用于旋翼飞行器的旋翼臂组件及其装配方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种模块化旋翼飞行器(rotor craft)旋翼桨毂(rotor hub，旋翼毂)系统及其装配方法，并且更特别地，涉及这样一种模块化旋翼飞行器旋翼桨毂系统，该系统包括具有针对每个自由度的分散的轴承的全铰接式的旋翼臂(rotor arm)组件。
【背景技术】
[0002]旋翼飞行器的关键部件是主旋翼桨毂系统。在运行期间它提供了主旋翼桨叶(rotor blade)的附接。为了产生气动升力，旋转动力被传递至主旋翼桨毂系统，以将旋转速度提供给桨叶。主旋翼桨毂系统必须允许在桨根附接部附近通过桨毂使桨叶沿竖直(拍动(flap))、水平(摆振(lead-lag，超前摆振))、和轴向(俯仰(pitch))方向进行旋转运动，以调节飞行控制权限和动态稳定性。利用分散的铰接件机构调节这些运动的主旋翼桨毂系统被称为全铰接式桨毂系统。
[0003]至少一些已知的全铰接式旋翼桨毂系统提供了有利的设计运动特性，而致力于给轴承系统提供了这些这样的旋转自由，即，在通过旋转桨叶的离心力产生的高推力载荷下能够调节高频率且高振幅振荡运动。一种已知的桨毂系统是无摩擦轴承系统，诸如球或滚动轴承系统。这些类型的轴承系统的滑润和密封易受水分挤压和泄漏的影响，并且因此需要通常要求移除并拆卸整个旋翼桨毂以便保养的频繁维护。另一种已知的桨毂系统是带包式(strap pack)桨毂系统，该系统包括由昂贵的专用钢形成的伸展带。至少一些已知的带包式桨毂系统经历剧烈且复杂的载荷，并且因此以严格的损坏标准和频繁的更换导致的应力状态经常要求移除并拆卸桨毂。此外，无摩擦和带包式桨毂系统的故障可能难以检测，并且它们的低损坏耐受性可能会迅速地导致飞行器损坏或故障。另外，目前，许多已知的无摩擦和带包式桨毂系统以最大动力限度来执行，并且不能在不发生故障的情况下，在它们当前的物理包络内处理所产生的载荷的增加。
[0004]一段时间以来已知的是，在旋翼桨毂系统中，使用弹性体轴承将消除重量、润滑的需要，并且将使维护需求最小化。因此，至少一些已知的旋翼桨毂系统包括球形弹性体轴承，以调节拍动自由度和俯仰自由度，使得这些自由度不是通过分散的轴承而是通过单个球形轴承来处理。为了加强这些运动，必须仔细考虑、模拟以及控制旋翼桨毂系统的动态质量，以保证飞行器稳定性。因此，将诸如无摩擦和带包式桨毂系统的许多传统桨毂替换为使用针对拍动柔顺性(compliance)的球形轴承的弹性体桨毂系统将需要大量的设计和分析工作，这种替换经常是成本高昂的。更具体地，球形弹性体轴承具有与无摩擦和带包式桨毂类似的占用空间，但是动态和运动特性是非常不同的，从而需要重要的研宄和开发成本，以在具有基于带包或滚动轴承的传统桨毂的飞行器上实现球形弹性体轴承桨毂系统。
【发明内容】
[0005]在一个方面中，提供了一种用于旋翼飞行器的旋翼桨毂系统的旋翼臂组件。旋翼臂组件包括俯仰轴和耦接至俯仰轴的多个分散轴承。多个分散轴承是构造成推进(facilitate，推动，促进)旋翼臂组件绕多个自由度运动的弹性体轴承。多个分散轴承中的各个轴承构造成调整单个自由度。
[0006]在另一方面中，提供了一种用于旋翼飞行器的旋翼桨毂系统。旋翼桨毂系统包括构造成绕旋转轴线旋转的中央本体并包括构造成耦接至中央本体的多个模块化旋翼臂。多个旋翼臂组件中的每个旋翼臂组件包括俯仰轴和耦接至俯仰轴的多个分散轴承。多个轴承是构造成推进旋翼臂组件绕多个自由度运动的弹性体轴承。各个轴承构造成调整单个自由度。
[0007]在又一个方面中，提供了一种装配用于旋翼飞行器的旋翼臂组件的方法。该方法包括提供俯仰轴，该俯仰轴包括第一部分和垂直于第一部分的第二部分。一对拍动轴承耦接至第二部分。该方法还包括将内侧俯仰轴承邻近第二部分而耦接至第一部分，并且将外侧俯仰轴承耦接在第一部分的远端处。一对拍动轴承、内侧俯仰轴承以及外侧俯仰轴承是构造成推进旋翼臂组件绕多个自由度运动的分散的弹性体轴承。
[0008]已经论述的特征、功能以及优势可以在各种实施方式中独立地实现，或者还可以与其他实施方式进行结合，其更多细节可参考以下描述和附图看出。
【附图说明】
[0009]图1是示例性飞行器生产和保养方法的流程图；
[0010]图2是示例性飞行器的框图；
[0011]图3是示出了多个旋翼桨叶和示例性旋翼桨毂系统的飞行器顶视图；
[0012]图4是具有中央本体和多个旋翼臂组件的在图3中示出的旋翼桨毂系统的立体图；
[0013]图5是在图4中示出的中央本体和单个旋翼臂组件的立体图；
[0014]图6是在图5中示出的中央本体和旋翼臂组件的截面侧视图；
[0015]图7是在图5中示出的中央本体和旋翼臂组件的截面顶视图，其中示出的中央本体与旋翼臂组件分离；以及
[0016]图8是在图5中示出的中央本体和旋翼臂组件的分解图。
【具体实施方式】
[0017]本文中描述的实施方式涉及用于旋翼飞行器的模块化旋翼桨毂系统。更具体地，模块化旋翼飞行器旋翼桨毂系统包括具有针对每个自由度的分散的轴承的全铰接式旋翼臂组件。如本文中使用的，术语“分散(discrete)”意指描述旋翼臂组件的每个自由度由独立的且不同的轴承推进，以使得不会有两个或两个以上的自由度是由单个轴承元件推进的。在示例性实施方式中，每个旋翼臂组件包括具有第一部分和垂直于第一部分的第二部分的俯仰(Pitch)轴。一对拍动(flap)轴承耦接至第二部分。内侧俯仰轴承邻近第二部分而耦接至第一部分，并且外侧俯仰轴承耦接在第一部分的远端。一对拍动轴承、内侧俯仰轴承以及外侧俯仰轴承是构造成推进旋翼臂组件绕多个自由度移动的分散的弹性体轴承，其中，没有两个或两个以上的自由度是通过单个轴承来调节的。
[0018]参考图1，本公开的实施方式可在飞行器制造和保养方法100的上下文中并且通过飞行器102(在图2中示出)来进行描述。在预生产过程中，可以使用包括规格(specificat1n)和设计104的飞行器102的数据，在制造过程期间，可以获得与机身有关的其他材料106。在生产过程中，在飞行器102进入它的验证和交付过程112之前，进行飞行器102的部件和子配件制造108以及系统集成110。当成功满足和完成机身验证时，飞行器102可以投入使用114。当由用户使用时，飞行器102进行周期的、例行的以及计划的维护和保养116，例如，包括任何改造、重构和/或整修。在替换的实施方式中，制造和保养方法100可以由除了飞行器之外的交通工具来实施。
[0019]与飞行器制造和/或保养100有关的每个部分和过程可以通过系统集成商(system integrator)、第三方和/或运营商(例如用户)来执行或完成。为了该描述的目的，系统集成商可包括但不限于任意数量的飞行器制造商和主系统分包商；第三方可包括但不限于任意数量的承包商、分包商以及供应商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军工单位、服务机构等。
[0020]如图2所示，通过方法100生产的飞行器102可以包括具有多个系统120的机身118并包括内部122。高级系统120的实例包括推进系统124、电力系统126、液压系统128和/或环境系统130中的一个或多个。可以包括任意数量的其他系统。
[0021]本文中体现的装置和方法可以在方法100的任何一个或多个阶段过程中采用。例如，对应于部件生产过程108的部件或子配件可以类似于当飞行器102在使用中时所生产的部件或子配件的方式被生产或制造。此外，一个或多个装置实施方式、方法实施方式或其组合可以在生产阶段108和110过程中例如通过基本加快飞行器102的组装和/或降低飞行器组装的成本来进行利用。类似地，一个或多个装置实施方式、方法实施方式或其组合可以在对飞行器102进行保养或维护时进行利用，例如，在计划的维护和保养116过程中。
[0022]如本文中使用的，所述术语“飞行器”可以包括，但不限于，飞机、无人飞行器(UAV)、滑翔机、直升机、旋翼飞行器和/或任何在空中行进的其他物体。此外，在可替换的实施方式中，本文中描述的飞行器制造和保养方法可以在任何制造和/或保养操作中使用。
[0023]图3示出了可以基本上类似于飞行器102的飞行器200。在示例性实施方式中，飞行器200是包括机身202的旋翼飞行器，该机身具有前部区段204和从前部区段204向后的后部区段206(例如，尾部区段)。如本文中使用的，术语“旋翼飞行器”可以包括使用围绕杆旋转的旋翼桨叶以产生并维持升力的任何重于空气的飞行器。旋翼飞行器的实例可以包括，但不限于，直升机、倾斜旋翼飞行器、环直升机(cyclocopter