[发明专利]用于直升机旋翼的恒速接头

说明书

技术领域

本专利申请涉及“万向”恒速旋翼和相关的牵引设备，其用作双叶片直升机和三叶片直升机、更一般地多叶片直升机的主旋翼。

背景技术

如同已知的，直升机的平移运动的方向通过倾斜圆盘的旋转平面而控制，其通过叶片相对于稳固到直升机的结构上的驱动轴(柱轴)的圆形运动而限定出。

在具有三个或更多个叶片的直升机中，通常采用具有铰接装置的所谓的关节型旋翼，其通常同心于旋转轴线并且是水平的，从而允许摇摆运动，和采用用于牵引的垂直铰接装置——后者合适地装备有摩擦设备或者粘滞设备(viscous device)，所述摩擦设备或者粘滞设备作用于圆盘的平面上以对比科里奥利力加速度，当旋翼圆盘倾斜并存在摇摆运动时，这样的加速度作用于叶片上，从而最小化振动。

在这类旋翼中，得益于摇摆铰接的偏心率和叶片的离心力，圆盘平面的倾斜施加有利的控制运动于柱轴(mast)上，而不管旋翼自身施加的提升作用。

关于关节型旋翼的变形是所谓的“无铰接”旋翼，其中所述铰接代替以可变形的弹性设备，所述弹性设备用作事实上的铰接。在这类旋翼中，和在关节型旋翼中，圆盘平面的倾斜通过由斜盘产生的叶片绕着羽状铰接(feathering hinge)的周期的振荡运动而得到控制。

而且存在双叶片旋翼，其旋翼毂通过圆柱形铰接而铰接到柱轴的顶上，该圆柱形铰接与叶片的轴线以及柱轴的轴线成直角，引起摇摆运动并允许旋翼圆盘(rotor disk)倾斜。

在该最后类型的旋翼中，其也称为悬浮旋翼，连接旋翼毂到柱轴的圆柱形铰接需要高于叶片附接到所述柱轴上的位置，并且特别地，在通过叶片的重心限定出的平面上，其为了提升而向上倾斜，从而排除两个每转(per rev)的振动，所述振动通过作为圆盘倾斜的结果的旋翼的重心相对于旋转轴线的周期切换而引起。所述叶片——其事实上受到作为旋转的结果的离心力和保持直升机在空中的提升的作用——采用向上的平衡点，从而使得圆盘表现为圆锥形，确保旋翼的质心的升高。叶片的锥度角度的变化——其起因于大量的动力学条件和直升机重力的可变性——仍然例如用于防止该振动源在所有类型的直升机飞行和重力条件下被排除。

而且，在该类旋翼中，存在源于中心摇摆铰接的半万向节(semi-cardanic)几何结构的另一个振动源，其由于不是恒速接头(constant velocity joint)，在柱轴和直升机的结构上产生两个每转转矩，其强度随着旋翼圆盘朝着柱轴的倾斜而增加。而且，根据中心摇摆铰接的存在，该类旋翼在所述柱轴上施加任何类型的直接控制运动。作为其结果，可能的是，在低g或零g飞行条件下，失去对旋翼的控制，产生灾难性的结果。

事实上，即使在这类旋翼中，圆盘的倾斜通过叶片绕着斜盘产生的摇摆铰接的振动运动而控制。

所有上述类型的旋翼特征在于施加于羽状铰接(其将叶片稳固到旋翼毂上，与其中的离心力形成对照)上的显著的应力，其通过绕着铰接轴线的交替运动而引起，作为斜盘在羽状叶片上的周期作用的结果，其目的在于使旋翼圆盘倾斜。

为了为这样的不便提供补救，已经设计和公开了不同的系统。

在弹性体层状轴承的发展中(美国专利2481750和美国专利2900182)，就在直升机旋翼公开(USAAMRDL-TR-75-39B)后提供的该类弹性体轴承的开始：也就是轴向圆柱形轴承、径向圆柱形轴承、球形轴承和圆锥形轴承。

许多该类轴承是羽状铰接(美国专利3111172和3652185)的重要改进的基础，其具有减小的摩擦，并确保对直升机控制的应力——其为用于羽状铰接中的传统滚动元件轴承的特征，受到叶片在羽状轴线上的振动运动的作用——也在其耐久性和维护方面具有显著的优点。

在安装有中心摇摆铰接的双叶片旋翼领域中，美国专利4115031公开了一种方法，其允许附接到悬挂在摇摆铰接周围的旋翼毂上的恢复弹簧的安装，用于直接控制旋翼相对于柱轴和直升机的动量，并用于找到一种补救，用于在低g或零g飞行中失去控制的不便，并吸收随之发生的通过恢复弹簧经由叶片在旋转平面上的弹性而产生的两个每转振动(per rev vibration)。然而这样的方案不排除通过摇摆旋翼的半万向节几何结构引起的扭转振荡。

为了减小在上述传统旋翼中的周期命令引起的在羽状铰接上的交替振动的强度，还为了在具有三叶片或更多叶片的旋翼中排除牵引铰接的目的，发展了所谓的“万向”旋翼，其中心旋翼毂通过在其柱轴顶部的球形铰接而支撑，或者通过其他设备，它们是运动学地等同的并允许旋翼毂在两个轴线上倾斜。