提升转子的转子叶片的制作方法

1.本发明总体上涉及提升转子(lift rotor)的转子叶片。在本发明的上下文中，“提升转子”是向飞行器(例如直升机或旋翼直升机)提供升力的转子。本发明特别涉及具有飞行状态和道路交通状态的可转换载具领域。


背景技术：

2.通常，转子叶片的长度远大于相关载具的宽度或长度。该长度转化为载具静止时占用的地面空间量。在某些情况下，希望减少空间，例如当停放在遮蔽物内或用卡车或飞机运输时。
3.对于具有两个叶片的转子，可以通过将转子叶片与载具纵向对齐来减小整个载具的宽度。如果这还不够，众所周知，可以拆除转子叶片，但这需要起吊设备和/或人员爬上载具顶部。


技术实现要素：

4.上述解决方案不适用于可转换载具(convertible vehicles)。由于这类载具的性质，必须由一个人站在地面上，以相对简单和快速的方式将其从飞行状态转换为道路交通状态。此外，在道路交通状态下，并不希望丢弃转子叶片，因此移除叶片不是首选解决方案。
5.此外，在道路交通状态下，仅通过定位转子以使转子叶片沿相反方向纵向对齐并不是合适的解决方案。在道路交通状态下，载具整体应符合道路交通法规，重心低，空气阻力小等。
6.如果转子叶片铰接至中央转子轮毂，并且相对于该中央轮毂转动至相互平行的位置，即在与载具纵向平行的同一方向上，则可以在一定程度上满足上述要求。
7.然而，为了执行飞行状态，需要相对较大的叶片长度，而车身最好是紧凑的，这样大叶片除了会带来空气动力学问题外，还会产生突出载具轮廓的问题。因此，本发明提出使每个转子叶片可折叠。
8.图1a为转子叶片10的俯视图。可以看出，转子叶片是细长的，具有较大的长度和较小的宽度。转子叶片10具有适于连接至转子轮毂(未显示)的近端11和相对的远端自由端12。连接近端11和远端12的四分之一弦线为叶片中心线13，其长度决定转子叶片10的长度。
9.图1b为转子叶片10在垂直于叶片中心线13的平面内的横截面示意图。叶片具有空气动力学机翼轮廓(aerodynamic wing profile)，具有前缘16和后缘15。连接前缘16和后缘15的直线被表示为弦14。可以看出，在垂直于弦14和叶片中心线13的方向上测量，弦14的长度大于叶片10的最大厚度。
10.在下文中，由弦14和叶片中心线13限定的虚拟平面被表示为弦平面17。需要注意的是，在运行中，转子叶片10将在大体水平的弦平面17内围绕大体垂直的旋转轴旋转。
11.根据本发明的一个重要方面，转子叶片在其近端和远端自由端之间包括铰链结构，该铰链结构的铰链轴大体上平行于弦平面17、垂直于叶片中心线13。这种铰链结构允许
转子叶片围绕轴沿着基本平行于弦14的方向折叠。
12.在操作位置，转子叶片10定位在离地面相对较大的高度，只要能够提供足够的地面间隙。弦14基本上是水平的。在该操作位置折叠转子叶片时，需要在垂直面上进行铰链操作，这对于站在地面上的人来说即使不是不可能也是困难的。在根据本发明的载具中，转子轮毂安装在位于载具上方的主轴(mast)顶部。主轴的下端相对于载具铰接，因此可以将主轴降到基本水平的位置。转子轮毂的旋转轴相对于主轴固定，因此，当主轴处于降低的水平位置时，转子轮毂的旋转轴也处于水平方向。降低主轴时，两个转子叶片保持平行于铰链轴。降下主轴后，两个转子叶片仍大致水平伸展，但此时弦平面17已旋转约90
°
至大致垂直的方向，使得弦14基本垂直。
13.此时，当转子叶片围绕该轴沿着基本平行于弦14的方向折叠时，其需要绕基本垂直的轴铰接，即在水平面上产生位移，这可以由一个人轻松完成。
14.在折叠转子叶片10时，希望两个叶片部可以相互平行放置，即应达到180
°
的铰接角。可以使用单轴铰链，但在这种情况下，铰链轴必须布置在叶片的空气动力学机翼轮廓之外，这是不可取的，这是因为其增加了空气动力学阻力。如果铰链完全位于叶片的空气动力学机翼轮廓内，则不可能在180
°
上铰接。
15.为了克服这些问题，本发明提出的铰链结构具有至少两个平行布置的铰链轴。
附图说明
16.本发明的这些和其他方面、特征和优点将通过对一个或多个优选实施例结合附图加以描述，其中相同的附图标记表示相同或类似的部件，其中：
17.图1a是转子叶片的俯视图；
18.图1b是转子叶片的横截面示意图；
19.图2是根据本发明的可转换飞行/行驶载具在飞行状态下的透视图；
20.图3是示出处于飞行状态和道路行驶状态之间的第一中间状态的载具主轴结构的侧视图；
21.图4是示出处于飞行状态和道路行驶状态之间的第二中间状态的载具的侧视图；
22.图5是处于该第二中间状态下载具的俯视图；
23.图6处于是第三中间状态下载具的俯视图；
24.图7是与图6类似的俯视图，显示了道路行驶状态下车辆的右侧转子叶片；
25.图8a是一个透视图，该透视图示意性示出根据本发明处于分离状态的铰链结构的主要部件；
26.图8b是一个透视图，显示了组装状态下所述部件的更真实视图；
27.图8c是与图8b类似的视图，其中一个叶片部连接至叶片连接器；
28.图9a是一个转子叶片中央铰链部分的透视图；
29.图9b是与图9a类似的视图，其中一个叶片部转动；
30.图9c是与图9a类似的视图，其中两个叶片部转动；
31.图10a显示了彼此干涉的两个叶片部；
32.图10b示出了根据本发明的两个叶片部，其中一个叶片部允许另一个叶片部转动而不发生干涉；
33.图11a
‑
c示意性地示出了根据本发明的优选折叠控制装置的实施例的操作原理。
具体实施方式
34.图2是根据本发明的可转换飞行/行驶载具100的透视图。载具100包括细长车身110，车身110包含容纳乘客的内部隔间，其尺寸与汽车尺寸相当。载具100包含底盘系统120，该底盘系统120包括一个前轮121和两个后轮122、123。载具100的后端包括螺旋桨130，该螺旋桨用于在飞行模式下提供推动力，在行驶模式下可将该螺旋桨折叠并容纳在车身内部。
35.载具100容纳发动机(为了简单起见未示出)。在行驶模式下，发动机动力传输到后轮，用于像道路上的普通汽车一样推动载具。在飞行模式下，发动机动力传输至螺旋桨130，以在空气中提供推进力。
36.载具100设置有主轴140，该主轴140的下端141在靠近车身110后端的位置处与车身110顶部铰接。在主轴140顶端142处，主轴140可旋转地承载提升转子150，该提升转子150旋转时向载具100提供提升力。虽然转子150可以接收发动机动力进行旋转，但转子也可以是旋翼直升机类型。转子150包括转子轮毂151和两个转子叶片152、153。
37.载具100还包括一个可伸长尾部结构160，该尾部结构160包括两个尾翼(tail foil)161、162，该尾翼安装在可伸长尾梁(tail boom)163远端。尾梁163的近端铰接在主轴140上，位置靠近主轴顶端142。在主轴140后面的位置，尾部结构160包括尾梁支架(boom support)164，其下端铰接至车身110，上端铰接至尾梁163。
38.图2显示了处于飞行状态的载具100。螺旋桨130展开。主轴140转动至竖直位置，尾梁支架164也是如此。尾梁163伸展，并且处于提升水平以超过展开的螺旋桨130而很好地伸展。转子叶片152、153的弦平面基本水平延伸。
39.图3是处于飞行状态和道路行驶状态之间的第一中间状态的载具的主轴结构的侧面示意图。螺旋桨130折叠并收纳，不可见。主轴140下降至与水平面成大约45
°
的角度；尾梁支架164和尾梁163紧随其后。转子叶片152、153在相对于载具的横向方向上延伸，即垂直于图纸平面。
40.图4是处于飞行状态和道路行驶状态之间的第二中间状态的载具侧面示意图。螺旋桨130折叠并收纳，不可见。主轴140降低到基本水平的位置；尾梁支架164和尾梁163紧随其后，因此尾梁163此时也基本上水平放置，靠近载具顶部。转子叶片152、153仍然在相对于载具的横向方向上伸展，即垂直于图纸平面。转子叶片152、153围绕各自的铰链轴154、155铰接至转子轮毂151，铰链轴154、155基本上平行于转子叶片的弦平面。图4清楚地显示了这些铰链轴，现在是垂直的，通常用虚线表示。
41.图5是第二中间状态下载具的俯视图。所述铰链轴154、155垂直于该附图平面延伸。该图清楚地显示，转子叶片152、153的长度远大于车身110的长度。根据本发明，每个转子叶片152、153由两个转子叶片部171、172组成，这两个转子叶片部在铰链段173处铰接在一起，稍后将更详细地解释。两个转子叶片部171、172具有大致相等的长度，但是这对本发明不是必需的。此外，如果远端部172略短于近端部171，则可能是有利的。
42.图6是第三中间状态下载具的俯视示意图。与图5中的第二中间状态相比，其中一个转子叶片153已(手动地)朝车身110后部转动，角度约为60
°
，值得注意的是，该角度的精
确值没有相关性。此外，远端部172已相对于近端部171向前转动，以便“折叠”该转子叶片。注意，可以先将近端部171转动到后部，并且随后将远端部172相对于近端部171向前折叠，但也可以先将远端部172相对于近端部171向前折叠，并随后将折叠叶片153向后转动。也可以同时进行转动和折叠操作。
43.图7是与图6类似的俯视图，显示了道路行驶状态下载具100的右侧转子叶片153。远端部172相对于近端部171向前转动180度,并平行于相应的近端部171。反过来，近端部171已进一步向后转动，并且现在在载具纵向上大致平行于主轴140延伸。铰链段173位于车身110的后端，没有必要超出后部延伸。当转子叶片152和153都以这种方式折叠时，主轴140位于两者之间，尾部的宽度大于车身110，并且也大于该折叠状态下的转子叶片，使得尾梁163可以被推入，从而使尾翼位于靠近车身和靠近折叠的转子叶片的车身外侧，如图所示。载具整体现在非常紧凑，适合用作“普通”汽车。
44.本发明的一个重要方面是关于每个转子叶片的铰链段173的设计。在下文中，该铰链部的铰链结构通常由附图标记200表示。本发明的目的是提供一种铰链设计，得以在转子叶片152、153的伸展状态下，叶片部171，172与铰链段173一起提供了空气动力学连续的外叶片表面，无中断、凹部或突出部等可能干扰气流从而增加阻力、降低效率的部件。
45.图8a和8b是根据本发明的实施例的铰链结构200的主要部件的透视图。图8a是这些部件在拆卸状态下的示意图，而图8b是这些部件在组装状态下的更真实视图。
46.铰链结构200包括第一叶片连接器210、中心铰链元件240和第二叶片连接器270。
47.中心铰链元件240具有中心体241、第一组相互平行的连接凸缘242和第二组相互平行的连接凸缘243，该第一组相互平行的连接凸缘242沿第一方向远离中心体241延伸，该第二组相互平行的连接凸缘243沿相反的第二方向远离中心体241延伸。第一圆柱孔244垂直贯穿第一凸缘242，第二圆柱孔245垂直贯穿第二凸缘243。应注意，连接凸缘的数量与本发明并不特别相关，事实上，在每个方向仅具有一个连接凸缘的铰链也是可能的。
48.第一叶片连接器210包括叶片连接部211和铰链部212。叶片连接部211设计为允许第一叶片部与其连接；其精确的形状将结合相应的叶片部一起进行设计。铰链部212包括一组相互平行的连接凸缘213，该连接凸缘213直接或通过中间主体部分与连接部211连接。圆柱孔214垂直贯穿连接凸缘213。同样，此处连接凸缘的数量与本发明并不特别相关，且该数量也可低至一个。
49.第二叶片连接器270的设计与第一叶片连接器210相当，甚至可能相同。它包括叶片连接部271和铰链部272，铰链部272设有一组与连接部271连接的相互平行的连接凸缘273，以及垂直贯穿连接凸缘273的圆柱孔274。
50.凸缘242、243、213、273具有相互平行的侧面，该侧面垂直于圆柱孔214、244、245、275的轴线延伸。凸缘相互匹配，即叶片连接器210、270的凸缘213、273的宽度对应于中央铰链元件240的凸缘242、243之间的距离，相反，中央铰链元件240的凸缘242、243的宽度对应于叶片连接器210、270的凸缘213、273之间的距离。
51.在组装状态下(图8b)，所述凸缘定位于相互啮合位置，叶片连接器210、270的凸缘213、273位于中央铰链元件240的凸缘242、243之间，中央铰链元件240的凸缘242、243位于叶片连接器210、270的凸缘213、273之间，相应的孔214、244和274、245彼此对齐。第一圆柱形铰链轴251被推入对齐的孔214、244，第二圆柱形铰链轴252被推入对齐的孔274、245。应
该清楚的是，现在第一叶片连接器210可以围绕第一圆柱形铰链轴251相对于中央铰链元件240转动，并且第二叶片连接器270可以围绕第二圆柱形铰链轴252相对于中央铰链元件240转动。
52.在图8b中可以看到根据本发明的铰链结构200的重要特征。中央铰链元件240具有一个上表面246，该上表面246为中心体241和所有凸缘242、243共用。第一叶片连接器210的凸缘213具有齐平的上表面215，第二叶片连接器270的凸缘273具有齐平的上表面275。在铰链结构200的伸展状态下，第一叶片连接器210的凸缘213延伸至中央铰链元件240的中心体241，没有任何间隙，第二叶片连接器270的凸缘273延伸至中央铰链元件240的中心体241，没有任何间隙。中央铰链元件240的上表面246与第一叶片连接器210的凸缘213的上表面215齐平并邻接，并且与第二叶片连接器270的凸缘273的上表面275齐平并邻接。
53.图8c是与图8b类似的视图，其中一个叶片部(例如171)连接至第二叶片连接器270。叶片部171的外皮与第二叶片连接器270的凸缘273完全齐平。这同样适用于连接到第一叶片连接器210的另一个叶片部，图中并未单独示出。可以看出，在向前和向后方向上，即在平行于铰链轴的方向上，叶片部171延伸超出铰链轮廓，并且在这些位置，叶片部在纵向上进一步延伸，使得在伸展状态下，两个叶片部的端部彼此接触或尽可能靠近，以在两个叶片部之间获得近乎无缝的过渡。
54.应该清楚的是，在铰链的伸展状态下，两个叶片部171、172与铰链结构200一起限定了无缝且齐平的上叶片表面，没有中断。图9a中也示意性地说明了这一点。在下侧，叶片部171和172的外表面以齐平方式相互连接，因此叶片连接器和中央铰链元件的下表面的精确形状不是特别相关。
55.图9a是一个转子叶片的中央铰链部分的示意性透视图，显示了中央铰链元件240和两个叶片部171、172，它们的接触处具有单个接缝174。
56.考虑到铰链结构200具有两个相距一定距离彼此平行布置的铰链轴，并且两个叶片部171、172在这两个轴之间的位置处彼此相遇，因此两个叶片部171、172必须不得同时转动，否则它们会相互干扰。这如图10a所示。两个叶片部171、172在铰链平面上方的上部点a处以及在所述平面下方的下部点b处彼此相遇，该铰链平面是由铰链轴线251、152限定的。假设两个叶片部171、172向上折叠，如箭头p1所示。很容易看出，在下部点b处，两个叶片部171、172将彼此远离，如箭头p2所示，但在上部点a处，两个叶片部171、172将(试图)彼此靠近。
57.为了避免这种情况，本发明中，两个叶片部171、172彼此面对的端部，即远端叶片部172的近端和近端叶片部171的远端，其形状使得一个允许另外一个不受干扰的转动，如图10b所示。特别是，在所述铰链平面上方，两个叶片部171、172的端部可具有围绕第一铰链轴线251呈圆柱形的轮廓，如175所示。现在可以看出，第二叶片部172不能铰接，但是第一个叶片部171可以转动起来而不会干扰第二个叶片部172——见图9b。在完成该转动之后，第二叶片部172可以在不干扰第一叶片部171的情况下被转动起来——见图9c。
58.对于反向转动，即展开，转动顺序应相反。
59.图9a
‑
c示意性地示出了处于正常操作方向的转子叶片153，即弦14基本水平。可以看出，折叠后，叶片部171、172的上表面171u、172u彼此面对(图9c)，而在伸展状态下，所述上表面171u、172u彼此齐平并且中央铰链元件240位于二者中间(图9a)。参考图4
‑5‑6‑
7，需
要注意的是，实际上，在折叠状态下，叶片已经旋转了大约90
°
，使得弦14基本上是竖直的。
60.由上可知，两个叶片部171、172应该以正确的折叠顺序折叠和展开。优选地，折叠顺序不是由用户的技能决定的，而是铰链结构200设置有确保正确折叠顺序而不必用户考虑的安全特征。
61.图11a
‑
c示意性地示出了根据本发明的优先折叠控制装置300的实施例的操作原理。第一铰链轴251设置有第一凹槽311，第二铰链轴252设置有第二凹槽312。中心铰链元件240设置有锁销330，锁销330位于两个铰链轴251、252之间，其可在中心铰链元件240的腔室320中轴向滑动，并且锁销330长度大于两个铰链轴251、252之间的相互距离。
62.第一凹槽311相对于第一铰链轴251的角位置使得当第一叶片连接器210处于伸展状态时该凹槽与锁销330的第一端对齐。第二凹槽312相对于第二铰链轴252的角位置使得当第二叶片连接器270处于折叠状态时该凹槽与锁销330的相对的第二端对齐。
63.图11a示出了处于完全伸展状态，即飞行状态的铰链结构200。锁销330的第一端延伸到第一凹槽311中，从而防止连接到第一叶片连接器210的第一铰链轴251相对于中央铰链元件240旋转。锁销330的另一端紧靠第二铰链轴252的外表面，以防止锁销300释放第一铰链轴251。第二叶片连接器270可自由向上转动。
64.当第二叶片连接器270到达其折叠状态时，第二凹槽312与锁销330对准。锁销330现在移动，其第二端进入第二凹槽312以锁定第二叶片连接器270，防止其折叠。这种情况如图11b所示。
65.当锁销330的第一端完全离开第一凹槽311时，第一叶片连接器210可自由向上转动——见图11c。
66.需要说明的是，使用者只需握住外叶片部并沿折叠方向推动即可。在第一转动阶段(通常是转动的前90
°
)，第二铰链轴252将作为主动铰链发生转动，之后在随后的第二转动阶段第一铰链轴251自动成为主动铰链。在这方面，外叶片部还是内叶片部谁首先相对于中央铰链元件240转动并不重要。
67.对于反向转动，为了打开折叠叶片，用户只需再次握住外叶片部并将其推向使用方向。首先，第一铰链轴251自动成为主动铰链，使得第一叶片连接器210保持伸展状态
‑
从图11c到图11b。当第一叶片连接器210到达其由止动块(为简单起见未示出)限定的伸展状态时，第二铰链轴252在锁销移动后变为激活状态。
68.移动锁销330可能需要用户操作。为了帮助用户，折叠控制装置300可包括偏置构件340，例如弹簧，其布置在腔室320中或另一适当位置，该偏置构件340在锁销330上施加偏置力，从而将锁销330压向第二铰链轴252。替代地或另外地，在优选实施例中，锁销330的第二端具有斜边，第二凹部312也是如此，使得施加在第二叶片连接器270上的力将迫使锁销330的第二端脱离第二凹槽312，与此同时锁销330的第一端进入第一凹槽311，从而第二叶片连接器270可以进一步转动——从图11b到图11a。类似地，在优选实施例中，锁销330的第一端具有斜边，第一凹槽311也是如此，在折叠操作结束时迫使锁销330的第一端从第一凹槽311中脱离，从图11a中的位置到图11b中的位置；在这种情况下，可以省去偏置弹簧。
69.铰链结构200的伸展、展开状态可分别由第一销孔装置和第二销孔装置限制和固定，该第一销孔装置用于限定第一叶片连接器210相对于中央铰链元件240的延伸位置，该第二销孔装置用于限定第二叶片连接器270相对于中央铰链元件240的延伸位置。这意味
着，在用户折叠叶片之前，他必须移除这两个销，在展开叶片之后，他需要放置这些销。在对本发明的进一步阐述中，不再需要这种固定布置，因为铰链结构200的延伸、展开状态由止动块限定，该止动块精确的设计和位置不是必需的。此类止动块可布置在中央铰链元件上，或叶片连接器上，或两者上。第一个这样的止动块限定了第一叶片连接器210相对于中心铰链元件240的延伸位置，第二个这样的止动块定义了第二叶片连接器270相对于中心铰链元件240的延伸位置。对于用户，这样做的优势在于，他可以无需首先移除销即可开始折叠叶片，并且他可以展开叶片直到叶片到达止动块，而不再需放置任何销。在操作状态下不需要这种销孔布置装置来保持叶片展开，因为叶片上的力足以使其保持自动伸展。
70.需要注意的是，在具有折叠控制装置300的实施例中，可以省去上述止动块之一。
71.总之，可折叠转子叶片包括由平行布置的两个铰链轴限定的铰链元件以及两个叶片部，每个叶片部均连接到铰链元件从而相对于所述各自的铰链轴铰链。转子叶片具有伸展状态，在该伸展状态叶片部基本上彼此对齐；转子叶片具有折叠状态，在该折叠状态每个叶片部相对于铰链元件转动，使得叶片部基本上彼此平行。叶片具有弦，并且该铰链轴基本上平行于弦。叶片部具有上表面以及位于叶片中间的铰链单元，该上表面在折叠状态下彼此面对并且在伸展状态下与彼此对齐。
72.本领域技术人员应当清楚，本发明不限于上面讨论的示例性实施例，而是在所附权利要求限定的本发明的保护范围内可以进行若干变化和修改。例如，本发明的铰链结构也可应用于固定翼飞机。此外，可以用与叶片部集成在一起的叶片连接器(即叶片部设置有诸如212或272的铰链部分)来代替与叶片部连接的叶片连接器的铰链结构200。
73.即使在不同的从属权利要求中记载了某些特征，本发明也涉及包含这些共同特征的实施例。即使已经结合彼此描述了某些特征，本发明也涉及省略这些特征中的一个或多个的实施例。也可以省略未被明确描述为必要的特征。权利要求中的任何参考符号不应被解释为限制该权利要求的范围。