一種適用于復合式飛機的旋翼折展機構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可用于復合式飛機的旋翼折展機構,屬于航空飛行器總體設計及旋翼收放機構的設計領域。
【背景技術】
[0002]常規直升機誕生以來,其飛行速度不高這個問題一直沒有得到很好地解決。人們希望將直升機垂直起降和空中懸停能力與飛機高速飛行能力結合起來,研制一種兼顧兩者優點的復合式飛行器。美國宇航局劉易斯研宄中心提出了 “X-機翼”旋翼飛行器概念。垂直起飛時,“X-機翼”通過高速旋轉產生足夠的升力升空;水平前飛時,“X-機翼”固定,成為固定翼飛機模式,依靠噴氣發動機產生推進力。埃姆斯研宄中心提出了“圓盤式旋翼直升機”的設計方案。它在機身頂部安裝了一個大直徑圓盤充當旋翼槳盤整流罩,可在固定翼和旋翼之間轉換。波音公司也在研宄“高速圓盤旋翼”飛行器。目前,DARPA和波音公司決定將“圓盤旋翼”直升機進一步推進為融合圓盤旋翼-機翼-推進發動機的“高速圓盤旋翼”飛機計劃。這種復合式飛行器,飛行速度可以達到650千米/時,不僅可以高速飛到目標區,而且能在空中懸停,非常適合執行作戰搜索和營救任務。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種適用于復合式飛機的旋翼折展機構,在滿足復合式飛機折疊和展開兩種狀態下的性能要求的同時,充分發揮直升機的垂起懸停性能和飛機的高速飛行性能。本發明根據曲柄搖塊機構提出了高速圓盤和差動折疊旋翼相結合的方案,充分考慮復合材料旋翼由于重力作用出現下垂的現象,通過差動機構使得旋翼從柔性星形槳轂上方繞過,最大程度上利用空間,減小由于旋翼槳葉折疊帶來的飛機阻力。本發明最大程度上保留了常規旋翼系統的傳力結構與操縱機構,在不切斷旋翼槳葉的情況下,將旋翼槳葉全部收放到高速圓盤之中,實現了 40%的折展比例,有效地減小了旋翼系統在高速飛行過程中對飛機的影響,并可以減小飛行阻力,提供部分升力。
[0004]本發明提供的適用于復合式飛機的旋翼折展機構,包括旋翼槳葉、柔性星形槳轂、主軸和高速圓盤。可以實現旋翼槳葉的折疊和展開兩種狀態。所述的旋翼槳葉與柔性星形槳轂之間通過連接鉸連接,并且具有鎖定機構。所述的主軸為中空結構,高速圓盤為上表面和下表面均凸起的圓盤結構,圓盤結構側面具有開口,開口數量對應旋翼槳葉的數量。所述高速圓盤下表面設計有圓筒結構,所述圓筒結構與機身之間軸承連接,實現高速圓盤的上下移動;所述高速圓盤內部具有轉動軸,所述轉動軸從主軸頂端穿入,并與固連在主軸內壁的差動機構連接,實現高速圓盤和主軸之間的差動旋轉。
[0005]所述的折疊狀態,當需要進行折疊時,主軸內部的差動機構運動,使主軸和高速圓盤產生角度差動,當主軸相對高速圓盤轉動時,柔性星形槳轂將旋翼槳葉拉入高速圓盤中。
[0006]所述的展開狀態,當需要進行展開時,主軸內部的差動機構運動,使主軸和高速圓盤產生角度差動,當主軸相對高速圓盤轉動時,柔性星形槳轂將槳葉推出高速圓盤外。
[0007]本發明提供的適用于復合式飛機的旋翼折展機構,旋翼折展比例較高,可以達到40%以下,這樣可以有效的減小旋翼系統的迎風面積,減小阻力。本發明的折展機構中的高速圓盤不產生升力,但由于旋翼系統槳葉內部20%的旋翼長度部分不產生升力,所以高速圓盤對整個旋翼的氣動特性影響較小。
【附圖說明】
[0008]圖1是根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統槳葉展開狀態下軸向視圖;
[0009]圖2是根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統槳葉折疊狀態下側向視圖;
[0010]圖3是根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統側向半剖圖的局部視圖;
[0011]圖4是根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統圓盤內部結構軸向視圖局部視圖;
[0012]圖5是根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統柔性星形槳轂的軸向視圖;
[0013]圖6是曲柄搖塊機構折疊狀態示意圖;
[0014]圖7是曲柄搖塊機構展開狀態示意圖;
[0015]圖8是根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統展開狀態俯視圖剖視圖;
[0016]圖9是根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統展開狀態側視圖剖視圖;
[0017]圖10是本發明中連接鉸的傾斜角度示意圖。
[0018]圖中:
[0019]1.高速圓盤;2.旋翼槳葉;3.柔性星形槳轂;4.主軸;31.上夾板;
[0020]32.下夾板;33.球形軸承;34.星形件;51.曲柄;52.搖塊;
[0021]53.基礎;54.連接桿。
【具體實施方式】
[0022]以下結合附圖描述本發明的實施例。
[0023]本發明提供的適用于復合式飛機的旋翼折展機構,在飛行過程中主要包括兩個狀態,分別為旋翼槳葉2展開狀態和旋翼槳葉2折疊狀態。當旋翼槳葉2展開時,旋翼槳葉2從高速圓盤I中伸出,高速圓盤I和旋翼槳葉2共同旋轉,進而產生飛機所需要的升力以及一部分的方向操縱力,飛行模式同一般直升機相同,如圖1 ;當旋翼槳葉2折疊時,旋翼槳葉2折入高速圓盤1,在平飛過程中可以減小旋翼系統產生的阻力,并能夠利用高速圓盤I上表面凸出的氣動外形產生一定的升力,折疊后的狀態如圖2。
[0024]根據本發明的一個實施例的旋翼折展機構,如圖3所示,所述的折展機構包括高速圓盤1、槳葉2、柔性星形槳轂3及主軸4。其中高速圓盤I為上下表面均凸起的圓盤結構,并且在所述下表面具有圓筒結構,所述圓筒與機身之間軸承連接,高速圓盤I可以在豎直方向上上下移動;高速圓盤I內部具有轉動軸,所述轉動軸穿過中空主軸4的頂端與其內部的差動機構連接,實現高速圓盤I與主軸4之間的差動旋轉。所述的主軸4的底端與機身內部的動力裝置連接。旋翼槳葉2通過連接鉸21連接到柔性星形槳轂3上,柔性星形槳轂3通過螺栓連接到主軸4上,柔性星形槳轂3上連接有用于操縱的總距變距操縱機構,如圖
4。所述的主軸4為中空結構,中空結構內部設置差動機構,所述的差動機構的定子固定連接在主軸4上,轉子連接高速圓盤I的轉動軸,實現高速圓盤I與主軸4之間的角度控制。
[0025]如圖4和圖5所示,所述的柔性星形槳轂3由上夾板31、下夾板32、球形軸承33和星形件34組成。所述的上夾板31和下夾板32的外端通過連接鉸21與槳葉2連接,使得旋翼槳葉2可以繞連接鉸21相對柔性星形槳轂3旋轉,旋翼槳葉2折疊或展開。所述上夾板31和下夾板32的內端分別通過球形軸承33與星形件34連接。
[0026]根據本發明的一個實施例的折展旋翼系統的折展狀態如圖1和圖2所示。本發明的靈感來源于機械設計中的曲柄搖塊機構如圖6,該機構主要包括曲柄51、搖塊52、基礎53和連接桿54。當曲柄51繞軸旋轉時,連接桿54會在搖塊52中移動,該機構有兩個極限位置。分別如圖6、圖7所示,兩種狀態下,連接桿54相對搖塊52分別伸出和收回。如果各部分的尺寸設計合理,則可以實現連接桿在兩種狀態下的收放。并使得在收回狀態下,連接桿54完全收回搖塊52內。
[0027]根據所述的曲柄搖塊機構,本發明中的折展旋翼系統的旋翼槳葉2相當于曲柄搖塊機構的連接桿54,星形件34以及上夾板31、下夾板32組成的柔性星形槳轂3相當于曲柄51,高速圓盤I相當于基礎53,高速圓盤I開口處對應曲柄搖塊機構的搖塊52 (旋翼槳葉2在折疊后,槳尖在所述高速圓盤I開口處留有適當長度,保證旋翼槳葉2的下次順利展開)。旋翼槳葉2與柔性星形槳轂3通過連接鉸相連,并且在所述的旋翼槳葉2和柔性星形槳轂3之間設置有鎖定機構,在旋翼槳葉2旋轉工作時,所述的鎖定機構鎖定,保證旋翼系統在周向運動過程中的剛度。在折展過程中,鎖定機構打開,使得旋翼槳葉2與柔性星形槳轂3之間僅通過連接鉸21連接。此時旋翼系統在差動機構的驅動下,柔性星形槳轂3相對于高速圓盤I轉動,進而拉動旋翼槳葉2進入高速圓盤1,由于旋翼槳葉2在重力作用下的撓度,使得旋翼槳葉2從相鄰柔性星形槳轂3的上方繞過,最終達到指定的收放狀態,展開和折萱狀