一种能自动调整旋翼升力的无挥舞铰直升机旋翼

1.本发明涉及直升机旋翼设计技术领域，具体涉及一种能自动调整旋翼升力的无挥舞铰直升机旋翼。


背景技术：

2.直升机旋翼及其桨毂是直升机上最重要也是最复杂的部件，尽管设计精巧，但也带来结构复杂、重量大、故障率高、振动噪声大、成本高等问题，以至于现在面对无人机的竞争，在性价比方面优势全无，亟待通过结构原理创新予以解决。
3.直升机传统全铰桨毂的核心是挥舞铰、摆振铰和变矩铰，其中用于平衡旋翼前行后行升力的控制旋翼上下挥舞的挥舞铰是关键，除了挥舞铰本身的结构问题，还有由于挥舞铰的存在，为了减少挥舞哥氏力对旋翼根部强度的影响，又引出摆振铰的问题，导致结构更趋复杂臃肿。为此现代直升机旋翼也试图通过各种弹性新材料的应用发展出了无铰式和无轴承式等结构更简洁的新型旋翼及桨毂。传统铰接式旋翼构型结构复杂、体积和重量大、维护成本高、疲劳寿命低。无铰式和无轴承式旋翼构型结构简单、重量轻、使用寿命长、维护简单，但对旋翼材料的要求较高，稳定性较差，完全依靠材料的发展仍然无法在性能和成本方面取得令人满意的效果。
4.因此，如何提供一种新型的直升机旋翼，使其取消挥舞铰的同时解决旋翼旋转挥舞和摆振的问题，简化旋翼结构，节省制造成本，提高直升机飞行的稳定性和平稳性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种能自动调整旋翼升力的无挥舞铰直升机旋翼，以解决现有技术中由于旋翼上设有用来平衡旋翼前行后行升力的控制旋翼上下挥舞的挥舞铰而导致的结构复杂臃肿、制造成本高的问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种能自动调整旋翼升力的无挥舞铰直升机旋翼，包括直升机主轴、大旋翼、调节小旋翼、大小旋翼连接杆、旋翼转轴和旋翼偏转限位块，所述大旋翼的后缘上方设有所述调节小旋翼，所述大旋翼和所述调节小旋翼之间通过所述大小旋翼连接杆连接，所述旋翼转轴对称安装在直升机主轴上，所述旋翼转轴的一端固定连接于所述大旋翼上，所述旋翼转轴的另一端转动连接于所述直升机主轴内，所述大旋翼和所述直升机主轴之间还设有所述旋翼偏转限位块，所述旋翼偏转限位块的一端固定设于所述大旋翼上，所述旋翼偏转限位块的另一端限制转动连接在所述直升机主轴内。
8.进一步地，所述直升机主轴的两侧对称开设有转孔，所述旋翼转轴一端固定连接大旋翼，所述旋翼转轴另一端转动安装于所述转孔内。
9.进一步地，还包括轴承和轴环，所述轴承和所述轴环置于所述转孔内，所述旋翼转轴外套设有多个所述轴承，所述轴承和所述轴环支撑和固定所述旋翼转轴，所述轴环固定
套设在所述旋翼转轴和所述转孔上，承受旋翼轴的轴向力。
10.进一步地，所述直升机主轴的两侧还开设有限位孔，所述旋翼偏转限位块设于所述限位孔内。
11.进一步地，还包括阻尼弹簧，所述阻尼弹簧设于所述限位孔内，所述阻尼弹簧设有多个，且多个所述阻尼弹簧分别设于所述旋翼偏转限位块的上端面和下端面，所述阻尼弹簧一端与所述限位孔的内端面连接，所述阻尼弹簧另一端与所述旋翼偏转限位块连接。
12.进一步地，所述大旋翼上的所述调节小旋翼位于所述大旋翼的后缘上方。
13.进一步地，所述大旋翼对称设于所述直升机主轴的左右两侧，所述大旋翼上及其上的所述旋翼转轴和所述旋翼偏转限位块关于所述直升机主轴的圆心中心对称。
14.进一步地，所述旋翼转轴的直径略小于所述转孔的直径。
15.进一步地，所述限位孔为方形孔，所述旋翼偏转限位块的截面面积略小于所述限位孔的截面面积。
16.进一步地，所述旋翼偏转限位块限制所述大旋翼的偏转角度为5～10度。
17.本发明具有如下优点：
18.本发明通过在大旋翼后缘加装调节小旋翼，当大旋翼旋转到前行和后行位置时，大旋翼的相对气流速度及大旋翼升力会发生变化，但可通过调节小旋翼产生的附加力矩来自动调整大旋翼攻角适应不同的相对来流速度，维持稳定的升力。自动保持旋翼在转到任何位置时升力不变，不受旋翼前行和后行时相对气流速度变化对旋翼升力的影响，不需要通过旋翼挥舞来维持旋翼前行和后行的升力平衡，没有旋翼挥舞，自然也不需要摆振铰，既能提高直升机飞行的稳定平稳性，又大大简化了旋翼结构。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
20.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
21.图1为本发明的整体结构示意图；
22.图2为本发明的剖视图；
23.图3为图2中a处的局部放大图；
24.图4为图2中b处的局部放大图；
25.图5为本发明提供的大旋翼和调节小旋翼的正视图；
26.图中：
27.1直升机主轴；2大旋翼；3调节小旋翼；4大小旋翼连接杆；5旋翼转轴；6旋翼偏转限位块；7转孔；8轴承；9轴环；10限位孔；11阻尼弹簧。
具体实施方式
28.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
29.为了解决现有技术中存在的相关技术问题，本技术实施例提供了一种能自动调整旋翼升力的无挥舞铰直升机旋翼，旨在解决现有结构复杂臃肿等问题，实现简化结构、降低制造成本的效果。如图1所示的，具体包括直升机主轴1、大旋翼2、调节小旋翼3、大小旋翼连接杆4、旋翼转轴5和旋翼偏转限位块6。直升机主轴1的两侧设有大旋翼2，大旋翼2的后缘上方设有调节小旋翼3，大旋翼2和调节小旋翼3之间通过大小旋翼连接杆4连接。本发明依靠旋翼相对气流速度的变化改变调节小旋翼3的升力大小，产生对大旋翼2的调整力矩，从而改变大旋翼2的攻角，使大旋翼2的升力保持稳定。
30.如图2所示的，大旋翼2与直升机主轴1之间设有旋翼转轴5，旋翼转轴5的一端固定设于大旋翼2上，旋翼转轴5的另一端转动连接于直升机主轴1内。直升机主轴1的两侧开设有转孔7，旋翼转轴5的直径略小于转孔7的直径，旋翼转轴5的另一端设于转孔7内。如图3所示的，轴承8和轴环9置于转孔7内，轴承8和轴环9设有多个。通过轴承8和轴环9使得旋翼转轴5在转孔7内转动并承受其轴向力，从而使得大旋翼2能绕直升机主轴1转动产生升力，同时不会在离心力中作用下飞脱。
31.为了防止旋翼因突然的阵风等因素影响造成偏转失控失速，本发明在大旋翼2和直升机主轴1之间设有旋翼偏转限位块6。如图4所示的，旋翼偏转限位块6的一端固定设于大旋翼2上，旋翼偏转限位块6的另一端限制转动连接在直升机主轴1内。直升机主轴1的两侧还开设有限位孔10，旋翼偏转限位块6的另一端设于限位孔10内。限位孔10为方形孔，旋翼偏转限位块6的截面面积略小于限位孔10的截面面积。大旋翼2由旋翼偏转限位块6限制，可以在一定的小角度范围内偏转，防止失控。限位孔10的宽度恰当使旋翼偏转限位块6能有效控制大旋翼2偏转角度，一般控制在5～10度左右。
32.如图4所示的，还包括阻尼弹簧11，阻尼弹簧11设于限位孔10内，阻尼弹簧11设有多个，且多个阻尼弹簧11分别设于旋翼偏转限位块6的上端面和下端面，阻尼弹簧11一端与限位孔10的内端面连接，阻尼弹簧11另一端与旋翼偏转限位块6连接。翼偏转限位块偏转时受阻尼弹簧11拉扯限制，减小大旋翼2偏转的冲击振动，提高大旋翼2平稳稳定性。
33.大旋翼2设于直升机主轴1的左右两侧，大旋翼2上及其上的旋翼转轴5和旋翼偏转限位块6关于直升机主轴1的圆心中心对称。如图5所示的，在本发明的具体实施例中，旋翼转轴5位于旋翼的气动中心位置，其后缘上部设置一个调节小旋翼3，当旋翼前行导致相对气流速度增加时，调节小旋翼3的升力也会增加，大于平衡的阻尼力矩，会给大旋翼2一个附加的低头力矩，从而减少旋翼攻角，抵消速度增加导致的升力增加，维持总体升力不变；相反，旋翼后行导致相对气流速度减小时，调节小旋翼3的升力也会降低，在阻尼力矩的作用下会给大旋翼2一个附加的抬头力矩，从而增加旋翼攻角，抵消速度减小导致的升力降低，维持总体升力不变；当垂直起降没有前飞速度时，旋转的大旋翼2在任意位置的相对气流速度及升力都相等，调节小旋翼3不起调节作用，但也会共同辅助产生一些升力。
34.当要人为控制直升机机动时，这时仍可以像传统直升机一样通过总距杆和倾斜盘
操纵变距，实现直升机升降和机动控制。
35.本发明通过在大旋翼2后缘加装调节小旋翼3，当大旋翼2旋转到前行和后行位置时，大旋翼2的相对气流速度及大旋翼2升力会发生变化，但可通过调节小旋翼3产生的附加力矩来自动调整大旋翼2攻角适应不同的相对来流速度，维持稳定的升力。自动保持旋翼在转到任何位置时旋翼升力基本不变，不受旋翼前行和后行时相对气流速度变化对旋翼升力的影响。既然旋翼在转到任意方位位置上都能维持升力不变，自然就不存在旋翼挥舞的必要，也就没必要要挥舞铰；同时没有挥舞，也就没有哥氏力的影响，自然也没有必要要摆振铰，只需保留一个变矩铰及控制倾斜盘即可，这样就能大大简化旋翼桨毂结构。
36.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。