專利名稱：硬共面的、裝有萬向架的斜旋翼轂的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及旋翼飛機的旋翼轂的領域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種 硬共面的、裝有萬向架的斜旋翼轂。
背景技術：
旋翼轂已經使用了多年。有許多成功設計的旋翼轂用于各種類型的旋 翼飛機。旋翼轂一般設計用于把旋翼葉片連接到轉軸或桿，因此非常適合 這種功能。
在旋翼飛機設計領域內的一般技術人員通常把旋翼轂分為兩個主要類
型"硬共面"和"軟共面"。硬共面旋翼被用在旋翼飛機中，其特征在于 所述旋翼葉片的共面/超前-滯后振動的固有頻率高于所述旋翼的轉動頻率 以及所述旋翼葉片的非共面/擺動振動的固有頻率。軟共面旋翼轂被用在所 述旋翼葉片的共面/超前-滯后振動的固有頻率低于所述旋翼的轉動頻率以
及所述旋翼葉片的非共面/擺動振動的固有頻率的場合。眾所周知，隨著所 述旋翼葉片的非共面/擺動振動和共面/超前-滯后振動的固有頻率向等值匯 聚，所述旋翼飛機的旋翼葉片和相關的旋翼轂會變得更加動態(tài)不穩(wěn)定。因 此，常見的是將旋翼飛機設計成所述旋翼葉片的非共面/擺動振動和共面/ 超前-滯后振動的固有頻率維持所述旋翼轉動頻率25 %的最小間隔。
在硬共面和軟共面之間進行選擇時，設計旋翼飛機經常考慮若干高標 準的規(guī)則。硬共面旋翼轂和旋翼葉片的旋翼飛機總重量一般比軟共面旋翼 轂和旋翼葉片的旋翼飛機總重量要重。然而，對于更高的運行速度和/或產 生更大的推力，同時更容易維持動態(tài)振動穩(wěn)定性來說，硬共面的元件部分 目前被認為是較好的解決方案。
在硬共面旋翼轂和旋翼葉片的旋翼飛機實現希望的動態(tài)振動穩(wěn)定性 時，眾多變量之一是《角?，F有技術的圖1表示旋翼轂的簡圖，它圖示了 相對于旋翼系統(tǒng)的《角。因為變距搖臂(pitchhom)的一端被變距拉桿限 制，另一端連接到葉片，所以當葉片擺動時將會發(fā)生間距變化。因此，所 述《角表示所述旋翼擺動和旋翼葉片間距之間的相互關系。當所述旋翼葉片向上擺動時，具有正《角的旋翼系統(tǒng)將下俯，同時具有負《角的旋翼系 統(tǒng)將上仰。所述《角被操縱以在狂風大作和/或飛行員調度期間提供動態(tài)穩(wěn) 定性以及減小旋翼擺動幅度。作為例子，三葉片斜旋翼飛機上的《角一般
設置值在-15。附近，這提供了足夠的穩(wěn)定性以及擺動衰減。
不斷要求旋翼飛機實現更大的推力、更高的速度以及攜帶更重的載 荷。例如，需要功率更大的斜旋翼飛機。產生更大推力的一種方法是增加 旋翼葉片的數量。目前的斜旋翼飛機一般利用三葉片的旋翼系統(tǒng)。在三葉 片的旋翼系統(tǒng)中，所述變距搖臂和變距拉桿(參見現有技術的圖1)通常 和所述旋翼轂共面并位于所述旋翼轂的外側。然而，為具有四個或多個葉 片的多葉片旋翼實現較小的《角(例如，接近-15°的<53角)，同時使所述 變距搖臂和變距拉桿基本上與所述轂共面并位于該轂外側，存在嚴重的設 計挑戰(zhàn)。所述旋翼布局，如上所述用于多葉片的旋翼系統(tǒng)，會由于結構千 涉而不允許所述變距搖臂位于合適的位置。而且，旋翼飛機設計領域內一 般技術人員廣泛視為理想的情況是，配置旋翼系統(tǒng)的旋轉元件部分，以保 持盡可能接近所述旋轉軸，從而減小導致元件提早損壞的不希望的合力。
盡管以上所述旋翼轂的改進表示旋翼轂設計獲得了顯著的發(fā)展，但是 仍存在相當多的缺點。

發(fā)明內容
需要一種改進的旋翼轂。
因此，本發(fā)明目的是提供一種改進的旋翼轂，該旋翼轂允許連接到四 個或更多的旋翼葉片同時維持優(yōu)化的《角。
該目的是通過提供一種旋翼轂而實現的，在該旋翼轂中所述變距拉桿 和變距搖臂位于所述旋翼轂的內部空隙內。例如，所述旋翼轂可被構造 成(1 )具有位于所述軛架之上的連接殼；(2)具有位于所述軛架之下的 連接殼；和(3)具有兩個連接殼， 一個連接殼位于所述軛架之上， 一個 連接殼位于所述軛架之下。
本發(fā)明提供了顯著的優(yōu)點，包括(1)允許在斜旋翼飛機的旋翼系統(tǒng) 中使用多于三個葉片；(2)降低因碎屑或彈道攻擊而損壞變距搖臂的概 率；(3)降低因碎屑或彈道攻擊而損壞變距拉桿的機會；(4)提供轂簧余 度；和(5)改進轂簧和所述軛架之間的力傳遞。其他的目的、特征和優(yōu)點在以下的書面描述中體現。


在所屬的權利要求中闡述這些被認為是本發(fā)明特征的新穎特性。然 而，結合附圖閱讀時，參照下面的詳細描述，將會最好地理解本發(fā)明本
身，以及優(yōu)選的使用模式和本發(fā)明另外的目的和優(yōu)點，其中 現有技術的圖1是旋翼系統(tǒng)中的《角效果的簡化示意圖； 圖2是具有本發(fā)明優(yōu)選實施例的旋翼轂的斜旋翼飛機的正視圖； 圖3A是圖2斜旋翼飛機中使用的旋翼轂的透視圖； 圖3B是圖3A旋翼轂的軛架的透視圖； 圖4是去掉連接殼的圖3A旋翼轂的透視圖； 圖5是去掉連接殼的圖3A旋翼轂的頂視圖； 圖6是圖3A旋翼轂的頂視圖7是沿著圖3A中的線7-7切開的圖3A旋翼轂的橫截面視圖； 圖8是根據本發(fā)明的另一實施例，連接殼位于所述軛架之下的旋翼轂 的部分透視圖9是沿著圖8中的線9-9切開的圖8旋翼轂的橫截面視圖； 圖10是#>據本發(fā)明的另 一實施例具有兩個連接殼的旋翼轂的透禍L 圖；和
圖11是沿著圖10中的線11-11切開的圖IO旋翼轂的橫截面視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是一種改進的旋翼轂，該旋翼轂允許連接到四個或更多旋翼葉 片同時維持優(yōu)化的《角。這里有本發(fā)明的三個主要實施例(l)連接殼位 于所述軛架之上；(2)連接殼位于所述軛架之下；和(3)帶有兩個連接 殼， 一個連接殼位于所述軛架之上， 一個連接殼位于所述軛架之下。然 而，本發(fā)明的范圍不限于在此公開和在附圖中描述的特定實施例。本發(fā)明 的旋翼轂允許四葉片旋翼系統(tǒng)包含到斜旋翼飛機上。然而，盡管具體論述 的是把本發(fā)明用于斜旋翼飛機，但是本發(fā)明也可另外用于任何其他的旋翼 運載器/飛行器。而且，本發(fā)明的旋翼轂可用于旋翼葉片多于或少于四個的 旋轉系統(tǒng)。圖2描述采用本發(fā)明的旋翼轂的斜旋翼飛機。圖2圖示處于飛行操作 的飛機模式下的斜旋翼飛機11。機翼15、 17響應旋翼系統(tǒng)19、 21的作用 以使機體13升起。每個旋翼系統(tǒng)19、 21圖示為具有四個旋翼葉片23。發(fā) 動機短搶25、 27基本上包圍旋翼穀29,圖2視圖的旋翼轂29不明顯。當 然，每個旋翼系統(tǒng)19、 21分別由基本罩在每個發(fā)動機短艙25、 27內的發(fā) 動機(未示出)所驅動。
圖3A圖示本發(fā)明的旋翼轂29的優(yōu)選實施例的透視圖。旋翼轂29被 圖示為包含具有軛架臂33和軛架板35的軛架31。軛架臂33被整體地連 4妄到軛架板35。在一個實施例中，軛架31由復合材料構成。.更確切地 說，軛架31由大量定向纖維材料離散粘合層構成。然而，軛架31可另外 由任何其他合適材料以任何其他合適方式構成。而且，雖然軛架31圖示 為具有四個輒架臂33,但是根據本發(fā)明的其他旋翼轂結構可包含多于或少 于四個軛架臂33，用于分別連接多于或少于四個旋翼葉片23。
旋翼轂29還被圖示成具有代表性的變距軸37A、 37B,旋翼葉片23 的間距(見圖2)關于變距軸37A、 37B被改變。另外，旋翼轂29被圖示 成具有代表性的立柱旋轉軸39,當被可操作地相關聯動件(未示出)驅動 時，立柱(未示出)關于立柱旋轉軸39旋轉。
外側的順槳軸承41被連接到軛架臂33的最外側部分。外側的順槳軸 承41允許旋翼葉片23關于變距軸37A、 37B至少旋轉一定角度。離心力 (CF)軸承43被連接到外側的順槳軸承41。 CF軸承43是旋翼葉片23和 旋翼轂29之間的主要中間連接裝置。CF軸承43承受由圍繞立柱旋轉軸 39旋轉的旋翼葉片23產生的頻繁巨大的離心力。
圖3B圖示旋翼轂29的軛架31的簡化視圖。中間的空隙空間30由軛 架31的內壁32限定。
如圖7所示，轂簧45包括內芯47，內芯47包含第一系列的各種交替 堆疊的橡膠元件和夾在上部、外側連接殼49和內殼51之間的金屬墊元件 (二者皆沒有詳細示出)以及第二系列的各種交替堆疊的橡膠元件和夾在 下部、外側殼50和另一內殼51之間的金屬墊元件。殼49-51被圖示為由 金屬構造而成。轂簧45允許相對于所述支柱和支柱旋轉軸39用萬向架連 接輒架31。轂簧45也調節(jié)旋翼葉片23的擺動和傳遞推力。
圖4能更清楚地看出，其中旋翼轂29被圖示為沒有連接殼49,旋翼轂29還包含四個變距搖臂53。變距搖臂53包含變距搖臂臂55和變距搖 臂內側梁5入變距搖臂53穿過內側順槳軸承61被可旋轉地連接到叉架 59。內側順槳軸承61沿著對應的變距軸37A、 37B基本上對中。內側順槳 軸承61與變距搖臂53上基本位于變距搖臂臂55.和變距搖臂內側梁57相 交處的尺寸類似的孔可操作地相關。夾具(未示出)被連接到變距搖臂內 側梁57這樣，當變距搖臂53繞它們對應的變距軸37A、 37B旋轉時，夾 具使連接所述夾具的旋翼葉片23 (圖2未示出)繞變距軸37A、 37B相應 地旋轉。當端部63關于由變距軸37A、 37B建立的平面基本對中時，搖臂 53的端部63被圖示為位于中間/名義位置。搖臂53的端部63連接到搖臂 拉桿65的上端部。變距拉桿65是桿形的元件，朝向基本上平行于立柱旋 轉軸39。變距拉桿65沿著平行于立柱旋轉軸39的路徑在任何方向的運動 將使端部63升高或降低，因此繞它們的變距軸37A、 37B旋轉變距搖臂臂 55和變距搖臂內側梁57,最終會改變旋翼葉片23的間距。變距搖臂53 基本位于中間的空隙空間30內。中間的空柱由向上和向下延伸中間空隙 空間30的垂直邊界所限定并代表了中間的空隙空間30的垂直覆蓋區(qū)。例 如，所述中間的空柱至少占據了如圖3B所示的上覆蓋區(qū)3々A和下覆蓋區(qū) 34B之間的空間。在該實施例中，臂55延伸到所述中間空柱的外部。然 而，在本發(fā)明的其他實施例中，臂55可選擇地留在所述中間空柱內。
如圖5能更清楚地看出，其中旋翼轂29的頂視圖被圖示成沒有連接 殼49和下部、外側殼50，旋翼轂29還包含等速/相同動力的接頭(未完 全示出)，該接頭包含傳動桿67。傳動桿67朝向基本平行于由^距軸 37A、 37B建立的平面。每個傳動桿67的一端適配成連接到耳軸(未示 出)，該耳軸被用花鍵連接到所述立柱/傳動軸(未示出)。所述耳軸把旋 轉力從所述立柱傳遞到傳動桿67。每個傳動桿67的另一端適配成連接到 連接殼49 (參見圖lO和ll)的傳動腿68，它把所述旋轉力從所述傳動桿 67傳遞到連接殼49。連接殼49沿著軛架板35被連接到軛架31這樣旋轉 力從連接殼49被傳遞到軛架31。圖6圖示旋翼轂29的頂視圖，而圖7圖 示沿著圖3A中對應于變距軸37A、 37B的線7-7切開的旋翼轂29的橫截 面視圖。
現在參照附圖中的圖8-9,根據本發(fā)明的旋翼轂實施例液采用類似于 轂簧45的轂簧71。然而，轂簧n的連接殼72位于軛架"之下。如圖8所示，旋翼轂69基本類似于旋翼轂"并包含基本類似的組件，但具有三 個主要不同之處(1)連接殼72位于軛架73的下側而不是輒架73的上 側；(2)變距搖臂是彎曲的、桿形的構件，其一部分稍微位于由變距軸 7M、 77B建立的平面之上但仍然處于由軛架73的內壁32限定的中心空隙 空間內；和(3)傳動桿81圖示為稍微位于由變距軸77A、 77B建立的平 面之下但仍基本上處于由軛架73的內壁32限定的中心空柱內。應該理 解，旋翼轂69可選擇地包含變距搖臂53，該變距搖臂53基本位于由變距 軸77A、 77B建立的平面內。類似于圖3-7的實施例，轂簧71允許相對于 所述立柱和立柱旋轉軸39 (示于圖3A中)用萬向架連接軛架73。榖簧71 也調節(jié)旋翼葉片23 (示于圖2中)的擺動和傳遞推力。
現在參照附圖中的圖10-11，圖示了根據本發(fā)明具有包含兩個連接殼 86的轂簧85的旋翼轂實施例。如圖10所示，旋翼轂83基本類似于旋翼 敎29并包含基本類似的組件，除了兩個連接殼86存在于旋翼轂83中。 一個連接殼86被安裝到軛架87的下側同時另一個連接殼86被安裝到軛 架87的上側。旋翼轂83的一個重要優(yōu)點是連接殼86的余度。例如，如 果連接殼86之一被彈道導彈損壞或因為任何其他的原因而損壞，剩下的 連接殼86可繼續(xù)正常工作。具有兩個連接殼86的實施例的另一重要優(yōu)點 是改進從轂簧85傳遞到軛架87的力分布。類似于圖3-7的實施例，轂簧 85允許相對于所述立柱和所述立柱旋轉軸39 (示于圖3A中)用萬向架連 接軛架87。轂簧85也可調節(jié)旋翼葉片23 (示于圖2中)的擺動和傳遞推 力。
本發(fā)明的重要優(yōu)點之一在于，當每個旋翼轂使用四個或更多旋翼葉片 時，大部分的組件基本上被緊密地包裝在所述軛架板之間的內部空隙空間 內。該布置使本發(fā)明的旋翼轂成為敵軍戰(zhàn)士更棘手的目標以及較小可能地 成為無意碎屑的目標。而且，本發(fā)明考慮到幾個變距搖臂運行中的幾個變 化。例如，在連接殼僅位于軛架頂部的情況下，更多的空間可用于變距搖 臂向下行程。同樣地，在連接殼僅位于軛架下側的情況下，更多的空間可 用于變距搖臂向上行程。而且，在連接殼既位于軛架的頂側又位于其下側 的情況下，變距搖臂行程會更均勻地在向上行程和向下行程之間分配。最 后，對于以上描述的每個實施例，CF軸承故障一般不會導致損失旋翼葉 片。而是，與發(fā)生故障的CF軸承相關的變距搖臂會被拉向所述軛架的相關叉架，這樣至少會使所述飛機暫時安全地運行。
很明顯，已經描述和圖示了具有顯著優(yōu)點的發(fā)明。雖然本發(fā)明被表示 成有限數量的形式，但是不只限于這些形式，在不背離其精髓的情況下可 做各種變化和修改。
權利要求
1.一種用于旋翼飛機的旋翼轂，包含具有多個軛架臂的軛架，臨近的軛架臂通過軛架板被連接在一起，所述軛架臂和所述軛架板限定了中心空隙空間，該空隙空間適配成容納穿過它的中心軸；至少一個變距搖臂，該變距搖臂具有變距搖臂內側梁和變距搖臂臂，其中所述變距搖臂被可轉動地連接到所述軛架，所述變距搖臂內側梁基本上布置在所述中心空隙空間內；和等速接頭，該等速接頭適配成把力從所述中心軸傳遞到所述軛架，其中所述等速接頭基本上布置在中心空柱內。
2. 如權利要求1所述的旋翼轂，其特征在于，所述軛架由定向纖維 材料離散層制成。
3. 如權利要求1所述的旋翼轂，還包含轂簧，該轂簧具有彈性地連接到所述軛架的第一外側連接殼。
4，如權利要求3所述的旋翼轂，還包含第二轂簧，具有彈性地連接到所述軛架的第二外側連接殼。
5. 如權利要求1所述的旋翼轂，其特征在于，所述等速接頭包含基 本布置在所述中心空隙空間內的傳動桿。
6. 如權利要求1所述的旋翼轂，其特征在于，所述變距搖臂構造成 產生大約-15。的《角。
7. 如權利要求1所述的旋翼轂，其特征在于，所述軛架構造成收容 至少四個旋翼葉片。
8. 如權利要求1所述的旋翼轂，其特征在于，所述旋翼轂構造成用于斜旋翼飛機。
9. 一種用于旋翼飛機的旋翼轂，包含軛架，該軛架具有至少四個軛架臂，每對臨近的軛架臂通過軛架板連 接在一起，所述軛架臂和所述軛架板限定了中心空隙空間，該中心空隙空 間適配成容納穿過它的中心軸；變距搖臂，該變距搖臂具有變距搖臂內側梁和變距搖臂臂，其中所述 變距搖臂可樞轉地連接到所述軛架，所述變距搖臂內側梁基本上布置在所述中心空柱內；和相同動力的接頭，其適配成把力從所述中心軸傳遞到所述輒架，該相同動力的接頭基本上布置在所述中心空柱內；和其中所述變距搖臂構造成產生大約-15°的《角。
10. 如權利要求9所述的旋翼轂，其特征在于，所述軛架由定向纖維離散層構成的復合材料所形成。
11. 如權利要求9所述的旋翼轂，還包含第一轂簧，其彈性地耦接到所述軛架。
12. 如權利要求11所述的旋翼轂，還包含第二轂簧，其彈性地耦接到所述軛架。
13. —種旋翼飛機，包含機艙；至少一個發(fā)動機，被所述機艙攜帶用于提供力矩；至少一個旋翼構件；中心軸，用于把所述力矩傳遞到所述旋翼構件；和旋翼轂，其耦接在所述中心軸和所述旋翼構件之間，所述旋翼轂包含扼架，該軛架具有多個軛架臂，臨近的軛架臂通過軛架板連接在一起，所述軛架臂和所述軛架板限定了中心空隙空間，該空隙空間適配成容納穿過它的中心軸；變距搖臂，該變距搖臂具有變距搖臂內側梁和變距搖臂臂，其中所述變距搖臂被可樞轉地連接到所述軛架，所述變距搖臂內側梁基本上布置在所述中心空隙空間內；和包含第一外側連接殼的第一轂簧，其固定地連接到所述軛架；和相同動力的接頭，其耦接在所述中心軸和所述軛架之間，其中所述相同動力的接頭基本上布置在中心空柱內。
14. 如權利要求13所述的旋翼飛機，其特征在于，所述軛架由定向纖維材料離散層構成。
15. 如權利要求13所述的旋翼飛機，還包含第二轂簧，其包含第二外側連接殼，其中所述第二外側連接殼固定地連接到所述軛架。
16. 如權利要求13所述的旋翼飛機，其特征在于，所述變距搖臂適配成產生大約-15°的《角。
17. 如權利要求13所述的旋翼飛機，其特征在于，所述輒架與至少四個旋翼葉片可操作地關聯。
18. 如權利要求13所述的旋翼飛機，其特征在于，所述旋翼飛機是斜旋翼飛機。
19. 一種調節(jié)旋翼葉片間距的方法，包含步驟設置具有多個軛架臂的軛架，臨近的軛架臂通過軛架板連接在一起；和通過平移中心空柱內的變距拉桿使位于該中心空柱中的變距搖臂旋轉，其中所述變距搖臂的旋轉調節(jié)所述旋翼葉片的間距。
20. 如權利要求19所述的方法，還包含步驟設置等速接頭，該等速接頭包含位于所述中心空柱內的傳動桿。
全文摘要
公開了一種用于旋翼飛機的旋翼轂。所述旋翼轂包含軛架，該軛架含有多個軛架臂和多個軛架板，其中所述軛架臂通過所述軛架板連接在一起，其中所述軛架的多個內壁限定了中心空隙空間。變距搖臂可運動地連接到所述軛架，變距搖臂一部分位于所述中心空隙空間內。連接殼固定地連接到所述軛架。
文檔編號B64C27/48GK101583535SQ200680050896
公開日2009年11月18日 申請日期2006年1月13日 優(yōu)先權日2006年1月13日
發(fā)明者基思·斯坦尼, 小詹姆斯·L·布拉斯韋爾, 帕特里克·R·蒂斯代爾, 弗蘭克·B·斯坦普斯, 戴維·A·波佩爾卡, 托馬斯·C·坎貝爾, 理查德·E·勞伯, 邁克爾·J·薩瑟蘭, 馬克·沃西科斯基 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司