用于能够悬停的飞行器的旋翼的制作方法

优先权声明

本申请要求于2016年12月30日提交的欧洲专利申请第16207535.2号的优先权，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种用于能够悬停的飞行器、特别是直升机或推力换向式飞机的旋翼。

背景技术：

已知的直升机包括机身、从机身向上突出的主旋翼以及设置在机身尾部的尾旋翼。

此外，已知的直升机包括涡轮机、将运动从涡轮机传递至主旋翼的主传动组以及将运动从主传动组传递至尾旋翼的附加传动组。

主旋翼和尾旋翼各自包括：

-固定壳体；

-主轴，其通过主传动组或附加传动组驱动为围绕其自身的轴线旋转；

-毂，其被主轴驱动旋转；以及

-多个桨叶，它们相对于毂铰接。

主轴、毂和桨叶被驱动为相对于固定壳体以第一旋转速度围绕轴线旋转。

本领域需要以不同于主轴和毂的第一旋转速度的第二旋转速度来驱动旋翼内的辅助部件，而不影响旋翼的最终尺寸和重量，并且不需要实质上重新设计旋翼。

例如，驱动辅助部件可以表现为基于反向旋转块的减振器，其需要根据主轴的旋转速度被调节到指定的振动频率；这要求块以与主轴的用模数表示的旋转速度不同，并且对于其中一个块来说在方向上也不同。

us-a-2015/0153812公开了一种根据权利要求1的前序部分的旋翼。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于能够悬停的飞行器的旋翼，其满足上述要求中的至少一个。

上述目的通过涉及权利要求1所要求保护的用于能够悬停的飞行器的旋翼的本发明得到实现。

附图说明

为了更好地理解本发明，在下文中通过非限制性举例的方式并参照附图公开了三个优选实施方式，其中：

-图1是包括根据本发明的旋翼的直升机的示意图；

-图2是图1的旋翼的第一实施方式的横截面；

-图3是图1的旋翼的第二实施方式的横截面；以及

-图4是图1的旋翼的第三实施方式的横截面。

具体实施方式

参照图1，附图标记1表示能够悬停的飞行器、特别是直升机。

直升机1基本上包括(图1)具有机头5的机身2；装配到机身2的顶部上并可围绕轴线a旋转的主旋翼3；以及装配到在与头部5相对的一端从机身2突出的垂直安定面上的反力矩尾旋翼4。

更具体地，主旋翼3为直升机1提供使其升高的升力以及使其向前移动的推力，而旋翼4在垂直安定面上施力以在机身2上产生矫直力矩。矫直力矩平衡由主旋翼3在机身2上施加的力矩，否则该力矩会使机身2围绕轴线a旋转。

直升机1还包括：

-一对涡轮机6(仅示出其中一个)；

-主传动组7，其传递来自涡轮机6的运动；以及

-附加传动组8，其将运动从主传动组7传递至尾旋翼4。

参照图2，旋翼3基本上包括：

-支撑元件10，其固定至机身2；

-主轴11，其可相对于支撑元件10围绕轴线a旋转；

-毂12，其与主轴11旋转地整合；以及

-多个桨叶13(图2中仅示出其中两个)，它们铰接在毂12上。

在所示的实施方式中，支撑元件10相对于轴线a是固定的。

主轴11、毂12和桨叶13被驱动为以旋转速度ω1围绕轴线a旋转。

此外，支撑元件10、主轴11和毂12是中空的。

旋翼3还包括行星齿轮系17，其将运动从主传动组7的端轴(未示出)传递至主轴11和毂12。

详细地说，行星齿轮系17与轴线a同轴并且包括：

-太阳齿轮20，其被驱动为围绕轴线a旋转并包括径向外齿；

-多个行星齿轮21(图1中仅示出两个)，它们各自包括与太阳齿轮20啮合的径向内齿以及与支撑元件10限定的径向内齿啮合的径向外齿；以及

-承载件22，其与行星齿轮21和主轴11旋转地整合并且与它们连接。

特别地，支撑元件10用作行星齿轮系17的固定冠部23。

行星齿轮21围绕平行于轴线a的相关轴线e旋转并围绕轴线a转动。

有利地，旋翼3包括传动组33，其包括在本说明书的下文中称为支撑元件36的输出元件，其以与主轴11和毂12旋转的旋转速度ω2不同的旋转速度ω1围绕轴线a旋转。

在所示的实施方式中，传动组33包括行星齿轮系37。

旋翼3还包括：

-轴35，其平行于轴线a伸长并固定至支撑结构10；

-支撑元件36，其支撑源30并可以旋转速度ω1围绕轴线a旋转；

-磁场的源30，其被驱动为以第一旋转速度ω1围绕轴线a旋转；以及

-导电元件32，其操作性地连接至主轴11并且被驱动为以不同于第一旋转速度ω1的第二旋转速度ω2旋转。

在该实施方式中，所示的旋转速度ω1和ω2指向彼此相反的分别的方向。

导电元件32与源30电磁耦合，使得在使用中在导电元件32自身中磁性地引起电动势。

以这种方式，源30和导电元件32形成发电机，由于旋转差速ω2-ω1，该发电机在连接至与主轴旋转地整合的毂12的桨叶13中引起电动势并因此引起电流。

在所示的实施方式中，发电机是轴向磁通电机，其中由源30产生的磁场主要平行于轴线a指向。

在所示的实施方式中，源30包括多个永磁体81，而导电元件32是导电线圈的绕组。

支撑元件36包括：

-围绕轴线a伸长的轴38；

-与轴线a正交地从轴38突出的一对盘39。

盘39包括分别的面部40，该面部沿轴线a彼此面对并且永磁体81装配到其上。

行星齿轮系37基本上包括：

-由轴38的轴向端齿轮45限定的径向外齿，其设置在轴向上与支撑结构10相同的一侧上；齿轮45用作行星轮系的太阳齿轮；

-多个行星齿轮46，它们围绕与轴线a平行并与轴线a错开的分别的轴线f延伸，并且各自具有相对于相关轴线f的径向外齿，该径向外齿与端齿轮45的径向外齿啮合；

-承载件47，其与行星齿轮46旋转地整合并且在轴向一侧上与其连接，并在轴向另一侧上连接至轴35；以及

-环形的环48，其连接至毂12并与其旋转地整合，并且包括相对于轴线a的径向内齿，该径向内齿与行星齿轮46的径向外齿啮合。

行星齿轮46围绕分别的轴线f旋转，并围绕轴线a转动。

毂12包括：

-管状的主体51；以及

-一对环52、53，它们朝向轴线a并与轴线a正交地从主体51延伸。

环52在轴向上与轴35相对的一侧上界定毂12。

环53在轴向上插在环52、48之间。此外，环48朝向轴线a并与轴线a正交地从主体51延伸。

导电元件32装配到环52上。

环52在轴向上插在支撑元件26的盘39之间。

以这种方式，导电元件32面向永磁体81。因此，永磁体81根据法拉第定律在导电元件32上引起电动势。

环52、53在其中插入径向间隙的情况下分别环绕轴38和轴35。

因此，可以认定旋翼3内围绕轴线a具有相对的旋转速度的三个组件：

-支撑结构10和轴35，它们围绕轴线a是固定的；

-支撑元件36和源30，它们围绕轴线a在第一方向上以旋转速度ω1旋转；以及

-主轴11、具有导电元件32的毂12，它们围绕轴线a在与第一方向相反的第二方向上以旋转速度ω2旋转。

旋翼3还包括中空的导流板85，其连接至毂12的轴向端部并且与毂12旋转地整合。

导流板85在轴向上与支撑结构10相对的一侧上界定旋翼3。

导流板85容纳一个盘39、轴38的与轴46相对的轴向顶端部以及盘52。

此外，导流板85容纳用于控制永磁体81和导电元件32的电子控制单元86以及其他系统，例如ac/dc转换器。

在一个实施方式中，导流板85设置有电力储存装置89，其通过在导电元件32内流动的电流充电。

导流板85由金属制成并包括多个导热环90，在所示的实施方式中，导热环90连接至环52。

导电元件32通过电线87与桨叶13电连接。

以这种方式，桨叶13可获得电流。

在一个实施方式中，桨叶13包括嵌在桨叶13自身内部并且被供应电流的电路。

该电路用作防冰或除冰系统。

在另一个实施方式中，桨叶13包括被供应电流的致动器。

相对于轴线a，旋翼3还包括：

-轴承100，其相对于轴线a在径向上插在轴38与毂12之间；

-一对轴向间隔开的轴承101，它们相对于轴线a在径向上插在轴35与主轴11和毂12之间。

在另一个实施方式中，传动组33的输出元件操作旋翼3的辅助部件。

在使用中，主传动组7的端轴驱动行星齿轮17的太阳齿轮20围绕轴线a旋转。因此，行星齿轮21和承载件22也围绕轴线a旋转，从而驱动主轴11、毂12和桨叶13围绕同一轴线a旋转。桨叶13被毂12驱动为围绕轴线a旋转，并且可以通过已知的方式相对于毂12移动。

毂12、环48并因此导电元件32围绕轴线a以旋转速度ω2绕轴线旋转。

同时，行星齿轮系37接收来自围绕轴线a以旋转速度ω2旋转的环48的运动，并且驱动支撑元件36围绕轴线a以旋转速度ω1旋转。

特别地，与毂12为一体的环48与围绕轴线a固定的行星齿轮46啮合，并且行星齿轮46与和支撑元件36旋转地整合的齿轮45啮合。

在一个实施方式中，支撑元件36支撑源30。因此，源30和永磁体81被驱动为以旋转速度ω1旋转。此外，导电元件32以与旋转速度ω1不同的旋转速度ω2旋转，并且永磁体81和导电元件32沿轴线a彼此面对。

因此，根据法拉第定律，在与毂12旋转地整合的导电元件32中磁性地引起电动势。

电线87将电动势从毂12上的导电元件32传递至桨叶13。

该电动势用于多种目的。

例如，它可用于给桨叶13内的电路供电并提供除冰或防冰功能。

替代地或组合地，电动势可以用于操作装配到桨叶13上的致动器，例如，用于进行主动的气动控制。

由源30和导电元件32的运行产生的热量通过下述方式消散：

-由于导流板85内连续流动的空气而通过对流来消散；由于与结冰条件相关联的低空气温度，这在防止结冰的情况下特别有利；以及

-由于导流板85由金属制成并包括用于散热的环90而通过传导消散。

在涡轮机6发生故障的情况下，储存在容纳在导流板85中的电力储存装置89中的电力例如可以用于在安全完成自转操纵所需的有限时间内维持毂12的自转。

在另一个实施方式中，传动组33的输出元件操作旋翼3的辅助部件。

参照图3，3’整体表示根据本发明第二实施方式的主旋翼。

旋翼3’与旋翼3类似，并且在下文中仅针对它们的不同之处进行描述；在可能的情况下，将用相同的附图标记表示旋翼3、3’的相应或等同的部分。

特别地，旋翼3’与旋翼3的不同之处在于，承载件47和支撑元件36’在轴向上容纳在毂12’的轴向尺寸内。

详细地，替代环52、53和环48，毂12’包括：

-环形的盘52’，其从主体51的设置在导流板85那一侧上的轴向端部朝向轴线a突出并且位于与轴线a正交的平面上；

-圆柱形的壁53’，其从盘52’的径向内端朝向支撑结构10突出、与轴线a同轴并具有小于主体51的轴向长度；以及

-环48’，其从壁53’的与盘52’相对的轴向端部突出并位于与轴线a正交的平面上。

特别地，环48’相对于轴线a包括：

-径向外部49’，其在轴线a的相对两侧在壁53’的径向外侧延伸；以及

-径向内部50’，其在壁53’的径向内侧朝向轴线a延伸。

支撑元件36’与支撑元件36的不同之处在于包括：

-管状的主体105’，其围绕轴线a延伸、环绕轴35的设置在导流板85那一侧上的轴向端部并且可相对于固定的轴35以旋转速度ω1围绕轴线a旋转；

-盘106’，其位于与轴线a正交的平面上，并且从主体105’的设置在支撑结构10那一侧上的轴向端部径向突出；

-管状的壁107’，其围绕轴线a延伸、与主体105’径向相对、在支撑结构10那一侧上从盘106’的径向外端轴向突出并且与毂12’的主体51分开径向间隙；以及

-盘108’，其从壁107’的与盘106’相对的轴向端部并朝向轴线a在径向上突出。

盘108’由与盘52’分开轴向间隙，并且与壁107’分开径向间隙。

永磁体81装配在盘108’和盘106’上并且在轴向上彼此面对。

环48’的部分49’在轴向上插在盘106’、108’之间，并将导电元件32支撑在永磁体81之间的轴向插入位置。

支撑元件36’与支撑元件36的不同之处在于包括：

-承载件110’，其从轴35的轴向端部在轴向上突出并且位于与轴线a正交的平面上；以及

-多个行星齿轮111’，它们装配到承载件110’上，并且各自与环48’的部分50’的径向内齿和主体105’的径向外齿啮合。

以这种方式，行星齿轮系37’由固定的行星齿轮111’、与源30一起以旋转速度ω1旋转的主体105’以及与导电元件32一起通过毂12以旋转速度ω2旋转的环48’形成。

相对于轴线a，旋翼3’还包括：

-一对轴向间隔开的轴承115’，它们在径向上插在轴35与主体105’之间；

-轴承116’，其在轴向上插在壁53’与盘106’之间；以及

-轴承117’，其在径向上插在壁53’与承载件110’之间。

旋翼3’的操作类似于旋翼4的操作，因此不进行详细描述。

参照图4，旋翼3”与旋翼3类似，并且在下文中仅针对它们的不同之处进行描述；在可能的情况下，将用相同的附图标记表示旋翼3、3”的相应或等同的部分。

特别地，旋翼3”与旋翼3的不同之处在于，轴35与太阳齿轮20旋转地整合并且与其连接，并被驱动为以旋转速度ω0旋转。

此外，旋翼3”与旋翼3的不同之处在于，传动组36”的行星齿轮系37”接收来自以旋转速度ω0旋转的轴35的运动，并驱动支撑元件36”、源30和永磁体81围绕轴线a以旋转速度ω1旋转。

应注意，旋翼3”中的旋转速度ω1大于旋翼3中的旋转速度ω1。

因此，产生电动势的旋转差速ω2-ω1在旋翼3”中比在旋翼3中大。

因此，可以认定旋翼3”内围绕轴线a具有相对的旋转速度的三个组件：

-轴35，其在第一方向上围绕轴线a以旋转速度ω0旋转；

-支撑元件36”和源30，它们围绕轴线a在第一方向上以旋转速度ω1旋转；以及

-主轴11、具有导电元件32的毂12，它们围绕轴线a在第一方向上以旋转速度ω2旋转。

在所示的实施方式中，旋转速度ω0、ω1、ω2指向相同方向。

旋翼3”的操作与旋翼3类似，并且仅针对其与旋翼3的操作的不同之处进行描述。

特别地，太阳齿轮20驱动轴35和行星齿轮系37”的行星齿轮46以旋转速度ω0旋转。后者继而驱动支撑元件36”、源30和永磁体81围绕轴线a以旋转速度ω1旋转。

通过前面的说明，根据本发明的旋翼3、3’、3”的优点将变得显而易见。

特别地，行星齿轮系37、37’、37”驱动支撑元件36、36’、36”以旋转速度ω1旋转，该旋转速度ω1与主轴11和毂122被驱动为围绕相同的轴线a旋转时的旋转速度ω2不同。

因此，支撑元件36、36’、36”可以有利地用于支撑要被驱动为以旋转速度ω1旋转的辅助部件，例如旋转减振元件。

出于相同的原因，支撑元件36、36’、36”可以有利地用于支撑处于与导电元件32被驱动为旋转时的旋转速度ω2不同的旋转速度ω1的源30，以根据法拉第定律在装配到毂11上的导电元件32内产生电流。

使用行星齿轮系37、37’、37”是进一步有利的，因为它们在受限的轴向尺寸中提供高传动比。

因此，行星齿轮系37、37’、37”和支撑元件36、36’、36”可以容易地集成在旋翼3、3’、3”的常规尺寸中，而不需要对其进行任何重新设计。

出于相同的原因，行星齿轮系37、37’、37”和支撑元件36、36’、36”可以容易地在已经存在的旋翼3、3’、3”内进行改装。参照旋翼3’，行星齿轮系37’容纳在毂12的轴向尺寸内，因此基本上不会影响旋翼3’的总体轴向尺寸。

参照旋翼3”，行星齿轮系37”的承载件47装配到行星齿轮系17的以旋转速度ω0围绕轴线a旋转的太阳齿轮20上。

因此，可以在支撑元件36”与毂12之间实现比旋翼3和3’中的对应旋转差速更大的旋转差速ω2-ω1。

因此，即使如通常发生在旋翼3”是直升机1的主旋翼的情况下那样在毂12和主轴11被驱动为以特别低的旋转速度ω2旋转时也可以以高旋转速度ω1驱动支撑元件36”和辅助部件。

显然，可以对根据本发明的旋翼3、3’、3”进行改变，但不脱离所附权利要求中限定的范围。

特别地地，代替行星齿轮37、37’、37”，传动组33可以包括用于驱动支撑元件36、36’、36”以旋转速度ω1旋转的元件的其他传动装置。

此外，由源30和导电元件32形成的发电机可以是径向磁通电机，其中由源30产生的磁场主要相对于轴线a径向地指向。

此外，替代机械式的主传动组7和附加传动组8，旋翼3、3’、3”可以包括用于驱动旋翼3、3’、3”的电动马达。在这种情况下，旋翼3、3’、3”可以包括装配源30、163的定子和装配电路32、169的转子。

飞行器1可以是推力换向式飞机而不是直升机。

最后，旋翼3、3’、3”可以是反力矩尾旋翼，而不是主旋翼。