一种适用于复合式飞机的旋翼折展机构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种可用于复合式飞机的旋翼折展机构，属于航空飞行器总体设计及旋翼收放机构的设计领域。
【背景技术】
[0002]常规直升机诞生以来，其飞行速度不高这个问题一直没有得到很好地解决。人们希望将直升机垂直起降和空中悬停能力与飞机高速飞行能力结合起来，研制一种兼顾两者优点的复合式飞行器。美国宇航局刘易斯研宄中心提出了 “X-机翼”旋翼飞行器概念。垂直起飞时，“X-机翼”通过高速旋转产生足够的升力升空；水平前飞时，“X-机翼”固定，成为固定翼飞机模式，依靠喷气发动机产生推进力。埃姆斯研宄中心提出了“圆盘式旋翼直升机”的设计方案。它在机身顶部安装了一个大直径圆盘充当旋翼桨盘整流罩，可在固定翼和旋翼之间转换。波音公司也在研宄“高速圆盘旋翼”飞行器。目前，DARPA和波音公司决定将“圆盘旋翼”直升机进一步推进为融合圆盘旋翼-机翼-推进发动机的“高速圆盘旋翼”飞机计划。这种复合式飞行器，飞行速度可以达到650千米/时，不仅可以高速飞到目标区，而且能在空中悬停，非常适合执行作战搜索和营救任务。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种适用于复合式飞机的旋翼折展机构，在满足复合式飞机折叠和展开两种状态下的性能要求的同时，充分发挥直升机的垂起悬停性能和飞机的高速飞行性能。本发明根据曲柄摇块机构提出了高速圆盘和差动折叠旋翼相结合的方案，充分考虑复合材料旋翼由于重力作用出现下垂的现象，通过差动机构使得旋翼从柔性星形桨毂上方绕过，最大程度上利用空间，减小由于旋翼桨叶折叠带来的飞机阻力。本发明最大程度上保留了常规旋翼系统的传力结构与操纵机构，在不切断旋翼桨叶的情况下，将旋翼桨叶全部收放到高速圆盘之中，实现了 40%的折展比例，有效地减小了旋翼系统在高速飞行过程中对飞机的影响，并可以减小飞行阻力，提供部分升力。
[0004]本发明提供的适用于复合式飞机的旋翼折展机构，包括旋翼桨叶、柔性星形桨毂、主轴和高速圆盘。可以实现旋翼桨叶的折叠和展开两种状态。所述的旋翼桨叶与柔性星形桨毂之间通过连接铰连接，并且具有锁定机构。所述的主轴为中空结构，高速圆盘为上表面和下表面均凸起的圆盘结构，圆盘结构侧面具有开口，开口数量对应旋翼桨叶的数量。所述高速圆盘下表面设计有圆筒结构，所述圆筒结构与机身之间轴承连接，实现高速圆盘的上下移动；所述高速圆盘内部具有转动轴，所述转动轴从主轴顶端穿入，并与固连在主轴内壁的差动机构连接，实现高速圆盘和主轴之间的差动旋转。
[0005]所述的折叠状态，当需要进行折叠时，主轴内部的差动机构运动，使主轴和高速圆盘产生角度差动，当主轴相对高速圆盘转动时，柔性星形桨毂将旋翼桨叶拉入高速圆盘中。
[0006]所述的展开状态，当需要进行展开时，主轴内部的差动机构运动，使主轴和高速圆盘产生角度差动，当主轴相对高速圆盘转动时，柔性星形桨毂将桨叶推出高速圆盘外。
[0007]本发明提供的适用于复合式飞机的旋翼折展机构，旋翼折展比例较高，可以达到40%以下，这样可以有效的减小旋翼系统的迎风面积，减小阻力。本发明的折展机构中的高速圆盘不产生升力，但由于旋翼系统桨叶内部20%的旋翼长度部分不产生升力，所以高速圆盘对整个旋翼的气动特性影响较小。
【附图说明】
[0008]图1是根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统桨叶展开状态下轴向视图；
[0009]图2是根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统桨叶折叠状态下侧向视图；
[0010]图3是根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统侧向半剖图的局部视图；
[0011]图4是根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统圆盘内部结构轴向视图局部视图；
[0012]图5是根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统柔性星形桨毂的轴向视图；
[0013]图6是曲柄摇块机构折叠状态示意图；
[0014]图7是曲柄摇块机构展开状态示意图；
[0015]图8是根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统展开状态俯视图剖视图；
[0016]图9是根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统展开状态侧视图剖视图；
[0017]图10是本发明中连接铰的倾斜角度示意图。
[0018]图中:
[0019]1.高速圆盘；2.旋翼桨叶；3.柔性星形桨毂；4.主轴；31.上夹板；
[0020]32.下夹板；33.球形轴承；34.星形件；51.曲柄；52.摇块；
[0021]53.基础；54.连接杆。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图描述本发明的实施例。
[0023]本发明提供的适用于复合式飞机的旋翼折展机构，在飞行过程中主要包括两个状态，分别为旋翼桨叶2展开状态和旋翼桨叶2折叠状态。当旋翼桨叶2展开时，旋翼桨叶2从高速圆盘I中伸出，高速圆盘I和旋翼桨叶2共同旋转，进而产生飞机所需要的升力以及一部分的方向操纵力，飞行模式同一般直升机相同，如图1 ;当旋翼桨叶2折叠时，旋翼桨叶2折入高速圆盘1，在平飞过程中可以减小旋翼系统产生的阻力，并能够利用高速圆盘I上表面凸出的气动外形产生一定的升力，折叠后的状态如图2。
[0024]根据本发明的一个实施例的旋翼折展机构，如图3所示，所述的折展机构包括高速圆盘1、桨叶2、柔性星形桨毂3及主轴4。其中高速圆盘I为上下表面均凸起的圆盘结构，并且在所述下表面具有圆筒结构，所述圆筒与机身之间轴承连接，高速圆盘I可以在竖直方向上上下移动；高速圆盘I内部具有转动轴，所述转动轴穿过中空主轴4的顶端与其内部的差动机构连接，实现高速圆盘I与主轴4之间的差动旋转。所述的主轴4的底端与机身内部的动力装置连接。旋翼桨叶2通过连接铰21连接到柔性星形桨毂3上，柔性星形桨毂3通过螺栓连接到主轴4上，柔性星形桨毂3上连接有用于操纵的总距变距操纵机构，如图
4。所述的主轴4为中空结构，中空结构内部设置差动机构，所述的差动机构的定子固定连接在主轴4上，转子连接高速圆盘I的转动轴，实现高速圆盘I与主轴4之间的角度控制。
[0025]如图4和图5所示，所述的柔性星形桨毂3由上夹板31、下夹板32、球形轴承33和星形件34组成。所述的上夹板31和下夹板32的外端通过连接铰21与桨叶2连接，使得旋翼桨叶2可以绕连接铰21相对柔性星形桨毂3旋转，旋翼桨叶2折叠或展开。所述上夹板31和下夹板32的内端分别通过球形轴承33与星形件34连接。
[0026]根据本发明的一个实施例的折展旋翼系统的折展状态如图1和图2所示。本发明的灵感来源于机械设计中的曲柄摇块机构如图6，该机构主要包括曲柄51、摇块52、基础53和连接杆54。当曲柄51绕轴旋转时，连接杆54会在摇块52中移动，该机构有两个极限位置。分别如图6、图7所示，两种状态下，连接杆54相对摇块52分别伸出和收回。如果各部分的尺寸设计合理，则可以实现连接杆在两种状态下的收放。并使得在收回状态下，连接杆54完全收回摇块52内。
[0027]根据所述的曲柄摇块机构，本发明中的折展旋翼系统的旋翼桨叶2相当于曲柄摇块机构的连接杆54，星形件34以及上夹板31、下夹板32组成的柔性星形桨毂3相当于曲柄51，高速圆盘I相当于基础53，高速圆盘I开口处对应曲柄摇块机构的摇块52 (旋翼桨叶2在折叠后，桨尖在所述高速圆盘I开口处留有适当长度，保证旋翼桨叶2的下次顺利展开)。旋翼桨叶2与柔性星形桨毂3通过连接铰相连，并且在所述的旋翼桨叶2和柔性星形桨毂3之间设置有锁定机构，在旋翼桨叶2旋转工作时，所述的锁定机构锁定，保证旋翼系统在周向运动过程中的刚度。在折展过程中，锁定机构打开，使得旋翼桨叶2与柔性星形桨毂3之间仅通过连接铰21连接。此时旋翼系统在差动机构的驱动下，柔性星形桨毂3相对于高速圆盘I转动，进而拉动旋翼桨叶2进入高速圆盘1，由于旋翼桨叶2在重力作用下的挠度，使得旋翼桨叶2从相邻柔性星形桨毂3的上方绕过，最终达到指定的收放状态，展开和折萱状