專利名稱：用于優(yōu)化同向旋轉(zhuǎn)的層疊旋翼性能的差動槳距控制的制作方法
用于優(yōu)化同向旋轉(zhuǎn)的層疊旋翼性能的差動槳距控制技術領域
本申請涉及用于旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)的一般領域。
技術背景
旋翼航空器有許多不同類型，包括直升機，雙旋翼直升機，傾斜旋翼航空器，四旋翼傾斜旋翼航空器，偏轉(zhuǎn)翼航空器，和立式垂直起降航空器。在所有的這些航空器中，推力和/或升力是由通過多個旋轉(zhuǎn)的旋翼槳葉形成的旋翼槳盤的空氣流動產(chǎn)生的。一般來說， 多個旋翼槳葉與可旋轉(zhuǎn)的主軸機械地聯(lián)接，且大體上圍繞主軸均勻分布，而該主軸為多個旋翼槳葉提供旋轉(zhuǎn)運動。多個旋翼槳葉的每一個是獨立地可旋轉(zhuǎn)的，以影響槳葉的槳距。多個槳葉的槳距的變化會影響通過旋轉(zhuǎn)多個槳葉產(chǎn)生的推力的方向及升力。
圖1描述了具有傳統(tǒng)旋翼槳轂107a和107b的軍用傾斜旋翼航空器101。旋翼槳轂107a和107b分別地被機械地聯(lián)接到發(fā)動機艙103a和10 。發(fā)動機艙103a和10 是可旋轉(zhuǎn)地分別聯(lián)接到機翼構(gòu)件10 和105b。機翼構(gòu)件10 和10 是緊固聯(lián)接到機身109 上。旋翼槳轂107a和107b分別有多個旋翼槳葉Illa和111b。圖1描繪了在直升機模式下，發(fā)動機艙103a和10 指向上方的傾斜旋翼航空器101。
圖2描繪了帶有傳統(tǒng)旋翼槳轂207a和207b的商用傾斜旋翼航空器201。旋翼槳轂207a和207b分別地被機械地聯(lián)接到發(fā)動機艙203a和20 。發(fā)動機艙203a和20 是可旋轉(zhuǎn)地分別聯(lián)接到機翼構(gòu)件20 和205b。機翼構(gòu)件20 和20 是緊固聯(lián)接到機身209 上。旋轉(zhuǎn)槳轂207a和207b分別有多個旋翼槳葉211a和211b。圖2描繪了在飛機模式下， 發(fā)動機艙203a和20 指向前方的傾斜旋翼航空器201。
通常使用以層疊配置的多旋翼槳盤是有利的，多旋翼槳盤圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)以增加旋翼航空器的升力和/或推力。在運轉(zhuǎn)中，取決于諸如旋翼槳轂的前進速度和方向的變量， 每個旋翼槳盤會遇到不同的空氣動力條件。旋翼系統(tǒng)需要以簡單而有效的手段，以使能夠可變地調(diào)整每個旋翼槳盤的旋翼槳葉的槳距。
眾所周知本領域有許多種旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)，然而，仍然有相當大的改進空間。


本申請的系統(tǒng)的確信為新穎特征的特點闡述在所附的權(quán)利要求里。然而，對于系統(tǒng)本身，以及使用的優(yōu)選模式，進一步的目標和優(yōu)勢，參照以下描述詳情，同時結(jié)合瀏覽附圖能被最好的理解，其中
圖1是現(xiàn)有技術的在直升機模式下的傾斜旋翼航空器的透視圖2是圖1的現(xiàn)有技術的在飛機模式下的傾斜旋翼航空器的正視圖3是傾斜旋翼航空器的正視圖，在飛機模式下，具有根據(jù)本申請的一個優(yōu)選實施例的旋翼系統(tǒng)；
圖4是在圖3中的，根據(jù)本申請的一個優(yōu)選實施例的航空器的旋翼系統(tǒng)的透視圖；圖5是根據(jù)本申請的一個優(yōu)選實施例的圖3中的航空器的旋翼系統(tǒng)的局部透視圖；圖6是根據(jù)本申請的一個優(yōu)選實施例的，當在飛機模式下，圖3中的旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)的原理示意圖；以及圖7是根據(jù)本申請的一個優(yōu)選實施例的，當在直升機模式下，圖3中的航空器的旋翼系統(tǒng)的原理示意圖。雖然本申請的系統(tǒng)易于進行各種修改和具有各種可替代形式，其具體的實施例通過附圖和在此的詳細描述以例子的方式被顯示。然而，應當認識到，在此對具體實施例的描述意圖不在將本發(fā)明限制在所披露的具體形式，而是與此相反，其意圖是，覆蓋落入如所附的權(quán)利要求所定義的精神和范圍之內(nèi)的所有變型、等同和替代。
具體實施例方式下面將描述本申請的系統(tǒng)的說明性的實施例。為了清楚起見，在本說明書中并非一個實際的實施的所有的特性都會被描述。當然會被理解的是，在任何這樣實際的實施例的開發(fā)中，必須作出眾多由實施特定的決定以實現(xiàn)開發(fā)者的特定具體目標，如遵守與系統(tǒng)相關和行業(yè)相關的規(guī)定，而這些在不同的實施中會有變化。此外，可被理解的是，這種開發(fā)的努力可能會很復雜和耗時，但是對受益于本公開的本領域的普通技術人員卻是日常的業(yè)務。在說明書中，當描述附圖中的裝置時，可能會提及各組件之間的空間關系和各個組件不同側(cè)面的空間方位。然而，如同完整地閱讀過本申請的本領域技術人員將會認可的那樣，此處所描述的裝置、構(gòu)件、設備等，可被定位在任何需要的方位。由于在此描述的裝置可定位在任何想要的方向，因此使用如“上方”、“下方”、“上”、“下”或其他類似的術語來描述各個組件之間的空間關系或描述這些組件的各側(cè)面的空間方位應被理解為是意在分別描述該組件之間的相對關系或這些組件的各側(cè)面的空間方位。本申請的系統(tǒng)給出了用于旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)和包含該旋翼系統(tǒng)的旋翼航空器。該旋翼系統(tǒng)包括具有多個成對旋翼槳葉的旋翼槳榖。旋翼系統(tǒng)包括具有多個成對旋翼槳葉的旋翼槳轂。差動變距連桿組件機械地聯(lián)接至每個成對旋翼槳葉，用于可變地控制串置在一起的成對旋翼槳葉的每個旋翼槳葉的俯仰角。斜盤連桿的驅(qū)動向差動變距連桿組件提供了輸入，從而改變與特定的變距連桿組件相關聯(lián)的成對旋翼槳葉的每個旋翼槳葉的槳距。現(xiàn)在參照附圖的圖3，圖3是在飛機模式下，旋翼航空器311的正視圖。第一旋翼槳轂317a機械地聯(lián)接至第一發(fā)動機艙337a，且第二旋翼槳轂317b聯(lián)接至第二發(fā)動機艙 337b。發(fā)動機艙337a和337b分別地可樞轉(zhuǎn)地連接至機翼構(gòu)件333a和33北。機翼構(gòu)件 333a和33 緊固至機身331。發(fā)動機艙337a和337b被配置為相對機翼構(gòu)件333a和33 在直升機模式下可樞轉(zhuǎn)地旋轉(zhuǎn)，其中發(fā)動機艙337a和337b是向上傾斜的，這樣旋翼航空器 311的飛行類似于傳統(tǒng)的直升機；而在飛機模式下，其中發(fā)動機艙337a和337b是向前傾斜的，這樣旋翼航空器311的飛行類似于傳統(tǒng)的螺旋槳驅(qū)動的飛機。圖3進一步描繪具有在每個旋翼槳轂317a和317b上的三個成對旋翼349的優(yōu)選實施例。
附圖中的圖4是在直升機模式下，旋翼航空器311的旋翼槳轂317a透視圖。差動變距連桿組件301聯(lián)接至斜盤303。上旋翼軛架309和下旋翼軛架319聯(lián)接主軸M5，并通過其圍繞旋轉(zhuǎn)軸線335可旋轉(zhuǎn)。用于每個成對旋翼槳葉349的槳距被設置為獨立地控制。 如在此所討論的，對于每個成對旋翼槳葉349，旋翼槳葉323a和32 的槳距設置是被串置在一起控制的。主軸M5的旋轉(zhuǎn)軸線335位于旋翼槳葉槳距軸321的交叉處，如圖5所示。 雖然優(yōu)選實施例描述了在每個旋翼槳轂317a和317b上的三個成對旋翼槳葉349，然而本發(fā)明的范圍不局限于此。相反，任何合適的多個成對旋翼槳葉349都可以被使用，而本申請也考慮了這樣的可選實施例?，F(xiàn)在參照圖5，示出了旋翼槳轂317a的更多的細節(jié)透視圖。上槳葉槳距控制構(gòu)件 343a被用于部分地聯(lián)接上旋翼軛架309至上旋翼槳葉323a。類似地，下槳葉槳距控制構(gòu)件 343b被用于部分地聯(lián)接下旋翼軛架319至下旋翼槳葉32北。為清楚起見，圖5沒有示出上旋翼槳葉323a和下旋翼槳葉32 。旋翼槳轂317a具有與至少一個成對旋翼槳葉349相關聯(lián)的，至少一個差動變距連桿組件301，以用于根據(jù)最佳的俯仰角，差動地操縱上旋翼槳葉323a和下旋翼槳葉32 的槳距。差動變距連桿組件301包括可操作地聯(lián)接至下變距搖臂339的斜盤連桿325，以及通過中間連桿315可操作地聯(lián)接至下變距搖臂339的上變距搖臂313。上變距搖臂313可操作地與上槳葉槳距控制構(gòu)件343a相關聯(lián)。類似地，下變距搖臂339可操作地與下槳葉槳距控制構(gòu)件34 相關聯(lián)。斜盤303被配置為在斜盤驅(qū)動方向305上，可選地驅(qū)動每個斜盤連桿325。在優(yōu)選實施例中，三個差動變距連桿組件301被用于控制三個成對旋翼槳葉349 ； 然而，應當認識到，與較多或較少的成對旋翼槳葉349 —起時可以使用較多或較少的差動變距連桿組件301。差動變距連桿組件301適用于具有上旋翼槳盤組件307和下旋翼槳盤組件341的旋翼系統(tǒng)，每個旋翼槳盤組件307和341配置為圍繞旋轉(zhuǎn)軸線335同軸和同向旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實施例中，上旋翼槳盤組件307由聯(lián)接至上旋翼軛架309的三個上槳葉槳距控制構(gòu)件343a組成。類似地，下旋翼槳盤組件341由聯(lián)接至下旋翼軛架319的三個下槳葉槳距控制機構(gòu)34 組成。每個差動變距連桿組件301、斜盤303、上旋翼槳盤組件307和下旋翼槳盤組件341通過主軸245可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線335旋轉(zhuǎn)。圖6表示了在飛機模式下，旋翼槳轂317a的原理示意圖。當飛機模式時，上旋翼槳盤組件307經(jīng)受的空氣的流入速度與下旋翼槳盤組件341相對地相同。因此，飛機模式的上空氣流動329a和飛機模式的下空氣流動329b是大致相同的。因此，在飛機模式下，上旋翼槳盤總俯仰角Dl與下旋翼槳盤總俯仰角Cl大致相同。圖7表示了在直升機模式下，旋翼槳轂317a的原理示意圖。當直升機模式時，上旋翼槳盤組件307加速了流向下旋翼槳盤組件341的空氣。這樣，下旋翼槳盤組件341經(jīng)受空氣流入速度比通過上旋翼槳盤組件307的高。直升機模式的下空氣流動327b明顯高于直升機模式的上空氣流動327a。為了提供最佳的性能，下槳盤總俯仰角Al高于上槳盤總俯仰角Bl以適應空氣流動327a和空氣流動327b的速度差異。為了獲得最佳槳盤角度，同時使用相同的斜盤連桿325以控制上和下變距搖臂313和339 ；可操作的變距搖臂長度Ll 比可操作的變距搖臂長度L2長。因為可操作的變距搖臂長度Ll比可操作的變距搖臂長度 L2長，斜盤連桿325的驅(qū)動改變上旋翼槳盤的總俯仰角Bl比改變下旋翼槳盤總俯仰角Al的程度更大。當從飛機模式轉(zhuǎn)換成直升機模式時，斜盤連桿325被向上驅(qū)動，朝向上和下旋翼槳盤組件307和341。
上槳葉槳距控制構(gòu)件343a被用于部分地聯(lián)接上旋翼軛架309至上旋翼槳葉323a。 類似地，下槳葉槳距控制構(gòu)件34 被用于部分地聯(lián)接下旋翼軛架319至下旋翼槳葉32北。 成對旋翼槳葉349的每一個包括上旋翼槳葉323a和下旋翼槳葉32 。每個旋翼槳葉323a 和32 包含翼型輪廓，當空氣在該翼型輪廓上運動時，能產(chǎn)生升力。這樣，升力的力量能夠通過調(diào)整串置在一起的，與差動變距連桿組件301相關聯(lián)的上旋翼槳葉323a和下旋翼槳葉 323b的槳距來控制。上旋翼軛架309和下旋翼軛架319位于沿著旋轉(zhuǎn)軸線335分離的兩個不同的平面上。這樣，上旋翼槳葉323a和下旋翼槳葉32 分別地主要在由上旋翼軛架309 和下旋翼軛架319的位置所限定的分離的空間平面里運轉(zhuǎn)。上旋翼軛架309和下旋翼軛架 319之間繞旋轉(zhuǎn)軸線335相對呈角度A，如此；上旋翼槳葉323a和下旋翼槳葉32 以相同的角度A來定位。在優(yōu)選實施例中，角度A約為30度；然而，角度A也可能是其他角度，取決于設計因素，諸如，成對旋翼槳葉349的數(shù)量和旋翼槳葉323a和32 的尺寸。
圖3描繪了旋翼航空器311的優(yōu)選實施例，采用兩個旋翼槳轂317a和317b，還有多個成對旋翼槳葉349，可操作地與每個旋翼槳轂317a和317b相關聯(lián)。主軸345(如圖4 所示的一個)在旋翼航空器311的每個發(fā)動機艙337a和337b內(nèi)自傳動裝置(未顯示)延伸。應當注意的是，雖然在圖3中描述了作為傾斜旋翼航空器的旋翼航空器311，本申請的系統(tǒng)的范圍不局限于此。相反，本申請的系統(tǒng)設想的旋翼航空器311可以是任意旋翼航空器的類型，如直升機，雙旋翼直升機，傾斜旋翼航空器，四旋翼傾斜旋翼航空器，偏轉(zhuǎn)翼航空器，或者立式垂直起降航空器。
本申請的系統(tǒng)提供了顯著的優(yōu)勢，包括(1)提供了在直升機模式和飛機模式下， 根據(jù)最佳俯仰角，有效地控制多旋翼槳葉的槳距的方法；(2)提供了在旋翼航空器中使用多個旋翼槳葉，而沒有在傳統(tǒng)旋翼航空器中會產(chǎn)生的額外的控制機械的重量的方法；(3) 提供了使用旋翼航空器中的多個旋翼槳葉，同時保持盡可能小的旋翼槳轂的方法。
很明顯，具有顯著益處的旋翼系統(tǒng)已經(jīng)被描述和說明。雖然本申請示出的形式數(shù)量有限，但它不僅僅局限于只是這些形式，而是在不偏離其實質(zhì)的同時可進行各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)，包括成對旋翼槳葉，所述旋翼槳葉包括上旋翼槳葉和下旋翼槳葉； 差動變距組件，所述差動變距組件可操作地與用于控制所述上旋翼槳葉和所述下旋翼槳葉的俯仰角的所述成對旋翼槳葉相關聯(lián)，所述差動變距組件包括 斜盤連桿，所述斜盤連桿聯(lián)接在斜盤和下變距搖臂之間； 中間連桿，所述中間連桿聯(lián)接在上變距搖臂和所述下變距搖臂之間； 其中所述上旋翼槳葉聯(lián)接至所述上變距搖臂； 其中所述下旋翼槳葉聯(lián)接至所述下變距搖臂；由此所述斜盤連桿的驅(qū)動改變所述上旋翼槳葉和所述下旋翼槳葉兩者的槳距； 其中所述上旋翼槳葉和所述下旋翼槳葉都以單一的方向且圍繞相同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼系統(tǒng)，其中所述下變距搖臂比所述上變距搖臂長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼系統(tǒng)，由此所述斜盤連桿的驅(qū)動改變所述上旋翼槳葉的所述槳距比改變所述下旋翼槳葉的所述槳距的程度更大。
4.一種旋翼航空器，包括 機身；機翼構(gòu)件；成對旋翼槳葉，所述成對旋翼槳葉包括上旋翼槳葉和下旋翼槳葉； 差動變距組件，所述差動變距組件可操作地與用于控制所述上旋翼槳葉和所述下旋翼槳葉的俯仰角的所述成對旋翼槳葉相關聯(lián)，所述差動變距組件包括 斜盤連桿，所述斜盤連桿聯(lián)接在斜盤和下變距搖臂之間； 中間連桿，所述中間連桿聯(lián)接在上變距搖臂和所述下變距搖臂之間； 其中所述上旋翼槳葉聯(lián)接至所述上變距搖臂； 其中所述下旋翼槳葉聯(lián)接至所述下變距搖臂；由此所述斜盤連桿的驅(qū)動改變所述上旋翼槳葉和所述下旋翼槳葉兩者的槳距； 其中所述上旋翼槳葉和所述下旋翼槳葉都以單一的方向且圍繞相同的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼航空器，其中所述下變距搖臂比所述上變距搖臂長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼系統(tǒng)，由此所述斜盤連桿的驅(qū)動改變所述上旋翼槳葉的所述槳距比改變所述下旋翼槳葉的所述槳距的程度更大。
全文摘要
一種用于旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)，該旋翼系統(tǒng)是具有至少一個成對旋翼槳葉，該旋翼槳葉可操作地與差動變距組件相關聯(lián)，該差動變距組件可操作地用于控制在成對旋翼槳葉中的上旋翼槳葉和下旋翼槳葉的俯仰角。差動變距組件的運轉(zhuǎn)改變的上旋翼槳葉的槳距比下旋翼槳葉的槳距程度更大。這樣，在直升機模式和飛機模式下，該旋翼系統(tǒng)被配置為提供最佳的上旋翼槳葉和下旋翼槳葉的槳距。
文檔編號B64C27/08GK102481975SQ200980159528
公開日2012年5月30日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者小約翰·E·布倫肯 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司