專利名稱：為槳葉系統(tǒng)提供撓性的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對交通工具的旋翼的改進。更特別地，本發(fā)明涉及用 于航空器旋翼槳葉的擺動的改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組
件，其包括具有上曲面的上支撐板；具有下曲面的下支撐板；以及安
置于所述上支撐板和所迷下支撐板之間的軛(yoke )，所述軛具有上軛 表面和下軛表面，所述上、下軛表面中的一個軛表面具有安置和固定 在所述一個軛表面上的緩沖材料層，所述緩沖材料層沿著且遵循著所 述一個軛表面的大體輪廓延伸，所述緩沖材料層直接接觸所述上支撐 板的上曲面和所述下支撐板的下曲面中的一個。
本發(fā)明的另 一個方面涉及一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的 組件，其包括具有上曲面的上支撐板；具有下曲面的下支撐板；軛， 其位于所述上支撐板和所迷下支撐板之間且直接與所述上支撐板和所 述下支撐板接觸，其中所述上曲面和所述下曲面中的一個是沒有形成 圓的圓周的一部分的非圓形弧。
根據(jù)下面結(jié)合附圖(附圖是公開內(nèi)容的一部分，以舉例的方式說 明發(fā)明原理)進行的詳細描述，本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點會更 容易理解。


附圖便于對本發(fā)明的不同實施例的理解。在這樣的圖中
圖1是透視圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的直升機主旋翼系統(tǒng)；
圖2是圖1的分解視圖3是沿圖1中的線3-3得到的側(cè)剖視圖4是圖3的放大視圖，附加說明了軛支撐板表面的橢圓結(jié)構(gòu)的 實例；
圖5類似于圖4，但是示出了組件的另一個實施例，其軛上沒有 緩沖材料；
圖6是類似于圖4的放大視圖，但是說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個 實施例，說明了緩沖材料是在支撐板上而不是如圖4中說明的在軛上；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例的使用了根據(jù)本發(fā)明實施例的 彎曲軛支撐板的旋翼系統(tǒng)的透視圖8是沿圖7中的線8-8的側(cè)視橫截面圖9是根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例的使用了根據(jù)本發(fā)明實施例的 彎曲軛支撐板的旋翼系統(tǒng)的頂部視圖10沿圖9中的線10-10的側(cè)剖視圖； 圖11是圖IO的放大視圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的使用了根據(jù)本發(fā)明實施例 的彎曲軛支撐板的旋翼系統(tǒng)的頂部視圖13是沿圖12中的線13-13的側(cè)剖視圖；以及 圖14是圖13的放大視圖，
具體實施例方式
圖l說明了包含了根據(jù)提交的申請的撓性組件的直升機主旋翼系 統(tǒng)10。主旋翼系統(tǒng)包括設(shè)置在主旋翼軸16上的轂(hub) 14和多個 與轂14連接且從其延伸的主旋翼槳葉18。
在本領(lǐng)域中主旋翼系統(tǒng)是公知的，如已分別在Yao等人的美國專 利4650401、 Covington等人的美國專利5358381、 Hamliton等人的美 國專利5820344以及Sims等人的美國專利6708921中公開，在此引入 這些美國專利的全部內(nèi)容作為參考。在飛行過程中，當直升機增大空氣速度時，增大的空氣速度和在
前行旋翼槳葉18上的提升力會引起前行旋翼槳葉18上擺(flap up )， 而在后行旋翼槳葉18上的減小的提升力會引起后行旋翼槳葉18下擺。 每一個槳葉18的擺動通過結(jié)合在轂14和每一個槳葉18之間的撓性軛 20來提供。軛20在弦的方向上相對硬，但是在擺動方向上具有撓性。 為了控制每一個槳葉18的擺動，連接在轂14和每一個槳葉18之間的 軛通過彎曲的上軛支撐板22和彎曲的下軛支撐板24支撐。
圖1-4說明了主旋翼系統(tǒng)的一個實施例以及轂14、軛20和槳葉 18的結(jié)構(gòu)的一個實施例。應(yīng)理解的是，可以使用各種實施例，且在本 申請中得到說明的圖1-4中的實施例和其它實施例僅僅是提供了本發(fā) 明實施例中的少數(shù)的舉例實施例。
如圖1和2所示，圖l和2中的軛20是構(gòu)造有兩個環(huán)26的細長 軛20， 一個環(huán)26對應(yīng)于一個槳葉18。每個環(huán)26形成一對從軛20的 中間部分29延伸的臂27。所示的軛20a被構(gòu)造成與相對的兩個槳葉 18 —起使用，以及和安置在第一上扼20a下方的第二下輒20b —起使 用。第二下軛20b與旋翼組件10的其余兩個槳葉18中的每個連接。 軛20可以用不同材料制成，包括復(fù)合材料，例如玻璃纖維。
公知的是，主旋翼軸16與轂14相連且使轂14旋轉(zhuǎn)。轂包括一對 用于每個槳葉18的支撐板22和24。上支撐板22和上軛20a被設(shè)置 在頂部支架28上，用于上軛20a的下支撐板24和用于下軛20b的上 支撐板22被設(shè)置在中間支架30上，用于下軛20b的下支撐板24被設(shè) 置在底部支架32上。如前所述，每一個上支撐板22和每一個下支撐 板24被如下面解釋的那樣地彎曲。上軛20a被夾在支架28和30之間， 同時下扼被夾在支架30和32之間。輒20a和20b、支架28、 30和32 通過合適的固定機構(gòu)(包括例如緊固件34這樣的機構(gòu))被固定在一起， 以使支架28、 30和32夾緊和支撐軛20。支架28、 30和32以及支撐 板22和24可以由不同的材料制成，包括金屬。從附圖中可明顯看出， 一旦完成組裝，對于每一個軛20的每一個臂27都有上支撐板22和下 支撐板24。
為了避免冗余，由于每一個槳葉18和轂14之間的連接以及軛20 的各自使用對于每一個槳葉18和轂14之間的連接是大體相同的，在 此的討論僅僅集中在一個槳葉18和轂14之間的連接以及軛20的單個 環(huán)26的使用。
從圖3和4中能更好地看到，上、下支撐板22和24被彎曲以向 各自的軛20和各自的槳葉18提供所需的擺動特性。因此，如圖3和 4中的虛線所示，槳葉18可以上擺和下擺，且鄰接上、下板。舉例說明， 每一個上、下支撐板22和24被彎曲以形成非圓形弧，該非圓形弧沒 有形成圓的圓周的一部分。然而，其它的實施例中還包括被彎曲成圓 弧的支撐板22和24。同樣，雖然舉例說明了每一個上、下支撐板22 和24具有大體相同的彎曲部分，應(yīng)理解，上、下板22和24可以有不 同于另一個的彎曲部分，且其它實施例還可進一步僅僅包括彎曲的板 22和24中的一個。
如圖3和4中所示，上、下板22和24的彎曲部分是橢圓形的， 以形成橢圓表面37。也就是說，每一個上、下板的形狀形成弧形或橢 圓的一部分。作為參考，圖4說明了對應(yīng)于圖4所示的上、下板32 和34的彎曲部分的橢圓38。橢圓彎曲部分提供了對槳葉18的擺動的 加強控制。雖然根據(jù)需要的槳葉18的擺動特性，可以采用不同的彎曲 部分，例如， 一個實施例中使用了對應(yīng)于半徑為8、 16的橢圓表面的 橢圓表面，其短軸40約為8英寸、長軸42約為16英寸。當然，上、 下板的定位以及它們各自相對于軸線(轂14和軸16繞該軸線旋轉(zhuǎn)) 的位置可以根據(jù)所需要的擺動特性變化。可以基于所需要的擺動特性 選擇從旋轉(zhuǎn)軸線44到形成上、下支撐板22和24的彎曲部分的橢圓的 切線的距離46。在一個實例中給出的距離46約為5.102英寸。
由于槳葉18相對于上和/或下支撐板22和24的重復(fù)擺動可能會 導(dǎo)致?lián)p害軛20，因此可在軛20上設(shè)置緩沖層48。雖然圖l-4說明了 上軛表面52和下軛表面54上都有緩沖層48，應(yīng)理解，可以僅在上、 下軛表面52和54中的一個上有緩沖材料。同樣，如圖5所示，可以 完全不使用緩沖材料，并且軛120能夠在無緩沖材料的情況下接觸上、
下接觸板。另外，圖5與圖4中的組件大體上相同。
此外，如圖6所示，緩沖材料層48可放置在上、下支撐板22和 24上。除了緩沖材料被放置在支撐板22和24上而不是如圖1-4所示 那樣放置在軛20上之外，圖6說明了大體上與旋翼組件IO相同的旋 翼組件210。同樣，雖然圖6說明了上、下支撐板22和24上都有緩 沖材料，但是僅在上支撐板22或僅在下支撐板24上有緩沖材料48， 而不是如示出的那樣在用于每個槳葉18的上、下支撐板22和24上都 有緩沖材料。
緩沖材料可以是包括彈性材料、橡膠和例如聚氨脂(urethane) 的聚合物在內(nèi)的任何合適的緩沖材料。根據(jù)需要的緩沖材料48的緩沖 耐久性，選擇緩沖材料48的密度。此外，材料48還包括增強件56(例 如嵌在緩沖材料48中的布)以改善耐久性。在一個實例中設(shè)置有嵌入 或以其它方式附著在例如橡膠的緩沖材料48上的例如聚四氟乙烯布 的氟烴聚合物織物以增加耐久性。還可進一步在緩沖材料48的外部表 面上設(shè)置保護層58以增加耐久性。例如，保護層可以噴灑在緩沖層 48上。用于施加在緩沖材料上作為保護層58的材料的實例是例如聚 四氟乙烯的氟烴聚合物。此外，無論是緩沖層48施加在軛20的一個 或兩個面上，還是施加在支撐板22和24的一個面或兩個面上，都可 以進行對緩沖層48的增強。同樣，緩沖材料48的厚度可為所需要的 以獲得需要的緩沖特性。例如，在一個實施例中，緩沖材料在軛20 的每個面上的厚度可以是0.100英寸，其中軛的厚度例如可以是0.380 英寸。
此外，可以在每個槳葉18的支撐板22和24中的一個或兩個的外 表面上設(shè)置保護層60，以增加板22和24的耐久性以及任何緩沖材料 48的壽命。例如，保護層60可以噴灑在一個或兩個支撐板22和24 上。施加在支撐板上用作保護層60的材料的一個實例是例如聚四氟乙 烯的氟烴聚合物。此外，無論是緩沖層48施加在軛20的一個或兩個 面上，還是施加在支撐板22和24的一個面或兩個面上，都可以進行 對支撐板22和24的增強。在如圖5所示那樣沒有使用緩沖材料的情
況下，保護層60也可用在板22和24上。
在此公開的結(jié)構(gòu)的益處是通過向軛設(shè)置梁形(beamwise)支撐和 使用細軛以減小其壓力，能夠在不增加撓性長度的情況下增加旋翼的 擺動。這就允許撓性型旋翼轂?zāi)軌蜻m應(yīng)更硬的外掛架裝置和重心范圍 所要求的增大擺動。在用外部部件(例如軛支撐板22和24的彎曲部 分)反作用的同時，這種結(jié)構(gòu)通過使軛變得更細而減少了因給定量的 擺動帶來的剪切壓力?，F(xiàn)有的主旋翼擺動(彎曲型轂)典型地限制約 為正負5度。然而，通過利用在此公開的原理，擺動的范圍能增加超 過前面的水平，例如增加至約為正負8-10度的擺動。
前面描述的原理同樣適用于不同的旋翼系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，例如，圖7 和8說明了本發(fā)明的另 一個實施例，其中彎曲支撐板被設(shè)置在具有三 個槳葉318的旋翼系統(tǒng)310上。雖然設(shè)置了三個槳葉而不是前面圖1-4 的四個槳葉，但是旋翼系統(tǒng)310在應(yīng)用上大體相同，其中上、下支撐 板322和324、軛320以及緩沖材料348的功能大體上與前面分別對 板22和24、軛20以及緩沖材料48的描述相同。此外，圖8說明了 具有上輒層333和下輒層335(在這兩層間可選地放置有緩沖材料337 ) 的兩件式軛。緩沖材料337可大體上與緩沖材料48相同。兩件式軛同 樣可適用于此處的所有實施例。
作為另一個實例，圖9-ll說明了本發(fā)明的另一個實施例，其中彎 曲支撐板設(shè)置于具有四個槳葉418 (但是其支撐和結(jié)構(gòu)不同于圖1-4 中說明的槳葉18)的旋翼系統(tǒng)410。雖然四個槳葉的配置不同于前面 圖1-4的實施例中的配置，但是旋翼系統(tǒng)410在應(yīng)用上大體相同，其 中上、下支撐板422和424、輒420以及緩沖材料448的功能分別大 體上與前面分別對板22和24、扼20以及緩沖材料48的描述相同。 此外，圖9-ll說明了圍住上、下板422和424、保護它們不受碎片和 外部微粒作用以及用于保存從軛420和支撐板422和424之間出來的 碎片和外部微粒的保護罩444。保護軍444可以由例如橡膠或撓性體 的材料制成，同樣地可適用于在此的各種實施例中。
作為另一個實例，圖12-14說明了本發(fā)明的又一個實施例，其中
彎曲支撐板設(shè)置于具有四個槳葉518(但是其支撐和配置不同于圖1-4 中說明的槳葉18)的旋翼系統(tǒng)510。雖然四個槳葉的配置不同于前面 圖1-4的實施例中的配置，但是旋翼系統(tǒng)510在應(yīng)用上大體相同，其 中上、下支撐板522和524、軛520以及緩沖材料548的功能大體上 分別與前面對板22和24、軛20以及緩沖材料48的描述相同。
前述實施例被用來說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能性原理，但是不希望 起到限制性作用。相反地，本發(fā)明希望將所有的改進，選擇以及替換 都包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種向旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，包括具有上曲面的上支撐板；具有下曲面的下支撐板；以及安置于所述上支撐板和所述下支撐板之間的軛，所述軛具有上軛表面和下軛表面，所述上、下軛表面中的一個軛表面，其具有安置和固定在所述一個軛表面上的緩沖材料層，所述緩沖材料層沿著并遵循著所述一個軛表面的大體輪廓延伸，所述緩沖材料層直接接觸所述上支撐板的所述上曲面和所述下支撐板的所述下曲面中的一個。
2. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述一個軛表面是所述上軛表 面，所述緩沖材料層是安置且固定在所述上軛表面上的上緩沖材料層， 其中所述上緩沖材料層沿著并遵循著所述上軛表面的大體輪廓延伸， 所述上緩沖材料直接接觸所述上支撐板的所述上曲面。
3. 如權(quán)利要求l所述的組件，進一步包括 安置和固定在所述下軛表面上的下緩沖材料層，其中所述下緩沖材料層沿著并遵循著所述下軛表面的大體輪廓延伸，所述下緩沖材料 直接接觸所述下支撐板的所述下曲面。
4. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述上曲面和所述下曲面中的 一個是非圓形弧，該非圓形弧沒有形成圓的圓周的一部分。
5. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述上曲面和所述下曲面中的 每一個是非圓形弧，該非圓形弧沒有形成圓的圓周的一部分。
6. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述上曲面的形狀為橢圓的一 部分。
7. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述上曲面和所述下曲面中的 每一個的形狀為橢圓的一部分。
8. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述軛由復(fù)合材料制成。
9. 如權(quán)利要求l所述的組件，其中所述緩沖材料層由橡膠制成。
10. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述緩沖材料層由彈性材料制成。
11. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述緩沖材料層由聚合物制成。
12. 如權(quán)利要求ll所述的組件，其中所述聚合物為聚氨脂。
13. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述緩沖材料層包括第一保 護層。
14. 如權(quán)利要求13所述的組件，其中所述第一保護層是織物層。
15. 如權(quán)利要求14所述的組件，其中所述織物層由氟烴聚合物制成o
16. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述上、下支撐板中的一個 包括用于直接接觸所述軛的所述緩沖材料層的緩沖層。
17. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述上、下支撐板中的一個 包括用于直接接觸所述軛的所述緩沖材料層的保護層。
18. 如權(quán)利要求13所述的組件，其中所述上、下支撐板中的一個 包括用于直接接觸所述軛的所述緩沖材料層的第二保護層。
19. 如權(quán)利要求17所述的組件，所述保護層由氟烴聚合物制成。
20. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軛沿其長度具有恒定厚度。
21. 如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軛是具有頂部軛和底部 軛的兩件式軛，所述上軛表面是所述頂部輒的上軛表面，所述下輒表 面是所述底部軛的下軛表面。
22. 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述軛是具有頂部軛和底部 扼的兩件式軛，所述上軛表面是所述頂部輒的上輒表面，所述下輒表 面是所述底部軛的下軛表面。
23. 如權(quán)利要求22所述的組件，其中所述兩件式軛具有安置在所 述頂部軛和所述底部軛之間的緩沖材料。
24. —種向旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，包括 具有上曲面的上支撐板；具有下曲面的下支撐板；以及安置于所述上支撐板和所述下支撐板之間且與所述上支撐板和所 述下支撐板直接接觸的軛，其中所述上曲面和所述下曲面中的一個是非圓形弧，該非圓形弧 沒有形成圓的圓周的一部分。
25. 如權(quán)利要求24所述的組件，其中所述上曲面和所述下曲面中 的每一個是非圓形弧，該非圓形弧沒有形成圓的圓周的一部分。
26. 如權(quán)利要求24所述的組件，其中 所述輒包括上輒表面和下扼表面，以及第一緩沖材料被安置在所述上軛表面和所述上支撐板的所述上曲 面之間，第二緩沖材料被安置在所述下軛表面和所述下曲面之間。
27. 如權(quán)利要求26所述的組件，其中 所述第一緩沖材料附著在所迷上支撐板上，以及 所述第二緩沖材料附著在所述下支撐板上。
28. 如權(quán)利要求24所述的組件，其中所述上曲面的形狀為橢圓的 一部分。
29. 如權(quán)利要求24所迷的組件，其中所述上曲面和所述下曲面中 的每一個的形狀為橢圓的一部分。
30. 如權(quán)利要求24所述的組件，其中所述軛由復(fù)合材料制成。
31. 如權(quán)利要求26所述的組件，其中所述第一和第二緩沖材料中 的每一個是橡膠。
32. 如權(quán)利要求24所述的組件，其中所述軛包括上軛表面和下軛 表面，以及第一保護材料被安置在所述上軛表面和所述上支撐板的所 述上曲面之間，第二保護材料被安置在所述下輒表面和所述下曲面之 間。
33. 如權(quán)利要求32所述的組件，其中所述保護層中的每一個是由 氟烴聚合物制成。
34. 如權(quán)利要求24所述的組件，其中所述軛沿其長度具有恒定厚度。
35. 如權(quán)利要求24所述的組件，其中所述軛是具有頂部軛和底部 軛的兩件式軛，所述頂部軛的上軛表面接觸所述上支撐板，所述底部 軛的下軛表面接觸所述下支撐板。
36. 如權(quán)利要求1所述的組件，進一步包括圍住所述上、下支 撐板和所述軛的保護罩。
37. 如權(quán)利要求24所述的組件，進一步包括，圍住所述上、下支 撐板和所述軛的保護罩。
全文摘要
一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，該組件包括具有上曲面(37)的上支撐板(22)；具有下曲面(37)的下支撐板(24)；以及安置于所述上支撐板和所述下支撐板之間的軛(120)。至少上、下軛表面(37)中的一個具有安置和固定于其上的緩沖材料層(56)。緩沖材料層(56)沿著且遵循著軛表面(37)的大體輪廓延伸，緩沖材料層(56)直接接觸所述上支撐板(22，24)。另一個實施例是一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，其包括具有上曲面(37)的上支撐板(22)；具有下曲面(37)的下支撐板(24)；以及安置于所述支撐板之間且直接與支撐板(其中曲面(37)中的一個是不形成圓周的一部分的非圓形弧)接觸的軛(120)。
文檔編號B64C27/51GK101111429SQ200680003077
公開日2008年1月23日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者B·馬林斯, D·A·海尼, D·J·雷迪, F·B·斯坦普斯, J·J·齊雷, J·L·布拉斯韋爾, J·哈塞, M·A·維尼卡, P·R·蒂斯代爾, P·奧爾德洛伊德, R·L·馬丁, R·米索姆, S·G·薩德勒, T·K·萊德貝特, T·坎貝爾, T·希羅斯, 小C·L·巴斯金 申請人:貝爾直升機特克斯特龍有限公司