专利名称：用于高速旋翼飞机的转子驱动和控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋翼式飞机，尤，及一种用于高速混合式，轴反
转转子飞机的驱动结构，其中当主转子系统在高速飞行中在逆流条件下以减小
的空速运作时，平移 系统提供平移,力。
背景技术：
传统旋翼飞机前行空速受到许多因素限制。其中之一是后退叶片在高 前进空速下存在^il的倾向。随着向前空速的增加，穿过后退叶片的气流速度
降低，因此叶片可能微失速条件。相反，穿过前进叶片的气》ms却随着空
速的增加而增加。因此1^机前行运动中产生了升力不对称。如果转子盘的前进和后退区段上的升力不平衡，这种升力不对称可能 造成一种不稳定瞎形。典型地，叶片挥舞和"蝶一般被用来平衡该升力。但是，当前纟亍空速被增加以致^31对于给定的转每分钟转数的一个给 定的点时，叶片挥舞和顺桨作用最终变得不足以维持转子盘上充分平等的升力。 在这点上，穿过后退叶片的逆流产生一个负升力，且依赖于前行速度，产生一 个失速或负升力状态，且该状态随着前行速度的增加逐渐沿叶片向外发展。传 统的转子必须在低于那峰导舰流穿过后退叶片的大部分的空速下运作，且 必须以一个低于那种会导致前进叶片末端处的压缩性马赫数问题的每分钟转数 下运作。这已经有效限制了传统直升机前4亍空速必须在差不多180节。—种具有共轴反转刚性转子系统的旋翼飞机相比于传统的单转子直 升机育滩达到较高的前行速度，部分原因是由于上下转子系统的主转子叶片的 前进侧之间的升力平衡。并且，转子盘的后退侧也是基本上不会出I见传统的单 或-一前-后转子，机可能所要遭受的典型的后退叶片失速现象。为了进一步增加空速， 一种混合式或共轴反转刚性转子飞机操作一个 处于N旋状态的系统且该系统由涡轮喷气发动机提供额外的水平推力。在高速 飞行中，主转子系统停止从主转子驱动发动机(或涡轮轴)汲取动力，且用于 控制转子每分钟转数的装置被限制调整总俯仰角。对于仟何处于自旋状态的直升机，增加总俯仰角将减小旋转速度，而减小总俯仰角将增加旋皿度。但是 对于一个处于高速前行的旋翼飞机来说，转子每併中转数 地应该被减小以 防止转子盘前进侧上的转子叶片末端随着飞机空速的增加而进入超音速区。从
盘旋到高速，典型地，每併中转数减少30%的量级。 一般来讲，自旋是旋翼的 一种飞行状态，其中旋转叶片的力来自流向转子下侧的气流。这种气流源基本 是来自飞机向下的运动，例如发动机故障时将会发生的，或者来自飞机向前的 运动，例如自旋翼飞机水平飞行。因此，希望能够为高速旋翼飞机提供一种转子驱动和控制系统，其
可以最小化主要的振动源和相应的性能退化。
发明内容
根据本发明的一种用于高速旋翼飞机的驱动系统，可包括双反转共轴 转子系统和平移推进系统，该平移推进系统当转子系统在高速向前飞行中处于 一种自旋或逆流状态时提供基本平行于飞机纵向轴线的平移推进力。
pno]啮合于主变速箱的组合式变速箱由一个或多个发动机所驱动，这样主
变速箱和平移推进系统也都因此被驱动。发动机M超越离合器驱动组合式变 速箱和主变速箱。这种驱动系统il31将扭矩卸载到平移ffiia系统上从而允许转子系统 的每併中转数被控制。也就是说，主转子系统在高速飞行中从自旋所产生的扭 矩被平移推进系统所吸收，因此主转子叶片的前进侧不会达至i腿魏，且主转 子叶片的后退侧通过4顿较低总体和差动横向周期可以被置于平的俯仰角中， 这样后退侧上的负升力被消除，且前进侧上的向上升力被减小。从而减小对于 机身的振动。
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ttiMk，驱动系统被配置成在发动机故障时，平移推进系统的推进式 螺旋桨被设定在平的俯仰角，否则施加在驱动系统上的载荷将会减慢转子系统 并阻碍自旋着陆。本发明因此提供一种用于高速旋翼飞机的转子驱动和控制系统，其
最小化了主要的振动源和性能退化。
图1A-1B是使用本发明的旋翼飞机实施例的总^^见图； [(X)16]图2是本发明驱动系统的方块图；
图3是共轴反转转子系统的主转子动力学示意图；和
图4是飞行控制系统的方块图。
具体实施例方式图1A-1B显示了一个垂直起降(VTOL)、高速、复合或共轴反转刚 性转子飞机IO (总称旋翼式飞机)，其具有围绕转子旋转轴线A旋转的双共轴 反转主转子系统12。飞机10包括用于支撑所^^共轴反转主转子系统12和平 移,系统30的机身14，该平移推进系统30在飞机高速向前飞行期间当主转 子系统12处于自旋，流状态时提供基本平行于飞机纵向轴线L的平移, 力。应当被理解的是，其他飞机构造也将能够从本发明中魏。主转子系统12包括第一转子系统16和第二转子系统18，每一个转 子系统16、 18都包括安装在转子毂22、 24上的多个转子叶片20。主转子系统 12由一个主 箱26所驱动。平移推进系统30可以是任何本领域所公知的系 统，包括但不限于牵引式螺旋桨、侧安装式螺旋桨等等。优选地，平移推进系 统30包括具有大致水平定向并平行于飞机纵向轴线L的螺旋桨旋转轴线P的推 进式螺旋桨32 ，以提供高速飞行时的推进力。推进式螺旋桨32可安装在空气动 力整流罩34内，整流罩34安装在机身14的后部。平移推进系统30 地由 驱动转子系统16、 18的相同;fe变速箱26所驱动。参照图2，飞机10的驱动系统34被示意性地说明。如图所示的，i: 变速箱26机械连接于主转子系统12和平移推进系统30,因lt注转子系统12和平移推进系统30均由主M箱26所驱动。驱动系统34可进一步包括与主变 速箱26啮合的组合式^3I箱36。如图所示的，组合5^箱36可由一个或多 个发动E所驱动。发动机E i!31分离机构，，iW31超越离合器38驱动组合 ^!箱36并且因itb驱动主，箱26。平移推进系统30优i^i也包括由组合式 ^31箱36所驱动的驱动轴400应当被理解的是，尽管组合^速箱36被示意 性的描述为一个對虫部件，但是组合式变速箱36可选择性地被直接整合在主变 速箱26内部。这种驱动布置允许转子系统12的每射中转数被控制，使得M将转 矩卸载到平移推进系统30上，主转子叶片的前鄉怀纽到超魏。也就是说， 主转子系统12在高速飞行中处于自旋期间所产生的,被平移推进系统30所 吸收。这种布置是可行的，因为，平移概系统30在高速飞行中需要相比于主 转子系统12所产生的多得多的功率，而主转子系统12被设计用来吸收比平移 推进系统30少的马力功率。在本申请AJ^发展的一个想法中，在高速飞行时， 主转子系统12吸收大约400马力，平移推进系统30吸收大约1200马力。关于
功率需求，飞机io与传统餅机相反，在传纟M^ah， ^^:动机故障的情
况下，主转子是主要的马力接受者，反扭矩尾部转子在自旋状态中继续以与主 转子成比例的速度旋转，来维持偏航控制。这里，平移皿系统30的大功需求 提供了通过两者间的机械连接Mit主转子系统12的能力。力Ai转子上卸载能量到螺旋^il减小了主转子^中的转数，且因此 允许(参照图3 )后退叶片!颇燈在具剤氐总体和差动横向周期的平坦俯仰角上， 因此后退侧上的负升力被消除，且前进侧上的向上升力被减小。换句话说，在 高速飞行中，前进盘区段产生减小了的正升力，而后退盘区段产生很少到没有 正升力，因]J:Lh下转子系统16、 18之间升力的相位或大小的变化被最小化，其 也最小化了传播到机身上的振动。振动的最小化贝'j允许了比传统的共轴反转系 统在更高的空速下以延长的时间周期运转。当飞机空速增加或由于瞬时机动飞行条fKF主转子系统12超速旋 转，额外的转子速度将ilil平移推进系统30被吸收。也就是说，平移 系统 运作以制动该超速旋转的主转子系统12。如前面所述的，超越离合器38被定位在-个或多个发动机E和组合 式变速箱36之间。这是很重要的，因为在发动机故障时，平移推进系统30的推进式螺旋桨32必须被设置在平的俯仰角上，否则加在驱动系统34上的载荷 ^M3I转子系统12进而阻碍自旋着陆。,式螺旋桨32 地是被飞行控制系统(在图4中被示意性地示 出)所控制的可变俯仰角螺旋桨，该系统响应于预先确定的情形例如发动机故 障和瞬时主转子系统12过3tJ定转，操作来调整M式螺力鬼桨32的俯仰角。也 就是说，可变俯仰角推进式螺旋桨32为从转子系统12上卸载扭矩和精确的转 子系统12的驗控制提供客砂卜的精度。应当被理解的是，相对位置术语如"前"、"后"、"高"、"低"、 "上"、"下"及其类似用语都是关于飞行器通常的飞行姿态， 应被认为是 任何限制。应当被理解的是，尽管在所述实施例中公开了特别的组件布置，事实 上其他布置也会受益于本发明。尽管附图、说明书和权禾腰求中说明了特定的步骤顿序，事实上应当
被理解的是，这些步骤可以以任何一种顺序执行，分离的或组合的，除非另有
说明，且仍然会受益于本发明。
[0030前面的描述仅^/示例性的，而不是通过其中的限制进行限定。根据上
面的教导，对于本发明多种修改和变化都是可能的。本发明的优选实施例被公 开，但是，本领域技术人员应该能够意识到对本发明的某些修改也将落入到本 发明的保护范围之内。因此，应当被理解的是，在所附权利要求范围之内，本 发明可以被实施，而不限于特定的描述。因此，应对下面的权利要求进行审查 以确定本发明真正要保护的范围和内容。
权利要求
1. 一种用于旋翼飞机的驱动系统，包括主转子系统；驱动所述主转子系统的主变速箱；由所述主变速箱驱动的平移推进系统；和选择性地与所述主变速箱接合的超越离合器，使得在所述主转子处于自旋状态时的高速飞行期间，所述主转子系统从自旋所产生的扭矩被平移推进系统吸收。
2. 如权利要求1所述的驱动系统，其中所述主转子系统包括共轴反转转 子系统。
3. 如权利要求1所述的驱动系统，其中所述平移推进系统包括推进式螺 旋桨。
4. 如权利要求1所述的驱动系统，进一步包括与所述主魏箱和所述平 移推进系统啮合的组合式变速箱，所述组合式变速箱通过所述,离合器被驱 动。
5. 如权利要求1所述的驱动系统，其中当所te转子处于所述自旋状态 中时所述主转子系统比所述平移推进系统吸收较少的功率。
6. —种用于旋翼飞*几的驱动系统，包括 主魏箱；由所^i^t箱驱动的主转子系统； 与所^i，箱啮合的组合式^I新禾口由所述组合式变速箱驱动的平移推进系统，在所述主转子处于自旋状态时的 高速飞行期间，所述主转子系统从主^I箱接收小于所述平移,系统从所述 组合式变速箱接收的功率。
7. 如权利要求6所述的驱动系统，其中所述主转子系统包括共轴反转转 子系统。
8. 如权利要求6所述的驱动系统，进-歩包括与所述组合式变速箱选择 性接合的超越离合器，所述超越离合器在所述+:转子系统超速预定值时进行超 越，使得由所述主转子系统产生的扭矩被所述平移推进系统通过所述组合式变速箱吸收。
9. 一种用于在旋翼飞机主转子处于自旋状态时控制该主转子系统的方 法，包括下列步骤(1 )将所述主转子系统在自旋状态期间所产生的扭矩卸载到平移推进系统上。
10. 如权利要求9所述的方法，其中步骤(1)进一步包括姓转子系统处 于自旋状态时的高速飞行期间卸载扭矩。
11. 如权利要求9所述的方法，进一步包括步骤(a) 驱动主变速箱，主变速箱通aieM离合器驱动主转子。
12. 如权利要求9所述的方法，进一步包旨骤(b) il31组合式^^箱驱动主^I箱，该组合式5KI箱由超越离合器驱动；和(c) ilil组合式^I箱驱动平移推进系统。
13. 如权利要求ll所述的方法，进一步包括步骤 将SM离合器直接定位在发动机的下游。
14. 如权利要求9所述的方法，进一步包括步骤(a) 识别发动机故障；(b) 设定平移推进系统的推进式螺旋桨到平的俯仰角。
全文摘要
一种用于高速旋翼飞机的驱动系统，包括啮合于主变速箱的组合式变速箱。组合式变速箱由一个或多个发动机所驱动，使得主转子系统和平移推进系统也因此被驱动。发动机通过超越离合器驱动该组合式变速箱并因此驱动主变速箱。在高速飞行中，该驱动系统通过将功率卸载到平移推进系统上从而允许主转子系统的每分钟转数被控制。
文档编号B64C27/00GK101511676SQ200680019075
公开日2009年8月19日 申请日期2006年4月28日 优先权日2005年5月31日
发明者B·S·科顿, T·J·小塔利, Y·Z·格米尔亚 申请人:西科尔斯基飞机公司