专利名称：尤其用于旋翼飞机的推进和运动传递组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于旋翼飞机、例如直升机或配备了飞行模块的路上交通工具的推进和运动传递组件。
背景技术：
由于旋翼飞机的强大的多功能性及其执行固定翼飞机所无法实现的任务的能力，旋翼飞机可用在各种民用和军事应用中。在旋翼飞行的技术领域中，对于推进和运动传递组件来说最通常的选择是采用流体机械，例如往复式内燃发动机或燃气涡轮机，其耦合到与转子相连的机械变速器上。然而，尤其是在由一个燃气涡轮机来负责推进的飞机中，在燃气涡轮机因为故障中断其运转的情况下，飞机随之而来的快速下降到地面只能通过旋翼的自转来控制。为了保证即使在出现故障的情况下的飞机中的人员安全，推进组件一般包括两个或多个连接到转子的电动机组，其功率相对于正常飞行的要求来说是过大的，这使得如果它们中的一个发生故障，仍然运转的那个电动机组能够使飞机保持飞行，弥补了出故障电动机组的动力传送的故障。然而，不可能总是有一个可用的冗余推进组件，这是因为在许多飞机上出于与减轻重量和尺寸相关的原因，通常不可能安装一个以上的电动机组。在这种情况下，如果发生故障，控制飞机的唯一可能性取决于如已描述的旋翼的自转。基于这个原因，事实上，单涡轮直升机飞越人口中心被一些具体的规则所禁止。而且，在旋翼飞机不是传统类型的直升机、而是配备了用以在地面上前进的轮子并且已经应用了飞行模块的交通工具(这种类型的交通工具是已知的，例如可见文献GB-A-908691和GB-A-938686)的情况下，显然，除了任何航空应用中典型的冗余要求以外，包含重量并提供一种尽可能地紧凑且能够容易安装的系统的要求仍被认为更加重要。而且，不应该被遗忘的是，当今常见的几乎所有的旋翼飞机都采用燃气涡轮机作为电动机组的选择，从而导致一系列众所周知的关于其调节的问题。一般来说，由于燃气涡轮机的调节的难度，通常是通过改变总距来获得转子叶片的升力的变化，而不是通过改变涡轮机(或涡轮机组)的每分钟转数来获得的，其中涡轮机(或涡轮机组)基本上在一个固定的每分钟转数下工作。这就引起了对飞机的最大平移速度的限制，这是因为如本领域的技术人员所公知的那样，在相对于叶片的流体的跨音速流动的条件下，会发生危险的振动现象(跨音速颤振)。由于在叶片本身的任何点处的流体和叶片之间的相对速度等于由旋转运动引起的叶片的切向速度与飞机的平移速度的矢量和，显然最关键的一点是在叶片的圆周上，尤其是上述两个速度具有方向相同的平行矢量的位置。事实上，虽然在整个转子上平移速度是一致的，然而在叶片的圆周处切向速度是最大的，这存在于距离转子的旋转轴线为最大距离之处。飞机平移的极限速度是，叶片圆周处的流动在跨音速状态的极限的条件下出现，特别是在大约0.9马赫。另外，设置在一个或多个燃气涡轮机和转子之间的机械式变速器不可避免会导致与转子的动态耦合的缺点，这意味着转子的所有谐波运动导致在传动和燃气涡轮机本身(或燃气涡轮机组，如果它们超过一个话)的操作中的类似振荡，其带有明显的不规律的操作，如果没有被克服，则其能够引起部件的过早磨损。最后，从部件设置的观点来看，机械式变速器呈现出相当大的限制。显然，例如使用刚性变速器轴必须要在飞机内提供能够容纳它们的同等扩展的空间，其中，前述空间将必然需要具有机械式变速器的几何形状。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术问题。尤其是，本发明的目的是提供一种用于旋翼飞机的推进和运动传递组件，其首先具备冗余性以便在发生故障的情况下保证最大的安全性，并可以进行调节，并且就部件的设置而言存在较少的限制。通过具有构成所附权利要求的主题的特征的用于旋翼飞机的推进和运动传递组件，实现了本发明的目的，该权利要求构成了在此提供的关于本发明的技术公开的不可分割的部分。
现在将参照仅以非限制性示例的方式提供的附图对本发明进行描述，在附图中:图1是根据本发明的推进和运动传递组件的示意图；图2是对应于图1所示的组件的一个实施例的立体图。
具体实施例方式图1中的附图标记I是根据本发明的推进和运动传递组件。组件I包括第一液压变速器2、尤其是第一燃气润轮机4的第一电动机组、第一转子6、第二液压变速器8、尤其是第二燃气涡轮机10第二电动机组、第二转子12、电子控制单元14以及燃料箱16。第一液压变速器2包括用于将机械能转换成流体能的第一流体机械，尤其是可变排量液压泵18 (为简明起见，在下文中称作为“泵18”)，其优选具有双向流动。液压泵18与涡轮机4的轴旋转连接，并且包括吸入口 20和输出口 22。输出口 22通过液压管线24液压连接至用于将流体能转换成机械能的第一流体机械，尤其是具有可变排量的第一液压电动机26 (为简明起见，在下文中称作为“电动机26”或“液压电动机26”)；更具体地，输出口 22连接到输入口 28上。吸入口 20通过液压管线30液压连接到液压电动机26的排出口 32。安装在液压管线30上的单向阀34设计成使流体的流动只能从液压电动机26的排出口 32到泵18的吸入口 20。液压管线24、30是在功能上具有精确操作任务的两个不同实体。尤其是，本领域的技术人员将理解到，连接泵18的输出口 22到液压电动机26的进入口 28的那个液压管线24限定了液压变速器2的高压分支，这是因为它连接到流体在高压下从中流过的动力端口。出于这个原因，在随后的描述中液压管线24也由用语“高压分支24”来表示。相反，液压管线30在功能上是液压变速器2的低压分支，这是因为它连接到流体在低压下从中流过的动力端口。事实上，液压管线30将液压电动机26的排出口 32液压式连接到泵18的吸入口 20 ;出于这个原因，在随后的描述中它也将由用语“低压分支30”来表不。液压变速器2进一步包括具有吸入口 38和输出口 40的润滑泵36。吸入口 38通过在其上设置过滤器44的液压管线42液压的连接到燃料箱16上。润滑泵36的输出口 40通过液压管线46液压式连接到减压阀48上，该减压阀48又通过液压管线50液压式连接到电动机28的润滑油底壳(在图1的示意图中未示出)。可变排量泵18、润滑泵36以及减压阀48限定了液压变速器2的初级侧，其整体用附图标号52和示意性的虚线来表示。相反，液压电动机28限定了液压变速器2的次级侧，而且与第一转子6旋转连接。更详细地，液压电动机26包括与第一主动轮56旋转连接的输出轴54，第一主动轮56通过传动带60又与第一从动轮58旋转连接。从动轮58又与转子6旋转连接。这样，液压电动机26预先设置成用于驱动第一转子6旋转。另一方面，可以理解，液压电动机28和第一转子6之间的机械连接并不限于选择皮带作为传动元件，而是任何机械传动装置(例如齿轮组、链条等)都能够执行相同的功能而没有任何实质性的区别。第二液压变速器8与第一液压变速器2相同，且包括用于将机械能转换成流体能的第二流体机械，尤其是第二可变排量液压泵62，其优选具有双向流动，包括输出口 64和吸入口 66。输出口 64通过液压管线68液压式连接到用于将流体能转换成机械能的第二流体机械上，尤其是具有可变排量的第二液压电动机70，其也优选地具有双向流动。更精确地，输出口 64液压式连接到液压电动机70的进入口 72。相反，吸入口 66通过液压管线74液压式连接到液压电动机70的排出口 76。另夕卜，在液压管线74安装了单向阀78，其设置成使流体的流动仅从液压电动机70的排出口76到泵62的吸入口 66。第二液压变速器8进一步包括具有吸入口 82和输出口 84的第二润滑泵80。吸入口 82通过液压管线86液压式连接到燃料箱16上。在液压管线86上设置了与过滤器44相同的第二过滤器88。输出口 84通过液压管线90液压式连接到第二减压阀92上，第二减压阀92又通过液压管线94液压式连接到液压电动机70的润滑油底壳(在图1的示意图中未示出)。与液压变速器2相同的是，泵62、润滑泵80以及减压阀92限定了液压变速器8的初级侧，整体用附图标号96来标示。同时，可变排量液压电动机70限定了液压变速器8的次级侧。第一液压电动机26和第二液压电动机70的润滑油底壳通过管道97液压式连接，从管道97分叉出液压管线97A，其上设置有通过风扇97C冷却的气-油热交换器97B。液压管线97A将液压电动机26、70液压式连接到燃料箱16。不过，液压管线68在功能上是液压变速器8的高压分支；出于这个原因，在随后的描述中，它也将由用语“高压分支68”来表示。同样地，液压管线74在功能上是液压变速器8的低压分支；出于这个原因，在随后的描述中，它也将由用语“低压分支74”来表示。液压电动机70进一步包括与第二主动轮100旋转连接的输出轴98，第二主动轮100又通过第二传动带104与第二从动轮102旋转连接。从动轮102又与第二转子12旋转连接。这样，液压电动机70设置用于驱动第二转子12旋转。低压分支30、74通过第一应急液压管线106连接，在第一应急液压管线106上设置了第一电磁阀108。同样地，高压分支24、68通过第二应急液压管线110连接，在第二应急液压管线110上设置了与电磁阀108相同的第二电磁阀112。电磁阀108、112通过各自的电接头114、116可操作地连接到用于促动它们的电子控制单元14上。电磁阀108、112中的每个均包括两个操作位置,其包括静止位置S和工作位置W。对应静止位置S的情况是通过应急液压管线106、110的流体通道被禁止，而工作位置W提供用于使流体自由地通过管线106、110。电磁阀108、112通过各弹性对比元件118、120的动作保持在静止位置。第一涡轮机4可操作地连接到第一旋转速度传感器122和第一温度传感器124。传感器122、124分别连接到电气控制线126，128，它们将电子控制单元14可操作地连接到第一涡轮机4上。同样地，第二涡轮机10可操作地连接到第二旋转速度传感器130和第二温度传感器132。而且，传感器130、132分别连接到控制线134，136，它们将电子控制单元14连接到第二涡轮机10上。图2所示的示例是本发明的一个优选实施例，其中由同一附图标记所表示部件与图1中的相同。图2所示的组件I包括彼此间同轴设置的第一转子6和第二转子12，类似于各自的从动轮58、104。转子6、12分别与第一传动轴138和贯穿轴138本身的第二传动轴140旋转连接。传动轴138、140以通过电动机26和电动机70分别驱动转子6、12的方式与滑轮58、102旋转连接。而且，与转子12可操作地连接的是用于改变周期距的机构，其整体用附图标号142来标示，而与转子6可操作连接的是包括稳定杆146的稳定机构144。机构142、144被认为是常规类型，在下文中将不进行任何进一步的描述。而且，应该注意的是，在各种部件之间的液压连接优选通过柔性管或软管来提供，这实现了关于如下所述的优点的利用。推进和运动传递组件I的操作描述如下。参考图1，第一转子6和第二转子12分别通过液压变速器2和8来驱动旋转。燃气涡轮机4、10构成的电动机组分别用于与它们连接的液压变速器2、8。尤其是，涡轮机4、10驱动可变排量泵18、62旋转，该泵输出给高压分支24、68极其高压的流体的流量，其从高压分支24、68传输到液压电动机26、70的进入口 28、72。这些驱动相应的主动轮56、100转动，通过它们并经各自的传动带60、104将运动传递到从动轮58、102，并且从从动轮58、102传递到各自的转子6、12。穿过液压电动机26、70的流体分别在低压分支30、74中排出，并且再次输出到泵18,62的吸入口 20、66。在操作过程中，润滑泵36、80输出略微加压的流体到液压电动机26,70的润滑油底壳。然后，所述流体被收集在管道97中并输出到液压管线97A，在受到热交换器97B冷却后其从液压管线97A返回到燃料箱16中。转子6、12的旋转速度的改变通过泵18、62的排量调节和液压电动机26、70的调节而以简单灵活的方式来执行。这样，可以利用液压变速器2、8的整个扭矩转换范围，并且能够消除一般会出现在旋翼飞机上的总距的控制，这是因为在这种情况下所执行的功能通过改变存在于液压变速器2、8内的液压机构的每分钟转速来执行。
速度传感器122、130和温度传感器124、132不断地监测燃气涡轮机4、10的性能。传感器122、124、130、132不断地与电子控制单元14交互，以管理推进和运动传递组件I以及处理任何在操作中可能发生的故障。现在，将对在两个燃气涡轮机4、10中的一个发生故障的情况下通过电子控制单元14来进行控制的一系列操作进行描述。假设燃气涡轮机4发生故障，因此到泵18的机械能的传递中止，传感器122、124立即检测到操作的故障和临界条件的存在，通过电控制线126、128发送信号。信号从此处到达电子控制单元14，其驱动电磁阀108、112。尤其是，在涡轮机4发生故障而使液压变速器2停止的情况下，电子控制单元14管理两个电磁阀108、112的开启，促使二者分别处于工作位置W。在所述状态中，电磁阀108设置低压分支74、30液压连通，而电磁阀112设置高压分支68、24液压连通。这样，由仍然运转的泵62产生的流体的流量部分地输出到高压分支68，并且通过应急液压管线110部分地输出到高压分支24。由于穿过液压电动机26的流体的流量不能再次被输出到泵18的吸入口 20 (泵因涡轮机14的故障而被阻塞)，它通过应急液压管线106从低压分支30直接输出到低压分支74和吸入口 66。应当注意的是，在涡轮机10发生故障的情况下组件I的操作是相同的，明显不同的是从一个液压变速器流到另一个的流量的方向。在这种情况下，事实上是泵18通过应急液压管线110和电磁阀112输出它流量中的一部分到高压分支68，同时将相同的流量(除了不可避免的泄漏)直接通过电磁阀108向低压分支30排出。因此，电磁阀108、112设置成分别实现通过第一应急液压管线106的低压分支30、74之间的第一液压连接以及通过第二应急管线110的高压分支24、68之间的第二液压连接。基本上，在两个燃气涡轮机中的一个发生故障而阻止连接到其上的液压变速器的初级侧操作的情况下，仍然运转的燃气涡轮机和液压变速器能够用于恢复发生故障的液压变速器的操作，从而使飞机处于控制之下。因此，推进和运动传递组件I具有本质上冗余的内部结构。当然，两个燃气涡轮机4、10中的每一个的尺寸必须满足在两个液压电动机26、70中的一个发生故障时它们所需的功率。以上所述策略也能够以最小的变化而应用在泵18、62中的一个发生故障的情况下:在这种情况下，电子控制单元14能够设置用于与更多的传感器(例如，分别与液压变速器2、8连接的压力和流量传感器)连接和配合，并且能够设置发送用于关闭驱动发生故障的液压泵旋转的燃气涡轮机的命令，与此同时，其能够设置切换电磁阀108、112到工作位置W，以使得低压分支30、74分别与高压分支24、68液压连接。在两个液压电动机26、70中的一个发生故障的情况，与在燃气涡轮机4、10中的一个发生故障的情况下所描述的一系列操作不同。事实上，在这种情况下，实现液压变速器
2、8之间的液压连接是无效的甚至是危险的，这是因为已发生故障的液压电动机不能适当的处理将要输出到它的流动。出于这个原因，在两个液压电动机中的一个发生故障的情况下，即刻发出用于取消液压电动机26、70 二者的排量的命令。这样，两个液压电动机都受到由相应的转子6、12表示的驱动类型的负载。然而，如前面所述，鉴于它们的排量已经被取消，相对于转子6、12的自由旋转，它们提供的阻力矩基本上是零(忽略了机械的轻微摩擦扭矩)。这样，转子的叶片由于作用在其上的空气动力能够在自转状态中运行，没有任何明显的由液压电动机26、70所产生的阻抗效果。正如本领域人员所知，在自转状态中可以控制飞机下降到地面。根据本发明的推进和运动传递组件I呈现出一系列明显优点。首先，与已知类型的装置相比，转子6、12的每分钟转数的变化能够以相当简单的方式实现，这是因为对液压电动机26、70的泵18、62的排量进行控制就足够了，该控制包括用于移动刚提到的流体机械的排量的控制装置的简单命令，这比燃气涡轮机的调节来说是更简单的操作。由于具有能够改变转子6、12的每分钟转数的可行性和简单性，因此能够放弃对转子6、12的叶片的总距的命令，这在整体上减轻了结构。事实上，叶片升力的变化完全通过改变转子6、12的每分钟转速来获得。此外，与已知类型的飞机相比，飞机的平移速度能够增加到一个相当大的范围，在已知类型的飞机中，前进速度的主要限制一般不通过推进系统的功率来表征，而是由相关转子叶片的流动条件来表征。事实上，在叶片上的流动发生在声波状态的情况下，存在升力的显著减少，这样会危害飞行安全。由于冲击到转子6、12的各个叶片上的流体流的速度具有由叶片本身的圆周速度所表征的分量和由飞机在空中的平移产生的分量，因此通过以前述方式降低转子的旋转速度，可以减少与叶片的圆周速度关联的分量，从而将叶片从音速流的条件中移出，并且阻止出现跨音速颤振的现象。组件I具有本质上是模块化的结构，其包括电动机组(在本例中是燃气涡轮机)以及连接抗性负载(在本例中是转子)到电动机组的液压变速器。负载和电动机组之间的液压变速器的介入使得转子的谐波运动相对于电动机组的运动脱离，这样，即使在转子6，12的操作过程中存在显著振幅的谐波运动，它们也是基本上未受干扰的。这样，燃气涡轮机4、10能够呈现出一般不可能由传统机械式传动所能实现的操作的规律性。而且，参考图2，相比已知类型的解决方案，组件I的结构是相当可行的。事实上，如图2所示，通道和液压管线通过柔性管或软管来提供，它们能够根据飞机主体内部的需求来设置，不具有机械式变速器的典型限制。此外，该构造也证明了是非常紧凑的，并且唯一呈现出显著障碍且其定位是不太可行的元件是供给燃气涡轮机4、10的燃料箱。而且，应当注意的是，组件I的部件设置的可行性不仅使得在飞机的主体或机身的设计上具有更大的自由，而且使得作为旨在赋予给飞机本身的动态特性的函数的重量分布得到改善。根据本发明的组件I能够无差别地应用在例如直升机的传统旋翼飞机上，或者形成为应用在设计成在地上移动的交通工具的飞行模块的一部分。在后者的情况下，就部件的紧凑性和位置上的可行性而言的所有优点被认为尤其重要。最后，虽然在这里已经描述了一个其中每个液压电动机26、70设置用于驱动相应转子旋转的实施例，组件I能够无差别地应用到旋翼飞机(或用于地面交通工具的飞行模块)，其中存在一个具有垂直轴线的主转子和尾转子。在这种情况下，两个输出轴54、98都能够通过齿轮变速器旋转连接到垂直轴转子，在该齿轮变速器中，可以使用两个小齿轮来代替传动带56、100，该小齿轮又与和主转子旋转连接的冠状轮啮合。或许，放弃组件I的部分可行性的这种方式能够提供运动到尾转子的机械式传动，将运动从冠状轮旋转连接到主转子。否则，根据应用也可以设想一个用于尾转子的独立促动，留给组件I仅仅驱动主转子旋转的任务。当然，在不影响本发明的原理的情况下，相对于在此仅通过非限制性的例子的方式已描述和说明的内容来说，结构和实施例的细节可以有很大程度的变化，没有脱离本发明的保护范围，由所附权利要求所定义。
权利要求
1.一种尤其用于旋翼飞机的推进和运动传递组件(1)，其特征在于，它包括: 一第一液压变速器(2)，其包括用于将机械能转换成流体能的第一流体机械(18)和用于将流体能转换成机械能的第一流体机械(26)； 一第一电动机组(4)，其设置用于促动所述用于将机械能转换成流体能的第一流体机械(18)； 一第二液压变速器(8)，其包括用于将机械能转换成流体能的第二流体机械￠2)和用于将流体能转换成机械能的第二流体机械(70);以及 一第二电动机组(10)，其设置用于促动所述用于将机械能转换成流体能的第二流体机械(62)； 其中，用于将流体能转换成机械能的所述第一流体机械(26)和第二流体机械(70)设置用于驱动所述旋翼飞机的至少一个转子旋转， 其中，所述第一液压变速器(2)和第二液压变速器(8)中的每一个均包括高压分支(24，68)和低压分支(30，74)，所述第一液压变速器(2)和第二液压变速器(8)中的每一个将用于将机械能转换成流体能的流体机械(18，62)液压连接到用于将流体能转换成机械能的流体机械(26，70)上， 所述组件(I)包括阀装置(108，112)，其能够被促动以实现所述第一液压变速器(2)的低压分支(30)和所述第二液压变速器⑶的低压分支(74)之间的第一液压连接(106)以及所述第一液压变速器(2)的高压分支(24)和所述第二液压变速器(8)的高压分支(68)之间的第二液压连接( 110)。
2.根据权利要求1所述的组件(1)，其特征在于，用于将机械能转换成流体能的所述第一流体机械和第二流体机械是第一液压泵(18)和第二液压泵(62)，用于将流体能转换成机械能的第一流体机械和第二流体机械是第一液压电动机(26)和第二液压电动机(70)。
3.根据权利要求1所述的组件(I)，其特征在于，所述阀装置包括分别设置在第一应急液压管线(106)和第二应急管线(110)上的第一电磁阀(108)和第二电磁阀(112)，其中，所述第一应急液压管线(106)连接所述第一液压变速器(2)的低压分支(30)到所述第二液压变速器(8)的低压分支(74)，所述第二应急液压管线(110)连接所述第一液压变速器(2)的高压分支(24)到所述第二液压变速器(8)的高压分支(68)。
4.根据权利要求2所述的组件(I)，其特征在于，它包括电子控制单元(14)，其与可操作地连接到所述第一电动机组⑷和第二电动机组(10)的传感器装置(122，124，130，132)协同操作，并且设置用于促动所述第一电磁阀(108)和第二电磁阀(112)。
5.根据上述项权利要求中任一项所述的组件(I)，其特征在于，所述第一电动机组是第一燃气涡轮机(4)，所述第二电动机组是第二燃气涡轮机(10)。
6.根据权利要求4或5所述的组件(I)，其特征在于，所述传感器装置包括用于所述第一电动机组(4)和第二电动机组(10)中的每一个的旋转速度传感器(122，130)和温度传感器(124，132)。
7.根据权利要求2所述的组件(I)，其特征在于，所述第一液压泵(18)和第二液压泵(62)具有可变的排量。
8.根据权利要求2或7所述的组件(I)，其特征在于，所述第一液压电动机(26)和第二液压电动机(70)具有可变的排量。
9.根据权利要求1所述的组件(I)，其特征在于，用于将流体能转换成机械能的所述第一流体机械(26)和所述第二流体机械(70)中的每一个均包括相应的输出轴(54，98)，其中用于将流体能转换成机械能的所述第一流体机械(26)的输出轴(54)设置成与旋翼飞机的第一转子(6)旋转连接，用于将流体能转换成机械能的所述第二流体机械(70)的输出轴(98)设置成与所述旋翼飞机的第二转子(12)旋转连接，其中，所述第一转子(6)和第二转子(12)优选为彼此同 轴。
10.一种旋翼飞机，其特征在于，包括根据权利要求1到9中的一项或多项所述的推进和运动传递组件(I)。
全文摘要
一种尤其用于旋翼飞机的推进和运动传递组件(1)，组件(1)包括第一液压变速器(2)，其包括用于将机械能转换成流体能的第一流体机械(18)和用于将流体能转换成机械能的第一流体机械(26)；第二液压变速器(8)，其包括用于将机械能转换成流体能的第二流体机械(62)和用于将流体能转换成机械能的第二流体机械(70)；其中所述第一液压变速器(2)和第二液压变速器(8)中的每一个均包括高压分支(24、68)和低压分支(30、74)，所述第一液压变速器(2)和第二液压变速器(8)中的每一个液压的连接流体机械。组件(1)进一步包括阀装置(108、112)，其能够被促动以实现第一液压变速器(2)的低压分支(30)和第二液压变速器(8)的低压分支(74)之间的第一液压连接(106)。
文档编号B64C27/12GK103097242SQ201180039537
公开日2013年5月8日 申请日期2011年7月19日 优先权日2010年8月16日
发明者法布里奇奥·博诺, 斯特凡诺·奇尼 申请人:泰克诺卡德项目股份公司