專(zhuān)利名稱(chēng)：用于減弱振動(dòng)的旋翼槳葉間距的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及用于旋翼航空器的旋翼系 統(tǒng)的一般領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
旋翼航空器有許多不同類(lèi)型，包括直升機(jī)，雙旋翼直升機(jī)，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(guò)多個(gè)旋轉(zhuǎn)的旋翼槳葉形成的旋翼槳盤(pán)的空氣流動(dòng)產(chǎn)生的。一般來(lái)說(shuō)，多個(gè)旋翼槳葉與可旋轉(zhuǎn)的主軸機(jī)械地聯(lián)接，且大體上圍繞主軸均勻分布，而該主軸為多個(gè)旋翼槳葉提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。圖I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(jī)械地聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)艙103a和103b。發(fā)動(dòng)機(jī)艙103a和103b是可旋轉(zhuǎn)地分別聯(lián)接到機(jī)翼構(gòu)件105a和105b。機(jī)翼構(gòu)件105a和105b是緊固聯(lián)接到機(jī)身109上。旋翼槳轂107a和107b分別有多個(gè)旋翼槳葉Illa和111b。圖I描繪了在直升機(jī)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)艙103a和103b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(jī)械地聯(lián)接到發(fā)動(dòng)機(jī)艙203a和203b。發(fā)動(dòng)機(jī)艙203a和203b是可旋轉(zhuǎn)地分別聯(lián)接到機(jī)翼構(gòu)件205a和205b。機(jī)翼構(gòu)件205a和205b是緊固聯(lián)接到機(jī)身209上。旋轉(zhuǎn)槳轂207a和207b分別有多個(gè)旋翼槳葉211a和211b。圖2描繪了在飛機(jī)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)艙203a和203b指向前方的傾斜旋翼航空器201。通常使用較多數(shù)量的旋翼系統(tǒng)的旋翼槳葉是有利的，而不是數(shù)量較少，以增加旋翼航空器的升力和/或推力。通常最小化旋翼系統(tǒng)中的振動(dòng)也是有利的。該振動(dòng)源于旋翼系統(tǒng)中，其沿旋翼主軸向下傳遞，然后進(jìn)入航空器的機(jī)身。已經(jīng)有很多嘗試去減少這種振動(dòng)，其中很多使用昂貴的減震器，也有帶有阻尼器的復(fù)雜的活節(jié)。眾所周知本領(lǐng)域有許多種旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)，然而，仍然有相當(dāng)大的改進(jìn)空間。


本申請(qǐng)的系統(tǒng)的確信為新穎特征的特點(diǎn)闡述在所附的權(quán)利要求里。然而，對(duì)于系統(tǒng)本身，以及使用的優(yōu)選模式，進(jìn)一步的目標(biāo)和優(yōu)勢(shì)，參照以下描述詳情，同時(shí)結(jié)合瀏覽附圖能被最好的理解，其中圖I是現(xiàn)有技術(shù)的在直升機(jī)模式下的傾斜旋翼航空器的透視圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的在飛機(jī)模式下的傾斜旋翼航空器的正視圖；圖3是傾斜旋翼航空器的正視圖，在飛機(jī)模式下，具有根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的旋翼槳轂；圖4是在圖3中的，根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的航空器的旋翼槳轂的透視圖5是根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)可選實(shí)施例的旋翼槳轂的垂直方向的視圖；以及圖6是在圖3中的，根據(jù) 本申請(qǐng)的一個(gè)可選實(shí)施例的旋翼槳轂的透視圖。雖然本申請(qǐng)的系統(tǒng)易于進(jìn)行各種修改和具有各種可替代形式，其具體的實(shí)施例通過(guò)附圖和在此的詳細(xì)描述以例子的方式被顯示。然而，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在此對(duì)具體實(shí)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(shí)施例方式下面將描述本申請(qǐng)的系統(tǒng)的說(shuō)明性的實(shí)施例。為了清楚起見(jiàn)，在本說(shuō)明書(shū)中并非一個(gè)實(shí)際的實(shí)施的所有的特性都會(huì)被描述。當(dāng)然會(huì)被理解的是，在任何這樣實(shí)際的實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須作出眾多由實(shí)施特定的決定以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定具體目標(biāo)，如遵守與系統(tǒng)相關(guān)和行業(yè)相關(guān)的規(guī)定，而這些在不同的實(shí)施中會(huì)有變化。此外，可被理解的是，這種開(kāi)發(fā)的努力可能會(huì)很復(fù)雜和耗時(shí)，但是對(duì)受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員卻是日常的業(yè)務(wù)。在說(shuō)明書(shū)中，當(dāng)描述附圖中的裝置時(shí)，可能會(huì)提及各組件之間的空間關(guān)系和各個(gè)組件不同側(cè)面的空間方位。然而，如同完整地閱讀過(guò)本申請(qǐng)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)可的那樣，此處所描述的裝置、構(gòu)件、設(shè)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(lèi)似的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述各個(gè)組件之間的空間關(guān)系或描述這些組件的各側(cè)面的空間方位應(yīng)被理解為是意在分別描述該組件之間的相對(duì)關(guān)系或這些組件的各側(cè)面的空間方位。本申請(qǐng)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)包括具有六個(gè)旋翼槳葉的旋翼槳榖。六個(gè)旋翼槳葉呈角度地以30°和90°圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線交替遞增分布。在優(yōu)選實(shí)施例中，該旋翼槳葉的三個(gè)位于上平面，同時(shí)其它的旋翼槳葉位于下平面。在一個(gè)可選實(shí)施例中，所有的六個(gè)旋翼槳葉都處在橫截主軸軸線的平面內(nèi)。現(xiàn)在參照附圖的圖3和4，圖3是在飛機(jī)模式下，旋翼航空器303的正視圖。圖4是旋翼航空器303的旋翼槳轂301a的透視圖。旋翼槳轂301a機(jī)械地聯(lián)接發(fā)動(dòng)機(jī)艙309a。類(lèi)似地，旋翼槳轂301b機(jī)械地聯(lián)接發(fā)動(dòng)機(jī)艙309b。發(fā)動(dòng)機(jī)艙309a和309b可樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接到機(jī)翼構(gòu)件305a和305b。機(jī)翼構(gòu)件305a和305b緊固聯(lián)接到機(jī)身307。發(fā)動(dòng)機(jī)艙309a和309b，被配置為相對(duì)機(jī)翼構(gòu)件305a和305b在直升機(jī)模式和飛機(jī)模式下樞轉(zhuǎn)地旋轉(zhuǎn)，其中在直升機(jī)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)艙309a和309b是向上傾斜的，這樣旋翼航空器303的飛行類(lèi)似于傳統(tǒng)的直升機(jī)，而在飛機(jī)模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)艙309a和309b是向前傾斜的，這樣旋翼航空器303的飛行類(lèi)似于傳統(tǒng)的螺旋槳驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)。應(yīng)當(dāng)注意到，雖然如圖3描述的是傾斜旋翼航空器，但是本申請(qǐng)的系統(tǒng)的范圍不局限于此。相反，本申請(qǐng)的系統(tǒng)設(shè)想的旋翼航空器303可以是任意旋翼航空器的類(lèi)型，如直升機(jī)，雙旋翼直升機(jī)，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。仍然參照?qǐng)D3和4，旋翼槳轂301a的六個(gè)旋翼槳葉311的角度間距與圖I和2中的旋翼航空器101和201的旋翼槳葉均勻的角度間距形成對(duì)照。六個(gè)旋翼槳葉311以30°和90°交替的角度增量，圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線317有角度地相間隔。六個(gè)旋翼槳葉311以30°和90°交替的角度增量，圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線317有角度地相間隔，得到如自單個(gè)旋翼槳葉311測(cè)得的，方位角為0°、30°、120°、150°、240°和270°的位置。在優(yōu)選實(shí)施例中，三個(gè)旋翼槳葉311被緊固至上旋翼軛架組件313，且余下的三個(gè)旋翼槳葉311被緊固至下旋翼軛架組件315。上旋翼軛架組件313的三個(gè)旋翼槳葉311以120°的增量相間隔。類(lèi)似地，下旋翼軛架組件315的三個(gè)旋翼槳葉以120°的增量相間隔。下旋翼軛架組件315相對(duì)上旋翼軛架組件313超前30°，結(jié)果是所有 六個(gè)旋翼槳葉311以30°和90°交替的角度增量，圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線317有角度地相間隔。在旋翼槳轂301a中，上旋翼軛架組件313和下旋翼軛架組件315被緊固至旋翼主軸319，并以逆時(shí)針?lè)较?21圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線317旋轉(zhuǎn)。旋翼槳轂301b是旋翼槳轂301a的對(duì)稱(chēng)形式，從而被配置為以旋翼槳轂301a的相反方向旋轉(zhuǎn)。使旋翼槳轂301a和301b以相反方向旋轉(zhuǎn)，從而避免了對(duì)扭矩抵消設(shè)備的需求，如尾旋翼。如上旋翼軛架組件313和下旋翼軛架組件315所示的是簡(jiǎn)化形式，但事實(shí)上是結(jié)構(gòu)上復(fù)雜的組件，設(shè)計(jì)成可操作地緊固旋翼槳葉311至旋翼主軸319。一般地，旋翼航空器上的旋翼槳轂的運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的振動(dòng)來(lái)自于槳葉總距狀態(tài)響應(yīng)，該振動(dòng)傳送進(jìn)旋翼主軸，并且進(jìn)一步地進(jìn)入航空器結(jié)構(gòu)，例如機(jī)翼構(gòu)件305a和305b，以及機(jī)身307。該振動(dòng)可被稱(chēng)為n/rev振型，這里“n”是旋翼槳葉的數(shù)量，而“rev”代表轉(zhuǎn)數(shù)。例如，具有四個(gè)等間距的旋翼槳葉的旋翼航空器將會(huì)產(chǎn)生4/rev的基本振型。另一個(gè)例子是具有六個(gè)等間距的旋翼槳葉的旋翼航空器將產(chǎn)生6/rev的基本振型。因此，旋翼航空器的設(shè)計(jì)必須考慮振型以使功能正確和安全。必須花費(fèi)很多時(shí)間和精力以確保旋翼航空器的結(jié)構(gòu)和設(shè)備被設(shè)計(jì)為可承受該振型。除了設(shè)計(jì)可承受振型的笨重的結(jié)構(gòu)和設(shè)備外，可選的是嘗試減弱和抑制旋翼航空器內(nèi)的伴隨著復(fù)雜，昂貴和笨重裝置的振動(dòng)。優(yōu)選實(shí)施例的旋翼槳轂301a和301b具有獨(dú)特的旋翼槳葉311間距配置以消除振型的顯著部分，否則這將在現(xiàn)有技術(shù)的旋翼槳轂中產(chǎn)生。如下圖所示，在旋翼槳轂301a和301b的旋翼槳葉311的獨(dú)特間距消除了通常存在于現(xiàn)有技術(shù)的六槳葉旋翼系統(tǒng)中的6/rev的振型。由于旋翼槳葉311的交替的30°和90°的角度間距，當(dāng)將六個(gè)旋翼槳葉311作為三個(gè)成對(duì)旋翼槳葉分析時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一些3/rev的振型。然而，如下所示，該3/rev的振型是等間距的三槳葉旋翼系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生的3/rev的振動(dòng)量的一半，該等間距的三槳葉旋翼系統(tǒng)與旋翼槳轂301a和301b的6槳葉配置具有同樣的性能。在旋翼槳轂301a和301b以及旋翼槳轂501的振動(dòng)力的消除，可用以下基本方程來(lái)計(jì)算
6 / I、Whub = V -W COS (np I//
)在以上方程中，Whub代表在旋翼槳轂301a的總的做功。W代表旋翼槳葉311做功的標(biāo)量和，這里n是槳葉的數(shù)量，以及np是諧波級(jí)次。W代表著每個(gè)旋翼槳葉311的方位角位置，每個(gè)方位角位置總是被從單個(gè)旋翼槳葉311上測(cè)量。例如，將6/rev的振型作為旋翼槳轂301a總的做功(Whub)的函數(shù)的計(jì)算如下
(\ \ (\ \ (\ \
Whub = -W cos(6x0。)+ -W cos(6x30°)+ -W cos(6xl20°) +
V6 ))J
權(quán)利要求
1.一種用于旋翼航空器的旋翼系統(tǒng)，包括 具有六個(gè)旋翼槳葉的旋翼槳轂； 其中每個(gè)旋翼槳葉為了減少振動(dòng)，以30°和90°交替的角度增量，圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線有角度地相間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋翼系統(tǒng)，其中所述旋翼槳葉以單一方向圍繞所述旋轉(zhuǎn)的主軸軸線旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋翼系統(tǒng)，其中所述旋翼槳葉位于橫截所述旋轉(zhuǎn)的主軸軸線的單個(gè)平面內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的旋翼系統(tǒng)，其中所述旋翼槳葉中的三個(gè)位于上平面，而余下的三個(gè)旋翼槳葉位于下平面，每個(gè)平面均橫截所述旋轉(zhuǎn)的主軸軸線。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋翼系統(tǒng)，其中所述旋翼槳葉通過(guò)旋翼軛架組件被聯(lián)接至旋翼主軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋翼系統(tǒng)，其中位于所述上平面的所述三個(gè)旋翼槳葉通過(guò)上旋翼軛架組件被聯(lián)接至旋翼主軸，而位于所述下平面的所述三個(gè)旋翼槳葉的每一個(gè)通過(guò)下旋翼軛架組件被聯(lián)接至所述旋翼主軸。
7.—種旋翼航空器,包括 機(jī)身；以及 旋翼槳轂，所述旋翼槳轂具有六個(gè)旋翼槳葉； 其中每個(gè)旋翼槳葉為了減弱振動(dòng)，以30°和90°交替的角度增量，圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線有角度地相間隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼槳葉以單一方向圍繞所述旋轉(zhuǎn)的主軸軸線旋轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼槳葉位于橫截所述旋轉(zhuǎn)的主軸軸線的單個(gè)平面內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼槳葉中的三個(gè)位于上平面，而余下的三個(gè)旋翼槳葉位于下平面，每個(gè)平面均橫截所述旋轉(zhuǎn)的主軸軸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的旋翼航空器，其中所述旋翼槳葉通過(guò)旋翼軛架組件被聯(lián)接至旋翼主軸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的旋翼航空器，其中位于所述上平面的所述三個(gè)旋翼槳葉通過(guò)上旋翼軛架組件被聯(lián)接至旋翼主軸，而位于所述下平面的所述三個(gè)旋翼槳葉的每一個(gè)通過(guò)下旋翼軛架組件被聯(lián)接至所述旋翼主軸。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼航空器至少是直升機(jī)、雙旋翼直升機(jī)、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的其中之一。
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)是具有通過(guò)旋翼軛架組件聯(lián)接至旋翼主軸的六個(gè)旋翼槳葉的旋翼槳轂。每個(gè)旋翼槳葉以30°和90°交替的角度增量，圍繞旋轉(zhuǎn)的主軸軸線有角度地相間隔。這樣的旋翼槳葉間距減少了通過(guò)旋翼主軸傳遞進(jìn)旋翼航空器的振動(dòng)。
文檔編號(hào)B64C27/00GK102712364SQ200980159459
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者約翰·E·布倫肯 申請(qǐng)人:貝爾直升機(jī)泰克斯特龍公司