一种负扭可变的旋翼和旋翼负扭调节装置

1.本发明涉及飞行器旋翼设计技术领域，特别是涉及一种负扭可变的旋翼和旋翼负扭调节装置。


背景技术：

2.直升机由于其特有的低空、低速性能，在军事领域和民事领域都有广泛且难以替代的应用。旋翼作为直升机主要的升力来源，提升其性能可以降低直升机功率的需求，直接改善直升机的飞行性能和飞行品质，因而一直是研究的热点。
3.为了实现这一目标，从20世纪40年代开始，研究人员分析了包括扭转角、旋翼半径，旋翼转速、剖面弦长分布、尖削比和剖面翼型在内的参数对旋翼性能的影响。同时期的飞行试验也表明，在优化上述参数后，同一功率下的悬停拉力提高了15％，平飞需用功率降低了20％，自转下滑性能也有15％的提高。然而gessow指出，在诸多参数中，旋翼负扭转是在给定拉力系数和桨尖速度的条件下提高直升机最大飞行速度、降低需用功率损失的最有效的措施。quackenbush等采用自由尾迹方法进行了悬停及轴流飞行状态旋翼气动外形优化研究，亦表明旋翼旋翼扭转分布是对旋翼性能影响最为重要的参数之一。大量的研究指出，旋翼负扭转可以重新分布升力、延缓桨尖失速、降低振动水平、削弱桨尖涡强度、降低高速脉冲噪声、降低旋翼的诱导功率和型阻功率等。并且旋翼不同位置的负扭变化所能够产生的效果是不同的。传统旋翼只能将旋翼整体进行翻转，还不具备根据飞行状态更改旋翼中某段负扭的功能。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种负扭可变的旋翼和旋翼负扭调节装置，以解决现有技术存在的问题，通过将旋翼设置为分段结构，并在相邻刚性段之间设置扭转段，配合扭矩调节机构可以根据直升机的飞行状态改变其负扭，有利于旋翼飞行性能的提升。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种负扭可变的旋翼，包括沿其展向依次连接的第一刚性段、扭转段和第二刚性段，在悬停状态时，所述第一刚性段的负扭线性变化，并与所述第二刚性段通过扭转段过渡连接，所述扭转段能够绕所述旋翼的展向进行扭转。
6.优选的，所述第二刚性段包括沿所述旋翼展向依次设置的若干中部段和尖部段，位于一端的所述中部段通过所述扭转段与所述第一刚性段连接；在悬停状态时，所述中部段和所述尖部段的负扭均线性变化，且相邻的所述中部段、所述中部段与所述尖部段之间均通过所述扭转段过渡连接。
7.本发明还提供一种旋翼负扭调节装置，包括上述的负扭可变的旋翼、负扭调节机构和变距杆，所述变距杆的一端连接用于驱动所述旋翼旋转的驱动机构，另一端伸入所述旋翼内部，与所述第二刚性段的端部固定连接；所述负扭调节机构包括动力部，所述动力部的输出端连接有连接件，并能够带动所述连接件沿所述输出端的轴向移动，所述输出端的
轴向与所述变距杆的轴向相垂直；所述连接件端部与所述第一刚性段固定连接。
8.优选的，所述第一刚性段与所述变距杆之间设置有轴承。
9.优选的，所述动力部包括安装在所述变距杆上的步进电机，所述步进电机的输出轴上固定有螺杆，所述螺杆上转动连接有螺套，所述螺套与所述连接件的一端固定连接，所述连接件的另一端与所述第一刚性段固定连接。
10.优选的，所述变距杆上设置有耳板，所述步进电机铰接在所述耳板上，且铰接轴与所述变距杆平行。
11.优选的，所述连接件包括拉杆，所述拉杆的一端与所述螺套固定连接，另一端与所述第一刚性段固定连接。
12.优选的，所述螺杆上远离所述输出轴的一端还固定有用于对所述螺套的行程进行限位的限位块。
13.优选的，所述螺杆的螺旋升角小于摩擦角。
14.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
15.1、本发明通过将旋翼设置为分段结构，并在相邻刚性段之间设置扭转段，可以根据直升机的飞行状态改变其负扭，有利于旋翼飞行性能的提升；
16.2、本发明通过负扭调节机构对旋翼负扭进行调节，结构更简单，成本更低；
17.3、本发明中螺杆的螺旋升角小于摩擦角，当步进电机停止转动时，能够产生自锁，达到负扭精确调节的目的。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明中旋翼的整体结构示意图；
20.图2为本发明中负扭调节机构的结构示意图；
21.其中，1、第一刚性段；2、中部段；3、尖部段；4、扭转段；5、变距杆；6、负扭调节机构；7、步进电机；8、螺杆；9、螺套；10、拉杆；11、限位块；12、轴承；13、耳板。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.本发明的目的是提供一种负扭可变的旋翼和旋翼负扭调节装置，以解决现有技术存在的问题，通过将旋翼设置为分段结构，并在相邻刚性段之间设置扭转段，配合扭矩调节机构可以根据直升机的飞行状态改变其负扭，有利于旋翼飞行性能的提升。
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.实施例1：
26.如图1所示，本实施例提供一种负扭可变的旋翼，包括沿其展向依次连接的第一刚性段1、扭转段4和第二刚性段，在悬停状态时，第一刚性段1的负扭线性变化，并与第二刚性段通过扭转段4过渡连接，扭转段4既能够保证旋翼在展向上的结构刚度，还能够绕旋翼的展向进行扭转。其中，扭转段4采用拉扭带，拉扭带为复合材料，中间为缠绕的线材，外部为可变形橡胶材质，本实施例中拉扭带的外形为旋翼的翼型形状。
27.由于本实施例旋翼中设置有扭转段4，当第一刚性段1受到扭力时，扭转段4会产生扭转，使得第一刚性段1改变负扭值，提高第一刚性段1(旋翼内段)的迎角，在悬停时有益于降低旋翼的需用功率；第一刚性段1的负扭在前飞时会导致后行侧旋翼中部和前行侧桨尖升力损失，不利于旋翼性能提升，因此，当直升机需要前飞时，可以再次将第一刚性段1的负扭进行调整至适宜状态。从而，本实施例通过将旋翼设置为分段结构，并在相邻刚性段之间设置扭转段4，可以根据直升机的飞行状态改变其负扭，有利于旋翼飞行性能的提升。
28.进一步的，本实施例中第二刚性段包括沿旋翼展向依次设置的若干中部段2和尖部段3，位于一端的中部段2通过扭转段4与第一刚性段1连接；在悬停状态时，中部段2和尖部段3的负扭均线性变化，且相邻的中部段2、中部段2与尖部段3之间均通过扭转段4过渡连接。通过将第二刚性段进一步设置为多个中部段2和尖部段3，当对第一刚性段1的负扭进行调整时，相邻中部段2之间的扭转段4、中部段2与尖部段3之间的扭转段4均会产生扭转，使得中部段2负扭，可以很大程度提高旋翼第一刚性段1(内段)和中部段2的迎角，旋翼尖部段3的迎角明显减小，对于悬停和高速前飞状态的直升机旋翼，中部段2负扭率越高旋翼需用功率越低，巡航飞行时，超过12
°
/r的中段负扭不利于旋翼飞行性能的提升。同时，由于自第一刚性段1开始扭转，沿旋翼展向负扭逐渐降低，可以使旋翼升力沿展向分布较为均匀，可以有效改善旋翼的气动环境，提高旋翼效率。
29.需要说明的是，扭转段4、第一刚性段1、中部段2、尖部段3的长度，中部段2的数量可以根据实际旋翼桨叶类型进行合理设计。附图中具有2两段中部段2。
30.实施例2：
31.如图2所示，本实施例提供一种旋翼负扭调节装置，包括上述的负扭可变的旋翼、负扭调节机构6和变距杆5，变距杆5的一端连接用于驱动旋翼旋转的驱动机构，另一端伸入旋翼内部，与第二刚性段的端部固定连接；负扭调节机构6包括动力部，动力部的输出端连接有连接件，并能够带动连接件沿输出端的轴向移动，输出端的轴向与变距杆5的轴向相垂直；连接件端部与第一刚性段1固定连接。
32.直升机飞行过程中，根据不同的飞行状态，可以调节旋翼负扭。调节过程如下：动力部动作，带动连接件沿动力部输出端的轴向移动，从而带动第一刚性段1绕变距杆5进行扭转，若干中部段2由于也通过扭转段4进行连接，从而中部段2也能够绕变距杆5进行扭转，从而实现旋翼负扭变化。
33.具体的，动力部包括安装在变距杆5上的步进电机7，变距杆5上设置有耳板13，步进电机7铰接在耳板13上，且铰接轴与变距杆5平行；步进电机7的输出轴上固定有螺杆8，螺杆8上转动连接有螺套9，螺杆8的端部设置有用于放置螺套9滑脱的限位块11，螺套9与拉杆10的一端固定连接，拉杆10的另一端与第一刚性段1进行焊接。步进电机7输出轴带动螺杆8旋转，使得螺套9沿螺杆8平移，通过拉杆10拉动第一刚性段1进行翻转，进而使得旋翼负扭。
同时，本实施例中步进电机7铰接在耳板13上，使得步进电机7能够绕铰接轴进行翻转，使得旋翼能够顺利进行负扭调节。
34.进一步的，本实施例中第一刚性段1与变距杆5之间设置有轴承12。
35.进一步的，本实施例中螺杆8的螺旋升角小于摩擦角，当步进电机7停止转动时，能够产生自锁，达到负扭精确调节的目的。
36.根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
37.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种负扭可变的旋翼，其特征在于，包括沿其展向依次连接的第一刚性段、扭转段和第二刚性段，在悬停状态时，所述第一刚性段的负扭线性变化，并与所述第二刚性段通过扭转段过渡连接，所述扭转段能够绕所述旋翼的展向进行扭转。2.根据权利要求1所述的负扭可变的旋翼，其特征在于，所述第二刚性段包括沿所述旋翼展向依次设置的若干中部段和尖部段，位于一端的所述中部段通过所述扭转段与所述第一刚性段连接；在悬停状态时，所述中部段和所述尖部段的负扭均线性变化，且相邻的所述中部段、所述中部段与所述尖部段之间均通过所述扭转段过渡连接。3.根据权利要求1或2所述的负扭可变的旋翼，其特征在于，所述扭转带为拉扭带。4.一种旋翼负扭调节装置，其特征在于，包括如权利要求1-3任意一项所述的负扭可变的旋翼、负扭调节机构和变距杆，所述变距杆的一端连接用于驱动所述旋翼旋转的驱动机构，另一端伸入所述旋翼内部，与所述第二刚性段的端部固定连接；所述负扭调节机构包括动力部，所述动力部的输出端连接有连接件，并能够带动所述连接件沿所述输出端的轴向移动，所述输出端的轴向与所述变距杆的轴向相垂直；所述连接件端部与所述第一刚性段固定连接。5.根据权利要求4所述的旋翼负扭调节装置，其特征在于，所述第一刚性段与所述变距杆之间设置有轴承。6.根据权利要求4所述的旋翼负扭调节装置，其特征在于，所述动力部包括安装在所述变距杆上的步进电机，所述步进电机的输出轴上固定有螺杆，所述螺杆上转动连接有螺套，所述螺套与所述连接件的一端固定连接，所述连接件的另一端与所述第一刚性段固定连接。7.根据权利要求6所述的旋翼负扭调节装置，其特征在于，所述变距杆上设置有耳板，所述步进电机铰接在所述耳板上，且铰接轴与所述变距杆平行。8.根据权利要求7所述的旋翼负扭调节装置，其特征在于，所述连接件包括拉杆，所述拉杆的一端与所述螺套固定连接，另一端与所述第一刚性段固定连接。9.根据权利要求8所述的旋翼负扭调节装置，其特征在于，所述螺杆上远离所述输出轴的一端还固定有用于对所述螺套的行程进行限位的限位块。10.根据权利要求9所述的旋翼负扭调节装置，其特征在于，所述螺杆的螺旋升角小于摩擦角。

技术总结
本发明公开一种负扭可变的旋翼和旋翼负扭调节装置，涉及飞行器旋翼设计技术领域，包括沿其展向依次连接的第一刚性段、扭转段和第二刚性段，在悬停状态时，所述第一刚性段的负扭线性变化，并与所述第二刚性段通过扭转段过渡连接，所述扭转段能够绕所述旋翼的展向进行扭转；同时旋翼负扭调节装置还包括负扭调节机构，能够对旋翼施加扭转力，调节旋翼负扭；本发明通过将旋翼设置为分段结构，并在相邻刚性段之间设置扭转段，可以根据直升机的飞行状态改变其负扭，有利于旋翼飞行性能的提升；并且本发明通过负扭调节机构对旋翼负扭进行调节，结构更简单，成本更低。成本更低。成本更低。


技术研发人员：赵国庆 崔壮壮 周旭 招启军 王博 陈喆
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/6/28