專利名稱：多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)以及改變其齒輪傳動比的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及旋翼飛行器系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且更具體地涉及多傳動比(multi-ratio) 旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)以及改變其齒輪傳動比的方法。
背景技術(shù)：
諸如直升飛機和傾轉(zhuǎn)旋翼機之類的被提供動力的升力旋翼飛行器使用由繞桅桿轉(zhuǎn)動的旋翼葉片或者機翼所產(chǎn)生的升力。在常規(guī)的旋翼飛行器中，旋翼葉片由一個或多個發(fā)動機通過傳動裝置來提供動力，并且使用一個或多個固定傳動比減速級來降低傳動裝置輸入的轉(zhuǎn)速，使得為旋翼提供動力的輸出轉(zhuǎn)速比輸入轉(zhuǎn)速小一個固定比率。能夠通過改變旋翼轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)對旋翼飛行器的性能——包括噪音、航程和效率——的優(yōu)化。降低旋翼飛行器中的旋翼轉(zhuǎn)速的常用方法為降低由發(fā)動機所提供的傳動裝置的輸入轉(zhuǎn)速，這直接使得旋翼轉(zhuǎn)速以成比例的量降低。實施該項技術(shù)的常見問題在于降低發(fā)動機的運行轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致發(fā)動機的效率或者性能降低，從而降低了能夠通過降低旋翼的RPM 而實現(xiàn)的單純的性能的改善。這主要是由于產(chǎn)生最佳動力的發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍比旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速范圍更窄并且更有限。為了克服這些缺陷，能夠采用多傳動比傳動裝置以通過接合不同傳動比的齒輪為旋翼軸提供適當(dāng)?shù)呐ぞ睾娃D(zhuǎn)速。摩擦離合器脫開傳動裝置內(nèi)的扭矩傳遞路徑并使得具有不同減速比的備用齒輪系統(tǒng)能夠接合。在這種情況下，扭矩通過離合器盤之間的摩擦聯(lián)接從發(fā)動機傳遞至輸出軸。雖然對于機動車來說比較常見，但在整個轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變期間依賴摩擦提供扭矩的劣勢在于缺乏超越能力，產(chǎn)生的碎屑較多，在接合期間產(chǎn)生熱，安裝后的重量(還被稱為功率密度)，接合和脫開期間出現(xiàn)傳動系沖擊負載增大的可能性，以及負載下出現(xiàn)意外脫開的可能性。特別地，對用于飛行器自動旋轉(zhuǎn)所需的超越能力的額外部件的需要使整個傳動裝置組件更加復(fù)雜并且更重。由以上內(nèi)容可知，需要一種重量輕的傳動裝置切換方法及機構(gòu)克服上文所述的現(xiàn)有基于固定傳動比和摩擦離合器的多傳動比旋翼飛行器傳動裝置的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)以及一種改變其齒輪傳動比的方法。根據(jù)一個實施方式，多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)包括旋翼系統(tǒng)以及一個或多個發(fā)動機，該旋翼系統(tǒng)包括一個或多個旋翼。一個發(fā)動機或多個發(fā)動機中的每一個通過多傳動比傳動裝置聯(lián)接于旋翼系統(tǒng)。多傳動比傳動裝置包括輸出軸，該輸出軸聯(lián)接于旋翼系統(tǒng)；輸入軸， 該輸入軸聯(lián)接于該一個或多個發(fā)動機中的各個發(fā)動機；高轉(zhuǎn)速離合器，該高轉(zhuǎn)速離合器集成到高轉(zhuǎn)速齒輪系中；以及低轉(zhuǎn)速離合器，該低轉(zhuǎn)速離合器集成到低轉(zhuǎn)速齒輪系中。高轉(zhuǎn)速離合器和低轉(zhuǎn)速離合器是不具有摩擦片的超越離合器(freewheeling clutches)并能夠在輸出軸比輸入軸轉(zhuǎn)動得更快的超越狀態(tài)下斷開輸出軸與輸入軸。多傳動比傳動裝置通過接
5合或者脫開高轉(zhuǎn)速離合器以及調(diào)節(jié)所聯(lián)接的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速而在高轉(zhuǎn)速齒輪系和低轉(zhuǎn)速齒輪系之間切換。在一個實施方式中，旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從高轉(zhuǎn)速降低至低轉(zhuǎn)速。旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從高轉(zhuǎn)速降低至過渡轉(zhuǎn)速。在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第一發(fā)動機的第一多傳動比傳動裝置從高轉(zhuǎn)速檔位切換到低轉(zhuǎn)速檔位。在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第二發(fā)動機的第二多傳動比傳動裝置從高轉(zhuǎn)速檔位切換到低轉(zhuǎn)速檔位。第一發(fā)動機和第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速恢復(fù)到最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降低至低轉(zhuǎn)速。在另一實施方式中，旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速提高至高轉(zhuǎn)速。首先，旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速提高至過渡轉(zhuǎn)速。在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第一發(fā)動機的第一多傳動比傳動裝置從低轉(zhuǎn)速檔位切換到高轉(zhuǎn)速檔位。 在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第二發(fā)動機的第二多傳動比傳動裝置從低轉(zhuǎn)速檔位切換到高轉(zhuǎn)速檔位。第一發(fā)動機和第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速恢復(fù)到最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速提高至高轉(zhuǎn)速。如本文中所大致描述，根據(jù)本文中所描述的各種實施方式的目的，本專利的主題涉及具有多傳動比傳動裝置的被提供動力的升力旋翼飛行器系統(tǒng)?，F(xiàn)在將參照附圖更加詳細地描述、并將在權(quán)利要求中指出以上和其他優(yōu)選特征， 其包括元素的組合以及實施方式的各種新穎的細節(jié)。應(yīng)當(dāng)理解，具體的方法和設(shè)備僅僅作為示例給出而并不是加以限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在此說明的原理和特征可用于不同多種實施方式中。


被包括作為本說明書的一部分的附圖示出本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并連同以上給出的總體性描述和以下給出的優(yōu)選實施方式的詳細描述一起用來說明和教導(dǎo)本發(fā)明的原理。圖1示出根據(jù)一個實施方式的具有多傳動比傳動裝置的多旋翼、多發(fā)動機旋翼飛行器系統(tǒng)的示例性高轉(zhuǎn)速運行；圖2示出根據(jù)一個實施方式的具有多傳動比傳動裝置的多旋翼、多發(fā)動機旋翼飛行器系統(tǒng)的示例性低轉(zhuǎn)速運行；圖3示出根據(jù)一個實施方式的、用于高轉(zhuǎn)速到低轉(zhuǎn)速變化的示例性框圖；圖4示出根據(jù)一個實施方式的、用于低轉(zhuǎn)速到高轉(zhuǎn)速變化的示例性框圖；圖5示出根據(jù)一個實施方式的、在切換到低轉(zhuǎn)速并返回到高轉(zhuǎn)速期間的示例性發(fā)動機和旋翼轉(zhuǎn)速曲線；圖6示出根據(jù)一個實施方式的、多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)的示例性高轉(zhuǎn)速構(gòu)型；圖7示出根據(jù)一個實施方式的、多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)的示例性低轉(zhuǎn)速構(gòu)型。應(yīng)當(dāng)指出的是，附圖不一定是按比例繪制的，并且應(yīng)當(dāng)指出的是，在所有附圖中， 具有類似結(jié)構(gòu)或者功能的元件通常用相同的附圖標記表示以起到說明作用。還應(yīng)當(dāng)指出的是，附圖僅意在使得對本文所述的各種實施方式描述方便。附圖并沒有描述本文所述的教導(dǎo)的每個方面并且不限制權(quán)利要求的范圍。
具體實施例方式公開了一種多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)以及一種改變其齒輪傳動比的方法。根據(jù)一個實施方式，多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)包括旋翼系統(tǒng)以及一個或多個發(fā)動機，該旋翼系統(tǒng)包括一個或多個旋翼。一個或多個發(fā)動機中的每一個發(fā)動機通過多傳動比傳動裝置聯(lián)接于旋翼系統(tǒng)。多傳動比傳動裝置包括輸出軸，該輸出軸聯(lián)接于旋翼系統(tǒng)；輸入軸， 該輸入軸聯(lián)接于一個或多個發(fā)動機中的各個發(fā)動機；高轉(zhuǎn)速離合器，該高轉(zhuǎn)速離合器集成到高轉(zhuǎn)速齒輪系中；以及低轉(zhuǎn)速離合器，該低轉(zhuǎn)速離合器集成到低轉(zhuǎn)速齒輪系中。高轉(zhuǎn)速離合器和低轉(zhuǎn)速離合器是沒有摩擦片的超越離合器并能夠在輸出軸比輸入軸轉(zhuǎn)動得更快的超越狀態(tài)下斷開輸出軸和輸入軸。多傳動比傳動裝置通過接合或者脫開高轉(zhuǎn)速離合器以及調(diào)節(jié)所聯(lián)接的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速在高轉(zhuǎn)速齒輪系和低轉(zhuǎn)速齒輪系之間切換。在一個實施方式中，旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從高轉(zhuǎn)速降低至低轉(zhuǎn)速。旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從高轉(zhuǎn)速降低至過渡轉(zhuǎn)速。在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第一發(fā)動機的第一多傳動比傳動裝置從高轉(zhuǎn)速檔位切換到低轉(zhuǎn)速檔位。在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第二發(fā)動機的第二多傳動比傳動裝置從高轉(zhuǎn)速檔位切換到低轉(zhuǎn)速檔位。第一發(fā)動機和第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速恢復(fù)到最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降低至低轉(zhuǎn)速。在另一實施方式中，旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速提高至高轉(zhuǎn)速。首先，旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速提高至過渡轉(zhuǎn)速。在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第一發(fā)動機的第一多傳動比傳動裝置從低轉(zhuǎn)速檔位切換到高轉(zhuǎn)速檔位。 在旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近過渡轉(zhuǎn)速的情況下，聯(lián)接于第二發(fā)動機的第二多傳動比傳動裝置從低轉(zhuǎn)速檔位切換到高轉(zhuǎn)速檔位。第一發(fā)動機和第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速恢復(fù)到最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速提高至高轉(zhuǎn)速。本文所公開的額外的特征和教導(dǎo)的每一項能夠分別地或者與其他特征和教導(dǎo)相結(jié)合地利用以便為多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)提供改進的設(shè)計。參照附圖，更詳細地描述分別地或者與其他特征和教導(dǎo)相結(jié)合地利用這些額外的特征和教導(dǎo)中許多特征和教導(dǎo)的典型示例。該詳細的描述僅意在教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員用于實施本教導(dǎo)的優(yōu)選方面的進一步細節(jié)且非意在限制權(quán)利要求的范圍。因此，以下詳細描述中所公開的特征的組合可能不是在最廣泛的意義上實施教導(dǎo)所必需的，而僅為了詳細地描述本教導(dǎo)的典型示例而進行教導(dǎo)。此外，可以以未明確且具體地列舉的方式對典型示例和從屬權(quán)利要求的各種特征進行組合以提供本教導(dǎo)的其它有用的實施方式。此外，應(yīng)當(dāng)特別指出的是，為了原始公開的目的，以及為了對與實施方式和/或者權(quán)利要求中的特征的組合相獨立地限制所要求保護的主題的目的，說明書和/或者權(quán)利要求中所公開的所有特征意在被分別地并且彼此獨立地公開。還應(yīng)當(dāng)特別指出的是，為了原始公開的目的，以及為了對所要求保護的主題進行限制的目的，所有的數(shù)值范圍或者實體組的表示公開了每一個可能的中間值或者中間實體。 還應(yīng)當(dāng)特別指出的是，在附圖中所示出的部件的尺寸和形狀設(shè)計成以助于理解本文教導(dǎo)是如何實施的，并非意在限制示例中所示出的尺寸和形狀。本系統(tǒng)和方法使旋翼系統(tǒng)能夠利用多傳動比驅(qū)動系統(tǒng)對于單個發(fā)動機轉(zhuǎn)速以多種轉(zhuǎn)速運行。在改變旋翼轉(zhuǎn)速的同時發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在其最有效的范圍中，以獲得最佳飛行器性能。本系統(tǒng)和方法提供未使用摩擦離合器的重量輕且高功效的構(gòu)型。在飛行器具有兩個發(fā)動機的情況下，本系統(tǒng)和方法允許飛行器在正常的切換以便改變旋翼的轉(zhuǎn)速期間具有來自至少一個發(fā)動機的動力。當(dāng)一直為旋翼系統(tǒng)提供來自至少一個發(fā)動機的動力時，傳動裝置傳動比能夠在飛行時被改變。圖1示出根據(jù)一個實施方式的、具有多傳動比傳動裝置的旋翼飛行器系統(tǒng)的示例性高轉(zhuǎn)速運行。旋翼飛行器系統(tǒng)100具有兩個發(fā)動機IOla和IOlb以及各自的傳動裝置 10 和10 ，其驅(qū)動旋翼系統(tǒng)110。旋翼系統(tǒng)110具有兩個旋翼，所述兩個旋翼通過互連的驅(qū)動軸系統(tǒng)120連接在一起。在替代實施方式中，旋翼系統(tǒng)110可以通過齒輪聯(lián)接于傳動裝置105a和105b。根據(jù)一個實施方式，高轉(zhuǎn)速離合器102和低轉(zhuǎn)速離合器103為斜撐(spay)離合器。斜撐離合器為“單向”超越離合器，其設(shè)計成將扭矩從輸入裝置(例如，發(fā)動機101)單向地傳遞到輸出裝置(例如，旋翼系統(tǒng)110)。由于其“單向”設(shè)計，斜撐離合器在輸出軸比輸入軸轉(zhuǎn)動得更快的超越狀態(tài)期間傳遞小的扭矩或者不傳遞扭矩。斜撐離合器防止旋翼在發(fā)動機失去動力的情況下驅(qū)動發(fā)動機。高轉(zhuǎn)速離合器102的檔位切換是通過調(diào)節(jié)發(fā)動機 101的轉(zhuǎn)速以及接合或者脫開高轉(zhuǎn)速離合器102來實現(xiàn)的。根據(jù)一個實施方式，高轉(zhuǎn)速離合器102和低轉(zhuǎn)速離合器103為不具有摩擦片的自激勵離合器。自激勵離合器允許在輸入軸和輸出軸配合較緊密時更加有效的扭矩傳遞。當(dāng)輸入軸和輸出軸的轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)速方面不同時，自激勵離合器不允許傳遞扭矩。由于其內(nèi)部驅(qū)動機構(gòu)，自激勵離合器在超越狀態(tài)消失時自動地提供能量并有效地傳遞扭矩。常規(guī)的自激勵離合器在沒有適合的離合器機構(gòu)的情況下，不具備相對于輸入軸的轉(zhuǎn)速控制和調(diào)節(jié)輸出軸的轉(zhuǎn)速的能力。為此，摩擦離合器可以與自激勵超越離合器串聯(lián)地使用以提供這種能力。然而，摩擦離合器需要大的摩擦表面以將扭矩從輸入軸傳遞到輸出軸，這就增加了機構(gòu)的重量并增加了由于接合部件的磨損和拉扯所需的維護。本系統(tǒng)和方法不需要使用摩擦離合器，并且比起現(xiàn)有技術(shù)的旋翼飛行器驅(qū)動離合器設(shè)計，在效率、尺寸和重量方面具有顯著的優(yōu)勢。在高轉(zhuǎn)速運行期間，高轉(zhuǎn)速離合器102和低轉(zhuǎn)速離合器103均被接合。然而，扭矩僅通過高轉(zhuǎn)速離合器102從發(fā)動機101傳遞至旋翼110，這是因為低轉(zhuǎn)速離合器103在超越狀態(tài)下為單向離合器，在超越狀態(tài)下，低轉(zhuǎn)速離合器103的輸出裝置比其輸入裝置轉(zhuǎn)動得更快。根據(jù)一個實施方式，發(fā)動機101以巡航轉(zhuǎn)速運行，所述巡航轉(zhuǎn)速比獲得發(fā)動機101 的最大運行效率的最大轉(zhuǎn)速慢。例如，在巡航轉(zhuǎn)速運行期間，發(fā)動機101和旋翼110以其最大轉(zhuǎn)速的84%運行。選取的最佳轉(zhuǎn)速的百分比僅僅是為了說明，并且應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本主題的范圍的情況下可以使用任何百分比。圖2示出根據(jù)一個實施方式的、具有多傳動比傳動裝置的旋翼飛行器系統(tǒng)的示例性低轉(zhuǎn)速運行。對于低的旋翼轉(zhuǎn)速運行，高轉(zhuǎn)速離合器102被脫開，并且低轉(zhuǎn)速離合器103 將扭矩從發(fā)動機101傳遞至旋翼110。根據(jù)一個實施方式，對于高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速運行，低轉(zhuǎn)
8速離合器103都被永久性地接合，使得通過僅脫開高轉(zhuǎn)速離合器102就能實現(xiàn)從高齒輪傳動比到低齒輪傳動比的檔位切換。相反，通過重新接合高轉(zhuǎn)速離合器102就能實現(xiàn)從低齒輪傳動比到高齒輪傳動比的切換。在實現(xiàn)從高轉(zhuǎn)速檔位到低轉(zhuǎn)速檔位的切換后，發(fā)動機101 仍以其最佳轉(zhuǎn)速(例如，其最大轉(zhuǎn)速的84%)運行，而旋翼110以低轉(zhuǎn)速(例如，其最大轉(zhuǎn)速的60%)旋轉(zhuǎn)。旋翼轉(zhuǎn)速的變換(例如，84%到60%)以若干個步驟實現(xiàn)，下文中將更詳細地描述。為了說明，最大發(fā)動機轉(zhuǎn)速和最大旋翼轉(zhuǎn)速用符號E和R表示。在高轉(zhuǎn)速檔位中， 最大發(fā)動機轉(zhuǎn)速E產(chǎn)生最大旋翼轉(zhuǎn)速R。通過以下等式來計算旋翼轉(zhuǎn)速ω r。t。r = r* Oengine其中，r為齒輪傳動比。在高轉(zhuǎn)速檔位中，rhigh = R/E，在低轉(zhuǎn)速檔位中，rlow = f*rhigh，其中f為檔位減速因子。對于本示例，最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)速為0. 84E (最大發(fā)動機轉(zhuǎn)速的 84% )，其與在以高轉(zhuǎn)速檔位接合時的旋翼轉(zhuǎn)速0. 84R(最大旋翼轉(zhuǎn)速的84% )相對應(yīng)。圖3示出根據(jù)一個實施方式的、用于高轉(zhuǎn)速到低轉(zhuǎn)速變化的示例性框圖。在本示例中，使用了檔位減速因子——f = 0. 714，然而，應(yīng)當(dāng)理解，能夠使用任何其他的檔位減速因子而不脫離本主題的范圍。發(fā)動機IOla和IOlb的發(fā)動機轉(zhuǎn)速在高轉(zhuǎn)速檔位從巡航轉(zhuǎn)速 (0. 84R)降低至較慢的轉(zhuǎn)速——例如，0. 714R，使得旋翼系統(tǒng)以0. 714R旋轉(zhuǎn)。當(dāng)發(fā)動機IOlb 的發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低至剛好低于0. 714R時，高轉(zhuǎn)速離合器102b處于超越狀態(tài)并且被容易地脫開。這時，傳動裝置10 處于低轉(zhuǎn)速檔位。扭矩路徑從高轉(zhuǎn)速離合器102b切換到低轉(zhuǎn)速離合器103b，但當(dāng)離合器10 的輸出軸轉(zhuǎn)速大于其輸入軸轉(zhuǎn)速時沒有扭矩或者扭矩很小。在檔位切換后，發(fā)動機IOlb的發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加至1. OE以與處于0. 714R(rhigh*0. 714E) 的旋翼系統(tǒng)110的轉(zhuǎn)速匹配。在發(fā)動機IOlb以全速(1. 0E)運行并且旋翼系統(tǒng)110以0. 714R運行的情況下，在發(fā)動機IOla和傳動裝置10 上進行類似的切換以使扭矩路徑從高轉(zhuǎn)速離合器10 切換到低轉(zhuǎn)速離合器103a。在使發(fā)動機IOla的發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低至剛好低于0. 714R后，高轉(zhuǎn)速離合器10 被脫開，并且傳動裝置10 處于低轉(zhuǎn)速檔位。在檔位切換后，發(fā)動機IOla的發(fā)動機轉(zhuǎn)速漸變(ramp)至1. 0E，使得發(fā)動機IOla和IOlb均以0. 714R的轉(zhuǎn)速驅(qū)動旋翼系統(tǒng)110。在發(fā)動機IOla和IOlb均實現(xiàn)檔位切換后，低轉(zhuǎn)速離合器103a和10 將扭矩傳遞至旋翼系統(tǒng)110。發(fā)動機IOla和IOlb的轉(zhuǎn)速降低至其巡航轉(zhuǎn)速——0. 84E，使得旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降低至低轉(zhuǎn)速——0. 60R(rlow*0. 84E)。根據(jù)一個實施方式，傳動裝置10 和10 相繼切換檔位，使得任何時候都有至少一個發(fā)動機為旋翼系統(tǒng)110提供動力。如高轉(zhuǎn)速到低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變的前一示例所示，檔位切換可以相繼發(fā)生，但用于改變發(fā)動機IOla和IOlb與旋翼系統(tǒng)110之間的傳動比的一些中間步驟可以不同。例如，在傳動裝置10 切換時發(fā)動機IOla的發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以保持在1. 0E, 或者在發(fā)生檔位切換時旋翼系統(tǒng)110可以為超越式的。應(yīng)當(dāng)理解，可以以不同的順序執(zhí)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)和檔位切換的步驟，而不脫離本主題的范圍。根據(jù)一個實施方式，單個傳動裝置、發(fā)動機以及旋翼系統(tǒng)能夠通過控制旋翼轉(zhuǎn)速來改變傳動比，其中使用了與另一發(fā)動機和互連系統(tǒng)相對的旋翼控制來控制旋翼轉(zhuǎn)速。該方法允許在發(fā)動機減速和離合器超越且脫開以允許從高轉(zhuǎn)速切換到低轉(zhuǎn)速時旋翼系統(tǒng)轉(zhuǎn)速保持接近過渡轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速?？商娲兀瑸榱藦牡娃D(zhuǎn)速切換至高轉(zhuǎn)速，可以控制旋翼系統(tǒng)以利用旋翼飛行器高度和轉(zhuǎn)速提高旋翼轉(zhuǎn)速，并使傳動裝置能夠以從高轉(zhuǎn)速到低轉(zhuǎn)速切換所描述的相同的方式從低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變到高轉(zhuǎn)速。圖4示出根據(jù)一個實施方式的、用于低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變到高轉(zhuǎn)速的示例性框圖。在本示例中使用相同的檔位減速比——f = 0.714——以說明從低轉(zhuǎn)速到高轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變。發(fā)動機101以巡航轉(zhuǎn)速(0.84E)運行，旋翼系統(tǒng)110在低轉(zhuǎn)速檔位以低轉(zhuǎn)速—— 0. 60R(rlow*0. 84E)——旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機IOla和IOlb的轉(zhuǎn)速從巡航轉(zhuǎn)速(0. 84E)提高至最大轉(zhuǎn)速(1.0E)以使旋翼轉(zhuǎn)速漸變至切換轉(zhuǎn)速——例如，0.714R。發(fā)動機IOla的發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低至剛好低于0. 714E，使高轉(zhuǎn)速離合器10 處于超越狀態(tài)。高轉(zhuǎn)速離合器10 在超越狀態(tài)下被接合，這就使得在輸出軸的轉(zhuǎn)速與輸入軸的轉(zhuǎn)速匹配時扭矩路徑從低轉(zhuǎn)速離合器 103a改變到高轉(zhuǎn)速離合器10加。發(fā)動機IOla的發(fā)動機轉(zhuǎn)速被改變成0. 714E，使得來自發(fā)動機IOla的扭矩被施加到旋翼系統(tǒng)110。在發(fā)動機IOla以0. 714E運行、傳動裝置10 處于高轉(zhuǎn)速檔位、并且旋翼系統(tǒng)110 以0. 714R運行的情況下，在傳動裝置10 和發(fā)動機IOlb上執(zhí)行檔位切換。發(fā)動機IOlb的發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低至剛好低于過渡轉(zhuǎn)速(0. 714E)，并且高轉(zhuǎn)速離合器102b被接合。在檔位切換后，發(fā)動機IOlb的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速達0. 714E，并且與處于0. 714R的旋翼系統(tǒng)相匹配。在傳動裝置10 和10 的切換均完成之后，發(fā)動機IOla和IOlb的轉(zhuǎn)速提高至其巡航轉(zhuǎn)速0. 84E， 使得旋翼系統(tǒng)110的轉(zhuǎn)速提高至巡航轉(zhuǎn)速0. 84R。圖5示出根據(jù)一個實施方式的、在切換至低轉(zhuǎn)速并且返回到高轉(zhuǎn)速期間的示例性發(fā)動機和旋翼轉(zhuǎn)速曲線。旋翼轉(zhuǎn)速505從巡航轉(zhuǎn)速——例如，0. 84R——降低至低轉(zhuǎn)速—— 例如，0. 60R，并且漸變回巡航轉(zhuǎn)速0. 84R。在旋翼系統(tǒng)110的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變期間，發(fā)動機IOla和 IOlb的發(fā)動機轉(zhuǎn)速501和502如圖5所示。在發(fā)動機IOla以剛好低于旋翼的轉(zhuǎn)速運行時， 傳動裝置10 將檔位從其高轉(zhuǎn)速檔位切換到低轉(zhuǎn)速檔位。一旦傳動裝置10 的檔位切換完成，傳動裝置10 就以與傳動裝置10 同樣的方式使檔位從其高轉(zhuǎn)速檔位切換到低轉(zhuǎn)速檔位。如圖5中的曲線的第二半段所示，從低轉(zhuǎn)速檔位到高轉(zhuǎn)速檔位的檔位切換以相反的順序發(fā)生。圖6示出根據(jù)一個實施方式的、多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)的示例性高轉(zhuǎn)速構(gòu)型。在高轉(zhuǎn)速構(gòu)型中，來自發(fā)動機101的扭矩通過高轉(zhuǎn)速離合器102經(jīng)由扭矩路徑601傳遞至旋翼110。低轉(zhuǎn)速離合器103始終被接合使得當(dāng)高轉(zhuǎn)速離合器102脫開時，從發(fā)動機 101至旋翼101的扭矩路徑通過低轉(zhuǎn)速離合器103傳遞。圖7示出根據(jù)一個實施方式的、多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)的示例性低轉(zhuǎn)速構(gòu)型。在低轉(zhuǎn)速構(gòu)型中，高轉(zhuǎn)速離合器102被脫開使得扭矩通過發(fā)動機101的輸出軸以及低轉(zhuǎn)速離合器103經(jīng)由扭矩路徑701傳遞至旋翼110。根據(jù)一個實施方式，高轉(zhuǎn)速離合器102和低轉(zhuǎn)速離合器103為超越離合器。當(dāng)輸出軸比超越離合器的輸入軸旋轉(zhuǎn)得快時，無扭矩傳遞。另一方面，當(dāng)輸出軸旋轉(zhuǎn)不比超越離合器的輸入軸旋轉(zhuǎn)得快時，輸入軸和輸出軸即刻聯(lián)接，并且如同輸入軸和輸出軸無差別旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接起來那樣傳遞扭矩。超越離合器的該安全的特征在發(fā)動機故障時特別有用，使得旋翼能夠通過自動斷開發(fā)動機而自由地轉(zhuǎn)動。根據(jù)一個實施方式，除了在轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變期間外，發(fā)動機101的發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在其最有效的范圍中，同時改變旋翼轉(zhuǎn)速以實現(xiàn)最佳性能。盡管在之前的示例中示出了兩個傳動比形式，但可以在具有多于兩個傳動比的驅(qū)動系統(tǒng)中使用不同數(shù)量的離合器系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速的數(shù)量可以由飛行器重量和性能要求來確定。 已經(jīng)根據(jù)特定示例和子系統(tǒng)描述了多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)和改變其齒輪傳動比的方法。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯然的是，本發(fā)明并不局限于這些特定的示例或者子系統(tǒng)，而還能夠延伸至其他實施方式。
權(quán)利要求
1.一種旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)，包括旋翼系統(tǒng)，所述旋翼系統(tǒng)包括一個或多個旋翼；一個或多個發(fā)動機，所述一個或多個發(fā)動機中的每一個通過多傳動比傳動裝置聯(lián)接于所述旋翼系統(tǒng)，所述多傳動比傳動裝置包括 輸出軸，所述輸出軸聯(lián)接于所述旋翼系統(tǒng)；輸入軸，所述輸入軸聯(lián)接于所述一個或多個發(fā)動機中的各個發(fā)動機； 高轉(zhuǎn)速離合器，所述高轉(zhuǎn)速離合器集成到高轉(zhuǎn)速齒輪系中；以及低轉(zhuǎn)速離合器，所述低轉(zhuǎn)速離合器集成到低轉(zhuǎn)速齒輪系中，其中，所述高轉(zhuǎn)速離合器和所述低轉(zhuǎn)速離合器為無摩擦片的超越離合器，并能夠在所述輸出軸比所述輸入軸轉(zhuǎn)動得更快的超越狀態(tài)下使所述輸出軸與所述輸入軸斷開連接；并且其中，所述多傳動比傳動裝置通過接合或者脫開所述高轉(zhuǎn)速離合器以及調(diào)節(jié)所聯(lián)接的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速而在所述高轉(zhuǎn)速齒輪系和所述低轉(zhuǎn)速齒輪系之間切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述低轉(zhuǎn)速離合器被永久性地接合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述多傳動比傳動裝置的所述輸出軸通過齒輪或者互連驅(qū)動軸系統(tǒng)聯(lián)接于所述旋翼系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述高轉(zhuǎn)速離合器被選擇性地脫開或者接合，以相應(yīng)地降低或提高所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)，其中，所述高轉(zhuǎn)速離合器和所述低轉(zhuǎn)速離合器為具有超越能力的自激勵超越離合器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)，其中，在超越狀態(tài)下，所述旋翼系統(tǒng)不經(jīng)由所述高轉(zhuǎn)速離合器或者低轉(zhuǎn)速離合器向所述一個或多個發(fā)動機傳遞扭矩。
7.一種將由一個或多個發(fā)動機驅(qū)動的旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從高轉(zhuǎn)速降低至低轉(zhuǎn)速的方法， 所述方法包括使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從所述高轉(zhuǎn)速降低至過渡轉(zhuǎn)速；在所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在所述過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近所述過渡轉(zhuǎn)速的情況下， 使與所述一個或多個發(fā)動機中的第一發(fā)動機聯(lián)接的第一多傳動比傳動裝置從集成有高轉(zhuǎn)速離合器的高轉(zhuǎn)速齒輪系切換至集成有低轉(zhuǎn)速離合器的低轉(zhuǎn)速齒輪系；在所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在所述過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近所述過渡轉(zhuǎn)速的情況下， 使與所述一個或多個發(fā)動機中的第二發(fā)動機聯(lián)接的第二多傳動比傳動裝置從集成有高轉(zhuǎn)速離合器的高轉(zhuǎn)速齒輪系切換至集成有低轉(zhuǎn)速離合器的低轉(zhuǎn)速齒輪系；以及使所述第一發(fā)動機和所述第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速恢復(fù)至最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降低至所述低轉(zhuǎn)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從所述高轉(zhuǎn)速降低至過渡轉(zhuǎn)速的步驟進一步包括使所述第一發(fā)動機的轉(zhuǎn)速降低至剛好低于所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速； 脫開所述第一多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器；以及使所述第一發(fā)動機的轉(zhuǎn)速漸變以便與所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速匹配。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從所述高轉(zhuǎn)速降低至過渡轉(zhuǎn)速的步驟進一步包括使所述第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速降低至剛好低于所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速； 脫開所述第二多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器；以及使所述第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速漸變至所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一多傳動比傳動裝置的所述低轉(zhuǎn)速離合器以及所述第二多傳動比傳動裝置的所述低轉(zhuǎn)速離合器被永久性地接合。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器以及所述第二多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器被選擇性地脫開和接合，以相應(yīng)地降低和提高所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一多傳動比傳動裝置和所述第二多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器以及所述低轉(zhuǎn)速離合器是具有超越能力的自激勵超越離ο
13.一種將由一個或多個發(fā)動機驅(qū)動的旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速提高至高轉(zhuǎn)速的方法，所述方法包括使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從所述低轉(zhuǎn)速提高至過渡轉(zhuǎn)速；在所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在所述過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近所述過渡轉(zhuǎn)速的情況下， 使與所述一個或多個發(fā)動機中的第一發(fā)動機聯(lián)接的第一多傳動比傳動裝置從集成有低轉(zhuǎn)速離合器的低轉(zhuǎn)速齒輪系切換至集成有高轉(zhuǎn)速離合器的高轉(zhuǎn)速齒輪系；在所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速保持在所述過渡轉(zhuǎn)速或者保持成接近所述過渡轉(zhuǎn)速的情況下， 使與所述一個或多個發(fā)動機中的第二發(fā)動機聯(lián)接的第二多傳動比傳動裝置從集成有低轉(zhuǎn)速離合器的低轉(zhuǎn)速齒輪系切換至集成有高轉(zhuǎn)速離合器的高轉(zhuǎn)速齒輪系；以及使所述第一發(fā)動機和所述第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速恢復(fù)至最佳發(fā)動機轉(zhuǎn)速，使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速提高至所述高轉(zhuǎn)速。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從所述低轉(zhuǎn)速提高至過渡轉(zhuǎn)速的步驟進一步包括使所述第一發(fā)動機的轉(zhuǎn)速降低至剛好低于所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速； 接合所述第一多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器；以及使所述第一發(fā)動機的轉(zhuǎn)速漸變以便與所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速匹配。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，使所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速從所述低轉(zhuǎn)速提高至過渡轉(zhuǎn)速的步驟進一步包括使所述第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速降低至剛好低于所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速； 接合所述第二多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器；以及使所述第二發(fā)動機的轉(zhuǎn)速漸變至所述旋翼系統(tǒng)的所述過渡轉(zhuǎn)速。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一多傳動比傳動裝置的所述低轉(zhuǎn)速離合器以及所述第二多傳動比傳動裝置的所述低轉(zhuǎn)速離合器被永久性地接合。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器以及所述第二多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器被選擇性地脫開和接合，以相應(yīng)地降低和提高所述旋翼系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述第一多傳動比傳動裝置和所述第二多傳動比傳動裝置的所述高轉(zhuǎn)速離合器以及所述低轉(zhuǎn)速離合器為具有超越能力的自激勵超越宦A典兩口命ο
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)以及一種改變其齒輪傳動比的方法。根據(jù)一種實施方式，多傳動比旋翼飛行器驅(qū)動系統(tǒng)包括旋翼系統(tǒng)以及一個或多個發(fā)動機，所述旋翼系統(tǒng)包括一個或多個旋翼。一個或多個發(fā)動機中的每一個發(fā)動機通過多傳動比傳動裝置聯(lián)接于旋翼系統(tǒng)。多傳動比傳動裝置包括聯(lián)接于旋翼系統(tǒng)的輸出軸、聯(lián)接于一個或多個發(fā)動機的各發(fā)動機的輸入軸、集成到高轉(zhuǎn)速齒輪系中的高轉(zhuǎn)速離合器以及集成到低轉(zhuǎn)速齒輪系中的低轉(zhuǎn)速離合器。高轉(zhuǎn)速離合器和低轉(zhuǎn)速離合器是不具有摩擦片的超越離合器并能夠在輸出軸比輸入軸轉(zhuǎn)動得更快的超越狀態(tài)下斷開輸出軸和輸入軸。多傳動比傳動裝置通過接合或者脫開高轉(zhuǎn)速離合器以及調(diào)節(jié)所聯(lián)接的發(fā)動機的轉(zhuǎn)速而在高轉(zhuǎn)速齒輪系和低轉(zhuǎn)速齒輪系之間切換。
文檔編號B64C27/00GK102470922SQ201080031989
公開日2012年5月23日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者凱文·沃雷爾, 卡洛斯·A·費尼, 埃里克·A·西努薩斯, 查爾斯·J·基爾邁, 瑞安·T·埃因格爾 申請人:貝爾直升機泰克斯特龍公司.