本實(shí)用新型屬于直升機(jī)領(lǐng)域的智能驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，具體涉及適用于變轉(zhuǎn)速剛性旋翼的主動(dòng)變形后緣小翼輕質(zhì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

直升機(jī)因其具有高效懸停、低速前飛等固定翼飛行器所不具備的性能，在軍用及民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是與固定翼飛行器相比，常規(guī)構(gòu)型直升機(jī)在最大航程、航時(shí)等方面存在明顯的差距。導(dǎo)致這一問(wèn)題的主要原因之一便是常規(guī)直升機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速不能根據(jù)飛行狀態(tài)的變化適時(shí)作出調(diào)整。在常規(guī)直升機(jī)的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員綜合考量直升機(jī)最大重量、最大前進(jìn)速度、設(shè)計(jì)臨界高度等參數(shù)，確定直升機(jī)旋翼的額定轉(zhuǎn)速。除去自轉(zhuǎn)下滑等極限情況外，直升機(jī)在正常工作時(shí)旋翼轉(zhuǎn)速變化極小。固定的旋翼轉(zhuǎn)速為直升機(jī)旋翼、傳動(dòng)系統(tǒng)的研制帶來(lái)了方便，但是，當(dāng)旋翼工作在設(shè)計(jì)點(diǎn)以外的狀態(tài)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)旋翼轉(zhuǎn)速與功率高于實(shí)際需用值的問(wèn)題，造成燃料的浪費(fèi)，降低了直升機(jī)的效率。

變轉(zhuǎn)速直升機(jī)的出現(xiàn)從根本上改善了直升機(jī)效率較低的問(wèn)題，旋翼的轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)飛行狀態(tài)的不同不斷調(diào)整，使旋翼總是處在最佳工作狀態(tài)。比如美國(guó)波音公司開(kāi)發(fā)的A160T“蜂鳥(niǎo)”變轉(zhuǎn)速直升機(jī)，其設(shè)計(jì)航程超過(guò)4630千米，續(xù)航時(shí)間超過(guò)20小時(shí)，其旋翼轉(zhuǎn)速可以隨著飛行高度、起飛重量以及巡航速度的不同進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

變轉(zhuǎn)速直升機(jī)改善了直升機(jī)的效率和性能，但是其振動(dòng)問(wèn)題十分突出。常規(guī)的旋翼減振措施如動(dòng)力吸振器，主要是針對(duì)固定的旋翼轉(zhuǎn)速，通過(guò)吸收特定頻率的旋翼系統(tǒng)振動(dòng)載荷以達(dá)到減振的目的，因此其有效工作頻率帶寬較窄。變轉(zhuǎn)速直升機(jī)旋翼工作轉(zhuǎn)速隨工作狀態(tài)的不同會(huì)在一個(gè)較大的范圍內(nèi)變化，其旋翼振動(dòng)載荷頻率也隨之發(fā)生較大改變，常規(guī)的旋翼減振措施很難滿足變轉(zhuǎn)速直升機(jī)旋翼減振需求。而主動(dòng)后緣小翼控制技術(shù)已經(jīng)在BO105直升機(jī)的試飛中得到驗(yàn)證，具有寬頻帶范圍內(nèi)的控制能力。

而變轉(zhuǎn)速剛性旋翼在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，對(duì)槳葉內(nèi)部減振裝置的質(zhì)量控制非常嚴(yán)格，如果嵌入過(guò)大的集中質(zhì)量，將會(huì)對(duì)旋翼的、動(dòng)特性、強(qiáng)度和疲勞設(shè)計(jì)提出過(guò)于苛刻的要求，反而與振動(dòng)控制之間存在矛盾，因而，想采用主動(dòng)后緣小翼技術(shù)控制變轉(zhuǎn)速剛性旋翼振動(dòng)載荷，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在可靠的控制輸出前提下，結(jié)構(gòu)重量越輕越好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種變轉(zhuǎn)速剛性旋翼的后緣小翼的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動(dòng)后緣小翼的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)后緣小翼偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的附加氣動(dòng)載荷抵消部分旋翼振動(dòng)載荷，達(dá)到減振的目的。

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種變轉(zhuǎn)速剛性旋翼的后緣小翼的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括固定框、驅(qū)動(dòng)器、后緣小翼以及與固定框相配合的壓塊、楔形塊與鋼棒；所述的固定框包括與旋翼槳葉展向平行的前緣固定大梁、后緣橫梁及與旋翼槳葉弦向平行的加強(qiáng)翼肋，該固定框的上下表面與旋翼槳葉蒙皮相貼合；所述的前緣固定大梁位于固定框的前端，加強(qiáng)翼肋位于前緣展向大梁的兩端及中間，后緣橫梁位于加強(qiáng)翼肋的后緣處并與前緣固定大梁平行；所述的驅(qū)動(dòng)器包括驅(qū)動(dòng)器基體鋼片以及粘貼在驅(qū)動(dòng)器基體鋼片上方的壓電纖維片；驅(qū)動(dòng)器基體鋼片的后端連接安裝后緣小翼后，由前端通過(guò)壓塊固定連接在固定框本體的前緣展向大梁上；壓電纖維片與后緣小翼之間的驅(qū)動(dòng)器基體鋼片部分的上表面與固定框本體上的楔形塊相接觸，下表面與固定框本體上的鋼棒相接觸，鋼棒與楔形塊對(duì)驅(qū)動(dòng)器基體鋼片夾持構(gòu)成旋轉(zhuǎn)滑移鉸。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的固定框的前緣固定大梁前端設(shè)有與變轉(zhuǎn)速剛性旋翼槳葉的C形大梁緊密粘合的前緣大梁凹槽，后端設(shè)有固定壓塊的壓塊螺絲孔，并通過(guò)沉頭螺釘將壓塊固定在固定框本體上。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的加強(qiáng)翼肋上設(shè)有多個(gè)驅(qū)動(dòng)器口蓋的口蓋安裝螺紋孔，其中靠近旋翼槳轂中心端的豎直加強(qiáng)翼肋上設(shè)有用于纏繞克服驅(qū)動(dòng)器固定框離心力的單獨(dú)大梁帶的纏繞凹槽。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的加強(qiáng)翼肋的中后部開(kāi)有安裝楔形塊的楔形塊槽，并通過(guò)沉頭螺釘將楔形塊固定在固定框本體上。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述加強(qiáng)翼肋底部側(cè)面設(shè)有位于同一水平線上的用于固定鋼棒的安裝孔，其中最靠近旋翼槳尖處加強(qiáng)翼肋上的為盲孔，中間和右側(cè)支臂上的是通孔。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的驅(qū)動(dòng)器基體鋼片的前端開(kāi)有多個(gè)與壓塊螺絲孔相配合并起調(diào)節(jié)基體鋼片剛度作用的開(kāi)槽，并降低了基體鋼片夾持端的彎曲剛度，在一定條件下可以增大后緣小翼的偏轉(zhuǎn)角度。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的楔形塊下表面與驅(qū)動(dòng)器基體鋼片和壓電纖維片之間呈角度設(shè)置，防止基體鋼片變形與楔形塊下表面發(fā)生干涉。

進(jìn)一步改進(jìn)，所述的楔形塊的后緣設(shè)有壓緊驅(qū)動(dòng)器基體鋼片的刀口。

本實(shí)用新型的工作原理在于：

本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)器包括驅(qū)動(dòng)器基體鋼片以及粘貼在驅(qū)動(dòng)器基體鋼片上方的壓電纖維片，利用壓電纖維片在通電后的壓電效應(yīng)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力使驅(qū)動(dòng)器基體鋼片產(chǎn)生彈性彎曲變形，通過(guò)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的杠桿放大作用，使驅(qū)動(dòng)器基體鋼片帶動(dòng)所連接的槳葉后緣小翼產(chǎn)生揮舞運(yùn)動(dòng)輸出，改變槳葉后緣小翼的氣動(dòng)迎角，使偏轉(zhuǎn)的后緣小翼產(chǎn)生附加的氣動(dòng)載荷，抵消部分振動(dòng)載荷，從而達(dá)到減振的目的。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型采用壓電纖維復(fù)合材料作為驅(qū)動(dòng)原件，具有體積小、重量輕、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，適合直升機(jī)旋翼內(nèi)部安裝集成；驅(qū)動(dòng)器基體選用厚度薄、彈性好的合金鋼，既能保證有足夠的彎曲變形，又能提供良好的回復(fù)和疲勞特性；基體前端開(kāi)槽，降低了槳葉根部的抗彎剛度，增大了機(jī)構(gòu)的彎曲變形，同時(shí)減輕了結(jié)構(gòu)重量；固定的鋼棒和楔形塊兩部分與驅(qū)動(dòng)器基體構(gòu)成旋轉(zhuǎn)-滑移鉸，在保證驅(qū)動(dòng)器可以彎曲變形的同時(shí)，約束了其在垂直方向的位移，具有機(jī)械間隙小，結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點(diǎn)；后緣小翼采用樹(shù)脂膠粘接到驅(qū)動(dòng)器基體上，小翼與旋翼槳葉在弦向無(wú)間隙，保證了小翼的氣動(dòng)效率；后緣小翼材質(zhì)為輕質(zhì)復(fù)合材料，強(qiáng)度高，并且其結(jié)構(gòu)重量輕，減輕了由于小翼離心力產(chǎn)生的慣性載荷對(duì)槳葉振動(dòng)載荷的影響；這種驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠有效驅(qū)動(dòng)后緣小翼在不同的頻率下產(chǎn)生有效偏轉(zhuǎn)，所產(chǎn)生的附加氣動(dòng)載荷可以用于抵消變轉(zhuǎn)速剛性旋翼的振動(dòng)載荷。

附圖說(shuō)明

圖1為帶有后緣小翼的槳葉總體效果圖；

圖2為口蓋打開(kāi)后的后緣小翼機(jī)構(gòu)示意圖；

圖3為后緣小翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為固定框結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為驅(qū)動(dòng)器固定時(shí)的示意圖；

圖6為驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7楔形塊結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-旋翼槳葉，2-驅(qū)動(dòng)器蒙皮口蓋，3-后緣小翼，4-壓電纖維片，5-固定框，6-壓塊，7-驅(qū)動(dòng)器基體鋼片，8-楔形塊，9-前緣大梁凹槽，10-大梁帶槽，11-楔形塊槽，12-安裝孔，13-口蓋安裝螺紋孔，14-壓塊螺紋孔，15-鋼棒，16-刀口。

具體實(shí)施方式

如圖1-7所示，本實(shí)用新型公開(kāi)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝在旋翼槳葉1內(nèi)部，為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的蒙皮口蓋提供固定支撐；其結(jié)構(gòu)主要包括固定框5、驅(qū)動(dòng)器、后緣小翼3以及與固定框相配合的壓塊6、楔形塊8與鋼棒15；

其中，固定框5的上下表面與旋翼槳葉1的蒙皮相貼合，該固定框的前端為與旋翼槳葉展向平行的前緣固定大梁，前緣固定大梁的兩端及中間可根據(jù)需要布置與旋翼槳葉弦向平行的加強(qiáng)翼肋，加強(qiáng)翼肋后緣的中下部貫穿一根與前緣固定大梁平行的后緣橫梁，前緣固定大梁、加強(qiáng)翼肋以及后緣橫梁形成完整的本體固定框結(jié)構(gòu)；前緣固定大梁前緣開(kāi)有與變轉(zhuǎn)速剛性旋翼槳葉的C形大梁緊密粘合的前緣大梁凹槽9，并設(shè)有固定壓塊的壓塊螺紋孔14；在加強(qiáng)翼肋上均設(shè)有多個(gè)安裝驅(qū)動(dòng)器蒙皮口蓋2的口蓋安裝螺紋孔13，方便驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝和維護(hù)；其中靠近旋翼槳葉旋轉(zhuǎn)中心的內(nèi)側(cè)加強(qiáng)翼肋上設(shè)有用于纏繞單獨(dú)的大梁帶的大梁帶凹槽10，前緣大梁凹槽9和大梁帶槽10共同對(duì)固定框5起粘接固定作用，承受整個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在旋翼槳葉1旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的離心載荷；加強(qiáng)翼肋上還設(shè)有安放楔形塊的楔形塊槽11，并通過(guò)沉頭螺釘將楔形塊固定在固定框本體上；加強(qiáng)翼肋的后緣部設(shè)有位于同一水平線上的用于固定鋼棒的安裝孔12，其中相對(duì)旋轉(zhuǎn)中心最外側(cè)加強(qiáng)翼肋的安裝孔為盲孔，相對(duì)最外側(cè)加強(qiáng)翼肋的中間和內(nèi)側(cè)加強(qiáng)翼肋上的安裝孔為通孔，鋼棒15穿過(guò)安裝孔12，鋼棒長(zhǎng)度略小于固定框徑向尺寸，鋼棒安裝到位后，加強(qiáng)翼肋上鋼棒15的安裝孔用樹(shù)脂膠灌注，限制鋼棒移動(dòng)。

所述的驅(qū)動(dòng)器包括驅(qū)動(dòng)器基體鋼片7以及通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘貼在驅(qū)動(dòng)器基體鋼片上方的壓電纖維片4；驅(qū)動(dòng)器基體鋼片的后端上下通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂膠粘貼后緣小翼3，壓電纖維片4在給定的驅(qū)動(dòng)電壓下會(huì)發(fā)生變形，驅(qū)動(dòng)器基體鋼片帶動(dòng)后緣小翼3偏轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)器基體鋼片的前端開(kāi)有多個(gè)開(kāi)槽，并通過(guò)壓塊壓緊后再通過(guò)沉頭螺釘與壓塊螺絲孔固定連接在固定框的前緣固定大梁上，開(kāi)槽提高了基體鋼片夾持端的彎曲柔度，在一定條件下可以增大后緣小翼3的偏轉(zhuǎn)角度。楔形塊8的后緣設(shè)有壓緊驅(qū)動(dòng)器基體鋼片的刀口16，壓電纖維片4與后緣小翼3之間的驅(qū)動(dòng)器基體鋼片7部分的上表面與固定框本體上的楔形塊8通過(guò)刀口16相接觸，下表面與固定框本體上的鋼棒15相接觸；楔形塊8的刀口16與鋼片下方的鋼棒15組成鉸鏈，對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置起支撐作用。另外，楔形塊8下表面與驅(qū)動(dòng)器基體鋼片7和壓電纖維片4之間成一定角度，可以防止壓電纖維片4與驅(qū)動(dòng)器基體鋼片7彎曲變形時(shí)與楔形塊8發(fā)生干涉。

通過(guò)以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型解決了以下問(wèn)題：

1）變轉(zhuǎn)速直升機(jī)旋翼振動(dòng)載荷的頻率隨旋翼轉(zhuǎn)速而變化，后緣小翼驅(qū)動(dòng)控制器需要具有寬頻帶的減振作動(dòng)能力；

2）槳葉內(nèi)部空間相對(duì)狹小，預(yù)留的安裝后緣小翼及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的空間有限，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶來(lái)的附加的質(zhì)量會(huì)改變槳葉原有的動(dòng)力學(xué)特性，帶來(lái)新的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的體積與質(zhì)量必須盡可能的??；

3）后緣小翼及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)工作在離心力場(chǎng)中，需要與復(fù)合材料槳葉的大梁、蒙皮等部分可靠地聯(lián)結(jié)在一起，不能因驅(qū)動(dòng)器附加重量過(guò)大引發(fā)強(qiáng)度問(wèn)題而發(fā)生失效等問(wèn)題；

4）后緣小翼與槳葉間鉸鏈處的間隙會(huì)帶來(lái)紊流，降低后緣小翼的氣動(dòng)效率，進(jìn)而影響后緣小翼的減振效果，需要盡可能地減小小翼和槳葉間在弦長(zhǎng)方向的間隙。

本實(shí)用新型具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。