双模式旋翼浆毂组件

申请号 CN201210409284.0 申请日 2012-10-24 公开(公告)号 CN103112584B 公开(公告)日 2016-09-14
申请人 贝尔直升机泰克斯特龙公司; 发明人 弗兰克·B·斯坦普斯; P·提斯代尔; J·科里根;
摘要 本 发明 公开了一种用于控制旋翼桨叶相对于倾 斜盘 的运动的旋翼浆毂组件和方法。浆毂组件具有与旋翼桨叶和倾斜盘可操作关联的连接装置。该连接装置提供相对于倾斜盘的枢转和旋转的桨叶运动。双 弹簧 比率减震器与连接装置可操作关联。在飞行中,减震器在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间切换以控制旋翼桨叶的运动。该方法包括在飞行中在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间切换减震器。
权利要求

1.一种用于旋翼飞机的旋翼浆毂组件,包括:
斜盘
连接装置,可旋转地连接到倾斜盘并且可枢转地连接到旋翼桨叶,所述连接装置拥有第一端与第二端;以及
与连接装置可操作关联的第一减震器,第一减震器配置成在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间选择性地切换,并且第一减震器还配置成减弱在飞行中由旋翼桨叶施加的;所述第一减震器被固定在所述连接装置的所述第一端和所述倾斜盘上,所述第一减震器包括:
流体密封腔,其具有:
第一流体容器;
第二流体容器;以及
与所述第一流体容器和所述第二流体容器流体连通的管道;
与所述管道流体连通的,所述阀配置成限制在所述第一流体容器和所述第二流体容器之间的流体通道;
弹性密封件,放置在所述连接装置主体的端部和驱动盘的端口之间,且配置成弹性地阻止所述连接装置相对于所述倾斜盘的旋转运动;
其中所述第一弹簧比率由来自所述弹性密封件的弹性阻力产生,流体被限制通过所述管道;并且
其中所述第二弹簧比率由来自所述弹性密封件的弹性阻力产生,并且流体在所述第一流体容器和所述第二流体容器之间通过;
与所述连接装置可操作关联的第二减震器,并且第二减震器还配置成减弱在飞行中由旋翼桨叶施加的力;所述第二减震器被固定在所述连接装置的所述第二端和所述倾斜盘上。
2.如权利要求1所述的旋翼浆毂组件,进一步包括:
与连接装置可操作关联的第二减震器,第二减震器配置成在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间选择性地切换,并且第二减震器配置成减弱来自旋翼桨叶的力。
3.如权利要求1所述的旋翼浆毂组件,进一步包括:
与旋翼桨叶可操作关联的离心式轴承
其中离心式轴承配置成减弱来自旋翼桨叶的离心力
4.如权利要求1所述的旋翼浆毂组件,倾斜盘包括:
上部驱动盘;以及
下部驱动盘;
其中连接装置设置在上部驱动盘和下部驱动盘之间;并且
其中连接装置可旋转地连接到上部驱动盘和下部驱动盘。
5.如权利要求1所述的旋翼浆毂组件,连接装置包括:由连接装置承载并且配置成将旋翼桨叶可枢转地连接到连接装置的轴承系统。
6.如权利要求5所述的旋翼浆毂组件,轴承系统包括:
轴;以及
配置成容纳轴的轴承;
其中旋翼桨叶连接到轴并且通过轴承相对于连接装置枢转。
7.如权利要求1所述的旋翼浆毂组件,连接装置包括:
纵向主体;
第一臂和第二臂,两个臂连接到纵向主体并且从纵向主体延伸出来;
由第一臂和第二臂承载的轴承系统;以及
通过轴承系统由第一臂和第二臂可旋转地支撑的轴;
其中旋翼桨叶连接到轴并且借助轴承系统相对于连接装置枢转。
8.如权利要求7所述的旋翼浆毂组件,倾斜盘包括:
上部驱动盘;以及
下部驱动盘;
其中纵向主体可旋转地连接到上部驱动盘和下部驱动盘。
9.一种方法,包括:
提供权利要求1所述的旋翼浆毂组件;
将连接装置可旋转地连接到倾斜盘,连接装置配置成相对于倾斜盘旋转;
将旋翼桨叶枢转地连接到连接装置,旋翼桨叶配置成相对于连接装置枢转;
采用减震器减弱连接装置的旋转运动;以及
在飞行中,在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间切换减震效果。
10.如权利要求9所述的方法,其中弹性比率的切换通过控制设置在减震器里的两个流体容器之间的流体通道而实现。
11.如权利要求10所述的方法,其中旋转运动的减弱由设置在减震器里的弹性材料实现。

说明书全文

双模式旋翼浆毂组件

技术领域

[0001] 本申请大体上涉及旋翼浆毂组件,并且更具体地,涉及一种具有减震器的旋翼浆毂组件。

背景技术

[0002] 传统的旋翼浆毂组件在本领域中公知的用于有效地控制旋翼飞机的定向移动。铰接的浆毂组件包括两个或多个彼此独立地翻转,平悬转,引导,以及摆振的旋翼桨叶。浆毂组件典型地包括水平铰链,被称为翻转铰链,其允许桨叶上下移动。这种运动被称为翻转并且被设计用于弥补升的不对称。垂直铰链,被称为摆/振(lead/lag)或阻力铰链,允许桨叶前后移动。这种运动被称为摆/振,拖曳,或者偏航
[0003] 传统的旋翼浆毂组件典型地包括与水平和/或垂直铰链可操作关联的减震器。减震器抵偿在飞行中由旋翼产生的加速和减速。具体地,减震器被配置成吸收旋翼桨叶的力并且将摆/振运动的频率维持在期望的范围之内。
[0004] 传统的减震器包括单一的减震比,这在不同的飞行条件下是不希望的。例如,被选作用于摆/振减震器的弹簧比率为期望的面内刚度所需的值与减小施加在旋翼以及其它飞机组件上的负荷与疲劳的值之间的折中值。
[0005] 尽管旋翼浆毂组件已经有了很大的发展,仍然存在许多缺点。附图说明
[0006] 被认为是本发明的特性的新颖性特征在所附的权利要求中提出。然而,本发明本身,还有优选的应用模式,以及进一步的目标和优点将参照下面的详细描述并结合附图获得最好的理解,其中:
[0007] 图1为采用本申请的旋翼浆毂组件的旋翼飞机的侧视图;
[0008] 图2为采用本申请的旋翼浆毂组件的倾转旋翼飞机的斜视图;
[0009] 图3为本申请的旋翼浆毂组件的斜视图;
[0010] 图4为图3的旋翼浆毂组件的放大视图;
[0011] 图5为图4的旋翼浆毂组件沿V-V方向的放大视图;
[0012] 图6为图4的旋翼浆毂组件的连接装置的放大视图;
[0013] 图7为图4的旋翼浆毂组件的双弹簧比率减震器的顶部横截面视图;
[0014] 图8为描述优选模式的流程图
[0015] 虽然本申请的系统和方法可以具有各种变形和替代形式,其具体的实施方式通过图中的例子示出并且在这里进行详细的描述。然而,应当理解的是这里对具体实施方式的描述并不是将本申请限定于公开的特定实施方式,而恰恰相反,其目的是为了覆盖落入由所附的权利要求所限定的本申请的工艺的精神和范围之内的全部变形,等同,以及替代的方案。

具体实施方式

[0016] 本发明的浆毂组件和方法的示例性实施方式在下面给出。当然可以意识到在任何实际实施方式的发展过程中,需要视具体情况做出各种决定以实现研发者的特定目标,例如服从系统相关和商业相关的系统规定参数,其从一种实施方式变化到另一种。此外,可以意识到的是这种发展努力可能是复杂和耗时的,但是仍然是享有本公开的利益的本领域普通技术人员必须经历的常规过程。
[0017] 本申请的旋翼浆毂组件克服了与传统组件相关联的共同的缺点。具体地,浆毂组件提供用于控制在飞行中旋翼桨叶的离心力,翻转,水平悬转,以及摆/振运动。该组件包括一连接装置,在下文中被称为“轴”,其枢转地并且可旋转地将旋翼桨叶连接到倾斜盘。与耳轴可操作关联的双弹簧比率减震器允许在飞行中在两个或多个弹簧比率之间进行选择性切换。这些特征提供用于控制在飞行中由旋翼桨叶产生的离心力,翻转,水平悬转,以及摆/振运动的有效装置。
[0018] 本申请的组件和方法的结构及操作将通过附图并结合所附的描述被理解。这里描述了该系统的几种实施方式。应当理解的是不同实施方式的各种组件,部件,以及特征可以组合在一起和/或彼此交换,即使在附图中并没有示出全部的变形和具体实施方式,其全部位于本申请的范围之内。还应该理解的是各种实施方式之间的特征,元件,和/或功能的混合与匹配在这里被明确地考虑以使得本领域普通技术人员从公开的一种实施方式的特征,元件,和/或功能可以意识到它们可以被恰当地结合到另一种实施方式中,除非以其他方式描述。
[0019] 现在参照附图,其中在各种视图中相同的标记字符表示相应或类似的元件,图1和2示出采用本申请的旋翼浆毂组件的两种不同的旋翼飞机。图1示出直升机101的侧视图,同时图2示出倾转旋翼飞机201的斜视图。旋翼浆毂组件优选地用在旋翼飞机中;然而,可以意识到这里公开的特征可以容易地适用于其它类型的飞行器和/或机器。
[0020] 直升机101包括由机身105承载的旋翼浆毂组件103。与旋翼浆毂组件103可操作关联的一个或多个旋翼桨叶107为直升机101提供飞行并且由位于机身105内部的多个控制器控制。例如,在飞行中,飞行员可以操作循环控制器109,用于改变旋翼桨叶107的俯仰和/或操作踏板111,由此提供垂直的,水平的,以及偏航飞行运动。
[0021] 倾转旋翼飞机201包括两个或多个由可旋转引擎舱承载的旋翼浆毂组件203。可旋转引擎舱设置有用于允许飞机201像传统直升机那样起飞和降落以及像传统的固定翼飞机那样水平飞行的装置。应该理解的是,和直升机101一样,倾转旋翼飞机201设置有用于控制飞机的移动的控制器,例如循环控制器和踏板。
[0022] 图3描绘了根据本申请的优选实施方式的旋翼浆毂组件的斜视图。旋翼浆毂组件301有效地控制由旋翼桨叶产生的移动,例如,摆/振,离心力,水平悬转,以及翻转。应该理解的是上面公开的旋翼浆毂组件103和203包括旋翼浆毂组件301的特征。由此,应该理解的是这里公开的旋翼浆毂组件301的特征可以被结合到直升机,倾转旋翼飞机,以及其它类型的旋翼飞机组件中,包括飞行器和/或其它类型的机器在内。
[0023] 旋翼浆毂组件301包括与倾斜盘305可操作关联的至少两个旋翼桨叶303。在操作中,飞机引擎(未示出)驱动旋翼桨叶303,同时倾斜盘305控制旋翼桨叶303的移动。在典型的实施方式中,旋翼浆毂组件301包括六个旋翼桨叶303,它们沿着轴A1旋转;然而,可以意识到旋翼浆毂组件可以包括更多或更少的桨叶,这取决于优选的应用。旋翼浆毂组件301还包括与倾斜盘305可操作关联的一个或多个控制连接307,用于控制旋翼桨叶303的移动。应该理解的是控制连接与在这里讨论的一个或多个控制器和/或控制系统连接在一起。壳体309例如是一个旋浆毂盖,用于保护倾斜盘305和旋翼浆毂组件301的其它组件。在优选的实施方式中,组件301为铰接的旋翼浆毂组件,其允许旋翼桨叶自由移动;然而,可以意识到组件301的特征可以容易地结合到其它类型的浆毂组件中,包括非铰接组件。
[0024] 为了便于描述,并没有示出全部所需的子系统以及与旋翼浆毂组件301可操作关联的装置。例如,为了清晰地描述旋翼浆毂组件的新颖性特征,必要的传感器,连接器,电源,安装支撑,线路,软件,控制系统等等并没有示出。然而,应该理解的是,如同在本领域中通常所公知的,尽管没有讨论也没有在附图中描绘,这里公开的旋翼组件与这些组件以及其它运行所需的系统和装置可操作关联。
[0025] 现在参照图4和5,示出旋翼浆毂组件301的放大的斜视图。图5为图4沿V-V方向的放大视图,并且为了清晰起见移除了旋翼浆毂组件301的一些部件。
[0026] 倾斜盘305优选地包括上部驱动盘311和下部驱动盘313,两个驱动盘被用于旋转桨叶303。连接装置315选择性地放置在两个驱动盘之间,并且配置成枢转地和旋转地将旋翼桨叶303连接到倾斜盘305。在优选的实施方式中,连接装置315为形成为T形形状的耳轴。
[0027] 连接装置315具有旋转和枢转装置,该旋转和枢转装置使旋翼桨叶303在飞行中由于由旋翼桨叶产生的摆/振力而在相对于轴A2的方向上轻微旋转,以及在飞行中由于旋翼桨叶的翻转而在相对于轴A3的方向上轻微枢转。在优选的实施例中,倾斜盘305包括延伸通过上部盘的厚度第一端口(未示出)和延伸穿过下部盘的厚度的第二端口(未示出)。这两个端口均配置用于容纳连接装置的末端。这两个端口优选地为圆形,由此允许连接装置在D1方向上沿着轴A2作旋转运动,其用箭头标示出。
[0028] 优选的实施例使用具有两个驱动盘和圆形端口的倾斜盘以允许连接装置作旋转运动。然而,应该意识到用于相对于倾斜盘转动的耳轴的替代装置,同样可以用在代替优选的实施例的实施方式中。例如,倾斜盘可以采用与可旋转铰链组件可操作关联的单一驱动盘将旋翼桨叶连接到倾斜盘上。然而,可以意识到优选的实施例具有显著的优点,包括附加的支撑和刚性。
[0029] 旋翼浆毂组件301进一步包括由旋翼轭架臂319支撑的离心式轴承317(下文中被称为“C.F.轴承”)以及与连接装置315可操作关联的一个或多个双弹簧比率减震器。在优选的实施例中,C.F.轴承配置成控制由旋翼桨叶产生的离心负载,同时双弹簧比率减震器配置成选择性地控制在飞行中由旋翼桨叶产生的摆/振运动。
[0030] 在典型的实施例中,旋翼浆毂组件301包括两个双弹簧比率减震器:通过上臂322牢固地固定到上部盘311的第一减震器321以及通过下臂324牢固地固定到下部盘313的第二减震器323。在飞行中,双弹簧比率减震器选择性地在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间转换。例如,减震器配置成提供硬的和软的减震比率。该特征在倾转旋翼飞机中尤其需要,因为减震器可以从在飞机模式中产生刚性浆毂组件的定配置切换到在直升机模式中产生较软的浆毂组件的解锁配置。在某些实施例中,在飞机模式中通常需要刚性的面内配置以用于在大约160节的速度上维持稳定,并且在直升机模式中需要避免由于机翼和吊架频率产生的地面共振问题。
[0031] 应该理解的是翻转运动在飞机模式中通过使用完全授权的翻转控制器(未示出)而实现最小化,翻转控制器主动地倾转倾斜盘以将翻转限制在不超过8度。翻转需要被最小化以最小化在刚性配置中与翻转成比例的旋翼负载。在直升机模式中需要软的面内配置来降低发生在强翻转过程中的浆毂负载,强翻转发生在直升机模式的操纵中。在铰接模式中限制翻转的负载比在刚性模式中低得多。峰值翻转通常发生在高速直升机运行中。
[0032] 图6示出连接装置315的斜视图。在优选实施例中,连接装置315被制造成具有T形形状,其具有相对地与两个侧臂603和605垂直延伸的纵向主体601。主体601包括两个配置成可旋转地连接到倾斜盘的相对的端部;第一端607配置成与延伸通过上部盘311的端口连接并且第二末端609配置成与延伸通过下部盘311的端口连接。第一和第二端设置有旋转装置用于使连接装置315相对于倾斜盘305旋转。如图所示,第一和第二末端优选地为圆形轴元件,配置成延伸通过并连接到上部和下部驱动盘的端口。应该意识到弹性材料可以放置在端部和端口之间,以使连接装置315相对于驱动盘发生轻微的弹性转动。
[0033] 连接装置315包括具有至少三个轴承的轴承系统611:由侧臂603承载的第一轴承613,由侧臂605承载的第二轴承615,以及设置在主体601内部的第三轴承617。轴承系统611允许翻转,水平悬转和摆/振运动同时对离心力和浆毂剪切力产生作用。轴承系统在全部飞行模式中提供连接到旋翼桅杆(未示出)的刚性连接,同时允许翻转和水平悬转运动。在优选的实施例中,轴承613和615为滑动轴承,而轴承617为球面轴承。全部的三个轴承沿着轴A3同轴排列并且配置成容纳轴619。轴619设置有用于允许轭架臂319相对于连接装置315的枢转运动的旋转装置。当被组装时,轭架臂319通过轴619连接到连接装置315,由此使得旋翼桨叶能够相对于浆毂组件发生翻转运动。
[0034] 下面参照图7,示出减震器321的内顶部的横截面图。为了便于描述,仅对两个减震器中的一个作详细描述,减震器321在下面被示出和描述。然而,应该理解的是减震器323包括减震器321的全部特征。
[0035] 如前面讨论的,这两个双弹簧比率减震器配置成在飞行中在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间选择性地切换。第一弹簧比率通过多个选择性地设置在减震器里的弹性元件产生,随着旋转力被施加到弹性元件而产生期望的剪切阻力。可以意识到的是弹性材料的弹性特性可以根据优选的应用选择性地设计以产生期望的剪切阻力。第二弹簧比率通过多个与位于设置在减震器里的两个流体容器之间的流体通道连接在一起的弹性元件而产生。这些特征的描述和图示在下面给出。
[0036] 减震器321包括通过臂322牢固地连接到上部驱动盘的非旋转外壳体701。外壳体701容纳弹性元件以及一个或多个用于产生双弹簧比率的流体腔。在典型的实施例中,减震器321包括四个用于产生期望的减震效果的流体腔;然而,替代的实施例根据优选的应用,可以包括更多或更少的流体腔。用在优选实施例中的流体为一种不可压缩流体,例如,液压流体,油和/或替代的合适流体。
[0037] 减震器321进一步包括通过多个弹性密封件705和706可旋转地连接到外壳体701的内壳体703。连接装置315的端部607通过设置在两者之间的弹性密封件707连接到内壳体703。弹性密封件随着连接装置315相对于减震器321施加旋转运动而产生第一弹簧比率。
[0038] 在优选的实施例中,四个流体密封腔709在两个壳体之间产生。如在下面进一步详细描述的,这些腔配置成产生第二弹簧比率。为了便于描述,对四个腔中的一个进行详细描述;然而,应该理解的是四个腔在形式和功能上相同。
[0039] 腔709包括至少两个容器:第一容器711和第二相邻容器713,两个容器通过管道715彼此流体连通。在典型实施例中,弹性地连接到壳体701的叶片717分隔开这两个流体容器。应该意识的是在替代实施例中管道715可以穿过叶片717。
[0040] 在运行中,叶片717在容器里移动,由此使得液体在容器之间交换。719限制流体在管道715中的流通。当关闭时,流经管道的流体被限制并且叶片在流体容器里的移动被阻止。在这种情况下,减震效果仅由设置在减震器里的弹性密封件产生。当打开时,流体在两个容器中流通并且叶片被允许在容器里移动。这种情况下,随着流体在两个容器之间交换产生第二弹簧比率和较软的减震。
[0041] 在优选实施例中,阀719配置成完全打开和关闭通过管道715的通道;然而,可以意识到替代实施例可以包括允许通过管道715具有选择性的流动比率的阀。例如,球阀或滑动阀可以作为在打开和关闭位置之间完全地转换的阀。
[0042] 阀719的打开和关闭控制通过一个或多个在机身内执行的人工控制和/或由飞机控制系统执行的自动控制而实现。例如,在期望较软的减震效果的飞行条件下,阀719允许流体仅通过操作一个控制开关(未示出)而流经管道715,并且同样的,当期望的是更硬的减震效果时,阀719可以通过操作同样的开关限制流体流经管道715,开关既可以人工地控制也可以自动地控制。阀719的打开和关闭可以由液压,电动,或机械装置实现。
[0043] 在优选实施例中,弹性密封件705优选地被制作成具有“三明治”结构,弹性材料层和刚性层,非弹性材料,例如金属层交替布置。这种类型的结构在大致上垂直于各层的方向上几乎是不可压缩的,同时允许预定大小的剪切运动。
[0044] 参照图8,示出描绘优选的方法的流程图801。方框803描述了将连接装置连接到倾斜盘。如在方框805中描述的,连接装置提供连接到其上的旋翼桨叶的枢转和旋转运动。接着,如方框807描述的,双弹簧比率减震器被连接到连接装置。最后,方框809描述了在飞行中在第一弹簧比率和第二弹簧比率之间转换。
[0045] 显而易见的是这里描述和图示的组件和方法具有显著的优点。上面公开的具体实施方式只是示意性的,实施方式可以被修改并且以对享有这里的教导的利益的本领域技术人员而言不同但是等效的方式实施。因此显而易见的是上面公开的具体实施方式可以改变和修改,并且全部的变形都被认为位于本申请的范围和精神之内。因此,这里寻求的保护在说明书中提出。尽管上面示出了现有的实施方式,它们并不仅限于这些实施方式,而是可修改的,并且各种变化和修改都不会脱离本申请的精神。
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