CN101659322B - 直升飞机旋翼 - Google Patents

Abstract

一种直升飞机的旋翼，该旋翼包括围绕第一轴线B旋转的驱动轴；桨毂，其相对于第一轴线B以倾斜固定的方式、并相对于横向于第一轴线B的第二轴线C以旋转的方式功能性地连接到驱动轴；至少两个桨叶，其相对于第一和第二轴线B、C以倾斜固定的方式、并相对于各个第三轴线D以旋转的方式功能性地连接到桨毂；以及支撑部件，用以相对于桨毂以旋转的方式围绕各个第三轴线D支撑桨叶。支撑部件包括至少一个支撑构件，其由至少部分是弹性材料制作，其分别与各个桨叶和与桨毂整体***第一表面和第二表面之间。在使用中，支撑构件变形以允许各个桨叶相对于桨毂围绕各个第三轴线D旋转。

Description

直升飞机旋翼

技术领域

本发明涉及一种直升飞机旋翼。 

背景技术

众所周知，直升飞机包括机身；安装在机身中央部分顶部的主旋翼；以及用来抵消主旋翼传递到机身的扭矩的反扭矩尾旋翼。 

已知所谓的跷板式或者跷跷板式反扭矩尾旋翼，大体包括驱动轴，其围绕横向于主旋翼旋转的第二轴线旋转的第一轴线旋转；桨毂，其围绕第一轴线以倾斜固定的方式功能性地连接到驱动轴，并且可以围绕驱动轴和垂直于第一轴线的第三轴线自由振荡；以及多个桨叶，其从桨毂上在驱动轴相对侧伸出。 

更具体地，桨叶与桨毂围绕第三轴线形成倾斜整体，能够绕着桨毂围绕各个横向于第一和第三轴线的第四轴线旋转，并沿着各个第四轴线纵向延伸。 

因此桨毂围绕第一轴线旋转桨叶，并允许桨叶通过外部控制而围绕各个第四轴线旋转，以调整相对于气流的各个迎角。 

桨毂也允许桨叶相互整体地围绕第三轴线振荡，以“拍打(flap)”桨叶。 

已知的跷跷板式旋翼还包括支撑部件，用以相对于桨毂支撑桨叶，更具体地，允许桨叶围绕桨毂沿着各个第四轴线旋转。 

跷跷板式旋翼通过包括一些零部件对直升飞机更有利。 

在工业上需求一种被设计成减少磨损从而保证高度可靠性的跷跷板式反扭矩尾旋翼。 

在工业上也需求一种至少在预定的频率范围上减少由桨叶旋转产生的振动和噪音传递到桨毂进而传递到机身上。 

发明内容

本发明的一个目的是经济地和容易地提供一种设计成达到至少上述需求之一的直升飞机旋翼。 

根据本发明，提供了一种直升飞机旋翼，该旋翼包括： 

围绕第一轴线旋转的驱动轴； 

桨毂，其相对于所述第一轴线以倾斜固定的方式、并相对于横向于所述第一轴线的第二轴线以旋转的方式功能性地连接到驱动轴； 

至少两个桨叶，其相对于所述第一和第二轴线以倾斜固定的方式、并相对于各个第三轴线以旋转的方式功能性地连接到所述桨毂；和 

支撑部件，用以相对于所述桨毂围绕各个第三轴线以旋转的方式支撑所述桨叶。 

所述旋翼的特征在于，所述支撑部件包括至少一个支撑构件，其由至少部分是弹性材料制作，并***在分别与相应的所述桨叶和与所述桨毂整体的的第一表面和第二表面之间，在使用中，所述支撑构件变形以允许所述各个桨叶相对于所述桨毂围绕所述各个第三轴线旋转。 

附图说明

通过举例并参照附图将描述本发明的非限制性的优选实施例，其中： 

图1显示本发明的包括双桨叶反扭矩尾旋翼的直升飞机的透视图； 

图2显示图1中旋翼的透视图； 

图3显示图1和图2中旋翼的组装步骤，为清晰起见部分部件己去除； 

图4显示图1-3中的旋翼在平行于桨叶的纵向延伸方向的平面中的剖视图； 

图5显示图4的细节放大图。 

具体实施方式

图1中的附图标记1表示直升飞机，其大体包括带有机头5的机身2；安装在机身2的顶部并围绕轴线A旋转的主旋翼3；以及装配到从机身2在与机头5相反一端伸出的尾翅上的反扭矩尾旋翼4。 

更具体地，主旋翼3为直升飞机1提供必须的升力和推力，以提升和移动直升飞机1前进，而旋翼4在尾翅上施加作用力，以在机身2上产生校正 扭矩，用来平衡主旋翼3施加在机身2上的扭矩，并且其趋向于使机身2围绕轴线A旋转。 

旋翼4是跷板或者跷跷板型式，其大体包括(如图2至5)： 

驱动轴10(仅在图2中示意性示出)，其围绕横向于主旋翼3的旋转轴线A的轴线B旋转； 

桨毂11，其相对于轴10围绕轴线B倾斜地固定，并垂直于轴线B围绕轴线C链接到轴10上；以及 

两个桨叶12，其从桨毂11在轴线B的相对侧伸出，围绕轴线B和C倾斜地固定到桨毂11，并可以相对于桨毂11通过外部控制围绕各个轴线D旋转，以调整各个相对于气流的迎角。更具体地，桨叶12沿着各个轴线D、如实施例所示沿着横向于轴线B的相同的线延长。 

如图4所示，旋翼4也包括构件13，其沿着轴线C延长并与轴10围绕轴线B整体旋转。更具体地，构件13大体上包括位于轴线B的相对两侧的两个端部分80；和***两个端部分80之间的中央部分81。中央部分81相对于轴线B径向向内限定与轴10结合的轴座，并且相对于轴线B径向向外由两个具有位于沿轴线B上的重合中心的球形表面82限制。 

桨毂11大体包括： 

梁15，其沿着轴线D延长并且桨叶12在轴线B的相对侧连接到梁上；和 

横杆16，其平行于轴线C延长，并围绕轴线C以旋转方式、和围绕轴线B以倾斜固定方式装配到构件13和轴10上。 

横杆16限定包围各个表面82的两个球形表面83，表面82，83具有各个位于轴线B和C的交点的重合的中心，横杆16相对于梁15倾斜。 

横杆16和构件13的连接允许桨叶12围绕轴线C和相对于轴10相互整体振荡，以便于“拍打”桨叶12。更具体地，便于补偿桨叶12由于相对于气流具有不同的相对速度而引起的桨叶12的不同的空气动力学负载。 

横杆16与梁15整体成型并且其长度小于梁15的长度。 

梁15大体上包括轴线B穿过其延伸的主体18；以及两个主体18相对于轴线B的径向的相对端处的圆柱附件19。 

更具体地，主体18从轴线B向着相对的附件19厚度减小，附件19的直径比横向于轴线D的主体18的厚度小。 

参见图4和5，梁15还包括两个台肩20，每个由围绕垂直于相应的轴线D的环形延伸的壁限定，且每个都***主体18和各个附件19之间。 

桨毂11包括两个相对于相应轴线D对称的环形套环21。每个套环21包括部分22，其配合并环绕相应的附件19远离轴线B从台肩20延伸，部分23配合并环绕主体18朝向轴线B从台肩20延伸。 

更具体地，套环21是管状的，套环21的部分22的直径小于相应的部分23。 

每个套环21还包括台肩25(图5)，其围绕相应的轴线D环形延伸，***相应的部分22，23之间，并与梁15的相应的台肩20配合。 

每个部分23在相对于轴线B的向内径向方向上终止于增大件，其相对于轴线D是径向的，并限定曲线凸起表面24。 

更具体地，每个表面24包括与主体18配合的环形边缘26(图5)；和相对边缘26并相对于相应轴线D、边缘26的径向向外的环形边缘27。 

每个表面24的边缘26相对于轴线B位于相应边缘27的径向向内。 

对于每个桨叶12，桨毂11包括轴线F的由螺钉和旋拧到螺钉的螺母形成的螺栓28，螺钉延伸穿过主体18和相应的套环21的部分23。 

更具体地，螺栓28的轴线F垂直于各个桨叶12的轴线D并横向于轴线B。 

桨毂11还包括两个螺纹构件17，其旋拧在各个附件19上，并相对于轴线B与各个部分22的径向外端配合，因此使每个螺纹构件17在对应的部分22上施加平行于相应的轴线D并朝向轴线B的作用力。 

每个桨叶12大体包括(图3，4，5)： 

主体30，其限定桨叶12在相对于轴线B的径向内端部31的空腔32；和 

臂29，其从主体30伸出，相对于相应轴线D倾斜并支承销45，销的轴线相对于相应轴线D偏心。更具体地，每个销45从相应的图2所示的控制组件49的各个连杆上受到平行于轴线B的作用力。平行于轴线B的作用力相对于相应的轴线B使各个桨叶12以相同的角度和相同的方向旋转。更具体地，销45的轴线与轴线C连接。 

每个桨叶12还具有与端部31相对的端部36。 

每个桨叶12的空腔32相对于相应的轴线D对称地延伸，并在相对相应 的端部31的另一端部封闭。 

从相应的桨叶12的端部31并远离轴线B，每个空腔32包括： 

圆柱部分33，其中通过多个图中没有示出的螺钉将环40固定； 

截锥形部分34，其远离轴线B呈锥形并容纳相应的螺栓28、部分23和相应的套环21的台肩25；以及 

实心部分35，其容纳相应的螺纹构件17，还包括三个远离轴线B并从相应部分34直径减小的圆柱部分。 

更具体地，每一个空腔32远离轴线B直径减小，部分35的圆柱部分的直径比相应部分33要小。 

每个部分34具有垂直于相应的轴线D的环形台肩37。 

梁15的主体18部分地延伸到桨叶12的外部，并部分地延伸到空腔32的部分33，34的内部。 

梁15的附件19部分地延伸到部分34的内部，并部分地延伸到相应空腔32的部分35的内部。 

套环21的端部22部分延伸到部件33的内部，并部分位于相应空腔32的部件34的内部。 

从相应桨叶12的端部31开始并远离轴线B，每个环40总体上包括圆柱部件41和增大件42。每个环40还包括台肩43，其垂直于相应的轴线D并***圆柱部件41和增大件42之间。 

更具体地，每个增大件42在相对于轴线B径向向内由台肩43限制，在相对于轴线B径向向外由曲线凹下表面44限制。 

每个表面44相对于轴线D由相对边缘46，47径向限制。更具体地，每个表面44的边缘47相对于相应轴线D位于边缘46的径向内部。 

每个表面44的边缘47也相对于轴线B位于边缘46的径向内部，因而表面44从轴线B以不同的距离延伸。 

每个环40的增大件42还包括截锥形表面48，其远离轴线B方向呈锥形，并***台肩43和表面44之间。 

更具体地，每个表面48在相对于相应轴线D径向向内限定相应的增大件42。 

旋翼4还包括支撑部件50，用以将每个桨叶12支撑在桨毂11上，并且其允许每个桨叶12相对于桨毂11围绕相应轴线D旋转。 

更具体地，对于每个桨叶12，支撑部件50包括(图5)： 

固定到桨叶12的机体51；和 

构件52，其固定到相应套环21的部分22上，并以围绕相应轴线D的旋转方式连接到机体51上。 

更具体地，每个机体51整体上包括： 

偏长菱形法兰53，其垂直地延长到相应的轴线D，并通过两个螺钉54固定在相应空腔32的台肩37上；和 

环55，其相对于相应的轴线D径向向内由球形表面56限制，并相对于相应的轴线D径向向外与相应空腔32的部分35的部分轮廓合作。 

更具体地，螺钉54固定在相应轴线D的相对侧，并具有平行于相应轴线D的各个轴线。 

构件52相对于相应的轴线D对称延伸，并相对于相应的轴线D径向向外由球形表面57限制，球形表面与各个机体51的环55的表面56配合并合作。 

更具体地，表面56，57具有位于沿相应的轴线D的各个重合的中心。 

支撑部件50有利地包括支撑构件60，对于每个桨叶12支撑构件60至少部分是由弹性材料制作，并***相应部分23的表面24和相应环40的表面44之间。在使用中，每个构件60变形，以允许相应的桨叶12相对于桨毂11围绕相应的轴线D旋转。 

更具体地，每个构件60相对于轴线D是环形的，其包括： 

两个相对曲形表面61，62，其与部分23的表面24和增大件42的表面44分别合作；和 

两个相对截锥形表面63，64，其在表面61，62的各个相对端之间延伸。 

更具体地，每个增大件42的至少一部分位于相应构件60的表面62相对于轴线B的径向内部，每个部分23的至少一部分位于相应构件60的表面61相对于轴线B的径向外部。 

至少部分离心力相对于轴线B作用于各个桨叶12上，因此由构件60将离心力传递到各个套环21上接着传递到桨毂11上。 

表面61，62分别是凹形和凸形，并相对于轴线B分别限定各个径向向外和向内的构件60。 

表面61，62还从轴线B以不同的距离延伸。 

更具体地，每个表面61，62相对于相应的轴线D径向向内包括端边缘66，68；和相对边缘66，68并相对于相应的轴线D径向向外的边缘65，67。 

更具体地，边缘66，68相对于轴线B位于各个边缘65，67的径向内部，并且从各个边缘65，67到各个边缘66，68，表面61，62以相对于轴线B开始减少然后增加的距离延伸。 

表面63，64相对于相应的轴线D径向向外和向内限定各个构件60，每个构件60的表面63，64从相应的表面62朝向相应的表面61会聚。 

每个构件60包括多层弹性材料特别是硫化橡胶；和嵌入弹性材料层中的多层金属材料。 

每个构件60的表面61，62通过多层粘合物质固定在各个表面24，44上。 

每个构件60与相应的套环21和环40形成单个组件30，组装时(图3)通过相应的螺栓28固定到桨毂11上。接着将螺纹构件17旋拧在各个附件19上，机体51固定在相应的法兰53上。组件39通过装配在相应的套环21的部分22上的相应的构件52***相应的空腔32中，以连接相应的构件52和机体51。最后，采用未示出的螺钉将环40固定到相应空腔32的部分33上。 

每个构件60相对于轴线B位于相应的机体51和构件52的径向内部。 

旋翼4有利地包括两个衬套85(图4)，其围绕轴线C环形延伸，包围构件13的各个端部分80，并依次被轴线B相对侧的横杆16的各个相对端部14包围。更具体地，端部14限定轴向沿着轴线C的横杆16。 

衬套85允许横杆16相对于构件13围绕轴线C旋转，并因此桨毂11相对于轴10围绕轴线C倾斜。 

每个衬套85具有表面86，其相对于轴线C径向向内、并固定到相对于轴线C的构件13的相应端部分80的径向外表面；和表面87，其相对于轴线C径向向外、并固定到横杆16的相应端部14。 

每个衬套85至少部分是由弹性材料制作。 

更具体地，衬套85包括弹性材料层特别是硫化橡胶；和嵌入弹性材料层中的金属材料层。 

每个衬套85的表面86，87通过多层粘合物质分别固定在端部分80和 端部分14上。 

实际应用中，轴10围绕轴线B旋转，以使桨毂11和桨叶12与轴10整体地旋转。 

桨叶12通常受到不同的具有平行于轴线B的不同分力的空气动力学载荷，其相对于轴10和围绕轴线C倾斜桨叶12和桨毂11，因此导致所谓的桨叶12的拍打(flapping)。 

更具体地，空气动力学载荷相对于轴线C和与轴10成整体的构件13使桨毂11的横杆16倾斜。随着横杆16相对于轴线C倾斜，衬套85的表面87跟随横杆16倾斜，此时衬套85的表面86相对于轴线C和构件13一起整体保持在固定位置。结果，衬套85的弹性材料层变形，因此允许桨毂11相对于轴10围绕轴线C倾斜。 

当直升飞机1运行时，可操作控制组件49以在销45上施加平行于轴线B的各个作用力。 

这些作用力使桨叶12相对于桨毂11以相同的角度和方向围绕各个轴线D旋转，以调整桨叶相对于气流的迎角。 

支撑部件50允许桨叶12围绕桨毂11旋转。 

更具体地，桨叶12使各个环40的表面44和机体51的表面56围绕相应的轴线D旋转，而构件52和套环21与桨毂11保持整体并因此相对于各个桨叶12的旋转保持固定。 

更具体地，表面56围绕各个轴线D和相应的机体51的表面57旋转。 

当桨叶围绕各个轴线D旋转时，构件60的表面62跟随相应的增大件42的表面44旋转，而构件60的表面61与各个表面24保持接触，因此当桨叶12围绕轴线D旋转时不跟随桨叶12旋转。 

结果，构件60的弹性材料层弹性变形，以允许桨叶12相对于桨毂11围绕各个轴线D旋转。 

作用于每个桨叶12上的离心力垂直于轴线B并朝轴线B向外。 

更具体地，离心力的第一部分通过每个环40传递给相应的构件60，然后从此传递给相应的套环21的部分23，第二部分通过每个机体51传递给相应的构件52，然后从此传递给相应的套环21的部分22。 

平行于相应的轴线D并远离轴线B传递到每个套环21的离心力，由相应螺栓28和螺纹构件17的约束反力平衡。 

由上述描述可以清楚得知本发明的旋翼4的优点。 

具体地说，包括多层弹性材料层的构件60比常规的滚珠轴承或者全金属支撑构件受到的磨损更小。 

由于构件60的优点，因而支撑部件50相对于桨毂11围绕各个轴线D以旋转方式提供了便宜、有效和精确的对各个桨叶12的支撑。 

因此旋翼4将可靠和便宜的只包括少量部件的如跷跷板式旋翼的结构的优点与调整桨叶12相对于气流的迎角的可能性组合起来。 

还有，构件60包括多个弹性材料层，当将其设计或者用于旋翼4时，有可能确定沿着各个轴线D和/或垂直于各个轴线D并平行于轴线B的桨叶12的特有的振荡频率，因此可以设计构件60来抑制这种振荡。 

换句话说，组件39(图3和图5)限定了***在各个桨叶12和桨毂11之间的“动态阻尼器”，当设计或者用于旋翼时，其能够“谐调”预定的桨叶12沿着各个轴线D和/或垂直于各个轴线D并平行于轴线B的特有的振荡频率。 

环40的增大件42使构件60承受各个作用力，该力具有相对于相应的轴线D的径向和轴向的分力。 

这意味着，除了能使各个桨叶12在桨毂11上旋转，构件60还能可靠的以很少的成本为将作用于各个桨叶12上的各个离心力部分传递到套环21的部分22上和传递到桨毂11上提供了很小的磨损。 

此外，每个螺栓28和螺纹构件17在各个套环21上施加平行于轴线D并朝向轴线B的各个约束反力，其抵消了由各个构件60和构件52传递到各个套环21上的离心力，因此保证套环21保持其在桨毂11上的正确位置。 

更具体地，螺纹部件17组成机构性的“冗余”(redundancies)，也就是，即使在各个螺栓28损害的情况下也可以抵消离心力，从而很大程度上提高了旋翼4的可靠性和安全性。 

最后，包括多层弹性材料层的衬套85，为轴10上的桨毂11以旋转方式围绕轴线C以很小的磨损并因而非常可靠地提供了支撑。 

显然，在不脱离权利要求书的范围的情况下可以对这里描述和图示的旋翼4进行修改。 

具体地，表面61，62中的一个或两个和对应表面24，44中的一个或两个可以垂直于相应的轴线D。 

此外，表面63，64中的一个或两个可以平行于相应的轴线D。 

Claims (16)

1.一种用于直升飞机(1)的旋翼(4)，该旋翼包括：

围绕第一轴线(B)旋转的驱动轴(10)；

桨毂(11)，其相对于所述第一轴线(B)以倾斜固定的方式、并相对于横向于所述第一轴线(B)的第二轴线(C)以旋转的方式功能性地连接到所述驱动轴(10)；

至少两个桨叶(12)，其相对于所述第一和第二轴线(B，C)以倾斜固定的方式、并相对于各个第三轴线(D)以旋转的方式功能性地连接到所述桨毂(11)；以及

支撑部件(50)，用以相对于所述桨毂(11)以旋转的方式围绕各个第三轴线(D)支撑所述桨叶(12)；

所述旋翼的特征在于，所述支撑部件(50)包括至少一个支撑构件(60)，其至少部分由弹性材料制作，且***分别与相应的所述桨叶(12)和与所述桨毂(11)为整体的的第一表面(44)和第二表面(24)之间，在使用中，所述支撑构件(60)变形，以允许所述各个桨叶(12)相对于所述桨毂(11)围绕所述各个第三轴线(D)旋转；

其中所述旋翼还包括再一个支撑构件(85)，其至少部分是由弹性材料制作，并***在所述桨毂(11)和所述驱动轴(10)之间，在使用中，所述再一个支撑构件(85)变形，以允许所述桨毂(11)相对于所述驱动轴(10)围绕所述第二轴线(C)旋转。

2.如权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述支撑构件(60)包括与所述第一表面(44)合作的第三表面(62)；和与第二表面(24)合作的第四表面(61)，所述旋翼(4)包括与所述各个桨叶(12)形成整体、并限定所述第一表面(44)的第一构件(40)；和与所述桨毂(11)形成整体、并限定所述第二表面(24)的第二构件(21)，所述第一构件(40)至少部分地位于所述第三表面(62)相对于所述第一轴线(B)的径向向内，并且所述第二构件(21)至少部分地位于所述第四表面(61)相对于所述第一轴线(B)的径向向外。

3.如权利要求2所述的旋翼，其特征在于，所述第三和第四表面(62，61)分别通过粘合物质保持接触所述第一和第二表面(44，42)。

4.如权利要求2所述的旋翼，其特征在于，所述第三和第四表面(62，61)中的至少一个表面从所述第一轴线(B)以不同的径向距离延伸。

5.如权利要求3所述的旋翼，其特征在于，所述第三和第四表面(62，61)是曲面。

6.如权利要求5所述的旋翼，其特征在于，所述第四表面(61)是凹面，所述第三表面(62)是凸面。

7.如权利要求2所述的旋翼，其特征在于，所述支撑构件(60)包括第五和第六表面(64，63)，这些表面呈与所述各个第三轴线(D)共轴的各个截锥体侧表面的形状，且***所述第三和第四表面(62，61)之间，所述第五表面(64)限定所述支撑构件(60)相对于所述各个第三轴线(D)径向向内，所述第六表面(63)限定所述支撑构件(60)相对于所述各个第三轴线(D)径向向外。

8.如权利要求7所述的旋翼，其特征在于，所述第五和第六表面(64，63)从所述第一表面(44)会聚到所述第二表面(24)。

9.如权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述支撑构件(60)相对于所述各个第三轴线(D)是环形的。

10.如权利要求7所述的旋翼，其特征在于，所述第五和第六表面(64，63)从所述第一表面(44)到所述第二表面(24)逐渐变小。

11.如权利要求1所述的旋翼，其特征在于，所述支撑部件(50)包括第一机体(51)和第二机体(52)，它们与所述桨毂(11)和所述各个桨叶(12)分别成整体，并彼此相对连接以便围绕所述各个第三轴线(D)旋转。

12.如权利要求11所述的旋翼，其特征在于，所述支撑构件(60)相对于所述第一轴线(B)定位于所述第一和第二机体(51，52)的径向向内。

13.如权利要求12所述的旋翼，其特征在于，所述第二机体(52)装配到第二构件(21)上。

14.如权利要求2所述的旋翼，其特征在于，所述桨毂(11)包括梁(15)，还包括第一限制装置(28)，其将所述梁(15)连接到所述第二构件21)上，并且横向于所述各个第三轴线(D)和所述第一轴线(B)延长。

15.如权利要求14所述的旋翼，其特征在于，包括第二限制装置(17)，其配合到所述梁(15)并相对于所述第一轴线(B)与所述第二构件(21)的径向外端部合作。

16.一种包括如权利要求1中所述的旋翼(4)和主旋翼(2)的直升飞机。

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