平面柔性梁單元的制作方法
【專利摘要】一種用于直升機(jī)的多槳葉主旋翼的平面柔性梁單元(1，40)，以作為旋翼軸(2)和多槳葉旋翼之間的接口。該平面柔性梁單元(1，40)包括多個大致平面扭矩臂(3-7，41-46)，每個扭矩臂(3-7，41-46)具有沿著其徑向延伸部的大致凹弧形面(8)并與其相鄰的扭矩臂(3-7，41-46)成一整體。每個扭距臂(3-7，41-46)包括兩束由硬質(zhì)合成樹脂凝聚并沿其徑向延伸部沿大致凹弧形面(8)布置的大致筆直單向纖維束(10-14)。每個所述纖維束穿入兩個大致相對的轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)而沒有顯著的方向改變。
【專利說明】平面柔性梁單元
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有權(quán)利要求1所述特征的平面柔性梁單元。
【背景技術(shù)】
[0002]直升機(jī)旋翼系統(tǒng)將直升機(jī)槳葉固定和支撐到發(fā)動機(jī)輸出軸，并包括(不僅限于此)安裝在輸出軸上的槳轂和將槳葉附連到槳轂上的一組心軸或軛。旋翼系統(tǒng)必須承受槳葉旋轉(zhuǎn)時施加的巨大離心力同時允許它們揮舞、俯仰和擺振運(yùn)動。用于此任務(wù)的多個不同的系統(tǒng)是基本設(shè)計的變型，稱為鉸接式和無軸承式或者無鉸式。鉸接系統(tǒng)使用裝備有鉸鏈和軸承的剛性心軸以便前述的槳葉運(yùn)動。無軸承系統(tǒng)包括特殊復(fù)合材料心軸，被稱為柔性梁，其具有足夠撓性從而可扭曲以使槳葉在沒有軸承以及附加機(jī)構(gòu)的狀態(tài)下運(yùn)動。對于無鉸旋翼，離散鉸鏈的功能由在某些區(qū)域抗彎曲能力弱但能傳遞所有負(fù)載，例如剪切力、離心力等的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。對于這些無鉸旋翼，定義了揮舞鉸鏈的等同補(bǔ)償。
[0003]對于柔性梁，需要某一最小橫截面來支撐離心槳葉負(fù)載和靜態(tài)槳葉下垂負(fù)載，同時上述槳葉運(yùn)動需要柔性染具有相當(dāng)大的扭轉(zhuǎn)撓性。可是柔性梁在弦向和翼向撓性上不能太柔軟，因?yàn)樘貏e是低旋轉(zhuǎn)速度情況下的顯著的翼向槳葉變形，或縱向彎曲，將在正常操作情況下出現(xiàn)。因而將在離心負(fù)荷強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)撓性、弦向和翼向撓性之間權(quán)衡。現(xiàn)有設(shè)計局限在減少揮舞鉸鏈偏移，并且目前不可能實(shí)現(xiàn)自動制造。柔性梁需要的最小橫截面結(jié)合用于俯仰控制的套箍作為環(huán)繞結(jié)構(gòu)，即內(nèi)有柔性梁的閉合的套箍，增加了氣動阻力。
[0004]文獻(xiàn)US5284420A記載了一種用于直升機(jī)尾部反耦合螺旋推進(jìn)器的多槳葉旋翼，具有槳轂主體，其上連接有可扭轉(zhuǎn)的帶，各帶由兩束扁平橫截面的、圍繞轂徑向布置的纖維形成，每束形成不同槳葉的至少兩個半部并在接近槳轂主體中心的通道區(qū)域扭轉(zhuǎn)和彎曲，從而沿著槳轂主體橫截面更大尺寸形成槳轂主體中心圓周的切線。所述的多槳葉旋翼的槳葉數(shù)量可為奇數(shù)或偶數(shù)。所述的多槳葉旋翼的中心區(qū)域形成具有體積減小的槳轂，并且槳葉保持強(qiáng)固和可扭轉(zhuǎn)元件設(shè)置在槳轂內(nèi)，從而在所述槳葉保持元件的工作纖維之間最好地分配壓力。當(dāng)形成不同槳葉的至少兩個半部的束在鄰近槳轂主體中心的區(qū)域扭轉(zhuǎn)和彎曲，所述的束具有高的扭轉(zhuǎn)和彎曲轉(zhuǎn)動慣量，導(dǎo)致相應(yīng)地高的揮舞鉸鏈偏移。所述的扭轉(zhuǎn)和彎曲束的制造較復(fù)雜。
[0005]文獻(xiàn)US5091029A記載了一種制造用于無鉸柔性梁直升機(jī)旋翼的多腿柔性梁的方法，其中柔性梁是一體式結(jié)構(gòu)并且僅由復(fù)合材料制成，并包括同向高強(qiáng)度纖維的標(biāo)準(zhǔn)長度板層，從第一腿延伸并在穿過柔性梁的槳轂部分時分裂，并延伸至兩個大致上直徑上相對的腿，并且十字且單向板層間設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)長度板層之間，實(shí)現(xiàn)柔性梁的槳轂和腿的所需斜度和形狀，其中最后的板層敷層是在十二面體形狀可轉(zhuǎn)動敷層工具上制成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的是提供平面柔性梁單元作為旋翼軸和多槳葉旋翼之間的接口，尤其是用于具有低揮舞鉸鏈偏移的直升機(jī)的多槳葉主旋翼。本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供適合自動化制造的平面柔性梁單元。
[0007]本發(fā)明提供的方案具有權(quán)利要求1所述特征的平面柔性梁單元以作為旋翼軸和多槳葉旋翼，尤其是用于直升機(jī)的多槳葉主旋翼之間的接口。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例以從屬權(quán)利要求提出。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，平面柔性梁單元作為旋翼軸和多槳葉旋翼，尤其是作為帶有低揮舞鉸鏈偏移的直升機(jī)的多槳葉主旋翼之間的接口，所述平面柔性梁單元由復(fù)合化合材料制成，優(yōu)選為具有多于4個的大致上平面的扭矩臂組成，每個扭矩臂具有沿著其徑向延伸部在各側(cè)邊上大致上凹弧形面，并在所述扭矩臂根部區(qū)域與其相鄰的扭矩臂成一整體，在所述扭距臂的根部具有相對所述扭距臂厚度較大的寬度，從而厚度/寬度的優(yōu)選比例為小于I: 3，每個所述的扭距臂包括兩束由硬質(zhì)合成樹脂凝聚并沿著其徑向延伸部沿大致凹弧形面布置的大致筆直單向纖維，每個所述纖維束穿入兩個大致相對的扭矩臂而沒有顯著的方向變化，即所述的方向變化小于35°。
[0009]根據(jù)發(fā)明柔性梁單元的一個基本特點(diǎn)，作用在一個力臂上的力和力矩，諸如離心力，飛舞超前滯后擺振彎曲力矩直接被兩個相對扭矩臂通過所述由大致單向纖維組成的纖維束抵消，因?yàn)橹餍磔S運(yùn)送元件穿過兩個大致相對扭距臂，并使部件數(shù)量減少。本發(fā)明的柔性梁單元允許根部區(qū)域具有大寬度，從而導(dǎo)致每個扭矩臂的揮舞鉸鏈偏移較低，所述低揮舞鉸鏈偏移等同于在柔性梁單元內(nèi)側(cè)的低揮舞剛度。沿著徑向延伸部的各側(cè)上的凹弧形面提供抵抗擺振和/或俯仰力矩的減小的扭矩臂剛度。
[0010]由于消除了在本發(fā)明柔性梁單元中心的中心負(fù)荷，本發(fā)明柔性梁單元允許簡單的和輕質(zhì)的設(shè)計。而另一個優(yōu)點(diǎn)是，本發(fā)明柔性梁單元可自動和低成本制造。
[0011]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，平面柔性梁單元的中心具有大致圓形開口以減少剛度和作為一個選擇用于包圍旋翼軸和多槳葉旋翼之間的其它配置，諸如槳轂和阻尼裝置。。
[0012]根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例，每個轉(zhuǎn)矩臂在其根部區(qū)域、緊挨其鄰近轉(zhuǎn)矩臂處呈大致三角形狀。該三角形狀在根部區(qū)域具有大的寬度，并且在每個轉(zhuǎn)矩臂徑向方向的凹弧形面在由旋翼軸傳輸時特別地適合傳遞力矩。
[0013]根據(jù)本發(fā)明再一個優(yōu)選實(shí)施例，根部區(qū)域在垂直于大致平面轉(zhuǎn)矩臂的方向上厚度減小。本發(fā)明的柔性梁單元允許臨近旋翼軸的根部區(qū)域具有小的厚度和大的寬度而使每個轉(zhuǎn)矩臂的揮舞鉸鏈偏移較低，所述低揮舞鉸鏈偏移等同于在柔性梁單元內(nèi)側(cè)的低揮舞剛度。轉(zhuǎn)矩臂的小厚度使氣動阻力低以及提高相對陣風(fēng)敏感度的舒適度。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施例，根部區(qū)域具有至少一個孔穿過大致平坦的扭矩臂以用于進(jìn)一步改進(jìn)剛度特性和減少重量。該孔適于容納用于旋翼槳轂和槳葉運(yùn)動的減震附加設(shè)備并可容納允許整個旋翼槳轂傾斜的設(shè)備。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，可設(shè)置5個轉(zhuǎn)矩臂以使直的單向纖維束在根部區(qū)域交叉，而在交叉纖維束中承受由其它交叉纖維束中的內(nèi)弧形所產(chǎn)生的輕微方向變化導(dǎo)致的負(fù)荷。
[0016]根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例，可設(shè)置4或6，7，8.....個轉(zhuǎn)矩臂以使直的單向纖維束在根部區(qū)域交叉，而在交叉纖維束中承受由其它交叉纖維束中的內(nèi)弧形所產(chǎn)生的輕微方向變化導(dǎo)致的負(fù)荷。
[0017]根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實(shí)施例，具有動力傳遞元件以用于將動力從所述旋翼軸傳遞到所述多槳葉旋翼，所述動力傳輸元件繞任何與旋翼軸垂直的軸線具有撓曲度，用于進(jìn)一步減少O至100%之間的揮舞剛度。所述動力傳輸元件可避免對旋翼軸的直接固定，并使夾持減少而提高本發(fā)明平面柔性梁單元的撓曲度以允許整個旋翼槳轂傾斜。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，所述動力傳輸單元具有桿，所述桿分別以第一端與所述旋翼軸的圓周鉸接，并且以第二端與在所述多槳葉旋翼的兩個所述轉(zhuǎn)矩臂之間的外圓周鉸接。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，所述動力傳輸單元具有桿，所述桿分別以第一端與所述旋翼軸的圓周鉸接，并且以第二端與在所述轉(zhuǎn)矩臂之間或與所述轉(zhuǎn)矩臂對準(zhǔn)的平面柔性梁單元的中心鉸接。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，所述桿布置成與所述旋翼軸的所述圓周呈徑向或切向。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，該中心具有集成到旋翼軸的集成連接裝置以作為動力傳輸元件。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，動力傳輸裝置包括定中心布置的擺振阻尼裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例將參考下列描述和附圖予以說明。
[0024]圖1示出了具有本發(fā)明平面柔性梁單元的旋翼軸的立體圖，
[0025]圖2示出了本發(fā)明平面柔性梁單元的俯視圖，
[0026]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明平面柔性梁單元較佳實(shí)施例的俯視圖，
[0027]圖4a示出了旋翼軸連接到本發(fā)明平面柔性梁單元的俯視圖，
[0028]圖4b示出了另一個旋翼軸連接到本發(fā)明平面柔性梁單元的俯視圖，
[0029]圖5示出了具有本發(fā)明平面柔性梁單元較佳實(shí)施例的旋翼軸的立體圖，
[0030]圖6示出了貫穿圖5的旋翼軸連接的局部剖視圖，以及
[0031]圖7示出本發(fā)明平面柔性梁單元另一個較佳實(shí)施例的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]根據(jù)圖1，平面柔性梁單元I是以作為直升機(jī)的多槳葉主旋翼(未顯示)的旋翼軸2為中心的。平面柔性梁單元I包括同心槳轂(未顯示)和大致平面的5個轉(zhuǎn)矩臂3-7，該轉(zhuǎn)矩臂從該中心徑向伸出并具有大致圓形開口。該5個轉(zhuǎn)矩臂3-7是等角度隔開的。平面柔性梁單元I由復(fù)合化合物制成。
[0033]每個轉(zhuǎn)矩臂3-7在其徑向延伸部的每一邊具有大致內(nèi)弧面8，在所述扭矩臂3-7的根部區(qū)域9與其相鄰的扭矩臂3-7成一整體，且具有相對較大的寬度，從而使得厚度/寬度的比例為小于1:3。該厚度被限定為與平面柔性梁單元I垂直并且該寬度對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩臂3-7在它們的弦方向的各自延伸部。
[0034]如圖2所示,相應(yīng)特征用圖1的相同附圖標(biāo)記表示。每個所述扭距臂3-7包括兩束大致筆直單向纖維10-14，由硬質(zhì)合成樹脂凝聚并沿著大致凹弧形面8布置在徑向上，每個所述纖維束10-14穿入兩個大致相對的扭矩臂3-7而曲率不變且沒有顯著的方向變化，即沿著任何所述纖維束10-14的整個長度，所述的方向變化小于35°。纖維束10-14被布置為承受在穿過接近各自根部區(qū)域9的中心的任何纖維束10-14中的任何負(fù)荷，該負(fù)荷由在任何纖維束10-14方向上的輕微變化所產(chǎn)生。
[0035]如圖3所示，相應(yīng)特征由圖1，2中相同的附圖標(biāo)記表示。所述的平面柔性梁單元I的每個轉(zhuǎn)矩臂3-7包括孔15，呈伸過各自根部區(qū)域9的大致大致角形并適應(yīng)大致凹弧形面8，從而對于轉(zhuǎn)矩臂3而言，對應(yīng)纖維束10、14在徑向方向上橫向穿過大致凹弧形面8之間和從三角形15的頂部到底部穿過，纖維束11沿著所述三角形15底部穿過中心進(jìn)入兩個相鄰轉(zhuǎn)矩臂4，7。在纖維束11和纖維束10、14的兩個交叉處16，17，由纖維束10、11、14的任何方向變化導(dǎo)致的力可以在所述纖維束10、11、14之間傳遞。相同的原理用于其它轉(zhuǎn)矩臂4-7的相關(guān)筆直單向纖維束10-14。
[0036]如圖4a所示,相應(yīng)的特征由圖1-3中相同的附圖標(biāo)記表示。平面柔性單元I提供有動力傳輸裝置20以用于將動力從所述的旋翼轉(zhuǎn)軸2傳輸至所述多槳葉旋翼。該動力傳輸裝置20位于平面柔性單元I的多邊形開口的內(nèi)部。內(nèi)環(huán)19用桿21-25同軸地固定到旋翼軸2，用第一端作為在所述旋翼軸2的內(nèi)環(huán)19的一部分，用第二端分別固定到處于兩個所述的轉(zhuǎn)矩臂3-7之間的平面柔性梁中心。各個所述桿21-25的第二端用螺栓固定到中心。內(nèi)環(huán)19的直徑和/或各個桿21-25的長度改變以允許桿21-25處于相對內(nèi)環(huán)19的徑向和切向之間的任何位置。
[0037]如圖4b所示,相應(yīng)的特征由圖l_4a中相同的附圖標(biāo)記表示。平面柔性梁單元I提供有動力傳輸裝置20用于將動力從所述的旋翼轉(zhuǎn)軸2傳輸至所述的多槳葉旋翼。內(nèi)環(huán)19用桿21-25同軸地固定到旋翼軸2，桿21-25的第一端作為內(nèi)環(huán)19在所述旋翼軸2的一部分，第二端分別固定到所述轉(zhuǎn)矩臂3-7的根部區(qū)域9之間的中心。內(nèi)環(huán)19的直徑和/或各個桿21-25的長度改變而允許桿21-25處于相對內(nèi)環(huán)19的徑向和切向之間的任何位置。
[0038]如圖5所示,相應(yīng)的特征用圖1-4中相同的附圖標(biāo)記表示。平面柔性梁單元I設(shè)置有具有集成連接裝置18的同軸旋翼槳轂以作為同軸動力傳輸裝置20，用于將動力從所述旋翼軸2傳輸至所述多槳葉旋翼。所述集成連接裝置18繞著處于平面柔性梁單元I中心的大致圓形開口分布，用于將耦合裝置(未顯示)安裝到旋翼軸2上。
[0039]如圖6所示,相應(yīng)的特征由圖1-5中相同的附圖標(biāo)記表示。用于將動力從所述旋翼軸2傳輸至平面柔性梁單元I的動力傳輸裝置20提供有同軸固定到旋翼軸2上的內(nèi)環(huán)19。內(nèi)環(huán)19包括上法蘭26和下法蘭27以將任何桿21-25安裝至內(nèi)環(huán)19上。任何桿21-25由兩個上部彎曲板28和兩個下部彎曲板29組成，所有所述彎曲板28、29大致彼此平行。任何桿21-25用各個內(nèi)螺栓30、31固定到上法蘭26和下法蘭27，以分別相對內(nèi)環(huán)19在所述旋翼軸2處與第一端鉸接。平面柔性梁單元I的根部區(qū)域9布置為在兩個上部彎曲板28和兩個下部彎曲板29之間平行。外螺栓32將兩個上部彎曲板28和兩個下部彎曲板29連接以分別固定，垂直穿過處于兩個所述轉(zhuǎn)矩臂3-7之間的平面柔性梁單元I的中心。任何桿21-25允許從內(nèi)環(huán)19指向所述外圓周的撓度增加。
[0040]如圖7,相應(yīng)的特征用圖1-6中相同的附圖標(biāo)記表示。平面柔性梁單元40包括6個轉(zhuǎn)矩臂41-46，每個轉(zhuǎn)矩臂包括孔15，孔15呈緊挨各個根部區(qū)域9的大致三角形并適應(yīng)大致凹弧形面8，從而對于轉(zhuǎn)矩臂44，各個纖維束10、14在處于徑向方向的大致凹弧形面8之間橫向穿過和從三角形15頂部到底部穿過，并且纖維束13沿著所述三角形底部穿過中心進(jìn)入兩個鄰接的轉(zhuǎn)矩臂43、45。在纖維束13和纖維束10、14的兩個交叉處16，17，由纖維束10、13、14的任何方向變化導(dǎo)致的力可以在所述的纖維束10、13、14之間傳遞。相同的原理用于其它轉(zhuǎn)矩臂41,42和46的相關(guān)筆直單向纖維束10-14。
[0041]動力傳輸裝置20可包括擺振阻尼裝置。
[0042]附圖標(biāo)記列表
[0043]平面柔性梁單元I，40
[0044]旋翼軸2
[0045]平面轉(zhuǎn)矩臂3-7，41-46
[0046]凹弧形面8
[0047]根部區(qū)域9
[0048]筆直單向纖維束10-14
[0049]孔15
[0050]交叉16、17
[0051]集成連接裝置18
[0052]內(nèi)環(huán)19
[0053]動力傳輸裝置20
[0054]桿21-25
[0055]上法蘭26
[0056]下法蘭27
[0057]上部彎曲板28
[0058]下部彎曲板29
[0059]內(nèi)螺栓30，31
[0060]外螺栓32
【權(quán)利要求】
1.一種用于直升機(jī)的多槳葉主旋翼的平面柔性梁單元(1，40)，作為旋翼軸(2)和多槳葉旋翼之間的接口，包括4個或更多的大致平面的扭矩臂(3-7，41-46)，每個所述扭矩臂(3-7，41-46)具有沿著其徑向延伸部的凹弧形面(8)并與其相鄰的扭矩臂(3-7，41-46)成一整體，每個所述扭距臂(3-7，41-46)包括兩束由硬質(zhì)合成樹脂凝聚并在大致其徑向延伸部沿大致凹弧形面(8)布置的大致筆直單向纖維束(10-14)，每個所述纖維束以大致固定曲率大致地關(guān)于一個所述轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)的相應(yīng)徑向軸線對稱地從所述相應(yīng)轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)伸入兩個大致相對的所述扭矩臂(3-7，41-46)，其特征在于，包括動力傳輸元件(20)以用于將動力從所述旋翼軸(2)傳輸至所述多槳葉旋翼，所述動力傳輸元件(20)繞任何與所述旋翼軸(2)垂直的軸線是可撓曲的，且所述動力傳輸元件(20)具有桿(21-25)，所述桿(21-25)分別以第一端與處于所述旋翼軸(2)的內(nèi)環(huán)(19)鉸接，以第二端與處于所述多槳葉旋翼的兩個所述轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)之間的外圓周鉸接或以第二端與位于所述轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)之間或與所述轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)對準(zhǔn)的中心鉸接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，其中心具有大致圓形的開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，每個扭距臂(3-7，41-46)在其鄰接轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)的根部區(qū)域(9)呈大致三角形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，在垂直于所述大致平面轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)方向上，所述根部區(qū)域(9)具有厚度/寬度比例小于1: 3。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，所述根部區(qū)域(9)具有穿過所述大致平面轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)的至少一個孔(15)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，緊挨所述大致平面轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)，所述根部區(qū)域(9)包括剪切剛度或準(zhǔn)等方性的層狀結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，可具有5或6個轉(zhuǎn)矩臂(3-7，41-46)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，其中心具有集成到所述旋翼軸(2)的集成連接裝置(18)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面柔性梁單元(1，40)，其特征在于，所述桿(21-25)分別徑向地或切向地布置到位于所述旋翼軸(2)的所述內(nèi)環(huán)(19)上。
【文檔編號】B64C27/33GK103708030SQ201210517344
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月8日
【發(fā)明者】B·恩恩克爾, R·普法勒爾 申請人:尤洛考普特德國有限公司