具有反扭矩系统的直升机技术方案

用于直升机(1)的反扭矩系统(10)被描述，其包括：电力供应单元(15)；至少一个第一旋翼(17)，其可操作地连接至电力供应单元(15)并且能通过电力供应单元(15)操作以便以第一可变角速度旋转；以及至少一个第二旋翼(25)，其可操作地连接至电力供应单元(15)并且能通过电力供应单元(15)操作以便以第二可变角速度旋转。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有反扭矩系统的直升机相关申请的交叉引用本专利申请要求于2017年12月22日提交的欧洲专利申请第17210094.3号的优先权，该欧洲专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及一种用于直升机的反扭矩系统。
技术介绍
以已知的方式，直升机基本上包括机身、位于机身顶部并围绕第一轴线旋转的主旋翼以及位于直升机尾端部并围绕横向于第一轴线的第二轴线旋转的反扭矩旋翼。主旋翼具有产生支撑直升机所需的升力、使直升机的高度能够变化以及使直升机向前/向后和侧向移动的功能。众所周知，主旋翼在第一方向上在直升机的机身上施加第一扭矩。该第一扭矩往往会引起机身在第一方向上旋转。设置反扭矩旋翼以在与第一扭矩相同或不同的方向上在机身上产生第二扭矩，以便控制直升机的偏航角。通过这种方式，对于直升机的悬停飞行状态，反扭旋旋翼防止了直升机的不期望的旋转并且能够控制偏航角，即，相对于经过直升机的重心的垂直轴线所限定的旋转角度。以已知的方式，反扭矩旋翼包括能围绕相应的轴线旋转的桨毂和以悬臂的方式从桨毂突出的多个桨叶。在传统的方案中，直升机包括：-一个或多个内燃机(例如，涡轮发动机)；-主传动单元，其插入涡轮与主旋翼之间；以及-副传动单元，其由主传动单元驱动并将驱动力传递至反扭矩旋翼的桨毂和桨叶。在传统的方案中，直升机还包括从尾梁的后端部突出的垂直尾翼和从垂直尾翼的两侧以悬臂的方式突出的水平尾翼。尾梁是结构元件，其可以承受由反扭矩旋翼产生的载荷并且另外还可以承受由水平尾翼和垂直尾翼产生的应力剪切和弯矩。反扭矩旋翼通常从垂直尾翼的侧面突出。因此，副传动单元穿过尾梁和垂直尾翼。垂直尾翼可以进一步控制直升机的偏航、特别是在向前飞行中。这种附加的偏航控制在主旋翼发生故障的情况下是有用的，并且在紧急着陆期间可以使飞行员减轻机身的反向旋转。在定位在垂直尾翼的顶端部时，水平尾翼仅受到主旋翼尾流的轻微冲击。因此，特别是对于从悬停飞行到向前飞行的过渡，减少了噪声和振动的产生。然而，垂直尾翼的设计受到垂直尾翼容纳副传动单元的一部分的事实的限制。结果，在上述方案中，尾旋翼的桨毂和桨叶的转速不可避免地与主旋翼的转速相关联，这导致反扭矩系统的使用欠佳。将桨叶铰接到反扭矩旋翼的桨毂上，使得可以改变相关联的桨距角。通过这种方式，可以独立于由主旋翼产生的升力来控制反扭矩旋翼产生的牵引力，并因此控制直升机的偏航角。相同的机制还允许根据飞行状态来调节尾旋翼的牵引力，例如在悬停中将其最大化并在高速平移飞行中(反扭矩功能主要由气动力来执行的状态)将其最小化。最近已经提出了使用电动马达来驱动反扭矩旋翼旋转。例如，专利EP-B-2631174描述了使用电动马达来驱动反扭矩旋翼，以便能够彼此独立地并且独立于主旋翼的转速来改变桨毂的角速度和桨叶的桨距角。EP-A-3254962公开了一种直升机，其具有机身、尾梁和设置在尾梁的相对于机身的相对一侧的反扭矩矩阵。反扭矩矩阵包括多个可独立驱动的第二旋翼。此外，在EP-A-3254962中公开的直升机包括一对侧向安定面，其从尾梁侧向突出。这些侧向安定面增加了直升机的横截面和重量。此外，由于它们的位置，安定面受到由主旋翼产生的尾流的冲击。这是可能导致振动和噪音或在安定面展开时导致直升机的横截面和重量的进一步增加的事实。在这种设置中，反扭矩矩阵不受到由安定面引起的弯矩和剪切应力。换言之，反扭矩矩阵仅受到自身产生的载荷，并且实际上仅限定了对旋翼的保护。EP-A-3254962还公开了一种用于反扭矩系统的配电系统，该配电系统包括：-连接至主齿轮箱变速器的两个或更多个发电机；-连接至两个或更多个发电机的第一组多个变速马达和第二组多个变速马达；以及-独立地连接至第一组多个变速马达和第二组多个变速马达中的每一个的至少一个第一偏航控制计算机和至少一个第二偏航控制计算机，其中第一偏航控制计算机和第二偏航控制计算机分别用作主偏航控制计算机和备用偏航控制计算机，以提供对第一组多个变速马达和第二组多个变速马达的冗余控制。行业内已经意识到需要确保反扭矩系统中一定程度的冗余度，而又不损害在每种运行状态下控制直升机所需的偏航角的能力，同时改善机尾的整体空气动力学设计，并因此改善直升机的整体空气动力学效率。行业内已经意识到需要确保反扭矩系统中一定程度的冗余度，而又不损害在每种运行状态下控制直升机所需的偏航角的能力，同时尽可能地减小直升机的横截面并因此减小直升机的整体阻力和重量。行业内已经意识到，对于关于偏航角、盘加载和最大桨叶末梢速度的相同控制能力，需要减小反扭矩系统的整体重量，同时尽可能减小直升机的横截面和重量。此外，行业内还意识到需要调节和控制偏航角，从而简化已知类型的反扭矩旋翼的构造方案，同时尽可能减小直升机的横截面和重量。最后，行业内需要确保反扭矩系统中一定程度的冗余度，同时保留尾梁的结构功能。US-B-9,296,477描述了一种多旋翼直升机。CA-2794077和EP-A-2821344描述了一种电动反扭矩旋翼。
技术实现思路
本专利技术的目的是生产一种直升机，其能够满足与已知类型的反扭矩旋翼相关联的至少一个前述需求。通过本专利技术实现了上述目的，因为本专利技术涉及根据权利要求1的直升机。本专利技术还涉及根据权利要求20的直升机。附图说明为了更好地理解本专利技术，以下仅通过非限制性例子并参照附图来描述两个优选实施方式，其中：-图1是根据本专利技术的配备有第一实施方式的反扭矩系统的直升机的立体图；-图2是图1中的直升机在着陆操纵期间的侧视图；-图3示出了图1和图2中的具有反扭矩系统的直升机的尾部的放大图；-图4示出了图3中的反扭矩系统的放大图，其中为了清楚起见，一些部件被移除；-图5示出了图1和图2中的直升机，其中为了清楚起见，一些部件被移除；-图6是示出根据本专利技术的反扭矩系统在图1至图5的直升机的不同运行状态下的功能并将其与提供相同动力的已知类型的反扭矩系统的功能进行比较的图；-图7将由根据本专利技术的反扭矩系统所占据的空间与能够提供相同牵引力的已知类型的反扭矩系统所占据的空间进行了比较；-图8是根据本专利技术的配备有第二实施方式的反扭矩系统的直升机的立体图；-图9是用于图1至图8的反扭矩系统的推进单元的第一实施方式的示意图；-图10是图9的推进单元的第一实施方式中的动力流动的示意图；-图11是用于图1至图8的反扭矩系统的推进单元的第二实施方式的示意图；-图12是图11的推进单元的第二实施方式中的动力流动的示意图；-图13是用于图1至图8的反扭矩系统的推进单元的第三实施方式的示意图；-图14是图13的推进单元的第三实施方式中的动力流动的示意图；-图15是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直升机(1)，包括：/n-机身(2)；/n-第一主旋翼(4)，其适于在使用中产生所述直升机(1)的飞行所需的升力以使所述直升机(1)能够向前/向后、向上/向下和侧向移动，并在使用中在所述机身(2)上产生第一扭矩(Cl)；/n-反扭矩系统(10)，其适于在使用中产生具有相对于所述第一扭矩(C1)在相同或相反的方向上的主要分量的第二扭矩(C2)，以便控制所述直升机(1)的偏航角；以及/n-连接至所述机身(2)的尾部(5)；/n所述尾部(5)又包括：/n尾梁(50)，其连接至所述机身(2)；/n垂直尾翼(6)，其从所述尾梁(50)的在所述机身(2)的相对一侧的后端部并相对于所述尾梁(50)横向地突出；以及/n水平尾翼(7)，其以悬臂的方式在所述垂直尾翼(6)的两侧突出；/n所述尾梁(50)适于承受在使用中由所述垂直尾翼(6)和所述水平尾翼(7)的重量产生的弯矩和剪切应力；/n其特征在于，所述反扭矩系统(10)由所述尾梁(50)限定并且包括：/n-电力供应单元(15)；/n-至少一个第二旋翼(17)，其可操作地连接至所述电力供应单元(15)，并且能通过所述电力供应单元(15)操作以便以第一可变角速度旋转；以及/n-至少一个第三旋翼(25)，其可操作地连接至所述电力供应单元(15)，并且能通过所述电力供应单元(15)操作以便以第二可变角速度旋转。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171222 EP 17210094.31.一种直升机(1)，包括：
-机身(2)；
-第一主旋翼(4)，其适于在使用中产生所述直升机(1)的飞行所需的升力以使所述直升机(1)能够向前/向后、向上/向下和侧向移动，并在使用中在所述机身(2)上产生第一扭矩(Cl)；
-反扭矩系统(10)，其适于在使用中产生具有相对于所述第一扭矩(C1)在相同或相反的方向上的主要分量的第二扭矩(C2)，以便控制所述直升机(1)的偏航角；以及
-连接至所述机身(2)的尾部(5)；
所述尾部(5)又包括：
尾梁(50)，其连接至所述机身(2)；
垂直尾翼(6)，其从所述尾梁(50)的在所述机身(2)的相对一侧的后端部并相对于所述尾梁(50)横向地突出；以及
水平尾翼(7)，其以悬臂的方式在所述垂直尾翼(6)的两侧突出；
所述尾梁(50)适于承受在使用中由所述垂直尾翼(6)和所述水平尾翼(7)的重量产生的弯矩和剪切应力；
其特征在于，所述反扭矩系统(10)由所述尾梁(50)限定并且包括：
-电力供应单元(15)；
-至少一个第二旋翼(17)，其可操作地连接至所述电力供应单元(15)，并且能通过所述电力供应单元(15)操作以便以第一可变角速度旋转；以及
-至少一个第三旋翼(25)，其可操作地连接至所述电力供应单元(15)，并且能通过所述电力供应单元(15)操作以便以第二可变角速度旋转。


2.根据权利要求1所述的直升机，其特征在于，所述直升机包括围绕各自的彼此交错的轴线(C)旋转的多个所述第二旋翼(25)。


3.根据权利要求2所述的直升机，其特征在于，至少一个所述第二旋翼(25)借助于相关的涵道(90)被围住。


4.根据权利要求2所述的直升机，其特征在于，包括单个涵道(91)，所述单个涵道围住至少两个第二旋翼(25)。


5.根据前述任一项权利要求所述的直升机，其特征在于，所述反扭矩系统(10)以固定的方式连接至所述尾部(5)并与所述尾部(5)成一体。


6.根据前述任一项权利要求所述的直升机，其特征在于，所述水平尾翼(17)设置在所述垂直尾翼(6)的与所述尾梁(50)的所述后端部相对的自由端部。


7.根据前述任一项权利要求所述的直升机，其特征在于，包括：
-至少一个动力设备(100)；以及
-齿轮箱(101)，其能由所述动力设备(100)驱动并能操作以驱动所述第一旋翼(4)；
所述电力供应单元(15)又包括电推进系统(110，110'，110”，110”')，该电推进系统与所述动力设备(100)以及所述第二旋翼(17)和所述第三旋翼(25)可操作地连接以向所述第二旋翼(17)和所述第三旋翼(25)供给电力。


8.根据权利要求7所述的直升机，其特征在于，包括与所述第二旋翼(17)和所述第三旋翼(25)电连接以向它们供给电力的电力分配电网(103)；
所述电推进系统(110，110'，110”，110”')向所述电力分配电网(103)供给所述电力。


9.根据权利要求7或8所述的直升机，其特征在于，所述电推进系统(110，110”)包括功能性地插入所述齿轮箱(101)与所述第二旋翼(17)和所述第三旋翼(25)之间的第一发电机(111，111”)。


10.根据权利要求9所述的直升机，其特征在于，所述第一发电机(111)是单向电机，所述单向电机能够在使用中将由所述齿轮箱(101)提供的机械动力转换成在使用中向所述第二旋翼(17)和所述第三旋翼(25)供给的电力。


11.根据权利要求9所述的直升机，其特征在于，所述第一发电机(111”)是双向电机，所述双向电机能够：
-在使用中将由所述齿轮箱(101)提供的机械动力转换成在使用中向所述第二旋翼(17)和所述第三旋翼(25)供给的电力；或者
-在使用中将所述电力分配电网(103)的电力转换给所述齿轮箱(101)并因此转换给所述第一旋翼(4)。


12.根据权利要求11所述的直升机，其特征在于，所述电推进系统(110，110”)包括电连接至所述电力分配电网(103)的能量存储装置(112”)；
在所述第一发电机(111”)的正常运行期间，在使用中由所述电力分配电网(103)对所述能量存储装置(112”)充电；
在所述第一发电机(111”)失效的情况下，在使用中所述能量存储装置(112”)向所述电力分配电网(103)供电。


13.根据权利要求7或8所述的直升机，其特征在于，所述电推进系统(110'，110”')包括功能性地插入所述动力设备(100)与所述电力分配电网(103)之间的至少一个第二发电机(120'，120”')。


14.根据权利要求13所述的直升机，其特征在于，包括插入所述动力设备(100)与所述齿轮箱(102)之间的飞轮(152)；
所述电推进系统(110'，110”')连接至所述动力设备(100)以使所述飞轮(152)也插入所述齿轮箱(102)与所述电推进系统(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：马西莫·布鲁内蒂，路易吉·马里亚·博塔索，吴志素，加里·韦勒，
申请(专利权)人：列奥纳多股份公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT