专利名称：双弹簧刚度阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及飞机旋翼桨毂领域。具体地说，本发明涉及一种用于软共面旋翼桨毂的双弹簧刚度阻尼器。
发明内容
许多飞机旋翼，尤其是直升飞机和偏转式旋翼飞机的旋翼，包括导前/延后铰链， 用于允许叶片围绕大体上垂直于旋转平面的轴线作面内运动，使得叶片相对于其他叶片 “跑前”或“落后”。这主是为了补偿与“叶片挥舞”相伴随的额外旋转速度以及补偿在一次旋转周期的各个时刻所遭受的叶片气动阻力的差异。为了防止围绕导前/延后铰链的过度运动，在这种类型旋翼系统的设计中通常装设阻尼器。阻尼器的用途是要减缓旋翼叶片的加速和减速并将导前/延后运动的频率保持在所需的范围之内。往往，阻尼器是一种弹性阻尼器。通常，为导前/延后阻尼器选择的弹簧刚度是预期面内刚度所需的数值与减小旋翼和其他飞机部件上的负荷和疲劳所需的数值之间的一种折衷。需要改进的设备和改进的方法来提供用于改变旋翼桨毂面内刚度的可切换式面内阻尼。
发明内容
因此，本发明的目的是提供改进的设备和改进的方法，用于提供用于改变旋翼桨毂面内刚度的可切换式面内阻尼。本发明提供一种阻尼器，具有活塞，它具有轴线、外表面和对置端部。弹性密封件密封接触活塞的外表面，各密封件与活塞共轴线并将活塞的运动限制于沿着活塞轴线的路径。各密封件还形成邻近活塞端部的流体腔。主通道连通各流体腔，而可选择性地切换的阀控制流体经由主通道从一个流体腔流向另一流体腔。在允许液体流经主通道时，活塞的运动由使密封件剪切变形所需的剪切力所致的第一弹簧刚度予以阻抗。在限制液体流经主通道时，活塞的运动由使密封件鼓突变形所需的流体力所致的第二弹簧刚度予以阻抗。本发明具有超过先前技术的显著优点，包括(1)为导前/延后阻尼提供可选择性地切换的弹簧刚度；(2)提供一种小型、轻便的可切换式阻尼器用在本发明的旋翼桨毂中； 以及C3)提供一种防止地面共振状况同时使飞机部件上的负荷和疲劳最小的方法。
为了完整地理解本发明，包括其特点和优点在内，现在参照结合附图所作的本发明的详细说明，图中相同的编号标明相同的零部件，而且其中图1是本发明四叶片飞机旋翼桨毂(four-blade aircraft rotor hub)的透视图；图2是本发明三叶片飞机旋翼桨毂的分解透视图；图3是图2旋翼桨毂的局部剖开的透视图；图4是图2旋翼桨毂一部分的截面平面视图；图5是用于本发明旋翼桨毂中的双弹簧刚度阻尼器(dual-spring-ratedamper) 的截图平面视图；图6是图5阻尼器的截图平面视图，阻尼器设计用于软弹簧刚(softerspring rate)；以及图7是图5阻尼器的截图平面视图，阻尼器设计得用于硬弹簧刚度(stiffer spring rate)0
具体实施例方式参照图纸中的图1，其中图示本发明的软共面旋翼桨毂(soft in-planerotor hub) 11。一如图示，桨毂11设计成四叶片桨毂，用作偏转式旋翼飞机(tiltrotor aircraft)的旋翼螺旋桨桨毂。符合本发明的旋翼桨毂可以具有更多或更少的叶片并还可以设计得用在包括直升飞机在内的其他旋翼飞机上。桨毂11具有中心件13，适于固定地装设支柱15。支柱15利用可以经由传动装置 (未画出)传递的、驱动装置的转矩使之转动，而转矩经由支柱15传递给中心件13用于转动桨毂11。各叶片(未画出)用叶片装接组件17装接于桨毂11，每一组件17包括叶片装接套板(attachment strap) 19和叶片接头21。各套板19是环状的并铅直取向而伸出转动平面之外。各套板19在挥舞铰链23处铰接于中心件13，而各叶片接头21可转动和可枢转地装接于各套板19的外端。各挥舞铰链23允许每一叶片围绕大体上平行于桨毂11 转动平面的轴线的面外挥舞运动。各叶片接头21围绕大体上平行于桨毂11转动平面的径向俯仰轴线(radial pitch axis)相对于套板19转动，而俯仰角柄25从每一接头21的前缘伸出用于控制相关叶片的俯仰。各俯仰角柄25与相关的挥舞铰链23结合以产生预期的 S-3俯仰-挥舞联接(delta-3pitch-flap coupling)。此外，每一叶片接头21用导前/ 延后承座(未画出)连接于套板19，而接头21相对于相关的套板19围绕大致上垂直于桨毂11转动平面的导前/延后轴线作枢轴。这样就保证了各叶片在桨毂11转动平面内围绕导前/延后轴线的弦向导前和延后运动。挥舞铰链23的承座和导前/延后承座二者都位于套板19内。挥舞铰链轴线位于内侧，而导前/延后轴线位于外侧，两条轴线是不重合的。 所示各叶片根部27装设在各接头21的外端内。为了控制各叶片围绕导前/延后轴线的弦向运动，阻尼器四装设在每一套板19 中并操作连接于相关的叶片接头21。阻尼器四各自优选地是可在至少两个弹簧刚度之间选择性地切换，使得桨毂11容易构作成具有选定的面内刚度值(in-plane stiffness values) 0面内刚度可选择的优点在于，可以使得桨毂11足够刚硬以在飞机驻留在一表面上时防止地面共振状况，而在飞行期间可使桨毂11柔软一些，以便使桨毂11各部件或飞机其他部件上的负荷和疲劳最小。阻尼器四优选地是通过电驱动来进行切换，虽然也可另外采用其他类型的驱动，且阻尼器四的切换优选地是由飞机控制系统自动控制。比如，飞机控制系统可以按照飞机处在选定的邻近地面范围内的信号或按照传感器产生的表明起落架接触地面的信号来将阻尼器四切换到较为刚硬的设定点。图2至图4表明本发明旋翼桨毂的简化的、三叶片另一实施例。图2是分解视图， 图3是组件的局部剖开的视图，而图4是组件的截面平面视图。参照三图可见，桨毂31包括中心件33、叶片套板35和叶片接头37。中心件33适于固定地安装支柱34。套板35是环形的并在挥舞铰链39处铰接于中心件33。这允许装接于叶片接头37的叶片(未画出) 的面外挥舞运动。每一叶片接头37在接头37的外端内配装叶片的根部一端，而每一接头 37的内端用俯仰角柄支架41连接于相关套板35的外端。每一接头37可以围绕相关的俯仰轴线43转动，而各叶片的俯仰利用支架41上的俯仰角柄45进行控制。弹性承座47装放在每一支架41的凹槽49之内以保证支架41和接头37围绕穿过每一承座47中心的导前/延后轴线51的面内-弦向枢转。弹性承座47和挥舞铰链39 二者均位于套板35内， 这两个铰链的轴线是不重合的。这样的结构便于桨毂31各部件的更好组装，尤其是在偏转式旋翼应用场合。由于桨毂31由支柱34使之转动，各叶片的离心载荷经由接头37传向支架41并从支架41传向承座47。载荷然后从承座47传向套板35并从套板35传向中心件33。柱 53从每一承座47的内端伸出，柱53穿过相应支架41凹槽49上的孔眼55。柱53的内端 57接合多弹簧刚度阻尼器59，柱53伸进阻尼器59外壁63上的孔口 61并接合活塞65。虽然示出带有弹性承座(elastomeric bearing) 47，但本发明的桨毂可以以任何适当的结构予以制作，包括将销钉或类似连接装置用于导前/延后铰链。叶片围绕相关导前/延后轴线51的面内运动导致柱53的成比例面内运动。由于柱53位于轴线51的内侧，柱53的面内运动的方向相反于叶片的运动。这一运动导致活塞 65沿轴线67的位移，后者受到弹性密封件69、71的隆起和/或剪切变形的阻抗。每一阻尼器59可选择性地在至少两个弹簧刚度之间切换，包括桨毂31使用时，允许桨毂31在至少两个面内刚度值之间切换。阻尼器59，如图4之中所示，是本发明的可切换、多弹簧刚度阻尼器的一个实例， 可以用在本发明的桨毂中，虽然其他类型的可选择性地切换的多弹簧刚度阻尼器也可以采用。阻尼器59的较为详细的视图示于图5至7之中并说明如下。参照图5，阻尼器59以横剖面平面视图表明。弹性密封件69、71固定地安装于外壳75的内表面73并固定地安装于活塞65的外表面77。密封件69、71优选地是制成为“三明治”构造，具有交替的各层弹性材料59和刚性非弹性材料81，诸如金属。这一类型的结构在大体上垂直于各层方向上几乎是不可压缩的，但此结构允许有限大小的剪切运动。每一密封件69、71密封地接合内表面73和外表面77以在外壳75内形成流体腔 83、85。每一流体腔83、85与活塞65的端部相邻并装有优选地是不可压缩的流体，诸如液压流体或油液。流体可以经由活塞65上形成的并从活塞65 —端伸向活塞65另一端的通道87、89、91、93在腔室83、85之间流动。孔眼95位于外表面77上，用于装放从弹性承座 47伸出的柱53(图2)的内端57。主阻尼通道87具有阀装置，诸如回转阀97，用于控制流体经由主通道87的流动。 如图5之中所示，阀97的阀通道99可以与主通道87对准，以便允许流体经由主通道87在腔室83、85之间自由地流动。阀97可以在这“开启”和“关闭”位置之间转动，在关闭位置上，阀通道99被转动而不对准于主通道87，防止流体流经通道87。辅助通道89，优选地是横截面积小于通道87，延伸穿过活塞65用于连通腔室83、85。辅助通道89不具有阀装置， 所以流体总是被允许经由辅助通道89在腔室83、85之间流动。旁路通道91、93也延伸穿过活塞65并连通腔室83、85。每一旁路通道91、93分别具有单向、弹簧偏压式止回阀，101 和103两件，以便允许流体只在腔室83、85之一中出现超压时流过旁路通道91、93。腔室 83、85之中的超压将克服对置止回阀101、103中的弹簧力量，迫使阀101、103离开旁路通道 91、93中的座定位置。流体然后流经旁路通道91、93，直至超压下降得足以使得旁路阀101、 103座定为止，停止流体的流动。图6和7表明工作中的阻尼器59。参照图6，表明在阻尼器被切换到两个可供使用的弹簧刚度之中的柔软刚度时，阻尼器59响应于柱53在由箭头105所示方向上的运动。 回转阀97处在开启位置上，此时阀通道99对准于通道87而允许流体经由通过87在腔室 83,85之间流动，流体也可以经由通道89在流体腔83、85之间流动。当柱53的运动导致活塞65相对于外壳75朝向腔室85运动时，如图中所示，此运动受到使密封件69、71变形所需的剪切力的阻抗，密封件69、71固定地装接于外壳75和活塞65。剪切力为阻尼器59提供了弹簧刚度Kjwr此外，与腔室85相邻的活塞65端部施加压力于腔室85中的流体，迫使流体流过通道87、89，这用作阻尼活塞65的振荡的液体约束。参照图7，图中表明当阻尼器被切换到两个可供使用的弹簧刚度之中的刚硬者时阻尼器59响应于柱53在由箭头105所示方向上的运动。回转阀97处在关闭位置上，此时阀通道99不对准于通道87而防止流体经由通道87在流体腔83、85之间流动。流体可以经由通道89在腔室83、85之间流动。当柱53的运动导致活塞65相对于外壳75并朝向腔室85运动时，如图中所示，此运动受到使密封件71隆起变形所需力量的阻抗。由于腔室85 中的流体被限制于只流过辅助通道89，所以，由活塞65对腔室85中的流体造成的流体压力致使密封件71的中心部分向外隆起。所需的力量为阻尼器69提供弹簧刚度Kgag，1(83§是大于Kjra的值。对于流体流经通道89的流动约束阻尼了活塞65的振荡。本发明的阻尼器可以具有一只活塞，诸如阻尼器59(图4)，或者可以具有多于一只的活塞，诸如阻尼器四(图1)。阻尼器四、59优选地是具有约+/-1. 00英寸的行程，虽然阻尼器四、59为特定用途可以制作成任何适当的尺寸。本发明的各阻尼器表明为具有穿过活塞的一些通道，虽然可以另外采用途经阻尼器外壳的一些通道。本发明的阻尼器具有若干优点，包括(1)为导前/延后阻尼提供可选择性地切换的弹簧刚度；(2)提供一种小型、轻便的可切换式阻尼器用在本发明的旋翼桨毂中；以及 (3)提供一种防止地面共振状况同时使飞机部件上的负荷和疲劳最小的方法。虽然本发明已经参照图示的各实施例予以说明，但此说明并不企图被认为是带限制意义的。图示各实施例的一些修改和组合，以及本发明的其他各实施例，对于本技术领域中的熟练人员来说，参照本说明就会是显见易明的。
权利要求
1.一种双弹簧刚度阻尼器，包括 活塞，该活塞具有外表面， 第一端部，以及第二对置端部； 外壳，该外壳具有 内表面；第一弹性密封件，密封接触第一端部处的活塞的外表面和外壳的内表面； 相邻于所述活塞的第一端部的第一流体腔；第二弹性密封件，密封接触第二端部处的活塞的外表面和外壳的内表面； 相邻于所述活塞的第二端部的第二流体腔；延伸穿过所述活塞的主通道，所述主通道流体连通所述第一流体腔和第二流体腔； 设置在所述活塞中的回转阀，所述回转阀适于关闭和打开所述主通道；以及操作关联于所述回转阀的开关，所述开关适于控制所述回转阀。
2.根据权利要求1所述的双弹簧刚度阻尼器，还包括延伸穿过所述活塞的辅助通道，所述辅助通道与第一流体腔和第二流体腔流体连通。
3.根据权利要求1所述的双弹簧刚度阻尼器，所述第一弹性密封件包括 弹性材料层；以及刚性、非弹性材料层。
4.根据权利要求1所述的双弹簧刚度阻尼器，所述第二弹性密封件具有 弹性材料层；以及刚性、非弹性材料层。
5.根据权利要求1所述的双弹簧刚度阻尼器，还包括延伸穿过所述活塞的旁路通道，所述旁路通道与所述第一流体腔和第二流体腔流体连通，所述旁路通道适于限制第一流体腔与第二流体腔之间的压力失衡。
6.根据权利要求5所述的双弹簧刚度阻尼器，还包括 位于所述旁路通道内的旁路阀。
7.根据权利要求1所述的双弹簧刚度阻尼器，还包括 操作关联于所述回转阀的开关。
8.一种方法，包括设置适于将活塞保持在其中的外壳；采用第一弹性密封件将活塞的第一端部密封至所述外壳的内表面； 采用第二弹性密封件将活塞的第二端部密封至所述外壳的内表面，所述活塞的第二端部相对置于所述活塞的第一端部；在所述活塞的第一端部处形成第一流体密封流体腔； 在所述活塞的第二端部处形成第二流体密封流体腔；采用设置在所述活塞中的主通道提供从第一流体腔到第二流体腔的流体连通；以及采用回转阀限制流体流通过所述主通道。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括采用设置在所述活塞中的辅助通道提供从第一流体腔到第二流体腔的流体连通。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括采用延伸穿过所述活塞的旁路通道限制第一流体腔与第二流体腔之间的压力失衡。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括 采用开关电操作所述回转阀。
全文摘要
一种阻尼器具有一活塞，后者具有轴线、外表面和对置的两端。各弹性密封件密封接触活塞的外表面，各密封件共轴线于活塞并将活塞的运动限制于沿着活塞轴线的一条路径。各密封件还形成邻近活塞两端的两个流体腔。一主通道连通各流体腔，而一可任由选择地切换的阀可控制经由主通道从两腔室之一的另一腔室的液体流动。当允许液体流经主通道时，活塞的运动由一由于为形成各密封件剪切变形而需的剪切力所致的第一弹簧刚度予以阻抗。当限制液体流经主通道时，活塞的运动由一由于为形成各密封件隆起变形而需的液压力所致的第二弹簧刚度予以阻抗。
文档编号F16F7/00GK102182787SQ20111012213
公开日2011年9月14日 申请日期2004年8月27日 优先权日2003年8月27日
发明者丹尼尔.B.罗伯逊, 克里斯托弗.M.博思韦尔, 劳伦斯.M.科索, 厄恩斯特.C.谢尔哈斯, 小詹姆斯.L.布拉斯韦尔, 布赖恩.巴斯金, 弗兰克.B.斯坦普斯, 戴维.A.波佩尔卡, 托马斯.C.坎贝尔, 托马斯.J.纽曼, 查尔斯.L.霍利蒙, 迈克尔.R.史密斯 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司