专利名称：硬共面的、装有万向架的斜旋翼毂的制作方法
技术领域：
本发明涉及旋翼飞机的旋翼毂的领域。更具体地说，本发明涉及一种 硬共面的、装有万向架的斜旋翼毂。
背景技术：
旋翼毂已经使用了多年。有许多成功设计的旋翼毂用于各种类型的旋 翼飞机。旋翼毂一般设计用于把旋翼叶片连接到转轴或杆，因此非常适合 这种功能。
在旋翼飞机设计领域内的一般技术人员通常把旋翼毂分为两个主要类
型"硬共面"和"软共面"。硬共面旋翼被用在旋翼飞机中，其特征在于 所述旋翼叶片的共面/超前-滞后振动的固有频率高于所述旋翼的转动频率 以及所述旋翼叶片的非共面/摆动振动的固有频率。软共面旋翼毂被用在所 述旋翼叶片的共面/超前-滞后振动的固有频率低于所述旋翼的转动频率以
及所述旋翼叶片的非共面/摆动振动的固有频率的场合。众所周知，随着所 述旋翼叶片的非共面/摆动振动和共面/超前-滞后振动的固有频率向等值汇 聚，所述旋翼飞机的旋翼叶片和相关的旋翼毂会变得更加动态不稳定。因 此，常见的是将旋翼飞机设计成所述旋翼叶片的非共面/摆动振动和共面/ 超前-滞后振动的固有频率维持所述旋翼转动频率25 %的最小间隔。
在硬共面和软共面之间进行选择时，设计旋翼飞机经常考虑若干高标 准的规则。硬共面旋翼毂和旋翼叶片的旋翼飞机总重量一般比软共面旋翼 毂和旋翼叶片的旋翼飞机总重量要重。然而，对于更高的运行速度和/或产 生更大的推力，同时更容易维持动态振动稳定性来说，硬共面的元件部分 目前被认为是较好的解决方案。
在硬共面旋翼毂和旋翼叶片的旋翼飞机实现希望的动态振动稳定性 时，众多变量之一是《角。现有技术的图1表示旋翼毂的简图，它图示了 相对于旋翼系统的《角。因为变距摇臂(pitchhom)的一端被变距拉杆限 制，另一端连接到叶片，所以当叶片摆动时将会发生间距变化。因此，所 述《角表示所述旋翼摆动和旋翼叶片间距之间的相互关系。当所述旋翼叶片向上摆动时，具有正《角的旋翼系统将下俯，同时具有负《角的旋翼系 统将上仰。所述《角被操纵以在狂风大作和/或飞行员调度期间提供动态稳 定性以及减小旋翼摆动幅度。作为例子，三叶片斜旋翼飞机上的《角一般
设置值在-15。附近，这提供了足够的稳定性以及摆动衰减。
不断要求旋翼飞机实现更大的推力、更高的速度以及携带更重的载 荷。例如，需要功率更大的斜旋翼飞机。产生更大推力的一种方法是增加 旋翼叶片的数量。目前的斜旋翼飞机一般利用三叶片的旋翼系统。在三叶 片的旋翼系统中，所述变距摇臂和变距拉杆(参见现有技术的图1)通常 和所述旋翼毂共面并位于所述旋翼毂的外侧。然而，为具有四个或多个叶 片的多叶片旋翼实现较小的《角(例如，接近-15°的<53角)，同时使所述 变距摇臂和变距拉杆基本上与所述毂共面并位于该毂外侧，存在严重的设 计挑战。所述旋翼布局，如上所述用于多叶片的旋翼系统，会由于结构千 涉而不允许所述变距摇臂位于合适的位置。而且，旋翼飞机设计领域内一 般技术人员广泛视为理想的情况是，配置旋翼系统的旋转元件部分，以保 持尽可能接近所述旋转轴，从而减小导致元件提早损坏的不希望的合力。
尽管以上所述旋翼毂的改进表示旋翼毂设计获得了显著的发展，但是 仍存在相当多的缺点。
发明内容
需要一种改进的旋翼毂。
因此，本发明目的是提供一种改进的旋翼毂，该旋翼毂允许连接到四 个或更多的旋翼叶片同时维持优化的《角。
该目的是通过提供一种旋翼毂而实现的，在该旋翼毂中所述变距拉杆 和变距摇臂位于所述旋翼毂的内部空隙内。例如，所述旋翼毂可被构造 成(1 )具有位于所述轭架之上的连接壳；(2)具有位于所述轭架之下的 连接壳；和(3)具有两个连接壳， 一个连接壳位于所述轭架之上， 一个 连接壳位于所述轭架之下。
本发明提供了显著的优点，包括(1)允许在斜旋翼飞机的旋翼系统 中使用多于三个叶片；(2)降低因碎屑或弹道攻击而损坏变距摇臂的概 率；(3)降低因碎屑或弹道攻击而损坏变距拉杆的机会；(4)提供毂簧余 度；和(5)改进毂簧和所述轭架之间的力传递。其他的目的、特征和优点在以下的书面描述中体现。
在所属的权利要求中阐述这些被认为是本发明特征的新颖特性。然 而，结合附图阅读时，参照下面的详细描述，将会最好地理解本发明本
身，以及优选的使用模式和本发明另外的目的和优点，其中 现有技术的图1是旋翼系统中的《角效果的简化示意图； 图2是具有本发明优选实施例的旋翼毂的斜旋翼飞机的正视图； 图3A是图2斜旋翼飞机中使用的旋翼毂的透视图； 图3B是图3A旋翼毂的轭架的透视图； 图4是去掉连接壳的图3A旋翼毂的透视图； 图5是去掉连接壳的图3A旋翼毂的顶视图； 图6是图3A旋翼毂的顶视图7是沿着图3A中的线7-7切开的图3A旋翼毂的横截面视图； 图8是根据本发明的另一实施例，连接壳位于所述轭架之下的旋翼毂 的部分透视图9是沿着图8中的线9-9切开的图8旋翼毂的横截面视图； 图10是#>据本发明的另 一实施例具有两个连接壳的旋翼毂的透祸L 图；和
图11是沿着图10中的线11-11切开的图IO旋翼毂的横截面视图。
具体实施例方式
本发明是一种改进的旋翼毂，该旋翼毂允许连接到四个或更多旋翼叶 片同时维持优化的《角。这里有本发明的三个主要实施例(l)连接壳位 于所述轭架之上；(2)连接壳位于所述轭架之下；和(3)带有两个连接 壳， 一个连接壳位于所述轭架之上， 一个连接壳位于所述轭架之下。然 而，本发明的范围不限于在此公开和在附图中描述的特定实施例。本发明 的旋翼毂允许四叶片旋翼系统包含到斜旋翼飞机上。然而，尽管具体论述 的是把本发明用于斜旋翼飞机，但是本发明也可另外用于任何其他的旋翼 运载器/飞行器。而且，本发明的旋翼毂可用于旋翼叶片多于或少于四个的 旋转系统。图2描述采用本发明的旋翼毂的斜旋翼飞机。图2图示处于飞行操作 的飞机模式下的斜旋翼飞机11。机翼15、 17响应旋翼系统19、 21的作用 以使机体13升起。每个旋翼系统19、 21图示为具有四个旋翼叶片23。发 动机短抢25、 27基本上包围旋翼穀29,图2视图的旋翼毂29不明显。当 然，每个旋翼系统19、 21分别由基本罩在每个发动机短舱25、 27内的发 动机(未示出)所驱动。
图3A图示本发明的旋翼毂29的优选实施例的透视图。旋翼毂29被 图示为包含具有轭架臂33和轭架板35的轭架31。轭架臂33被整体地连 4妄到轭架板35。在一个实施例中，轭架31由复合材料构成。.更确切地 说，轭架31由大量定向纤维材料离散粘合层构成。然而，轭架31可另外 由任何其他合适材料以任何其他合适方式构成。而且，虽然轭架31图示 为具有四个辄架臂33,但是根据本发明的其他旋翼毂结构可包含多于或少 于四个轭架臂33，用于分别连接多于或少于四个旋翼叶片23。
旋翼毂29还被图示成具有代表性的变距轴37A、 37B,旋翼叶片23 的间距(见图2)关于变距轴37A、 37B被改变。另外，旋翼毂29被图示 成具有代表性的立柱旋转轴39,当被可操作地相关联动件(未示出)驱动 时，立柱(未示出)关于立柱旋转轴39旋转。
外侧的顺桨轴承41被连接到轭架臂33的最外侧部分。外侧的顺桨轴 承41允许旋翼叶片23关于变距轴37A、 37B至少旋转一定角度。离心力 (CF)轴承43被连接到外侧的顺桨轴承41。 CF轴承43是旋翼叶片23和 旋翼毂29之间的主要中间连接装置。CF轴承43承受由围绕立柱旋转轴 39旋转的旋翼叶片23产生的频繁巨大的离心力。
图3B图示旋翼毂29的轭架31的简化视图。中间的空隙空间30由轭 架31的内壁32限定。
如图7所示，毂簧45包括内芯47，内芯47包含第一系列的各种交替 堆叠的橡胶元件和夹在上部、外侧连接壳49和内壳51之间的金属垫元件 (二者皆没有详细示出)以及第二系列的各种交替堆叠的橡胶元件和夹在 下部、外侧壳50和另一内壳51之间的金属垫元件。壳49-51被图示为由 金属构造而成。毂簧45允许相对于所述支柱和支柱旋转轴39用万向架连 接辄架31。毂簧45也调节旋翼叶片23的摆动和传递推力。
图4能更清楚地看出，其中旋翼毂29被图示为没有连接壳49,旋翼毂29还包含四个变距摇臂53。变距摇臂53包含变距摇臂臂55和变距摇 臂内側梁5入变距摇臂53穿过内侧顺桨轴承61被可旋转地连接到叉架 59。内侧顺桨轴承61沿着对应的变距轴37A、 37B基本上对中。内侧顺桨 轴承61与变距摇臂53上基本位于变距摇臂臂55.和变距摇臂内侧梁57相 交处的尺寸类似的孔可操作地相关。夹具(未示出)被连接到变距摇臂内 侧梁57这样，当变距摇臂53绕它们对应的变距轴37A、 37B旋转时，夹 具使连接所述夹具的旋翼叶片23 (图2未示出)绕变距轴37A、 37B相应 地旋转。当端部63关于由变距轴37A、 37B建立的平面基本对中时，摇臂 53的端部63被图示为位于中间/名义位置。摇臂53的端部63连接到摇臂 拉杆65的上端部。变距拉杆65是杆形的元件，朝向基本上平行于立柱旋 转轴39。变距拉杆65沿着平行于立柱旋转轴39的路径在任何方向的运动 将使端部63升高或降低，因此绕它们的变距轴37A、 37B旋转变距摇臂臂 55和变距摇臂内侧梁57,最终会改变旋翼叶片23的间距。变距摇臂53 基本位于中间的空隙空间30内。中间的空柱由向上和向下延伸中间空隙 空间30的垂直边界所限定并代表了中间的空隙空间30的垂直覆盖区。例 如，所述中间的空柱至少占据了如图3B所示的上覆盖区3々A和下覆盖区 34B之间的空间。在该实施例中，臂55延伸到所述中间空柱的外部。然 而，在本发明的其他实施例中，臂55可选择地留在所述中间空柱内。
如图5能更清楚地看出，其中旋翼毂29的顶视图被图示成没有连接 壳49和下部、外侧壳50，旋翼毂29还包含等速/相同动力的接头(未完 全示出)，该接头包含传动杆67。传动杆67朝向基本平行于由^距轴 37A、 37B建立的平面。每个传动杆67的一端适配成连接到耳轴(未示 出)，该耳轴被用花键连接到所述立柱/传动轴(未示出)。所述耳轴把旋 转力从所述立柱传递到传动杆67。每个传动杆67的另一端适配成连接到 连接壳49 (参见图lO和ll)的传动腿68，它把所述旋转力从所述传动杆 67传递到连接壳49。连接壳49沿着轭架板35被连接到轭架31这样旋转 力从连接壳49被传递到轭架31。图6图示旋翼毂29的顶视图，而图7图 示沿着图3A中对应于变距轴37A、 37B的线7-7切开的旋翼毂29的横截 面视图。
现在参照附图中的图8-9,根据本发明的旋翼毂实施例液采用类似于 毂簧45的毂簧71。然而，毂簧n的连接壳72位于轭架"之下。如图8所示，旋翼毂69基本类似于旋翼毂"并包含基本类似的组件，但具有三 个主要不同之处(1)连接壳72位于轭架73的下侧而不是辄架73的上 侧；(2)变距摇臂是弯曲的、杆形的构件，其一部分稍微位于由变距轴 7M、 77B建立的平面之上但仍然处于由轭架73的内壁32限定的中心空隙 空间内；和(3)传动杆81图示为稍微位于由变距轴77A、 77B建立的平 面之下但仍基本上处于由轭架73的内壁32限定的中心空柱内。应该理 解，旋翼毂69可选择地包含变距摇臂53，该变距摇臂53基本位于由变距 轴77A、 77B建立的平面内。类似于图3-7的实施例，毂簧71允许相对于 所述立柱和立柱旋转轴39 (示于图3A中)用万向架连接轭架73。榖簧71 也调节旋翼叶片23 (示于图2中)的摆动和传递推力。
现在参照附图中的图10-11，图示了根据本发明具有包含两个连接壳 86的毂簧85的旋翼毂实施例。如图10所示，旋翼毂83基本类似于旋翼 敎29并包含基本类似的组件，除了两个连接壳86存在于旋翼毂83中。 一个连接壳86被安装到轭架87的下侧同时另一个连接壳86被安装到轭 架87的上侧。旋翼毂83的一个重要优点是连接壳86的余度。例如，如 果连接壳86之一被弹道导弹损坏或因为任何其他的原因而损坏，剩下的 连接壳86可继续正常工作。具有两个连接壳86的实施例的另一重要优点 是改进从毂簧85传递到轭架87的力分布。类似于图3-7的实施例，毂簧 85允许相对于所述立柱和所述立柱旋转轴39 (示于图3A中)用万向架连 接轭架87。毂簧85也可调节旋翼叶片23 (示于图2中)的摆动和传递推 力。
本发明的重要优点之一在于，当每个旋翼毂使用四个或更多旋翼叶片 时，大部分的组件基本上被紧密地包装在所述轭架板之间的内部空隙空间 内。该布置使本发明的旋翼毂成为敌军战士更棘手的目标以及较小可能地 成为无意碎屑的目标。而且，本发明考虑到几个变距摇臂运行中的几个变 化。例如，在连接壳仅位于轭架顶部的情况下，更多的空间可用于变距摇 臂向下行程。同样地，在连接壳仅位于轭架下侧的情况下，更多的空间可 用于变距摇臂向上行程。而且，在连接壳既位于轭架的顶側又位于其下侧 的情况下，变距摇臂行程会更均匀地在向上行程和向下行程之间分配。最 后，对于以上描述的每个实施例，CF轴承故障一般不会导致损失旋翼叶 片。而是，与发生故障的CF轴承相关的变距摇臂会被拉向所述轭架的相关叉架，这样至少会使所述飞机暂时安全地运行。
很明显，已经描述和图示了具有显著优点的发明。虽然本发明被表示 成有限数量的形式，但是不只限于这些形式，在不背离其精髓的情况下可 做各种变化和修改。
权利要求
1.一种用于旋翼飞机的旋翼毂，包含具有多个轭架臂的轭架，临近的轭架臂通过轭架板被连接在一起，所述轭架臂和所述轭架板限定了中心空隙空间，该空隙空间适配成容纳穿过它的中心轴；至少一个变距摇臂，该变距摇臂具有变距摇臂内侧梁和变距摇臂臂，其中所述变距摇臂被可转动地连接到所述轭架，所述变距摇臂内侧梁基本上布置在所述中心空隙空间内；和等速接头，该等速接头适配成把力从所述中心轴传递到所述轭架，其中所述等速接头基本上布置在中心空柱内。
2. 如权利要求1所述的旋翼毂，其特征在于，所述轭架由定向纤维 材料离散层制成。
3. 如权利要求1所述的旋翼毂，还包含毂簧，该毂簧具有弹性地连接到所述轭架的第一外侧连接壳。
4，如权利要求3所述的旋翼毂，还包含第二毂簧，具有弹性地连接到所述轭架的第二外侧连接壳。
5. 如权利要求1所述的旋翼毂，其特征在于，所述等速接头包含基 本布置在所述中心空隙空间内的传动杆。
6. 如权利要求1所述的旋翼毂，其特征在于，所述变距摇臂构造成 产生大约-15。的《角。
7. 如权利要求1所述的旋翼毂，其特征在于，所述轭架构造成收容 至少四个旋翼叶片。
8. 如权利要求1所述的旋翼毂，其特征在于，所述旋翼毂构造成用于斜旋翼飞机。
9. 一种用于旋翼飞机的旋翼毂，包含轭架，该轭架具有至少四个轭架臂，每对临近的轭架臂通过轭架板连 接在一起，所述轭架臂和所述轭架板限定了中心空隙空间，该中心空隙空 间适配成容纳穿过它的中心轴；变距摇臂，该变距摇臂具有变距摇臂内侧梁和变距摇臂臂，其中所述 变距摇臂可枢转地连接到所述轭架，所述变距摇臂内侧梁基本上布置在所述中心空柱内；和相同动力的接头，其适配成把力从所述中心轴传递到所述辄架，该相同动力的接头基本上布置在所述中心空柱内；和其中所述变距摇臂构造成产生大约-15°的《角。
10. 如权利要求9所述的旋翼毂，其特征在于，所述轭架由定向纤維离散层构成的复合材料所形成。
11. 如权利要求9所述的旋翼毂，还包含第一毂簧，其弹性地耦接到所述轭架。
12. 如权利要求11所述的旋翼毂，还包含第二毂簧，其弹性地耦接到所述轭架。
13. —种旋翼飞机，包含机舱；至少一个发动机，被所述机舱携带用于提供力矩；至少一个旋翼构件；中心轴，用于把所述力矩传递到所述旋翼构件；和旋翼毂，其耦接在所述中心轴和所述旋翼构件之间，所述旋翼毂包含扼架，该轭架具有多个轭架臂，临近的轭架臂通过轭架板连接在一起，所述轭架臂和所述轭架板限定了中心空隙空间，该空隙空间适配成容纳穿过它的中心轴；变距摇臂，该变距摇臂具有变距摇臂内侧梁和变距摇臂臂，其中所述变距摇臂被可枢转地连接到所述轭架，所述变距摇臂内侧梁基本上布置在所述中心空隙空间内；和包含第一外侧连接壳的第一毂簧，其固定地连接到所述轭架；和相同动力的接头，其耦接在所述中心轴和所述轭架之间，其中所述相同动力的接头基本上布置在中心空柱内。
14. 如权利要求13所述的旋翼飞机，其特征在于，所述轭架由定向纤维材料离散层构成。
15. 如权利要求13所述的旋翼飞机，还包含第二毂簧，其包含第二外侧连接壳，其中所述第二外侧连接壳固定地连接到所述轭架。
16. 如权利要求13所述的旋翼飞机，其特征在于，所述变距摇臂适配成产生大约-15°的《角。
17. 如权利要求13所述的旋翼飞机，其特征在于，所述辄架与至少四个旋翼叶片可操作地关联。
18. 如权利要求13所述的旋翼飞机，其特征在于，所述旋翼飞机是斜旋翼飞机。
19. 一种调节旋翼叶片间距的方法，包含步骤设置具有多个轭架臂的轭架，临近的轭架臂通过轭架板连接在一起；和通过平移中心空柱内的变距拉杆使位于该中心空柱中的变距摇臂旋转，其中所述变距摇臂的旋转调节所述旋翼叶片的间距。
20. 如权利要求19所述的方法，还包含步骤设置等速接头，该等速接头包含位于所述中心空柱内的传动杆。
全文摘要
公开了一种用于旋翼飞机的旋翼毂。所述旋翼毂包含轭架，该轭架含有多个轭架臂和多个轭架板，其中所述轭架臂通过所述轭架板连接在一起，其中所述轭架的多个内壁限定了中心空隙空间。变距摇臂可运动地连接到所述轭架，变距摇臂一部分位于所述中心空隙空间内。连接壳固定地连接到所述轭架。
文档编号B64C27/48GK101583535SQ200680050896
公开日2009年11月18日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者基思·斯坦尼, 小詹姆斯·L·布拉斯韦尔, 帕特里克·R·蒂斯代尔, 弗兰克·B·斯坦普斯, 戴维·A·波佩尔卡, 托马斯·C·坎贝尔, 理查德·E·劳伯, 迈克尔·J·萨瑟兰, 马克·沃西科斯基 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司