一种混合式电控旋翼

本发明涉及直升机操控，尤其涉及一种混合式电控旋翼。

背景技术：

1、直升机具有垂直起飞，空中悬停，以及向任意方向飞行的特殊飞行能力，这些功能是通过操纵旋翼获得的。目前处于研究热门的是电控旋翼，又称无自动倾斜器旋翼，使用旋转系下的作动机构实现旋翼控制，常见的电控旋翼有以下两种构型，后缘襟翼与桨根作动。后缘襟翼构型通过操纵位于桨叶后缘的襟翼偏转来实现桨叶的变距，进而实现对旋翼的操纵。然而，驱动襟翼的作动器要么布置于桨叶内部，在强离心力场下工作，其体积、重量受到限制，散热困难，且不便于维护；要么作动器布置在桨叶根部，通过桨叶内部的传动机构操纵襟翼偏转，这样虽然减小了作动器所受的离心力，但是驱动襟翼需要更大的扭矩，超长的传动机构存在着可靠性低的问题，在传动过程中可能出现卡死，且对桨叶的设计和制造工艺提出很高的要求。

2、为了克服后缘襟翼的缺陷，又出现了桨根驱动的方法，即利用布置在桨叶根部的作动器直接驱动桨叶变距，直接实现旋翼的操纵。但是这种方法要求作动器控制旋翼总距与周期变距，作动器不仅要输出巨大的力矩带动桨叶变距，同时还要能频繁往复作动，因此作动器以及其相关电子控制系统往往十分复杂且庞大，需要付出许多重量代价。

3、除此之外，目前任何构型的直升机，包括电控旋翼在内，均采用单一的旋翼操纵，即一套控制机构同时负责旋翼总距和周期变距，尽管有的方案中在传感器检测和电气电路方面做了多重冗余，但是在作动器层面没有备份，当遇到作动器失效时，就会立刻失去对旋翼的控制，这在飞行中是十分危险的。

4、总的来说，如何降低电控旋翼中作动器受到体积和重量限制程度，并还同时提升电控旋翼的安全冗余程度，成为了需要研究的课题。

技术实现思路

1、本发明的实施例提供一种混合式电控旋翼，能够降低电控旋翼中作动器受到体积和重量限制程度，并还同时提升电控旋翼的安全冗余程度。

2、为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

3、一种混合式电控旋翼，包括：总距作动系统(1)、周期变距作动系统(2)、桨叶(3)、旋翼轴(4)和桨毂(5)；所述桨叶(3)通过桨毂(5)与旋翼轴(4)连接；与目前已有的旋翼结构类似的，桨叶(3)与桨毂(5)之间也设置有挥舞铰、摆振铰和变距铰，挥舞铰、摆振铰和变距铰的具体安装方式，本实施例中不再赘述；总距作动系统(1)通过总距作动器(6)带动桨叶(3)从而进行总距运动；周期变距作动系统(2)通过改变后缘襟翼(9)的偏转角度，产生相对于桨叶(3)变距轴线的俯仰力矩，从而进行周期变距。

4、其中，距作动系统(1)包括总距作动器(6)、变距拉杆(7)和扭力臂(8)；周期变距作动系统(2)，包括：襟翼(9)、襟翼传动机构(10)和周期变距作动器(11)。本实施例中的总距作动器(6)用于控制旋翼总距，作为总距作动器(6)要求作动器输出大，而对重量限制比较宽松，本发明实施例中可以采用输出扭矩为2nm，输出频率小于10hz的作动器作为总距作动器(6)。周期变距作动器(11)用于对桨叶施加周期性的力或力矩，本发明中周期变距作动器一般位于桨叶上，因此要求作动器重量尽可能轻，本发明实施例中可以采用输出幅值小于1nm，输出频率大于10hz的作动器作为周期变距作动器(11)。

5、进一步的，周期变距作动系统(2)安装在桨叶(3)上；总距作动系统(1)安装在桨毂(5)上；其中可选的，总距作动系统(1)安装在桨毂(5)与桨叶(3)连接处，总距作动器(6)的输出端连接变距铰。

6、可选的，在桨叶(3)的末端安装有可动桨尖(12)，在桨叶(3)内部安装桨叶扭转传动机构(13)并连接可动桨尖(12)；周期变距作动器(11)通过带动桨叶扭转传动机构(13)，从而带动可动桨尖(12)进行上下周期偏转，以便于通过改变桨尖高动压区迎角来产生周期扭矩，使桨叶(3)进行周期变距。

7、可选的，在桨叶(3)上安装有分布压电式作动器(14)，通过分布式压电作动器(14)使桨叶(3)产生周期弹性扭转，从而使桨叶(3)进行周期变距。

8、本发明实施例提供的混合式电控旋翼，相对比于现有的自动倾斜器旋翼操纵系统，本发明不再使用自动倾斜器、机械/液压操纵杆系，可以减轻作动器以及相关机构的体积和重量，从而降低电控旋翼中作动器受到体积和重量限制程度；同时使用两种不同的旋翼操纵技术，实现旋翼总距和周期变距的独立操纵控制，不仅对作动器的要求降低，更容易实现，在特殊情况下，可依靠其中任意一种操纵技术实现旋翼的控制，使得旋翼操纵具有多重冗余度，从而提升电控旋翼的安全冗余程度。

技术特征：

1.一种混合式电控旋翼，其特征在于，包括：总距作动系统(1)、周期变距作动系统(2)、桨叶(3)、旋翼轴(4)和桨毂(5)；

2.根据权利要求1所述的混合式电控旋翼，其特征在于，总距作动系统(1)包括总距作动器(6)、变距拉杆(7)和扭力臂(8)；

3.根据权利要求2所述的混合式电控旋翼，其特征在于，周期变距作动系统(2)安装在桨叶(3)上；

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的混合式电控旋翼，其特征在于，周期变距作动器(11)安装在桨叶(3)内部。

5.根据权利要求4中任意一项所述的混合式电控旋翼，其特征在于，周期变距作动系统(2)驱动桨叶(3)尖部高动压区域进行扭转。

6.根据权利要求3所述的混合式电控旋翼，其特征在于，总距作动器(6)通过总距作动器支架(15)与桨毂(5)连接；

7.根据权利要求3所述的混合式电控旋翼，其特征在于，周期变距作动器(11)安装在桨叶(3)的根部，襟翼传动机构(10)的一端连接周期变距作动器(11)，襟翼传动机构(10)的另一端连接后缘襟翼(9)；

8.根据权利要求3所述的混合式电控旋翼，其特征在于，在总距作动系统(1)处于失效状态下，由周期变距作动系统(2)产生恒定的俯仰力矩，从而进行总距控制；

9.根据权利要求3所述的混合式电控旋翼，其特征在于，在桨叶(3)的末端安装有可动桨尖(12)，在桨叶(3)内部安装桨叶扭转传动机构(13)并连接可动桨尖(12)；

10.根据权利要求3所述的混合式电控旋翼，其特征在于，在桨叶(3)上安装有分布式压电作动器(14)，通过分布式压电作动器(14)使桨叶(3)产生周期弹性扭转，从而使桨叶(3)进行周期变距。

技术总结
本发明实施例公开了一种混合式电控旋翼，涉及直升机操控技术领域，能够降低电控旋翼中作动器受到体积和重量限制程度，并还同时提升电控旋翼的安全冗余程度。本发明包括：不再使用自动倾斜器、机械/液压操纵杆系，可以减轻作动器以及相关机构的体积和重量，从而降低电控旋翼中作动器受到体积和重量限制程度；同时使用两种不同的旋翼操纵技术，实现旋翼总距和周期变距的独立操纵控制，不仅对作动器的要求降低，更容易实现，在特殊情况下，可依靠其中任意一种操纵技术实现旋翼的控制，使得旋翼操纵具有多重冗余度，从而提升电控旋翼的安全冗余程度。

技术研发人员：叶绵鸿,陆洋,王昶天,袁杨,秦港
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9