專利名稱：為槳葉系統(tǒng)提供撓性的組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對交通工具的旋翼的改進(jìn)。更特別地，本發(fā)明涉及用于航空器旋翼槳葉的擺動的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
在飛行中，當(dāng)直升機(jī)得到風(fēng)速(air speed)時(shí)，旋翼槳葉的旋轉(zhuǎn)速度增加了增加的風(fēng)速以及在前進(jìn)旋翼槳葉上的提升力。這樣使得前進(jìn)的旋翼槳葉向上擺動。當(dāng)旋翼槳葉的旋轉(zhuǎn)速度減小時(shí)，空氣提升力在退卻的旋翼槳葉上減小，使得退卻的旋翼槳葉向下擺動。每個(gè)旋翼槳葉的擺動可由軛容納，該軛連接在旋翼槳轂和旋翼槳葉之間，該旋翼槳轂與直升機(jī)的旋翼連接。主旋翼系統(tǒng)在授予Yao等人的美國專利No. 4650401、授予Covington等人的美國專利No. 5358381、授予Hamilton等人的5820344和授予Sims等人的美國專利No. 6708921 中描述的現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。Yao等人披露了一種直升機(jī)旋翼系統(tǒng)中的改進(jìn)的柔性部件。柔性部件由單絲纏繞充滿樹脂的材料制成，該材料包括纖維矩陣，并且形成在平帶中，該平帶通過旋翼系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)槳轂布置并且從平帶一體地延伸以形成過渡部件，然后形成具有X形橫截面的十字形柔性部件。Covington等人披露了一種連接直升機(jī)旋翼槳葉和直升機(jī)旋翼槳轂的軛。每個(gè)軛包括用于每個(gè)旋翼槳葉的臂，每個(gè)臂包括擺動撓性和槳葉水平懸轉(zhuǎn)撓性。擺動撓性容納來自垂直于旋翼槳葉的旋轉(zhuǎn)(“擺動”運(yùn)動)平面的旋翼槳葉運(yùn)動的絕大部分彎曲，槳葉水平懸轉(zhuǎn)撓性容納了來自旋翼槳葉的旋轉(zhuǎn)(“領(lǐng)先-滯后“運(yùn)動)平面中的旋翼槳葉運(yùn)動的絕大部分彎曲。Hamilton等人披露了一種直升機(jī)旋翼系統(tǒng)，其包括被構(gòu)造為撓性的帶，其具有簡單的幾何結(jié)構(gòu)。撓性帶用于連接旋翼槳轂組件和旋翼槳葉，并且由玻璃纖維形成。撓性帶的主負(fù)載承受纖維沿著與撓性帶的順翼展方向相同的方向延伸，以便承受作用在撓性帶上的離心力。Sims等人披露了一種復(fù)合擺動撓性，其中負(fù)載承受帶定位在該撓性的上、下表面上，并且次要負(fù)載承受軸線外的層定位在該撓性的中平面處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面涉及一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，其包括具有上曲面的上支撐板；具有下曲面的下支撐板；以及安置于所述上支撐板和所述下支撐板之間的軛(yoke)，所述軛具有上軛表面和下軛表面，所述上、下軛表面中的一個(gè)軛表面具有安置和固定在所述一個(gè)軛表面上的緩沖材料層，所述緩沖材料層沿著且遵循著所述一個(gè)軛表面的大體輪廓延伸，所述緩沖材料層直接接觸所述上支撐板的上曲面和所述下支撐板的下曲面中的一個(gè)。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，其包括 具有上曲面的上支撐板；具有下曲面的下支撐板；軛，其位于所述上支撐板和所述下支撐板之間且直接與所述上支撐板和所述下支撐板接觸，其中所述上曲面和所述下曲面中的一個(gè)是沒有形成圓的圓周的一部分的非圓形弧。根據(jù)下面結(jié)合附圖(附圖是公開內(nèi)容的一部分，以舉例的方式說明發(fā)明原理)進(jìn)行的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)會更容易理解。


附圖便于對本發(fā)明的不同實(shí)施例的理解。在這樣的圖中圖1是透視圖，說明了根據(jù)本發(fā)明的直升機(jī)主旋翼系統(tǒng)；圖2是圖1的分解視圖；圖3是沿圖1中的線3-3得到的側(cè)剖視圖；圖4是圖3的放大視圖，附加說明了軛支撐板表面的橢圓結(jié)構(gòu)的實(shí)例；圖5類似于圖4，但是示出了組件的另一個(gè)實(shí)施例，其軛上沒有緩沖材料；圖6是類似于圖4的放大視圖，但是說明了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，說明了緩沖材料是在支撐板上而不是如圖4中說明的在軛上；圖7是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的使用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彎曲軛支撐板的旋翼系統(tǒng)的透視圖；圖8是沿圖7中的線8-8的側(cè)視橫截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的使用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彎曲軛支撐板的旋翼系統(tǒng)的頂部視圖；圖10沿圖9中的線10-10的側(cè)剖視圖；圖11是圖10的放大視圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的使用了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的彎曲軛支撐板的旋翼系統(tǒng)的頂部視圖；圖13是沿圖12中的線13-13的側(cè)剖視圖；以及圖14是圖13的放大視圖。
具體實(shí)施例方式圖1說明了包含了根據(jù)提交的申請的撓性組件的直升機(jī)主旋翼系統(tǒng)10。主旋翼系統(tǒng)包括設(shè)置在主旋翼軸16上的轂(hub) 14和多個(gè)與轂14連接且從其延伸的主旋翼槳葉 18。在本領(lǐng)域中主旋翼系統(tǒng)是公知的，如已分別在Yao等人的美國專利4650401、 Covington等人的美國專利5358381、Hamliton等人的美國專利5820344以及Sims等人的美國專利6708921中公開，在此引入這些美國專利的全部內(nèi)容作為參考。在飛行過程中，當(dāng)直升機(jī)增大空氣速度時(shí)，增大的空氣速度和在前行旋翼槳葉18 上的提升力會引起前行旋翼槳葉18上擺(flap up)，而在后行旋翼槳葉18上的減小的提升力會引起后行旋翼槳葉18下擺。每一個(gè)槳葉18的擺動通過結(jié)合在轂14和每一個(gè)槳葉18 之間的撓性軛20來提供。軛20在弦的方向上相對硬，但是在擺動方向上具有撓性。為了控制每一個(gè)槳葉18的擺動，連接在轂14和每一個(gè)槳葉18之間的軛通過彎曲的上軛支撐板 22和彎曲的下軛支撐板M支撐。圖1-4說明了主旋翼系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例以及轂14、軛20和槳葉18的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。應(yīng)理解的是，可以使用各種實(shí)施例，且在本申請中得到說明的圖1-4中的實(shí)施例和其它實(shí)施例僅僅是提供了本發(fā)明實(shí)施例中的少數(shù)的舉例實(shí)施例。如圖1和2所示，圖1和2中的軛20是構(gòu)造有兩個(gè)環(huán)沈的細(xì)長軛20，一個(gè)環(huán)沈?qū)?yīng)于一個(gè)槳葉18。每個(gè)環(huán)沈形成一對從軛20的中間部分四延伸的臂27。所示的軛20a 被構(gòu)造成與相對的兩個(gè)槳葉18 —起使用，以及和安置在第一上軛20a下方的第二下軛20b 一起使用。第二下軛20b與旋翼組件10的其余兩個(gè)槳葉18中的每個(gè)連接。軛20可以用不同材料制成，包括復(fù)合材料，例如玻璃纖維。公知的是，主旋翼軸16與轂14相連且使轂14旋轉(zhuǎn)。轂包括一對用于每個(gè)槳葉 18的支撐板22和24。上支撐板22和上軛20a被設(shè)置在頂部支架觀上，用于上軛20a的下支撐板M和用于下軛20b的上支撐板22被設(shè)置在中間支架30上，用于下軛20b的下支撐板M被設(shè)置在底部支架32上。如前所述，每一個(gè)上支撐板22和每一個(gè)下支撐板M被如下面解釋的那樣地彎曲。上軛20a被夾在支架觀和30之間，同時(shí)下軛被夾在支架30和 32之間。軛20a和20b、支架觀、30和32通過合適的固定機(jī)構(gòu)(包括例如緊固件34這樣的機(jī)構(gòu))被固定在一起，以使支架觀、30和32夾緊和支撐軛20。支架觀、30和32以及支撐板22和M可以由不同的材料制成，包括金屬。從附圖中可明顯看出，一旦完成組裝，對于每一個(gè)軛20的每一個(gè)臂27都有上支撐板22和下支撐板M。為了避免冗余，由于每一個(gè)槳葉18和轂14之間的連接以及軛20的各自使用對于每一個(gè)槳葉18和轂14之間的連接是大體相同的，在此的討論僅僅集中在一個(gè)槳葉18和轂 14之間的連接以及軛20的單個(gè)環(huán)沈的使用。從圖3和4中能更好地看到，上、下支撐板22和M被彎曲以向各自的軛20和各自的槳葉18提供所需的擺動特性。因此，如圖3和4中的虛線所示，槳葉18可以上擺和下擺，且鄰接上、下板。舉例說明，每一個(gè)上、下支撐板22和M被彎曲以形成非圓形弧，該非圓形弧沒有形成圓的圓周的一部分。然而，其它的實(shí)施例中還包括被彎曲成圓弧的支撐板 22和M。同樣，雖然舉例說明了每一個(gè)上、下支撐板22和M具有大體相同的彎曲部分，應(yīng)理解，上、下板22和M可以有不同于另一個(gè)的彎曲部分，且其它實(shí)施例還可進(jìn)一步僅僅包括彎曲的板22和M中的一個(gè)。如圖3和4中所示，上、下板22和M的彎曲部分是橢圓形的，以形成橢圓表面37。 也就是說，每一個(gè)上、下板的形狀形成弧形或橢圓的一部分。作為參考，圖4說明了對應(yīng)于圖4所示的上、下板32和34的彎曲部分的橢圓38。橢圓彎曲部分提供了對槳葉18的擺動的加強(qiáng)控制。雖然根據(jù)需要的槳葉18的擺動特性，可以采用不同的彎曲部分，例如，一個(gè)實(shí)施例中使用了對應(yīng)于半徑為8、16的橢圓表面的橢圓表面，其短軸40約為8英寸、長軸42
5約為16英寸。當(dāng)然，上、下板的定位以及它們各自相對于軸線(轂14和軸16繞該軸線旋轉(zhuǎn))的位置可以根據(jù)所需要的擺動特性變化。可以基于所需要的擺動特性選擇從旋轉(zhuǎn)軸線 44到形成上、下支撐板22和M的彎曲部分的橢圓的切線的距離46。在一個(gè)實(shí)例中給出的距離46約為5. 102英寸。由于槳葉18相對于上和/或下支撐板22和M的重復(fù)擺動可能會導(dǎo)致?lián)p害軛20， 因此可在軛20上設(shè)置緩沖層48。雖然圖1-4說明了上軛表面52和下軛表面M上都有緩沖層48，應(yīng)理解，可以僅在上、下軛表面52和M中的一個(gè)上有緩沖材料。同樣，如圖5所示，可以完全不使用緩沖材料，并且軛120能夠在無緩沖材料的情況下接觸上、下接觸板。 另外，圖5與圖4中的組件大體上相同。此外，如圖6所示，緩沖材料層48可放置在上、下支撐板22和M上。除了緩沖材料被放置在支撐板22和M上而不是如圖1-4所示那樣放置在軛20上之外，圖6說明了大體上與旋翼組件10相同的旋翼組件210。同樣，雖然圖6說明了上、下支撐板22和M上都有緩沖材料，但是僅在上支撐板22或僅在下支撐板M上有緩沖材料48，而不是如示出的那樣在用于每個(gè)槳葉18的上、下支撐板22和M上都有緩沖材料。緩沖材料可以是包括彈性材料、橡膠和例如聚氨脂(urethane)的聚合物在內(nèi)的任何合適的緩沖材料。根據(jù)需要的緩沖材料48的緩沖耐久性，選擇緩沖材料48的密度。此外，材料48還包括增強(qiáng)件56(例如嵌在緩沖材料48中的布)以改善耐久性。在一個(gè)實(shí)例中設(shè)置有嵌入或以其它方式附著在例如橡膠的緩沖材料48上的例如聚四氟乙烯布的氟烴聚合物織物以增加耐久性。還可進(jìn)一步在緩沖材料48的外部表面上設(shè)置保護(hù)層58以增加耐久性。例如，保護(hù)層可以噴灑在緩沖層48上。用于施加在緩沖材料上作為保護(hù)層58的材料的實(shí)例是例如聚四氟乙烯的氟烴聚合物。此外，無論是緩沖層48施加在軛20的一個(gè)或兩個(gè)面上，還是施加在支撐板22和M的一個(gè)面或兩個(gè)面上，都可以進(jìn)行對緩沖層48的增強(qiáng)。同樣，緩沖材料48的厚度可為所需要的以獲得需要的緩沖特性。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，緩沖材料在軛20的每個(gè)面上的厚度可以是0. 100英寸，其中軛的厚度例如可以是0. 380 英寸。此外，可以在每個(gè)槳葉18的支撐板22和M中的一個(gè)或兩個(gè)的外表面上設(shè)置保護(hù)層60，以增加板22和M的耐久性以及任何緩沖材料48的壽命。例如，保護(hù)層60可以噴灑在一個(gè)或兩個(gè)支撐板22和M上。施加在支撐板上用作保護(hù)層60的材料的一個(gè)實(shí)例是例如聚四氟乙烯的氟烴聚合物。此外，無論是緩沖層48施加在軛20的一個(gè)或兩個(gè)面上，還是施加在支撐板22和M的一個(gè)面或兩個(gè)面上，都可以進(jìn)行對支撐板22和M的增強(qiáng)。在如圖5所示那樣沒有使用緩沖材料的情況下，保護(hù)層60也可用在板22和M上。在此公開的結(jié)構(gòu)的益處是通過向軛設(shè)置梁形(beamwise)支撐和使用細(xì)軛以減小其壓力，能夠在不增加撓性長度的情況下增加旋翼的擺動。這就允許撓性型旋翼轂?zāi)軌蜻m應(yīng)更硬的外掛架裝置和重心范圍所要求的增大擺動。在用外部部件(例如軛支撐板22和 24的彎曲部分)反作用的同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)通過使軛變得更細(xì)而減少了因給定量的擺動帶來的剪切壓力。現(xiàn)有的主旋翼擺動(彎曲型轂)典型地限制約為正負(fù)5度。然而，通過利用在此公開的原理，擺動的范圍能增加超過前面的水平，例如增加至約為正負(fù)8-10度的擺動。前面描述的原理同樣適用于不同的旋翼系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，例如，圖7和8說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中彎曲支撐板被設(shè)置在具有三個(gè)槳葉318的旋翼系統(tǒng)310上。雖然設(shè)置了三個(gè)槳葉而不是前面圖1-4的四個(gè)槳葉，但是旋翼系統(tǒng)310在應(yīng)用上大體相同，其中上、下支撐板322和324、軛320以及緩沖材料348的功能大體上與前面分別對板22和24、 軛20以及緩沖材料48的描述相同。此外，圖8說明了具有上軛層333和下軛層335 (在這兩層間可選地放置有緩沖材料337)的兩件式軛。緩沖材料337可大體上與緩沖材料48相同。兩件式軛同樣可適用于此處的所有實(shí)施例。作為另一個(gè)實(shí)例，圖9-11說明了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中彎曲支撐板設(shè)置于具有四個(gè)槳葉418(但是其支撐和結(jié)構(gòu)不同于圖1-4中說明的槳葉18)的旋翼系統(tǒng)410。雖然四個(gè)槳葉的配置不同于前面圖1-4的實(shí)施例中的配置，但是旋翼系統(tǒng)410在應(yīng)用上大體相同，其中上、下支撐板422和424、軛420以及緩沖材料448的功能分別大體上與前面分別對板22和M、軛20以及緩沖材料48的描述相同。此外，圖9-11說明了圍住上、下板422 和424、保護(hù)它們不受碎片和外部微粒作用以及用于保存從軛420和支撐板422和4M之間出來的碎片和外部微粒的保護(hù)罩444。保護(hù)罩444可以由例如橡膠或撓性體的材料制成，同樣地可適用于在此的各種實(shí)施例中。作為另一個(gè)實(shí)例，圖12-14說明了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，其中彎曲支撐板設(shè)置于具有四個(gè)槳葉518(但是其支撐和配置不同于圖1-4中說明的槳葉18)的旋翼系統(tǒng)510。 雖然四個(gè)槳葉的配置不同于前面圖1-4的實(shí)施例中的配置，但是旋翼系統(tǒng)510在應(yīng)用上大體相同，其中上、下支撐板522和524、軛520以及緩沖材料548的功能大體上分別與前面對板22和M、軛20以及緩沖材料48的描述相同。前述實(shí)施例被用來說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能性原理，但是不希望起到限制性作用。相反地，本發(fā)明希望將所有的改進(jìn)，選擇以及替換都包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種向旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，包括具有上曲面的上支撐板；具有下曲面的下支撐板；以及安置于所述上支撐板和所述下支撐板之間且與所述上支撐板和所述下支撐板直接接觸的軛，該軛包括基本上沿著相同方向延伸的上部部件和單獨(dú)的下部部件，該上部部件接觸上支撐板，該下部部件接觸下支撐板，其中所述上曲面或所述下曲面或所述上曲面和所述下曲面具有橢圓的一部分的形狀， 以增加擺動區(qū)域以減小在所述軛上的壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軛包括上軛表面和下軛表面，以及第一緩沖材料被安置在所述上軛表面和所述上支撐板的所述上曲面之間，第二緩沖材料被安置在所述下軛表面和所述下曲面之間。
3.如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述第一緩沖材料附著在所述上支撐板上，以及所述第二緩沖材料附著在所述下支撐板上。
4.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軛由復(fù)合材料制成。
5.如權(quán)利要求2所述的組件，其中所述第一和第二緩沖材料中的每一個(gè)是橡膠。
6.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軛包括上軛表面和下軛表面，以及第一保護(hù)材料被安置在所述上軛表面和所述上支撐板的所述上曲面之間，第二保護(hù)材料被安置在所述下軛表面和所述下曲面之間。
7.如權(quán)利要求6所述的組件，其中所述保護(hù)層中的每一個(gè)由氟烴聚合物制成。
8.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軛沿其長度具有恒定厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的組件，其中所述軛是具有頂部軛和底部軛的兩件式軛，所述頂部軛的上軛表面接觸所述上支撐板，所述底部軛的下軛表面接觸所述下支撐板。
10.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括，圍住所述上、下支撐板和所述軛的保護(hù)罩。
11.如權(quán)利要求1所述的組件，進(jìn)一步包括位于軛的上部部件和下部部件之間的緩沖材料層。
12.如權(quán)利要求11所述的組件，其中緩沖材料層與軛的上部部件和下部部件接觸。
全文摘要
一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，該組件包括具有上曲面(37)的上支撐板(22)；具有下曲面(37)的下支撐板(24)；以及安置于所述上支撐板和所述下支撐板之間的軛(120)。至少上、下軛表面(37)中的一個(gè)具有安置和固定于其上的緩沖材料層(56)。緩沖材料層(56)沿著且遵循著軛表面(37)的大體輪廓延伸，緩沖材料層(56)直接接觸所述上支撐板(22，24)。另一個(gè)實(shí)施例是一種為旋轉(zhuǎn)槳葉系統(tǒng)的槳葉提供撓性的組件，其包括具有上曲面(37)的上支撐板(22)；具有下曲面(37)的下支撐板(24)；以及安置于所述支撐板之間且直接與支撐板(其中曲面(37)中的一個(gè)是不形成圓周的一部分的非圓形弧)接觸的軛(120)。
文檔編號B64C27/33GK102381473SQ20111023505
公開日2012年3月21日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者B·馬林斯, D·A·海尼, D·J·雷迪, F·B·斯坦普斯, J·J·齊雷, J·L·布拉斯韋爾, J·哈塞, M·A·維尼卡, P·R·蒂斯代爾, P·奧爾德洛伊德, R·L·馬丁, R·米索姆, S·G·薩德勒, T·K·萊德貝特, T·坎貝爾, T·希羅斯, 小C·L·巴斯金 申請人:貝爾直升機(jī)特克斯特龍有限公司