具有以揮舞和擺振方式鉸接的葉片的旋翼飛行器旋翼的製作方法

2023-06-08 04:32:46 3

專利名稱：具有以揮舞和擺振方式鉸接的葉片的旋翼飛行器旋翼的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種旋翼飛行器的旋翼，它具有以揮舞(flap)、擺振(lag)和俯仰(pitch)方式鉸接的葉片。
本發明的技術領域是直升機的製造。
更具體而言，本發明涉及一種旋翼飛行器的旋翼，它包括至少兩個相對於旋翼槳轂以揮舞和擺振方式鉸接的葉片，以及用於衰減葉片(相對於槳轂的)振動的阻尼器裝置，其中所述葉片振動繞葉片的「擺振」鉸鏈軸線，即大致與旋翼主軸的縱向軸線相平行的軸線產生。
本發明也可應用於旋翼飛行器的主起升(advance-and-lift)旋翼，且還可應用於旋翼飛行器的「反扭矩」旋翼或尾部旋翼。
背景技術：
旋翼飛行器旋翼的鉸接葉片的擺振通常極少被衰減，並且它們出現在低頻處；這引起了它與其他相近頻率處發生的振動或振顫產生耦合的風險，特別是與旋翼飛行器結構發生變形時的共振模式產生耦合；這種耦合使旋翼飛行器的部件有被損壞或破壞的風險；這種振動導致了大的無用的作用力或應力。
因此，旋翼飛行器的旋翼通常安裝有衰減這種振動的裝置，該裝置通常被稱作擺振阻尼器或頻率適配器。
這種阻尼器裝置的目的是通過消耗一部分振動能量來減小擺振的振幅；當該阻尼器裝置表現出不可忽略的剛性時，這種剛性會改變由鉸接葉片及其擺振阻尼器構組成的組件的響應頻率，這就是為什麼它被稱為「頻率適配器」。
術語「阻尼器」和「適配器」以下將互換使用，表示用於減小或適配鉸接葉片的擺振振幅的裝置或系統。
這種阻尼器通常包括聚合體材料的結構，該材料具有高彈性變形能力並且通常被稱為「彈性體」或「合成橡膠」。
這種阻尼器具體描述在下列專利中FR2063969、FR2111845、FR2127061、FR2672947、FR2677723、和WO94/15113。
總體而言，旋翼飛行器的旋翼具有同它的葉片一樣多的擺振阻尼器；當擺振阻尼器將葉片連接於旋翼槳轂時，分別在葉片和槳轂的相應部位建立起阻尼器與葉片之間以及阻尼器與槳轂之間的連接，這些部位因此而被加強；其結果是，旋翼的重量、複雜性以及成本相應增加。
當阻尼器使旋翼的兩個相鄰葉片互連時，這種阻尼器被稱為「葉片間」阻尼器，每個葉片需要具有兩個加強部，使得它分別緊固於兩個適配器。
此外，在這種情況下，由於這樣葉片之間的相對位移為零，因此，擺振阻尼器無法衰減對應於葉片振動同步同相的「集合」擺振模式的葉片擺振。
由於這樣集合擺振模式被忽略且未被衰減，因此，存在一種與動力單元(旋翼-主齒輪箱-發動機)耦合的更高風險，因而有必要在槳轂上安裝擺振擋止件，從而無論何時起動或停止旋翼都可以限制葉片運動的幅度。
美國專利No.5372478描述了一種旋翼，它具有容納在處於旋翼中空槳轂中心的殼體中的單個阻尼器組件。該組件包括一系列與板交替的彈性體層；該彈性體受到剪切應力；每塊板通過短杆連接於相應葉片的內端；殼體(與阻尼器組件一起)或剛性固定於輪轂，或相對於其樞轉安裝，又或被浮動安裝而懸掛離開葉片端部。
這種阻尼器系統存在易受葉片揮舞振動影響的缺陷。

發明內容
本發明的一個目的是提供用於旋翼飛行器旋翼的鉸接葉片振動的擺振阻尼器裝置，使其改良和/或使其至少克服用於擺振阻尼的現有裝置中的一部分缺陷。
因此，本發明用於旋翼飛行器的旋翼，它包括槳轂和至少兩個相對於該槳轂繞相應俯仰軸線、繞相應揮舞軸線並繞相應擺振軸線鉸接的葉片，用於每個葉片的三根軸線通常在鉸鏈中心重合；每個葉片固定於俯仰杆；該旋翼包括通過第一球接頭連接於每個俯仰杆的各俯仰控制杆，以及大致在旋翼轉動軸線上定心並連接於每個葉片的擺振阻尼器系統；根據本發明的一方面，擺振阻尼器系統通過第二球接頭固定於每個葉片的各橫向突出部，該第二球接頭接近於將俯仰控制杆連接於俯仰杆的第一球接頭。
本發明特別用於具有三個、四個或五個鉸接葉片的旋翼。
通過球接頭連接並且由於兩個球接頭緊挨在一起，該擺振阻尼器系統相對或完全不受鉸接葉片的揮舞振動的影響；其結果是，它受到的幹擾力較小，它的總體尺寸小，並且它在降低擺振方面的有效性得以提高。
在本發明的優選實施例中，阻尼器系統固定於通過所述第二球接頭安裝於每個葉片的俯仰杆的自由端；特別是，在俯仰杆和共用的中心擺振阻尼器結構之間提供鉸接的該球接頭可鄰接(優選在其旁邊)在俯仰杆和俯仰控制杆之間提供鉸接的球接頭，並且在與後一球接頭相同的軸線之上。
此外優選的是，在俯仰杆和共用的中心擺振阻尼器結構之間提供鉸接的球接頭設置在將葉片連接於槳轂的球形止推軸承與在俯仰杆和俯仰控制杆之間提供鉸接的球接頭之間。
優選地，在俯仰杆與共用的中心擺振阻尼器結構之間提供鉸接的球接頭的中心位於將葉片的球形止推軸承鉸鏈的中心連接至俯仰杆與俯仰控制杆之間球接頭的中心的軸線附近；特別是，第二球接頭的中心位於所述軸線上。


本發明的其它特徵和益處將從下列參考附圖的描述中得以展現，這些附圖顯示出本發明的優選實施例而無任何限制特徵。
圖1是裝配有本發明的中心阻尼器裝置的旋翼飛行器旋翼槳轂的概略平面視圖，該裝置用於衰減通過它們各自的根部連接於槳轂的四個葉片的擺振。
圖2是安裝於圖1中旋翼的阻尼器裝置的概略平面視圖，圖3是沿III觀察並顯示圖2中裝置的側視圖。
圖4和5類似於圖1，且它們描述了中心擺振阻尼器的操作。
圖6是本發明中心阻尼器的另一實施例的概略側視圖。
圖7是本發明中心阻尼器的又一實施例的概略平面視圖。
圖8是本發明中心阻尼器的再一實施例的概略平面視圖。
圖9是顯示一體結合在旋翼飛行器旋翼中的本發明阻尼器的局部概略平面視圖。
圖10是顯示出在本發明優選實施例中的阻尼器與旋翼葉片的俯仰杆之間的機械連接的概略平面視圖。
具體實施例方式
在旋翼飛行器中，葉片的擺振響應處於低頻處，且通常衰減極少。其結果是存在與其它頻率(特別是結構的共振頻率)耦合的風險，從而增加了旋翼部件的應力水平，且存在使它們損壞或被破壞的風險。
這一響應的振幅通常藉助於阻尼器進行控制，該阻尼器消耗一部分擺振模式能量，從而衰減葉片的響應，或者藉助於頻率適配器進行控制，該適配器通過自身附加剛度、用於偏移葉片和適配器系統的整體頻率，同時也起到阻尼的作用。
雖然可適用於阻尼器和適配器(通常總稱為「阻尼器」)，然而，本發明更具體而言涉及包括阻尼彈性體材料的適配器。
下述解決方案用於彌補葉片間適配器和葉片-槳轂適配器的限制，且提供額外的優點與傳統或葉片間解決方案相比，本發明適於減少部件數目例如對於四葉片旋翼，只存在一個適配器而非四個；由於適配器僅連接於葉片，因此，球接頭的數目因此受到限制(在四葉片旋翼中限制為四個而非八個)；這種零件數目的減少降低了成本、整體尺寸以及空氣動力幹擾；旋翼上需要加強的區域數目相對於位於葉片與槳轂之間或葉片之間的傳統構造相比顯著減少；此外，在一些構造中，適配器的彈性體可在單個操作中進行模製，這樣它的剛度和阻尼特性比那些單獨製作的適配器更為均勻；這種均一性有助於降低旋翼的不平衡性；並且由於適配器一體結合於槳轂中心，它受到保護且更少受環境侵蝕和意外損傷的風險。
該裝置與安裝佔用槳轂中心的飛行控制器或換向器(用於測量或防凍目的)保持兼容，並使適配器存在此裝備可從中穿過的開口。
下列描述主要涉及四葉片尾部旋翼，然而它也可適用於其它類型的旋翼飛行器旋翼，無論是主旋翼還是尾部旋翼。
參考圖1至5，本發明特別涉及具有槳轂的旋翼飛行器旋翼11，該槳轂包括繞軸線12的圓環13，該軸線形成槳轂的總體對稱軸線。
旋翼具有沿各軸線14a至17a延伸離開槳轂的四個葉片14至17；每個葉片通過各分層球形止推軸承18至21連接於槳轂。
每個葉片的內端部或根部22至25存在通過球接頭65而使俯仰控制杆固定其上的橫向突出部(俯仰杆)(特別參見圖9和10)。
擺振阻尼器30通過各球接頭31至34固定於從每個葉片的根部22至25突出的各橫向突出部26至29。
在圖1至5所示實施例中，從上面觀察時阻尼器的表面具有方形框架；框架的每一「側」形成各阻尼器單元；在本實施例中，阻尼器30通過將這四個同樣的阻尼器單元30a至30d成對連接在一起而獲得。
特別參見圖3，阻尼器單元30a包括兩個外窄帶40、41，其具有在二者之間延伸的內窄帶42；窄帶40至42呈具有細長長方形形狀的平板的形式，且它們彼此平行延伸。這些窄帶垂直於阻尼器的對稱軸線35(圖2)延伸，當該阻尼器處於安裝位置時該軸線大致與槳轂的軸線12(圖1)重合。
第一彈性體層43將窄帶40的頂面連接於窄帶42的底面，且第二彈性體層44將窄帶42的頂面連接於窄帶41的底面。
單元30a的內窄帶42的(突出)外端部42a剛性固定於相鄰單元30b的端部45。
每個阻尼器單元的窄帶40和41在它們共同的第二端部45剛性互連。
窄帶42的端部42a也與將其連接於相應葉片(圖1中標註為16)之根部的球接頭33剛性連接；這一連接可通過接合位於沿軸線33a(圖2和10)延伸的軸上的球接頭33來獲得，所述軸固定於從葉片16的根部24突出的俯仰杆28；阻尼器30和葉片14、15及17之間的連接分別通過球接頭31、32及34獲得，這些球接頭剛性固定於結構30的阻尼器單元30c、30d及30b的內窄帶(如42)之端部。
在各實施例中，將阻尼器連接於葉片的球接頭的各鉸鏈中心大致共面。
單個的中心適配器及其到葉片的連接存在以下特徵每個葉片通過單個球接頭連接於適配器的窄帶；這些窄帶中的每個通過優選的粘彈性材料或通過提供理想剛性和阻尼的裝置連接於兩個相鄰窄帶；這一連接具體可直接如圖1至3所示，或者間接如圖6至8所示，其中至少一個連接於葉片的窄帶其本身通過單個的共用窄帶連接於相鄰窄帶；窄帶附著點要經過選擇，從而使得與葉片的俯仰及揮舞運動相關的運動最小化；球接頭最好定位在俯仰杆上，從而實際中僅受到葉片的(輪轉以及集合(cyclic and collective)擺振運動；以及適配器和將其連接於葉片的球接頭定位成使得適配器不但由葉片的輪轉擺振運動、而且還由集合擺振運動模式施加應力。因此優選地，至少一些施加於兩個相鄰窄帶的作用力位於共同作用線上並沿相反方向作用。
圖1至6所示阻尼器裝置中窄帶的形狀被設計成使得彈性體的剪切發生在水平面(垂直於軸線12)內；特別是對於圖7和8所示的阻尼器，彈性體的剪切可能發生在垂直或水平平面內，或者甚至它可呈圓柱形地發生(如發生在圓柱形葉片間適配器中)。
圖1至5所示阻尼器的輪轉擺振操作概略顯示在圖4中，而其集合擺振操作概略顯示在圖5中。
參見圖4，在這種模式下受力時，兩個相對的葉片(附圖中的14和16)在相同方向(由粗箭頭表示)上移動，而其它兩個葉片(15和17)大致保持靜止。
然後，彈性體在靜止窄帶和移動窄帶之間經受切變葉片16的移動趨向於使單元30a和30b變短，而葉片14的移動趨向於使單元30c和30d變長。
圖5顯示了適配器如何受到由葉片的集合擺振運動(即，當所有的葉片在相同的方向移動時)引起的作用力分量的加壓力作用。
藉助於示例，例如葉片17的擺振位移產生突出部29繞球形止推軸承21的迴轉，並通過球接頭34壓適配器。這一應力可分解為兩個分別(縱向)作用在元件30c和30b上的壓力。
通過對葉片16進行相同觀察，可以看到單元30b在相反方向上受到兩個縱向力的壓迫。同樣的推理可適用於其它葉片14和15以及其它阻尼器單元30a、30c和30d。這一阻尼器結構因此還可用於處理集合擺振模式。
在對應圖6和9的實施例中，阻尼器30包括四個大致方形的平面窄帶50至53，他們沿軸線35重疊並由相應的彈性體層54至56成對互連；每個窄帶上的橫向突出部(例如圖9中的500)接收用以連接於相應葉片的球接頭(例如31)。
外窄帶50包括兩個通過剛性連接部50b相互剛性固定的剛性板50a和50c，該連接部固定於承載球接頭31的突出部500；該板50a和50c通過兩個相應的彈性體層54和57連接於相鄰的窄帶54、53。
這一實施例最好被軸線12、35上的中心開口穿透。
參見圖9，提供葉片14與阻尼器30之間連接的球接頭31的鉸鏈中心60位於離開穿過球接頭65的鉸鏈中心63的軸線61一段距離62處，該球接頭65將俯仰控制杆連接於俯仰杆26且(通過球形止推軸承)穿過葉片14和槳轂13之間的鉸鏈中心64。
這段距離62最好比所述鉸鏈中心63和64之間的距離小，理想的是消除此距離62、從而除去所有幹擾適配器操作的揮舞運動。
當葉片受到欲使其揮舞的作用力時，軸線61是葉片的樞轉軸線，轉動中心63和64在任何俯仰振動控制均無的情況下靜止。
在圖7所示實施例中，阻尼器30具有形式為四臂十字的單個中心內窄帶70，該十字與四個配合於相應球接頭31至34的外窄帶71至74相關，該球接頭用以建立到相應旋翼葉片的連接；彈性體層(例如75)將每個窄帶71至74連接至共用窄帶70的相應一個臂，該窄帶最好相對於槳轂「浮動」安裝(即，它不固定於其上)。
這一實施例可被軸線12、35上的中心開口穿透。
在圖8所示變形中，浮動窄帶81至84是相對於內窄帶71至74和彈性體層75的外窄帶；只有每個內窄帶上承載相應連接球接頭31至34的那一部分突出遠離窄帶81至84。
在優選實施例中，窄帶81至84剛性互連、從而構成單一部件。
這一實施例可被軸線12、35上的中心開口穿透。
在圖10所示實施例中，將阻尼器30連接於葉片16的球接頭33以及將俯仰控制杆連接於所述葉片的球接頭65鄰接於共用軸線33a上的葉片16俯仰杆28的端部安裝，並且大致並排設置。
優選地，軸線33a與圖9所示軸線61重合。
權利要求
1.旋翼飛行器的旋翼(11)，包括槳轂(13)和至少兩個相對於槳轂繞相應俯仰軸線(14a至17a)、繞相應揮舞軸線以及繞相應擺振軸線鉸接的葉片(14至17)，該三條軸線在每個葉片的鉸鏈中心(64)重合，每個葉片固定於相應的俯仰杆(26至29)，旋翼對每個葉片而言包括通過第一球接頭(65)連接於俯仰杆的俯仰控制杆，並且共用的擺振阻尼器結構(30)大致定心在旋翼的轉動軸線(12)上且連接於每個葉片，所述旋翼的特徵在於擺振阻尼器結構通過相應的單個第二球接頭(31至34)固定於每個葉片的相應橫向突出部，所述第二球接頭充分接近將俯仰控制杆連接於俯仰杆的第一球接頭，以確保擺振阻尼器系統相對和完全不受鉸接葉片的揮舞振動的影響，其特徵還在於共用的阻尼器結構不固定於槳轂。
2.根據權利要求1的旋翼，其中阻尼器結構包括多個相同阻尼器單元、以及多個阻尼器單元共用且不固定於槳轂的窄帶(40至42，50至53，70，80)，並且其中阻尼器結構固定於每個葉片的俯仰杆。
3.根據權利要求1或2的旋翼，其中阻尼器結構通過所述第二球接頭固定至安裝於每個葉片的俯仰杆自由端。
4.根據權利要求1至3任一項的旋翼，其中鉸接在俯仰杆與共用的中心擺振阻尼器結構之間的所述第二連接球接頭位於鉸接在俯仰杆與俯仰控制杆之間的第一連接球接頭旁邊。
5.根據權利要求1至4任一項的旋翼，其中鉸接在俯仰杆與共用的中心擺振阻尼器結構之間的第二連接球接頭處於與鉸接在俯仰杆與俯仰控制杆之間的第一連接球接頭相同的軸線上。
6.根據權利要求1至5任一項的旋翼，其中鉸接在俯仰杆與共用的中心擺振阻尼器結構之間的第二連接球接頭設置在將葉片連接於槳轂的球形止推軸承(18至21)和鉸接在俯仰杆與俯仰控制杆之間的第一連接球接頭之間。
7.根據權利要求1至6任一項的旋翼，其中第二球接頭(31至34)的中心(60)靠近連接球形止推軸承中心(64)的軸線(61)定位，該軸承將葉片鉸接於第一連接球接頭的中心(63)。
8.根據權利要求1至7任一項的旋翼，其中將阻尼器連接於葉片的第二球接頭的各鉸鏈中心是共面的。
9.根據權利要求1至8任一項的旋翼，其中每個葉片藉助於剛性固定於所述窄帶的單個球接頭連接於阻尼器結構(30)的窄帶。
10.根據權利要求1至9任一項的旋翼，其中阻尼器結構(30)包括窄帶，每個窄帶通過受剪切應力的各粘膠彈性體材料層直接或間接連接於兩個相鄰窄帶。
11.根據權利要求1至10任一項的旋翼，其中阻尼器結構以及將其連接於葉片的球接頭的定位使得阻尼器結構以集合擺振模式被施壓。
12.根據權利要求1至11任一項的旋翼，其中阻尼器結構(30)通過將多個相同阻尼器單元(30a至30d)成對連接在一起而形成、以形成框架，每個阻尼器單元包括兩個具有在它們之間延伸的內窄帶(42)的外窄帶(40，41)，這些窄帶(40至42)形式為具有長方形形狀的平面板且平行於彼此延伸，第一彈性體層(43)將第一外窄帶(40)的頂面連接於內窄帶(42)的底面，且第二彈性體層(44)將內窄帶(42)的頂面連接於另一外窄帶(41)的底面，每個單元的內窄帶的突出外端(42a)剛性固定於相鄰阻尼器單元的端部(45)，且剛性固定於與相應葉片根部連接的球接頭(33)。
13.根據權利要求1至11任一項的旋翼，其中阻尼器結構(30)包括沿軸線(35)重疊的平面窄帶(50至53)，所述窄帶大致形為方形，且通過相應彈性體層(54至56)成對連接在一起，每個窄帶上的橫向突出部(500)接收連接於相應葉片的球接頭。
14.根據權利要求1至11任一項的旋翼，其中阻尼器結構(30)具有包括多個臂的單個中心內窄帶(70)，以及外窄帶(71至74)，每個外窄帶配合於與相應旋翼葉片連接的相應球接頭(31至34)，每個外窄帶(71至74)通過相應彈性體層(75)連接於共用窄帶(70)的一個相應臂，所述共用窄帶不固定於槳轂。
15.根據權利要求1至11任一項的旋翼，其中所述阻尼器結構(30)具有在內窄帶(71至74)和彈性體層(75)外面的浮動共用窄帶(80)，每個內窄帶只有一部分承載突出至浮動共用窄帶(80)外部的相應連接球接頭(31至34)。
全文摘要
本發明涉及一種旋翼飛行器的旋翼(11)，它包括槳轂(13)和至少兩個相對於槳轂繞相應俯仰軸線(14a至17a)、繞相應揮舞軸線以及繞相應擺振軸線鉸接的葉片(14至17)；每個葉片固定於相應的俯仰杆(26至29)；旋翼包括通過第一球接頭(65)連接於每個俯仰杆的俯仰控制杆，並且共用擺振阻尼器系統(30)大致定心在旋翼的轉動軸線(12)上且連接於每個葉片；該擺振阻尼器系統通過相應的第二球接頭(31至34)固定於每個葉片的相應橫向突出部，所述第二球接頭充分接近將俯仰控制杆連接於俯仰杆的第一球接頭，以確保擺振阻尼器系統相對不受鉸接葉片揮舞振動的影響。
文檔編號B64C27/37GK1944185SQ20061016273
公開日2007年4月11日 申請日期2006年9月21日 優先權日2005年9月21日
發明者弗雷德裡克·貝魯爾 申請人:歐洲直升機公司