CN113602489B - 一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，包括主旋翼和在主旋翼后缘设置的反弧小翼，主旋翼内部设置有传动装置，传动装置用于带动反弧小翼做正弦振荡运动；传动装置包括电机、偏心轮、往复滑块和传动齿轮组，电机带动偏心轮旋转，进而带动往复滑块做直线往复运动，往复滑块远离偏心轮的一端设置有齿条，齿条与传动齿轮组啮合，反弧小翼内设置有与传动齿轮组啮合的小翼齿轮，齿条带动传动齿轮组旋转，进而带动小翼齿轮旋转。反弧小翼在主旋翼后缘做正弦振荡运动，通过曲面变形反折后缘，使得翼型后缘能够更紧密地对准迎面而来的气流，从而大大缓解反流气动问题，进而控制反流失速。

Description

一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置

技术领域

本发明涉及直升机旋翼领域，具体而言，涉及一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置。

背景技术

直升机在以一定的前进比μ进行前飞时，由于与来流的叠加作用，旋翼前行桨叶区域和后行桨叶区域相对气流速度不对称。在后行桨叶区域相对半径r小于μR|sinψ|一段桨叶，会出现相对气流从后缘吹向前缘的现象，存在这种现象的区域称为“反流区”；在反流区内桨叶的气动效率低，有严重的流动分离现象，容易发生失速，桨叶各个剖面的迎角、升力、阻力、俯仰力矩特性和反流区外存在明显差别。

共轴刚性旋翼是旋翼系统的关键部件，其性能直接影响了高速直升机飞行性能。而翼型作为共轴刚性旋翼的基础组成部分，其性能显著影响着共轴刚性旋翼的气动特性。以美国西科斯基公司的共轴刚性旋翼验证机XH-59A为例：XH-59A在高速状态下，其旋翼在后缘遭遇了严重的型阻损失。这是因为在高速状态下，后行桨叶存在高达85％的反流区，桨叶根部更是处于深度反流中。这样的气流很容易产生分离，导致后行桨叶阻力急剧增加，巡航效率大幅降低。翼型并未针对旋翼反流区的流动特性进行专门设计，不能适应高速直升机的需要；因此，急需要一种能够控制反流失速，适用于高速直升机需要的大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置。

发明内容

本发明旨在提供一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，反弧小翼在主旋翼背风侧做正弦振荡运动，通过曲面变形反折后缘，使得翼型后缘能够更紧密地对准迎面而来的气流，从而大大缓解反流气动问题，进而控制反流失速。

为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，包括主旋翼和在主旋翼后缘设置的反弧小翼，所述主旋翼内部设置有传动装置，所述传动装置用于带动所述反弧小翼做正弦振荡运动；所述传动装置包括电机、偏心轮、往复滑块和传动齿轮组，所述电机带动所述偏心轮旋转，进而带动所述往复滑块做直线往复运动，所述往复滑块远离所述偏心轮的一端设置有齿条，所述齿条与所述传动齿轮组啮合，所述反弧小翼内设置有与所述传动齿轮组啮合的小翼齿轮，所述齿条带动所述传动齿轮组旋转，进而带动所述小翼齿轮旋转。反弧小翼在主旋翼后缘做正弦振荡运动，通过曲面变形反折后缘，使得翼型后缘能够更紧密地对准迎面而来的气流，从而大大缓解反流气动问题，进而控制反流失速。

优选的，所述传动装置设置于主旋翼内部，所述主旋翼包括可拆卸连接的第一端部和第一卡接部，所述第一卡接部靠近所述第一端部的一侧设置有供所述往复滑块运动的往复滑轨，所述第一端部靠近所述第一卡接部的一侧设置有容置腔，所述容置腔用于容置所述传动装置，能够对传动装置进行隐蔽式安装。优选的，所述第一卡接部远离所述第一端部的一侧设置有第二端部，所述第二端部、第一端部和第一卡接部为可拆卸连接。

优选的，所述第一卡接部上设置有多个第一固定孔，所述第一端部对应所述第一固定孔设置有多个第二固定孔，所述第二端部对应所述第一固定孔位置有多个第三固定孔，所述第一固定孔、第二固定孔和第三固定孔用于穿过螺栓和/或插销，进而将第一端部、第一卡接部和第二端部固定一体。

优选的，所述偏心轮包括偏心销和法兰盘，所述法兰盘的中心位置设置有用于连接电机输出轴的旋转孔，所述法兰盘上环绕所述旋转孔设置有用于插接所述偏心销的多个定位孔，所述偏心销卡接在所述往复滑块上，所述偏心销尺寸相同，所述多个定位孔距法兰盘中心径向距离不同，用以获得所述反弧小翼不同的振荡幅值。

优选的，所述往复滑块连接所述偏心销的一端设置有第二卡接部，所述第二卡接部上设置有横向凹槽，所述横向凹槽的宽度略大于所述偏心销的直径，以容纳偏心销在凹槽内滑动，带动所述往复滑块往复运动。

优选的，所述传动齿轮组包括双联齿轮和中间齿轮，所述双联齿轮包括同轴转动的第一齿轮部和第二齿轮部，所述第一齿轮部与所述齿条啮合，所述第二齿轮部与所述中间齿轮啮合，所述中间齿轮与所述小翼齿轮啮合。将安装在电机轴上的法兰盘上的偏心销作为凸轮，凸轮插进往复滑块上的横向凹槽内，由电机带动法兰盘旋转就可以产生出一个按照正弦关系往复的齿条运动（法兰盘上不同偏心距的定位孔对应不同的角度范围，每次变换角度状态前拆下偏心销插入不同的定位孔即可），齿条的往复运动驱动传动齿轮组，再传递到小翼齿轮上，即可带动反弧小翼作正弦振荡摆动。齿轮齿条副和齿轮组的运动具有保真特性和运动连续性，可以带动反弧小翼产生一个精确且平稳的正弦振荡运动。

优选的，所述反弧小翼沿翼型前缘至后缘方向厚度逐渐减小，所述反弧小翼靠近翼型前缘的一端设置有凸弧部，所述主旋翼靠近所述反弧小翼的一端设置有与所述凸弧部相配合的凹弧部。

优选的，所述小翼齿轮与所述凸弧部同轴转动。

优选的，所述反弧小翼的振荡角度与时间满足正弦函数关系。

优选的，第一卡接部设置在所述主旋翼的根部（该装置安装于桨叶根部以控制桨叶根部反流区失速），所述第一卡接部的厚度大于所述第一端部和第二端部的厚度。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果包括：本发明的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，包括主旋翼和在主旋翼的后缘设置的反弧小翼，所述主旋翼内部设置有传动装置，所述传动装置用于带动所述反弧小翼做正弦振荡运动；所述传动装置包括电机、偏心轮、往复滑块和传动齿轮组，所述电机带动所述偏心轮旋转，进而带动所述往复滑块做直线往复运动，所述往复滑块远离所述偏心轮的一端设置有齿条，所述齿条与所述传动齿轮组啮合，所述反弧小翼内设置有与所述传动齿轮组啮合的小翼齿轮，所述齿条带动所述传动齿轮组旋转，进而带动所述小翼齿轮偏转。反弧小翼在主旋翼后缘做正弦振荡运动，通过曲面变形反折后缘，使得翼型后缘能够更紧密地对准迎面而来的气流，从而大大缓解反流气动问题，进而控制反流失速。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的爆炸结构示意图；

图2是本发明的第一端部结构示意图；

图3是本发明的第一卡接部和反弧小翼结构示意图；

图4是本发明的图3的局部A结构放大图。

具体元素符号说明：1、第一端部；2、第二端部；3、第一卡接部；4、传动装置；5、反弧小翼；11、容置腔；41、电机；42、法兰盘；43、往复滑轨；44、往复滑块；45、双联齿轮；46、中间齿轮；47、小翼齿轮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

现有技术中存在两个难点，一是振幅角速度的往复变换，与时间之间满足正弦函数曲线的变化关系；另一个是在有限的空间内布置机构和动力；振荡迎角变化方式的决定了机构不可能采用曲臂摇杆和曲臂滑块等常规的往复机构，原因是存在来程和回程的急回现象，使得来程和回程不能满足偏转小翼的正弦振荡的要求；机构安装的可用空间不足，伺服电机41直径较大。而本申请中克服了上述难点，下面通过实施例进行解释。

实施例1：请参阅图1至图4，本实施例的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，包括主旋翼和在主旋翼的后缘设置的反弧小翼5，主旋翼内部设置的传动装置4，传动装置4用于带动反弧小翼5做正弦振荡运动；主旋翼包括电机41、偏心轮、往复滑块44和传动齿轮组，电机41带动偏心轮旋转，进而带动往复滑块44做直线往复运动，往复滑块44远离偏心轮的一端设置有齿条，齿条与传动齿轮组啮合，反弧小翼5内设置有与传动齿轮组啮合的小翼齿轮47，齿条带动传动齿轮组旋转，进而带动小翼齿轮47旋转。反弧小翼5在主旋翼后缘做正弦振荡运动，通过曲面变形反折后缘，使得翼型后缘能够更紧密地对准迎面而来的气流，从而大大缓解反流气动问题，进而控制反流失速。

实施例2：本实施例的传动装置4设置于主旋翼内部，主旋翼包括可拆卸连接的第一端部1和第一卡接部3，第一卡接部3靠近第一端部1的一侧设置有供往复滑块44运动的往复滑轨43，第一端部1靠近第一卡接部3的一侧设置有容置腔11，容置腔11用于容置传动装置4。本实施例的第一卡接部3远离第一端部1的一侧设置有第二端部2，第二端部2、第一端部1和第一卡接部3为可拆卸连接。本实施例的第一卡接部3上设置有多个第一固定孔，第一端部1对应第一固定孔设置有多个第二固定孔，第二端部2对应第一固定孔位置有多个第三固定孔，第一固定孔、第二固定孔和第三固定孔用于穿过螺栓和/或插销，进而将第一端部1、第一卡接部3和第二端部2固定一体。

实施例3：本实施例的偏心轮包括偏心销和法兰盘42，法兰盘42的中心位置设置有用于连接电机41输出轴的旋转孔，法兰盘42上环绕旋转孔设置有用于插接偏心销的多个定位孔，偏心销卡接在往复滑块44上。本实施例的往复滑块44连接偏心销的一端设置有第二卡接部，所述第二卡接部上设置有横向凹槽，横向凹槽的宽度略大于偏心销的直径，以容纳偏心销在凹槽内滑动，带动所述往复滑块44往复运动。

实施例4：本实施例的传动齿轮组包括双联齿轮45和中间齿轮46，双联齿轮45包括同轴转动的第一齿轮部和第二齿轮部，第一齿轮部与齿条啮合，第二齿轮部与中间齿轮46啮合，中间齿轮46与小翼齿轮47啮合。将安装在电机41轴上的法兰盘42上的偏心销作为凸轮，凸轮插进往复滑块44上的横向凹槽内，由电机41带动法兰盘42旋转就可以产生出一个按照正弦关系往复的齿条运动（法兰盘42上不同偏心距的定位孔对应不同的角度范围，每次变换角度状态前拆下偏心销插入不同的定位孔即可），齿条的往复运动驱动传动齿轮组，再传递到小翼齿轮47上，即可带动反弧小翼5作正弦振荡摆动。齿轮齿条副和齿轮组的运动具有保真特性和运动连续性，可以带动反弧小翼5产生一个精确且平稳的正弦振荡运动。

实施例5：本实施例的反弧小翼5沿翼型前缘至后缘方向厚度逐渐减小，反弧小翼5靠近翼型前缘的一端设置有凸弧部，主旋翼靠近反弧小翼5的一端设置有与凸弧部相配合的凹弧部。本实施例的小翼齿轮47与凸弧部同轴转动。本实施例的反弧小翼5的振荡角度与时间满足正弦函数关系。本实施例的第一卡接部3设置在主旋翼的根部，第一卡接部3的厚度大于第一端部1和第二端部2的厚度。

实施例6：反弧小翼5摆动中心距离其后缘距离为25%主旋翼弦长；反弧小翼5以主旋翼弦长75%处作为摆动中心，摆动平衡迎角分别为0°、5°、10°，摆动振幅分别为3°、8°、15°，振荡频率为0.1Hz~15Hz连续变化（原因同上）。弯曲变形的反弧小翼5用于旋翼桨叶的根部，在直升机常规飞行过程中，翼型将呈现经典翼型的形状；当高速前飞时，只需要随着飞行速度的变化而缓慢地反折弯曲翼型形状（准静态变形）；或者翼型可以每转改变一次形状，这需要更快的驱动，但可以产生更好的整体性能。仅在桨叶内侧后缘区域附近改变几何结构可以产生调节桨叶截面节距相似的效果；另外，在桨叶内侧用于变形的作动器或结构将受到最小的离心力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，包括主旋翼和在主旋翼后缘设置的反弧小翼，所述主旋翼内部设置有传动装置，所述传动装置用于带动所述反弧小翼做正弦振荡运动；所述传动装置包括电机、偏心轮、往复滑块和传动齿轮组，所述电机带动所述偏心轮旋转，进而带动所述往复滑块做直线往复运动，所述往复滑块远离所述偏心轮的一端设置有齿条，所述齿条与所述传动齿轮组啮合，所述反弧小翼内设置有与所述传动齿轮组啮合的小翼齿轮，所述齿条带动所述传动齿轮组旋转，进而带动所述小翼齿轮旋转；所述偏心轮包括偏心销和法兰盘，所述法兰盘的中心位置设置有用于连接电机输出轴的旋转孔，所述法兰盘上环绕所述旋转孔设置有用于插接所述偏心销的多个定位孔，所述偏心销卡接在所述往复滑块上，所述多个定位孔距法兰盘中心径向距离不同，用以获得所述反弧小翼不同的振荡幅值；

所述往复滑块连接所述偏心销的一端设置有第二卡接部，所述第二卡接部上设置有横向凹槽，所述横向凹槽的宽度大于所述偏心销的直径，以容纳偏心销在凹槽内滑动，带动所述往复滑块往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，所述传动装置设置于主旋翼内部，所述主旋翼包括可拆卸连接的第一端部和第一卡接部，所述第一卡接部靠近所述第一端部的一侧设置有供所述往复滑块运动的往复滑轨，所述第一端部靠近所述第一卡接部的一侧设置有容置腔，所述容置腔用于容置所述传动装置。

3.根据权利要求2所述的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，所述第一卡接部远离所述第一端部的一侧设置有第二端部，所述第二端部、第一端部和第一卡接部为可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，所述第一卡接部上设置有多个第一固定孔，所述第一端部对应所述第一固定孔设置有多个第二固定孔，所述第二端部对应所述第一固定孔位置有多个第三固定孔，所述第一固定孔、第二固定孔和第三固定孔用于穿过螺栓和/或插销，进而将第一端部、第一卡接部和第二端部固定一体。

5.根据权利要求1所述的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，所述传动齿轮组包括双联齿轮和中间齿轮，所述双联齿轮包括同轴转动的第一齿轮部和第二齿轮部，所述第一齿轮部与所述齿条啮合，所述第二齿轮部与所述中间齿轮啮合，所述中间齿轮与所述小翼齿轮啮合。

6.根据权利要求1所述的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，所述反弧小翼沿着远离所述主旋翼的方向厚度逐渐减小，所述反弧小翼靠近所述主旋翼的一端设置有凸弧部，所述主旋翼靠近所述反弧小翼的一端设置有与所述凸弧部相配合的凹弧部。

7.根据权利要求6所述的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，所述小翼齿轮与所述凸弧部同轴转动。

8.根据权利要求1所述的一种大前进比旋翼桨叶反流失速主动控制后缘小翼装置，其特征在于，所述反弧小翼的振荡角度与时间满足正弦函数关系。

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