋转方式结合在这些孔内，所述圆柱体的中心是 空的，并且借助于一对相对的铰接7a也以旋转的方式结合到主 轴7的顶部上，该铰接合适地设置有摩擦装置，并且具有垂直 于上述主轴的轴X-X。

圆柱体2的两个相对侧以旋转方式还安装有两个旋转的、 共轴的缸3，这些缸具有与其它轴R-R和X-X偏心的轴T-T。这 些缸3安装在一对相对的共轴的偏心孔2b内，而偏心孔设置在 上述的中空体2中，该中空体的特征在于，另一对相对的共轴 的孔2a安装上述的铰接7a中。

这些缸3本身通过旋转偏心销4连接到平衡块的毂11的两 对相同的杆5上，该平衡块包括设置在臂12的端部上的毂11， 而臂12在另一端上具有成型块13。

毂11借助于共轴的铰接6以旋转的方式铰接到旋转桨毂1 中，而该铰接6具有合适的摩擦装置，该摩擦装置垂直于平衡 块的纵向轴；销6的中心与平衡块13的重心的交点决定了方向 C-C。

更加具体地说，铰接6安装在两个相对的共轴的孔内，这 些孔沿着平行于轴X-X的轴W-W(但该轴低于轴X-X)而设置在 桨毂1的板1a和1b上。在没有升力的情况下桨叶旋转时(图1)， 它几乎沿着与平衡块相同的水平面进行旋转，而平衡块的轴借 助于延伸轴A-A来形成。

当飞行员用收集控制增加旋转桨叶的几何间距时，该升力 以锥角β使桨叶向上倾斜，因此，该升力使作用在桨叶上的其它 力和力矩得到平衡(图3)。在实现这个运动时，桨叶8拖动它所 连接的桨毂1，该桨毂1绕着圆柱体2的轴R-R以相应的角度β 进行旋转。

还相对于平衡块产生旋转，这可以保持它的纵向轴垂直于 旋翼的旋转轴Y’-Y’。由于这种相对运动，使得借助于旋转偏心 销4连接到平衡块的杆5上的缸3和以旋转方式连接到桨毂1 上的圆柱体2相互绕着进行旋转，从而沿着方向C-C确定了桨 毂1相对于旋转轴Y-Y的新位置，从而通过了X-X，该新位置 不同于相对于旋转轴的旋翼的质量中心位置。由于升力垂直于 桨叶，因此桨叶的锥角包括升力的水平分量，该水平分量指向 旋转中心。该水平力包括作用在桨叶和平衡块上的惯性力。借 助于使用公知的计算方法合适地给销4、铰接6和轴R-R、X-X、 T-T的相对位置定尺寸及考虑到旋翼的桨叶、平衡块和其它零件 及相互接头的质量和相对重心的位置，可以在锥角值的正常范 围内建立足够接近的、稳定的平衡，该平衡在锥角变化时保持 不变，实际上该平衡与旋翼的旋转速度无关，因为作用在旋翼 上的这些力-无论是由于升力或者惯性所引起的-全部与旋转速度 的平方成正比。

由飞行员作用在驾驶杆上所引起的桨距变化或者由水平飞 行期间包围在桨叶上的空气流的非对称性所确定的桨距引起平 衡块的旋转平面倾斜，其结果是，引起整个旋翼绕着轴X-X进 行倾斜，如图4所示一样，因此可以使直升机运动并且控制它。

图5示出了本发明的第二个实施例，但不是最后一个，在 该实施例中，旋翼的质量中心相对于旋转轴Y’-Y’的、沿着方向 C-C方向的、为了平衡升力的水平分量的移动借助于电动机械致 动器15作用在销16和17之间来实现，而销16和17分别连接 到旋翼的桨毂1和圆柱体2中，而圆柱体2本身以旋转的方式 与桨毂进行连接，控制箱18根据位置20和21所假定的相对距 离的公知伸缩式探测装置19的电信号所探测、所输送的值来电 动控制桨毂，相对于相对距离，探测器19在桨叶8的锥角变化 时相应地铰接到平衡块的毂11和旋翼的桨毂1上。

事实上，使用公知的计算方法和结构系统来设计控制箱并 给它编程，因此对于借助于探测器装置19所测量的、桨叶的每 个锥角值而言，致动器15引起圆柱体2绕着桨毂1进行旋转， 因此旋翼的质量中心相对于通过X-X的旋转轴假设为正确位 置，从而确保了作用在旋翼上的空气动力和惯性力之间的平衡。

图6示出了本发明的第三实施例，在该实施例中，控制箱1 8 所控制的致动器15可以径向移动可动物块22，根据探测器19 所测量的锥角，该可动物块在平衡块的杆12上进行滑动，因此 改变了旋翼的质量中心相对于该旋翼的旋转轴的位置。

致动器15借助于铰接销16和16a结合到桨毂1的一个板 和可动物块22上。

在这种结构形式中，桨毂1的两个板只示出了两个相对的 孔23，而这些孔沿着垂直于旋翼的旋转轴Y-Y的相同轴X-X进 行设置。这些孔23安装设置在主轴7的顶部上的销7a上。