专利名称：用于减弱振动的旋翼桨叶间距的制作方法
技术领域：
本申请涉及用于旋翼航空器的旋翼系 统的一般领域。
背景技术：
旋翼航空器有许多不同类型，包括直升机，双旋翼直升机，倾斜旋翼航空器，四旋翼倾斜旋翼航空器，偏转翼航空器，和立式垂直起降航空器。在所有的这些航空器中，推力和/或升力是由通过多个旋转的旋翼桨叶形成的旋翼桨盘的空气流动产生的。一般来说，多个旋翼桨叶与可旋转的主轴机械地联接，且大体上围绕主轴均匀分布，而该主轴为多个旋翼桨叶提供旋转运动。图I描述了具有传统旋翼桨毂107a和107b的军用倾斜旋翼航空器101。旋翼桨毂107a和107b分别地被机械地联接到发动机舱103a和103b。发动机舱103a和103b是可旋转地分别联接到机翼构件105a和105b。机翼构件105a和105b是紧固联接到机身109上。旋翼桨毂107a和107b分别有多个旋翼桨叶Illa和111b。图I描绘了在直升机模式下，发动机舱103a和103b指向上方的倾斜旋翼航空器101。图2描绘了带有传统旋翼桨毂207a和207b的商用倾斜旋翼航空器201。旋翼桨毂207a和207b分别地被机械地联接到发动机舱203a和203b。发动机舱203a和203b是可旋转地分别联接到机翼构件205a和205b。机翼构件205a和205b是紧固联接到机身209上。旋转桨毂207a和207b分别有多个旋翼桨叶211a和211b。图2描绘了在飞机模式下，发动机舱203a和203b指向前方的倾斜旋翼航空器201。通常使用较多数量的旋翼系统的旋翼桨叶是有利的，而不是数量较少，以增加旋翼航空器的升力和/或推力。通常最小化旋翼系统中的振动也是有利的。该振动源于旋翼系统中，其沿旋翼主轴向下传递，然后进入航空器的机身。已经有很多尝试去减少这种振动，其中很多使用昂贵的减震器，也有带有阻尼器的复杂的活节。众所周知本领域有许多种旋翼航空器的旋翼系统，然而，仍然有相当大的改进空间。
本申请的系统的确信为新颖特征的特点阐述在所附的权利要求里。然而，对于系统本身，以及使用的优选模式，进一步的目标和优势，参照以下描述详情，同时结合浏览附图能被最好的理解，其中图I是现有技术的在直升机模式下的倾斜旋翼航空器的透视图；图2是现有技术的在飞机模式下的倾斜旋翼航空器的正视图；图3是倾斜旋翼航空器的正视图，在飞机模式下，具有根据本申请的一个优选实施例的旋翼桨毂；图4是在图3中的，根据本申请的一个优选实施例的航空器的旋翼桨毂的透视图5是根据本申请的一个可选实施例的旋翼桨毂的垂直方向的视图；以及图6是在图3中的，根据 本申请的一个可选实施例的旋翼桨毂的透视图。虽然本申请的系统易于进行各种修改和具有各种可替代形式，其具体的实施例通过附图和在此的详细描述以例子的方式被显示。然而，应当认识到，在此对具体实施例的描述意图不在将本发明限制在所披露的具体形式，而是与此相反，其意图是，覆盖落入如所附的权利要求所定义的精神和范围之内的所有变型、等同和替代。
具体实施例方式下面将描述本申请的系统的说明性的实施例。为了清楚起见，在本说明书中并非一个实际的实施的所有的特性都会被描述。当然会被理解的是，在任何这样实际的实施例的开发中，必须作出众多由实施特定的决定以实现开发者的特定具体目标，如遵守与系统相关和行业相关的规定，而这些在不同的实施中会有变化。此外，可被理解的是，这种开发的努力可能会很复杂和耗时，但是对受益于本公开的本领域的普通技术人员却是日常的业务。在说明书中，当描述附图中的装置时，可能会提及各组件之间的空间关系和各个组件不同侧面的空间方位。然而，如同完整地阅读过本申请的本领域技术人员将会认可的那样，此处所描述的装置、构件、设备等，可被定位在任何需要的方位。由于在此描述的装置可定位在任何想要的方向，因此使用如“上方”、“下方”、“上”、“下”或其他类似的术语来描述各个组件之间的空间关系或描述这些组件的各侧面的空间方位应被理解为是意在分别描述该组件之间的相对关系或这些组件的各侧面的空间方位。本申请的系统给出了用于旋翼航空器的旋翼系统和包含该旋翼系统的旋翼航空器。该旋翼系统包括具有六个旋翼桨叶的旋翼桨榖。六个旋翼桨叶呈角度地以30°和90°围绕旋转的主轴轴线交替递增分布。在优选实施例中，该旋翼桨叶的三个位于上平面，同时其它的旋翼桨叶位于下平面。在一个可选实施例中，所有的六个旋翼桨叶都处在横截主轴轴线的平面内。现在参照附图的图3和4，图3是在飞机模式下，旋翼航空器303的正视图。图4是旋翼航空器303的旋翼桨毂301a的透视图。旋翼桨毂301a机械地联接发动机舱309a。类似地，旋翼桨毂301b机械地联接发动机舱309b。发动机舱309a和309b可枢转地联接到机翼构件305a和305b。机翼构件305a和305b紧固联接到机身307。发动机舱309a和309b，被配置为相对机翼构件305a和305b在直升机模式和飞机模式下枢转地旋转，其中在直升机模式下发动机舱309a和309b是向上倾斜的，这样旋翼航空器303的飞行类似于传统的直升机，而在飞机模式下，发动机舱309a和309b是向前倾斜的，这样旋翼航空器303的飞行类似于传统的螺旋桨驱动的飞机。应当注意到，虽然如图3描述的是倾斜旋翼航空器，但是本申请的系统的范围不局限于此。相反，本申请的系统设想的旋翼航空器303可以是任意旋翼航空器的类型，如直升机，双旋翼直升机，倾斜旋翼航空器，四旋翼倾斜旋翼航空器，偏转翼航空器，或者立式垂直起降航空器。仍然参照图3和4，旋翼桨毂301a的六个旋翼桨叶311的角度间距与图I和2中的旋翼航空器101和201的旋翼桨叶均匀的角度间距形成对照。六个旋翼桨叶311以30°和90°交替的角度增量，围绕旋转的主轴轴线317有角度地相间隔。六个旋翼桨叶311以30°和90°交替的角度增量，围绕旋转的主轴轴线317有角度地相间隔，得到如自单个旋翼桨叶311测得的，方位角为0°、30°、120°、150°、240°和270°的位置。在优选实施例中，三个旋翼桨叶311被紧固至上旋翼轭架组件313，且余下的三个旋翼桨叶311被紧固至下旋翼轭架组件315。上旋翼轭架组件313的三个旋翼桨叶311以120°的增量相间隔。类似地，下旋翼轭架组件315的三个旋翼桨叶以120°的增量相间隔。下旋翼轭架组件315相对上旋翼轭架组件313超前30°，结果是所有 六个旋翼桨叶311以30°和90°交替的角度增量，围绕旋转的主轴轴线317有角度地相间隔。在旋翼桨毂301a中，上旋翼轭架组件313和下旋翼轭架组件315被紧固至旋翼主轴319，并以逆时针方向321围绕旋转的主轴轴线317旋转。旋翼桨毂301b是旋翼桨毂301a的对称形式，从而被配置为以旋翼桨毂301a的相反方向旋转。使旋翼桨毂301a和301b以相反方向旋转，从而避免了对扭矩抵消设备的需求，如尾旋翼。如上旋翼轭架组件313和下旋翼轭架组件315所示的是简化形式，但事实上是结构上复杂的组件，设计成可操作地紧固旋翼桨叶311至旋翼主轴319。一般地，旋翼航空器上的旋翼桨毂的运转所产生的振动来自于桨叶总距状态响应，该振动传送进旋翼主轴，并且进一步地进入航空器结构，例如机翼构件305a和305b，以及机身307。该振动可被称为n/rev振型，这里“n”是旋翼桨叶的数量，而“rev”代表转数。例如，具有四个等间距的旋翼桨叶的旋翼航空器将会产生4/rev的基本振型。另一个例子是具有六个等间距的旋翼桨叶的旋翼航空器将产生6/rev的基本振型。因此，旋翼航空器的设计必须考虑振型以使功能正确和安全。必须花费很多时间和精力以确保旋翼航空器的结构和设备被设计为可承受该振型。除了设计可承受振型的笨重的结构和设备外，可选的是尝试减弱和抑制旋翼航空器内的伴随着复杂，昂贵和笨重装置的振动。优选实施例的旋翼桨毂301a和301b具有独特的旋翼桨叶311间距配置以消除振型的显著部分，否则这将在现有技术的旋翼桨毂中产生。如下图所示，在旋翼桨毂301a和301b的旋翼桨叶311的独特间距消除了通常存在于现有技术的六桨叶旋翼系统中的6/rev的振型。由于旋翼桨叶311的交替的30°和90°的角度间距，当将六个旋翼桨叶311作为三个成对旋翼桨叶分析时，可能会产生一些3/rev的振型。然而，如下所示，该3/rev的振型是等间距的三桨叶旋翼系统将会产生的3/rev的振动量的一半，该等间距的三桨叶旋翼系统与旋翼桨毂301a和301b的6桨叶配置具有同样的性能。在旋翼桨毂301a和301b以及旋翼桨毂501的振动力的消除，可用以下基本方程来计算
6 / I、Whub = V -W COS (np I//
)在以上方程中，Whub代表在旋翼桨毂301a的总的做功。W代表旋翼桨叶311做功的标量和，这里n是桨叶的数量，以及np是谐波级次。W代表着每个旋翼桨叶311的方位角位置，每个方位角位置总是被从单个旋翼桨叶311上测量。例如，将6/rev的振型作为旋翼桨毂301a总的做功(Whub)的函数的计算如下
(\ \ (\ \ (\ \
Whub = -W cos(6x0。)+ -W cos(6x30°)+ -W cos(6xl20°) +
V6 ))J
权利要求
1.一种用于旋翼航空器的旋翼系统，包括 具有六个旋翼桨叶的旋翼桨毂； 其中每个旋翼桨叶为了减少振动，以30°和90°交替的角度增量，围绕旋转的主轴轴线有角度地相间隔。
2.根据权利要求I所述的旋翼系统，其中所述旋翼桨叶以单一方向围绕所述旋转的主轴轴线旋转。
3.根据权利要求I所述的旋翼系统，其中所述旋翼桨叶位于横截所述旋转的主轴轴线的单个平面内。
4.根据权利要求I所述的旋翼系统，其中所述旋翼桨叶中的三个位于上平面，而余下的三个旋翼桨叶位于下平面，每个平面均横截所述旋转的主轴轴线。
5.根据权利要求3所述的旋翼系统，其中所述旋翼桨叶通过旋翼轭架组件被联接至旋翼主轴。
6.根据权利要求4所述的旋翼系统，其中位于所述上平面的所述三个旋翼桨叶通过上旋翼轭架组件被联接至旋翼主轴，而位于所述下平面的所述三个旋翼桨叶的每一个通过下旋翼轭架组件被联接至所述旋翼主轴。
7.—种旋翼航空器,包括 机身；以及 旋翼桨毂，所述旋翼桨毂具有六个旋翼桨叶； 其中每个旋翼桨叶为了减弱振动，以30°和90°交替的角度增量，围绕旋转的主轴轴线有角度地相间隔。
8.根据权利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼桨叶以单一方向围绕所述旋转的主轴轴线旋转。
9.根据权利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼桨叶位于横截所述旋转的主轴轴线的单个平面内。
10.根据权利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼桨叶中的三个位于上平面，而余下的三个旋翼桨叶位于下平面，每个平面均横截所述旋转的主轴轴线。
11.根据权利要求9所述的旋翼航空器，其中所述旋翼桨叶通过旋翼轭架组件被联接至旋翼主轴。
12.根据权利要求10所述的旋翼航空器，其中位于所述上平面的所述三个旋翼桨叶通过上旋翼轭架组件被联接至旋翼主轴，而位于所述下平面的所述三个旋翼桨叶的每一个通过下旋翼轭架组件被联接至所述旋翼主轴。
13.根据权利要求7所述的旋翼航空器，其中所述旋翼航空器至少是直升机、双旋翼直升机、倾斜旋翼航空器、四旋翼倾斜旋翼航空器、偏转翼航空器和立式垂直起降航空器的其中之一。
全文摘要
一种用于旋翼航空器的旋翼系统，该旋翼系统是具有通过旋翼轭架组件联接至旋翼主轴的六个旋翼桨叶的旋翼桨毂。每个旋翼桨叶以30°和90°交替的角度增量，围绕旋转的主轴轴线有角度地相间隔。这样的旋翼桨叶间距减少了通过旋翼主轴传递进旋翼航空器的振动。
文档编号B64C27/00GK102712364SQ200980159459
公开日2012年10月3日 申请日期2009年5月22日 优先权日2009年5月22日
发明者约翰·E·布伦肯 申请人:贝尔直升机泰克斯特龙公司