用于旋翼飞行器旋翼的梁和旋翼飞行器的旋翼

摘要

一种用于旋翼飞行器的旋翼的梁，并且特别地涉及一种直升机旋翼。所述梁包括桨毂连接部(14)、桨叶连接部(15)、第一挠曲部(16)和剪切部(17)，第一挠曲部位于桨毂连接部和桨叶连接部之间且具有绕第一轴线(yy，zz)的弯曲刚度，该第一轴线正交于该桨叶(12)的纵向轴线(X)，该弯曲刚度小于桨毂连接部的且小于桨叶连接部的，剪切部(17)位于桨毂连接部和桨叶连接部之间且具有平行于第二轴线(Z，Y)的剪切刚度，该第二轴线正交于桨叶(12)的纵向轴线(X)且不平行于另一第二轴线，该剪切刚度小于桨毂连接部的且小于桨叶连接部(15)的。本发明可减小无铰式旋翼和无轴承式旋翼的实际铰接部偏移量。

权利要求

1.一种梁(13)，用于将仅一个桨叶(12)附连到带有至少一个其它桨叶(12)的旋翼飞行器旋翼(10)的桨毂(11)上，用于将所述仅一个桨叶(12)附连到所述桨毂(11)的所述梁(13)包括：桨毂连接部(14)，用于将所述梁(13)连接到所述旋翼(10)的所述桨毂(11)；

桨叶连接部(15)，用于将所述梁(13)连接到所述旋翼(10)的所述桨叶(12)；其特征在于，所述梁(13)包括：第一挠曲部(16)，具有分立铰接部的功能，所述功能由位于所述桨毂连接部(14)和所述桨叶连接部(15)之间的所述梁(13)的、所述第一挠曲部(16)的结构实现，并且所述第一挠曲部(16)具有绕第一轴线(yy，zz)的弯曲刚度，所述第一轴线正交于所述桨叶(12)的纵向轴线(X)，所述弯曲刚度小于所述桨毂连接部(14)的弯曲刚度和所述桨叶连接部(15)的弯曲刚度；

剪切部(17)，具有分立铰接部的功能，所述功能由位于所述桨毂连接部(14)和所述桨叶连接部(15)之间的所述梁(13)的、所述剪切部(17)的结构实现；所述剪切部(17)具有绕剪切轴线的剪切刚度，所述剪切轴线正交于所述第一轴线(yy，zz)并平行于所述桨叶(12)的第二轴线(Z，Y)，所述第二轴线(Z，Y)正交于所述桨叶(12)的纵向轴线(X)并且不平行于另一第二轴线(Y，Z)，所述剪切刚度小于所述桨毂连接部(14)的剪切刚度并小于所述桨叶连接部(15)的剪切刚度，以改变对应于所述第一挠曲部(16)的实际铰接部的位置；

至少一个凹槽沿正交于所述桨叶(12)的纵向轴线(X)的第二轴线(Z，Y)和另一第二轴线(Y，Z)之一的方向以及/或者在法向于所述第二轴线(Z)的纵向平面(X-Y)中延伸到所述剪切部(17)中；并且/或者所述剪切部(17)具有至少一个槽孔(22)，所述槽孔(22)沿正交于所述纵向轴线(X)的所述第二轴线(Y，Z)中的至少一个的方向上延伸穿过所述剪切部(17)以及/或者在法向于所述第二轴线(Z)之一的纵向平面(X-Y)中延伸穿过所述剪切部(17)中。

2.如权利要求1所述的梁(13)，其特征在于：

所述第一挠曲部(16)比所述剪切部(17)更靠近所述桨毂连接部(14)，或者所述剪切部(17)比所述第一挠曲部(16)更靠近所述桨毂连接部(14)。

3.如权利要求1或2所述的梁(13)，其特征在于：

所述第一挠曲部(16)的至少一部分形成所述剪切部(17)的至少一部分，并且/或者所述第一挠曲部(16)与所述剪切部(17)部分重叠并且/或者连续地并入所述剪切部(17)中。

4.如权利要求1所述的梁(13)，其特征在于：

所述第一挠曲部(16)是拍摆部并且所述弯曲刚度是拍摆刚度，所述第一轴线是正交于所述第二轴线(Z)的拍摆轴线(yy)，所述第二轴线(Z)是所述桨毂(11)的旋转轴线；或者所述第一挠曲部(16)是牵引/滞后部并且所述弯曲刚度是牵引/滞后刚度，并且所述第一轴线是平行于所述第二轴线(Z)的牵引/滞后轴线(zz)，所述第二轴线(Z)是所述桨毂(11)的旋转轴线。

5.如权利要求1所述的梁(13)，其特征在于，还包括：

第二挠曲部(19)，具有分立铰接部的功能，所述功能由位于所述桨毂连接部(14)和所述桨叶连接部(15)之间的所述梁(13)的、所述第二挠曲部(19)的结构实现，并且所述第二挠曲部(19)具有绕第三轴线(zz，yy)的弯曲刚度，所述第三轴线正交于所述桨叶(12)的纵向轴线(X)且不平行于所述第一轴线(yy，zz)，所述弯曲刚度小于所述桨毂连接部(14)的弯曲刚度且小于所述桨叶连接部(15)的弯曲刚度，以及小于所述第一挠曲部(16)绕所述第三轴线的弯曲刚度。

6.如权利要求5所述的梁(13)，其特征在于：

当所述第一挠曲部(16)是拍摆部，则所述第二挠曲部(19)是牵引/滞后部，并且所述第二挠曲部(19)的弯曲刚度是牵引/滞后刚度，牵引/滞后轴线平行于所述第三轴线(zz)，所述第三轴线(zz)平行于所述桨毂(11)的旋转轴线；或者当所述第一挠曲部(16)是牵引/滞后部，则所述第二挠曲部(19)是拍摆部，并且所述第二挠曲部(19)的弯曲刚度是拍摆刚度，拍摆轴线平行于所述第三轴线(yy)，所述第三轴线(yy)正交于所述桨毂(11)的所述旋转轴线。

7.如权利要求5所述的梁(13)，其特征在于：

所述第二挠曲部(19)比所述剪切部(17)更靠近所述桨毂连接部(14)，或者所述剪切部(17)比所述第二挠曲部(19)更靠近所述桨毂连接部(14)。

8.如权利要求5所述的梁(13)，其特征在于：

所述第二挠曲部(19)的至少一部分形成所述剪切部(17)的至少一部分，并且/或者所述第二挠曲部(19)与所述剪切部(17)部分重叠并且/或者连续地并入所述剪切部(17)中。

9.如权利要求1所述的梁(13)，其特征在于，还包括：

扭转部(20)，位于所述桨毂连接部(14)和所述桨叶连接部(15)之间，并且具有绕所述桨叶(12)的所述纵向轴线(X)的扭转刚度，所述扭转刚度小于所述桨毂连接部(14)的扭转刚度，小于所述桨叶连接部(15)的扭转刚度以及小于所述第一挠曲部(16)的扭转刚度。

10.如权利要求9所述的梁(13)，其特征在于：

所述剪切部(17)的至少一部分形成所述扭转部(20)的至少一部分，并且/或者所述扭转部(20)与所述剪切部(17)部分重叠并且/或者连续地并入所述剪切部(17)中。

11.如权利要求1所述的梁(13)，其特征在于：

所述桨叶连接部(15)藉由具有高弯曲刚度和高剪切刚度的杆或管联结到轴承；

所述轴承布置在所述梁(13)的实际拍摆铰接部(18)的部位附近。

12.如权利要求1所述的梁(13)，其特征在于：

所述凹槽的至少一个和/或所述槽孔(22)的至少一个由这样的材料填充，即所述材料的剪切模量小于所述剪切部(17)的材料的剪切模量。

13.一种旋翼飞行器旋翼(10)，所述旋翼(10)具有多个旋翼桨叶(12)和将每个所述旋翼桨叶(12)与所述桨毂(11)连接的对应数量的梁(13)；所述旋翼飞行器旋翼(10)包括：如前述权利要求中任一项所述的梁(13)；

桨毂(11)，具有梁连接部，所述梁连接部连接到所述梁(13)的桨毂连接部(14)；

桨叶(12)，具有梁连接部，所述梁连接部连接到所述梁(13)的桨叶连接部(15)。

14.如权利要求13所述的旋翼飞行器旋翼(10)，其特征在于，

所述桨毂(11)的所述梁连接部附连到或一体形成到所述桨毂连接部(14)；并且/或者所述桨叶(12)的所述梁连接部附连到或整体形成于所述桨叶连接部(15)。

说明书

用于旋翼飞行器旋翼的梁和旋翼飞行器的旋翼

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于旋翼飞行器的旋翼的梁，并且具体地涉及一种直升机旋翼。

背景技术

[0002] 一般地，旋翼飞行器是不同于其它动力飞行器的飞行器，主要不同之处在于它们在高巡航速度飞行和低速度飞行或盘旋时的能力。该能力通过为旋翼飞行器提供至少一个主旋翼来获得，其中，该主旋翼具有大体竖直的轴线。该主旋翼包括螺旋桨，该螺旋桨为旋翼飞行器提供升力并且也可能提供推力矩和控制力矩。通过改变螺旋桨的桨叶的周期桨距和/或总距，能够方便控制飞行中的旋翼飞行器。常规地，旋翼飞行器原则上包括一组引擎，这一组引擎包括至少一个诸如活塞引擎或涡轮引擎的燃料引擎。传动箱将该组引擎连接到主旋翼的桨毂、多个旋翼桨叶和连接到将每个桨叶通过桨毂连接的对应数量的梁。在工作中，旋翼必须一方面抵抗旋转期间桨叶所施加的升力、拖曳力、离心力(以及对应力矩)，并且另一方面必须允许桨叶的拍摆运动、扭转运动或变距运动以及牵引/滞后运动。用于该任务的诸多不同系统是对基本设计的变型，如所谓铰接式旋翼和无绞式旋翼。铰接式旋翼使用装有铰接部和轴承的刚性梁来方便上述桨叶运动。无轴承旋翼包括专用复合材料梁，该专用复合材料梁称为柔性梁，该柔性梁具有足够柔性来弯曲或扭曲以允许在没有轴承和附加机械构件的情况下允许桨叶运动。在无轴承旋翼中，分立的铰接部和轴承的作用通过这样的结构来实现，即，该结构在梁的某些区域或部分不能抵抗弯曲和/或扭转，但是当然地能传送所有的载荷(升力和拖曳力(剪切力)、离心力)、弯曲运动和扭曲运动等。为此类无轴承旋翼而限定拍摆铰接部、牵引滞后铰接部和变距铰接部与桨毂和输出轴的旋转轴线之间的等同或实际偏离。

[0003] 无铰式旋翼不同于无轴承旋翼，不同之处在于柔性梁，该柔性梁用以将各桨叶连接到旋翼的桨毂，该连接使用常规的变桨轴承(金属轴承或复合材料轴承)。

[0004] 文献US5286167描述了一种柔性梁直升机旋翼，该旋翼在柔性梁和桨毂之间具有连接，以允许仅绕拍摆轴线进行桨叶拍摆运动。桨叶拍摆运动在柔性梁和桨毂之间的连接部位获得。载荷分离允许使用较细的柔性梁桅，该柔性梁桅伴随有旋翼重量和尺寸减小的优势以及减小的拍摆铰接部影响偏离或拍摆轴线的附加优势。

[0005] 文献DE19915085公开了一种用于直升机的旋翼桨叶配件，该直升机具有位于旋翼头和旋翼桨叶之间的柔性梁和在柔性梁端部连接到桨叶的刚性控制套筒。紧凑的阻尼单元安装在柔性梁的端部和旋翼桨叶之间，从而横跨柔性梁/桨叶的连接部且在控制套筒内部。阻尼元件包括交错板，各交错板连接到旋翼板和阻尼套筒，并且由弹性体层隔开。

[0006] 文献US4746272涉及一种直升机旋翼设计，并且更具体地，涉及柔性梁，其描述了一种柔性梁，该柔性梁具有桨毂部、位于桨毂部外部的拍摆挠曲部、位于拍摆挠曲部外部的滞后扭转部以及位于滞后扭转部外部的桨叶附连部，并且具有纵向延伸柔性梁的长度的复合材料制成的纤维，其中，由多个辐射延伸的凹槽限定的多个纵向凸角从滞后扭转挠曲部的上表面和下表面到滞后扭转挠曲部的中心平面部延伸进入柔性梁的滞后扭转挠曲部，所述凹槽在它们的底部辐射延伸以提高滞后扭转挠曲部的扭转挠曲特性。

[0007] 与本申请相关的其它现有技术文献如下：CA2042532、CA2320606、CA2650760、CN102167156、DE10316093、DE2917301、DE3534968、EP0155444、EP0097885、EP1431176、FR2474395、FR2041747、JP61021894、JP2010143484、US4650401、US4746272、US4898515、US5358381、US2004146403、US20060165527和WO200489748。

发明内容

[0008] 本发明的目的是减小无铰式旋翼和无轴承式旋翼的实际铰接部偏移量。

[0009] 该目的藉由以下所述的旋翼而实现。在从属权利要求中描述了优选实施例。

[0010] 根据第一方面，本发明提出一种用于带有桨毂和至少两个桨叶的旋翼飞行器旋翼的梁。每个桨叶设有一个梁。所述梁包括：

[0011] ·桨毂连接部，用于将该梁连接到旋翼的桨毂；

[0012] ·桨叶连接部，用于将该梁连接到旋翼的桨叶；

[0013] ·第一挠曲部，定位在桨毂连接部和桨叶连接部之间，并且具有绕第一轴线的弯曲刚度，该第一轴线正交于桨叶当连接到该梁时的纵向轴线，所述弯曲刚度小于桨毂连接部绕第一轴线的弯曲刚度，并且小于桨叶连接部绕第一轴线的弯曲刚度；

[0014] 剪切部，位于桨毂连接部和桨叶连接部之间，并且具有平行于第二轴线的剪切刚度，该第二轴线正交于桨叶当连接到该梁时的纵向轴线并且不平行于、优选地正交于所述第一轴线，所述剪切刚度小于桨毂连接部的剪切刚度和桨叶连接部的剪切刚度，以改变实际铰接部对应于第一挠曲部的位置。

[0015] 本发明应用于：直升机的主旋翼的柔性梁和尾旋翼的柔性梁，或者其它次级旋翼的柔性梁。

[0016] 如果沿正交于桨叶的纵向轴线以及正交于第一轴线的方向将力施加在所提出的梁上，那么第一挠曲部通过弯曲或挠曲而反应以形成简单的弓形或拱形，而剪切部通过弯曲或挠曲而反应以形成S形，所述弓形或拱形的变形导致桨叶连接部和连接到桨叶连接部上的桨叶旋转，而所述S形变形导致桨叶连接部和连接到桨叶连接部上的桨叶朝向桨毂和输出轴的旋转轴线平行移位或移动。因此，第一挠曲部的对应实际铰接部偏移量与没有此剪切部的常规梁相比减小了。

[0017] 优选地，第一挠曲部绕第一轴线的所述弯曲刚度小于第一挠曲部绕这样的轴线的任意其它弯曲刚度，即该轴线正交于桨叶当连接到该梁时的纵向轴线并不平行于第一轴线。

[0018] 优选地，该旋翼飞行器旋翼的直升机旋翼。

[0019] 该梁设计成例如包括至少一个其它部和/或至少一个另外的剪切部。此另外的剪切部的每个可以例如具有平行于或不平行于所述第二轴线的剪切刚度。

[0020] 挠曲部可以例如包括连接到桨毂连接部的内侧端和连接到桨叶连接部的外侧端。

[0021] 剪切部可以例如包括连接到桨毂连接部的内侧端和连接到桨叶连接部的外侧端。

[0022] 可以设置成，第一挠曲部比剪切部更接近于桨毂连接部，或者剪切部比第一挠曲部更接近于桨毂连接部。

[0023] 在所述第一替换实例中，第一挠曲部的所述内侧端可以接合到桨毂连接部，第一挠曲部的所述外侧端可以接合到剪切部的所述外侧端，并且剪切部的所述外侧端可以接合到桨叶连接部。因此，该挠曲部以其内侧端直接连接到桨毂连接部，并且以其外侧端间接地、即经由剪切部连接到桨叶连接部，而剪切部以其外侧端直接连接到桨叶连接部并且以其外侧端间接地、即经由挠曲部连接到桨毂连接部。

[0024] 在所述第二替换实例中，第一挠曲部的所述内侧端可以接合到桨毂连接部，剪切部的所述外侧端可以接合到挠曲部的所述内侧端，并且挠曲部的所述外侧端可以接合到桨叶连接部。因此，该剪切部以其内侧端直接连接到桨毂连接部，并且以其外侧端间接地、即经由挠曲部连接到桨叶连接部，而挠曲部以其外侧端直接连接到桨叶连接部并且以其外侧端间接地、即经由剪切部连接到桨毂连接部。

[0025] 可以设置成，第一挠曲部的至少一部分形成剪切部的至少一部分，并且/或者第一挠曲部与剪切部重叠并且/或者连续地并入剪切部中。

[0026] 可以设置成：

[0027] ·第一挠曲部是拍摆部，并且弯曲刚度是拍摆刚度，并且第一轴线是拍摆轴线，该轴线正交于桨毂当连接到该梁时的旋转轴线，或者

[0028] ·第一挠曲部是牵引/滞后部，并且弯曲刚度是牵引/滞后刚度，并且第一轴线是牵引/滞后轴线，该轴线正交于桨毂当连接到该梁时的旋转轴线。

[0029] 可以设置成，梁还包括：

[0030] 第二挠曲部，其位于桨毂连接部和桨叶连接部之间，并且具有绕第三轴线的弯曲刚度，该第三轴线正交于桨叶当连接到该梁时的纵向轴线，并且不平行于、较佳地正交于第一轴线，所述弯曲刚度小于桨毂连接部绕第三轴线的弯曲刚度，并且小于桨叶连接部绕第三轴线的弯曲刚度，以及小于第一挠曲部绕第三轴线的弯曲刚度。

[0031] 优选地，第一挠曲部绕第一轴线的弯曲刚度小于第二挠曲部绕第一轴线的弯曲刚度。

[0032] 优选地，第二挠曲部绕第三轴线的所述弯曲刚度小于第二挠曲部绕这样的轴线的任意其它弯曲刚度，即该轴线正交于桨叶当连接到该梁时的纵向轴线并且不平行于第三轴线。

[0033] 该挠曲部可以设计成例如使得：

[0034] ·如果第一挠曲部是拍摆部，第二挠曲部是牵引/滞后部，并且第二挠曲部绕第三轴线的弯曲刚度是牵引/滞后刚度，并且第三轴线是牵引/滞后轴线，该牵引/滞后轴线平行于桨毂当连接到梁时的旋转轴线，或者

[0035] ·如果第一挠曲部是牵引/滞后部，第二挠曲部是拍摆部，并且第二挠曲部绕第三轴线的弯曲刚度是拍摆刚度，并且第三轴线是拍摆轴线，该拍摆轴线正交于桨毂当连接到梁时的旋转轴线。

[0036] 可以设置成：

[0037] ·第二挠曲部比剪切部更靠近桨毂连接部，或者剪切部比第二挠曲部更靠近桨毂连接部；并且/或者

[0038] ·第二挠曲部比第一挠曲部更靠近桨毂连接部，或者第一挠曲部比第二挠曲部更靠近桨毂连接部。

[0039] 可以设置成：

[0040] ·第二挠曲部的至少一部分形成剪切部的至少一部分，并且/或者第二挠曲部与剪切部重叠并且/或者连续地并入剪切部中；并且/或者

[0041] ·至少一个扭转部，其位于桨毂连接部和桨叶连接部之间，并且具有绕桨叶当连接到梁时的纵向轴线的扭转刚度，所述扭转刚度小于桨毂连接部的扭转刚度并且小于桨叶连接部的扭转刚度以及小于第一挠曲部的扭转刚度；并且/或者

[0042] ·剪切部的至少一部分形成扭转部的至少一部分，并且/或者扭转部与剪切部重叠并且/或者连续地并入剪切部中。

[0043] 桨叶连接部可以例如藉由具有高弯曲刚度和高剪切刚度的杆或管而联结到轴承，所述轴承布置在该梁的实际拍摆铰接部附近。

[0044] 该布置可以解决这样的问题，即桨叶的轴承应在低弯曲刚度部分和低剪切刚度部分的某些组合的情形下是弹性－静止不确定的。另外，所述杆或管可以用以触发或引发或设定或改变桨叶距或桨叶迎角。

[0045] 可以设置成：

[0046] ·至少一个凹槽沿正交于桨叶当连接到梁时的纵向轴线和第二轴线的方向延伸以及沿法向于第二轴线的平面延伸到剪切部中；并且/或者

[0047] ·至少一个槽孔沿正交于第二轴线的方向并且/或者沿法向于第二轴线的平面而延伸穿过剪切部。

[0048] 各个凹槽可以设计成例如使得在该凹槽底部的剩余材料具有低剪切刚度，但是可以承受大的剪切应变。优选地，所述剩余材料是弹性体。

[0049] 各个凹槽可以设计成例如使得如果第一挠曲部是拍摆部，则相应凹槽或槽孔从剪切部的牵引侧表面或滞后侧表面伸出以及在法向于桨毂和输出轴的旋转轴线的平面中延伸，或者使得当第一挠曲部是牵引/滞后部时，则相应凹槽或槽孔从剪切部的上表面或下表面伸出以及在平行于桨毂和输出轴的旋转轴线并平行于桨叶的纵向轴线的平面中延伸。

[0050] 可以设置成，凹槽的至少一个和/或槽孔的至少一个由剪切模量小于剪切部材料的材料填充。

[0051] 该材料可以例如是弹性体。

[0052] 在第二方面，本发明提供旋翼飞行器旋翼，包括：

[0053] ·根据本发明的第一方面的梁；

[0054] ·桨毂，具有梁连接部，该梁连接部连接到所述梁的桨毂连接部；

[0055] ·桨叶，具有梁连接部，该梁连接部连接到所述梁的桨叶连接部；

[0056] 优选地，该旋翼飞行器旋翼是直升机旋翼。该旋翼可以设计成例如包括至少一个其它的此类梁和/或至少一个其它的此类桨叶，该桨毂可以包括至少一个其它的此类梁连接部.

[0057] 可以设置成：

[0058] ·桨毂的梁连接部附连到或一体形成到桨毂连接部；并且/或者

[0059] ·桨叶的梁连接部附连到或一体形成到桨叶连接部。

[0060] 本发明的实施例的特征(不是具体特征)也可以合适地应用到本发明的其它实施例。

附图说明

[0061] 下文中，将参照附图以示例性的方式更详细地说明本发明的优选实施例和实例。构成这些实施例的特定特征不限于这些具体实施例和实例，而是可以与一个或多个上述或以上提及的具体特征组合和/或与其它实施例或实例的一个或多个具体特征组合。附图中所示细节仅具有示意性性质并且不应以任何限制性方式进行理解。权利要求中包含的附图标记不应以任何方式限制本发明的范围，但是应当仅指附图中所示的实施例和实例。附图示出：

[0062] 图1是旋翼的一部分的侧视图，例如用于如直升机的旋翼飞行器，旋翼的该部分包括第一实施例中的梁；

[0063] 图2是第二实施例中的梁的立体图；

[0064] 图3是第三实施例中的梁的立体图；

[0065] 图4是第四实施例中的梁的立体图；

具体实施方式

[0066] 在图1中，示意性示出了优选实施例中的旋翼飞行器旋翼，具体地是旋翼10。在第一实施例中，该旋翼10包括具有旋转轴线Z的桨毂11、多个桨叶12和对应数量的梁13。为了清晰显示，只示出了桨叶12中的一个和梁13中的一个。X指相对于旋转轴线Z径向向外的方向，所述X的方向平行于所示出的桨叶12当绕竖直旋转轴线Z水平地旋转时的纵向轴线。如图1至图4，本发明的梁13是一整体复合结构，即，该梁13会由于例如机械可拆卸铰接部等任何可分离的子部件而破坏。但是，本发明的整体梁13包括所谓分立的铰接部和轴承，这些铰接部和轴承通过局部地改变梁13结构的形状而实现。概括地说，示出了纵向轴线X、一个第二轴线Z和另一第二轴线Y。

[0067] 以下术语用于所示定义：

[0068] 弯曲刚度：

[0069] By_梁表示“弯软”的梁绕y轴的弯曲刚度。

[0070] Bz_梁表示“弯软”的梁绕z轴的弯曲刚度。

[0071] By_旋翼头表示旋翼头连接部绕y轴的的弯曲刚度。

[0072] Bz_旋翼头表示旋翼头连接部的绕z轴的弯曲刚度。

[0073] By_旋翼桨叶表示旋翼桨叶的绕y轴的弯曲刚度。

[0074] Bz_旋翼桨叶表示旋翼桨叶的绕z轴的弯曲刚度。

[0075] By_层板表示梁的一层的绕y轴的弯曲刚度。

[0076] Bz_层板表示梁的一层板的绕z轴的弯曲刚度。

[0077] 扭转刚度：

[0078] Tx_梁表示该梁的绕x轴的扭转刚度。

[0079] Tx_旋翼头表示旋翼头连接部的绕x轴的扭转刚度。

[0080] Tx_旋翼桨叶表示旋翼桨叶的绕x轴的扭转刚度。

[0081] Tx_层板表示梁的一层板的绕x轴的扭转刚度。

[0082] 关系：

[0083] 3×By_层板

[0084] By_梁

[0085] By_梁

[0086] 2×By_层板

[0087] Bz_梁

[0088] 3×Tx_层板

[0089] Tx_梁

[0090] 值的典型范围：对于最大重量为2.5吨至5吨的飞机，在起飞时By_梁的值的范围(参考标准长度1m)是例如：

[0091] 1×10^2Nm2

[0092] 5×10^2Nm2

[0093] 1×10^1Nm2

[0094] 2×10^4Nm2

[0095] 2×10^4Nm2

[0096] 1×10^3Nm2

[0097] 5×10^3Nm2

[0098] 5×10^3Nm2

[0099] 1×10^4Nm2

[0100] 对于小型直升机，例如，最大重量小于2.5吨的模型直升机或无人驾驶直升机，在起飞时刚度值可以小得多。对于最大重量大于5吨的大型直升机，在起飞时刚度值可以较大。

[0101] 梁13包括用以将梁13连接到桨毂11的桨毂连接部14、用以将梁13连接到桨叶12的桨叶连接部15、位于桨毂连接部14和桨叶连接部15之间的第一挠曲部或拍摆部16，以及位于桨毂连接部14和桨叶连接部15之间的剪切部17。梁13在剪切部17的端部终止。如图2所示，当梁13静止时，桨毂连接部14和桨叶连接部15总体上沿纵向轴线X彼此相对。因此，桨毂连接部14限定梁13的一端并且桨叶连接部15限定另一端。

[0102] 拍摆部16具有绕第一轴线的弯曲刚度或拍摆刚度BSy16，所述第一轴线平行于桨叶12和梁13相对于周围空气的相对运动的方向Y，并因此正交于梁13和桨叶12的纵向轴线以及正交于旋转轴线Z。此拍摆刚度BSy16小于桨毂连接部14绕第一轴线的拍摆刚度或弯曲刚度BSy14、桨叶连接部15绕第一轴线的拍摆刚度或弯曲刚度BSy15以及剪切部17绕第一轴线的拍摆刚度或弯曲刚度BSy17：

[0103] BSy16

[0104] 对于这些部分14至17中的每个，对应的拍摆刚度BSy可以根据以下公式计算：

[0105] BSy＝E·Iyy。

[0106] 如果相应部分由单一和/或均质材料制成，那么应当考虑以上公式，其中E是该相应部分的材料的弹性模量，并且Iyy是该相应部分的横截面的第二面积矩，即该相应部分的每个横截面绕第一轴线的惯性矩，该第一轴线也是惯性主轴线，平行于y轴。例如，在图2中，Iyy是绕第一轴线yy的惯性矩(绕yy轴的拍摆力矩)，该第一轴线yy是第一挠曲部16或拍摆部的横截面Ax(沿平行于y－z平面的平面剖切得到的)的惯性主轴线。第一轴线yy正交于轴线/方向Z，但是平行于轴线/方向Y。

[0107] 如果该相应部分由至少两种不同材料制成或者由复合材料制成，那么BSy的计算会比较复杂(例如，比较1989年法国，Cachan，Hermès/Lavoisier，第二版，Daniel GAY，“复合材料(Matériaux Composites)”，第313页)。

[0108] 在第一挠曲部16是牵引/滞后部的第一变型中，每个横截面的第一惯性轴线(也是惯性主轴线)平行于z轴。例如在图2中，Iyy成为此情况下的Izz，即横截面轴线绕zz轴(平行于z轴)的惯性矩。

[0109] 剪切部17具有平行于第二轴线z’z’(即剪切力的轴线)的剪切刚度SSz17，所述第二轴线平行于旋转轴线Z，并且正交于梁13的纵向轴线X13和桨叶12，并且不平行于、即正交于第一轴线。该剪切刚度SSz17小于桨毂连接部14的、平行于第二轴线的剪切刚度SSz14，小于桨叶连接部15的平行于第二轴线的剪切刚度SSz15，以及拍摆部16的平行于第二轴线的剪切刚度SSz16：

[0110] SSz17

[0111] 对于这些部分14至17中的每个，对应剪切刚度SSz可以根据以下公式计算：

[0112] SSz＝G·Az。

[0113] 如果相应部分具有紧实固体横截面并且由单一和/或均质材料制成，那么应当考虑以上公式，其中：G是该相应部分的材料的剪切模量，并且Az是该相应部分的横截面的面积(也是减小了的横截面面积)，所述横截面是沿Y-Z平面剖切得到的。例如，在图2中，剪切刚度SSz17与正交于所述X-方向并且平行于第二轴线z’z’的横截面Az相关(例如，比较1989年法国，Cachan，Hermès/Lavoisier，第二版，Daniel GAY，“复合材料(Matériaux Composites)”，第313页)。

[0114] 在梁13的该第一实施例，拍摆部16以其内侧端接合到桨毂连接部14，剪切部17以其外侧端接合到桨叶连接部15，并且拍摆部16的外侧端接合到剪切部17的内侧端。由此，拍摆部16比剪切部17更靠近桨毂连接部14，并且直接连接到桨毂连接部14且间接地、即经由剪切部17连接到桨叶连接部15，而剪切部17直接连接到桨叶连接部15，并且间接地、即经由拍摆部16连接到桨毂连接部14。

[0115] 如果向上的力或力矩和力的组合(即沿Z方向并因此正交于梁13和桨叶12的纵向轴线并正交于第一轴线和Y方向的力)作用于桨叶12，那么该力被传送到梁13。拍摆部16通过向上弯曲或挠曲而反应以形成简单的弓形或拱形，而剪切部通过弯曲或挠曲而反应，以形成S形，如图1中示意性示出的。所述弓形或拱形的变形导致桨叶连接部15和连接到桨叶连接部15上的桨叶12转动，而所述S形变形导致桨叶连接部15和连接到桨叶连接部15上的桨叶12朝向桨毂11的转动轴线Z11平行移位或移动。由此，该梁13的实际拍摆铰接部18的对应位置与桨毂11比没有此类剪切部的常规梁13’的实际拍摆铰接部18’的位置近得多，其中常规梁13’由虚线示出。换句话说，该梁13的相应实际拍摆铰接部偏移量小于常规梁13’的相应实际拍摆铰接部偏移量。

[0116] 在图2中，示出了梁13的第二实施例，该梁13用以将直升机旋翼的桨叶连接到该旋翼的桨毂，图2未示出所述直升机旋翼，未示出所述桨叶，该直升机旋翼诸如为图1中的旋翼10，该桨叶诸如为图1所示桨叶12，图2也未示出桨毂，该桨毂诸如为图1中的桨毂11。该实施例类似于梁13的第一实施例，故在下文中仅更详细地解释相应的不同。

[0117] 在该第二实施例中，梁13还包括第二挠曲部或牵引/滞后部19以及扭转部20。剪切部17包括外部19和内部21，该外部19以其外侧端接合到桨叶连接部15，该内部21以其外侧端接合到外部19的内侧端，并且以其内侧端接合到拍摆部16的外侧端。牵引/滞后部19形成剪切部17的一部分、即外部19，并且剪切部17形成扭转部20。因此，拍摆部16比牵引/滞后部19和扭转部20更靠近桨毂连接部14。

[0118] 牵引/滞后部19具有绕第三轴线的弯曲刚度或牵引/滞后刚度BSz19，所述第三轴线平行于旋转轴线Z，并且因此正交于梁13的纵向轴线X13，以及正交于桨叶12的当连接到梁13时的纵向轴线X，并且不平行、即正交于第一轴线和Y方向。

[0119] 该牵引/滞后刚度BSz19小于桨毂连接部14绕第三轴线的弯曲刚度或牵引/滞后刚度BSz14、桨叶连接部15绕第三轴线的弯曲刚度或牵引/滞后刚度BSz15、拍摆部16绕第三轴线的弯曲刚度或牵引/滞后刚度BSz16以及内部21绕第三轴线的弯曲刚度或牵引/滞后刚度BSz21：

[0120] BSz19

[0121] 对于这些部分14－16、19、21中的每个，对应的牵引/滞后刚度BSz可以根据以下公式计算：

[0122] BSz＝E·Izz。

[0123] 当相应部分由单一和/或均质材料制成，其中E是该相应部分的材料的弹性模量，并且Izz是该相应部分的横截面的第二面积矩，即该相应部分的每个横截面的绕第三轴线的惯性矩，该第三轴线也是惯性主轴线，平行于z轴。例如，在图2中，Izz是绕第三轴线ZZ的惯性矩，该第三轴线是第二挠曲部19的横截面AZ(沿平行于y-z平面的平面剖切)的惯性主轴线或是牵引/滞后部(绕ZZ轴线的牵引/滞后力矩)的惯性主轴线(例如，比较1989年法国，Cachan，Hermès/Lavoisier，第二版，Daniel GAY，“复合材料(Matériaux Composites)”，第313页)。

[0124] 另外，牵引/滞后部19具有绕第四轴线YY、平行于Y方向的弯曲刚度或拍摆刚度BSy19，该刚度大于拍摆部16的拍摆刚度BSy16：

[0125] BSy16

[0126] 对于该部分19，对应的拍摆刚度BSy可以根据以下公式计算：

[0127] BSy＝E·Iyy。

[0128] 当相应部分由单一和/或均质材料制成，那么应当考虑以上公式，其中E是该相应部分的材料的弹性模量，并且Iyy是该相应部分的横截面的第二面积矩，即该相应部分的每个横截面绕第四轴线的惯性矩，该第四轴线也是相应部分的每个横截面的、平行于Y方向的惯性主轴线。在图2中，YY轴是第四轴线，该轴线是第二挠曲部或牵引/滞后铰接部(绕ZZ轴的牵引/滞后矩)的横截面AZ的惯性主轴线。

[0129] 在第二挠曲部是拍摆部的第一变型中，YY轴是第三轴线，也是横截面AZ的惯性主轴线。所以，牵引/滞后部16的牵引/滞后刚度BSz16小于绕ZZ轴的牵引/滞后刚度BSz19。类似地，弯曲刚度BSy19(绕YY轴)小于弯曲刚度16(绕yy轴)。

[0130] 扭转部20具有绕纵向轴线X13的扭转刚度TSz20。该扭转刚度TSz20小于桨毂连接部14绕纵向轴线X13的扭转刚度TSz14、桨叶连接部15绕纵向轴线X13的扭转刚度TSz15以及拍摆部16绕纵向轴线X13的扭转刚度TSz16：

[0131] TSz20

[0132] 对于这些部分14－16、20中的每个，对应的扭转刚度TSz(所述刚度也等同于扭转时的刚性)可以根据以下公式计算：

[0133] TSz＝G·It。

[0134] 当相应部分由单一和/或均质材料制成，那么应当考虑以上公式，其中G是该相应部分的材料的剪切模量，并且It是该相应部分的横截面的扭转常数(所述扭转常数通常也称为“虚构惯性”并且也称为J)，所述横截面经由沿Y-Z平面剖切得到(例如，比较1989年，法国，Cachan，Hermès/Lavoisier，第二版，Daniel GAY，“复合材料(Matériaux Composites)”，第338页)。

[0135] 在所绘出的笛卡尔坐标系中，X轴指纵向轴线X13的方向，也指桨叶12当连接到梁13时的纵向轴线的方向X，Z轴指桨毂11和总体旋翼10的旋转轴线的方向，而Y轴指桨叶12和梁13相对于周围空气的相对运动的方向。

[0136] 当然，在未示出的第二变型中，第二挠曲部19可以比剪切部17更靠近桨毂连接部14。

[0137] 梁13的横截面法向于纵向轴线X13并且基本为长方形的，该长方形具有变化的宽度(沿Y向测量)和高度(沿Z向测量)。桨毂连接部14、拍摆部16和内部21具有相同的第一宽度，而桨毂连接部14、剪切部17(因此也就是扭转部20)以及桨叶连接部15的内侧端具有相同的第一高度。桨叶连接部15具有小于第一宽度的第二宽度，并且在其外侧端具有小于第一高度的第二高度。

[0138] 拍摆部16所具有的第三高度小于第一高度、第一宽度、第二高度和第二宽度，从而产生与桨毂连接部14、剪切部17(因此也就是扭转部20)以及桨叶连接部15相比减小了的第二面积矩Iyy和由此减小了的拍摆刚度BSy。拍摆部16以该拍摆部16的挠曲强度仍旧满足要求的方式进行设计。

[0139] 牵引/滞后部19所具有的第三宽度小于第一宽度、第一高度和第二宽度，从而产生与桨毂连接部14、拍摆部16、内部21以及桨叶连接部15相比减小了的第二面积矩Izz和由此减小了的牵引/滞后刚度BSz。

[0140] 在该第二实施例中，三个平面槽孔22沿法向于旋转轴线Z以及第二轴线的平行、等距间隔的X-Y平面延伸穿过剪切部17。平面槽孔22从剪切部17的牵引侧表面延伸到滞后侧表面。因此，剪切部17包括由所述三个平面槽孔22隔开的四个平面的、平行、等距间隔的层板23。

[0141] 一方面，此产生与桨毂连接部14、拍摆部16以及桨叶连接部15相比减小了的Az，该减小了的Az仅具有减小了的剪切刚度SSz的一小部分。剪切刚度减小的大部分量是因为三维效果，即通过截面17的S形变形，层板23中的低弯曲刚度产生该截面17的低剪切刚度。换句话说，剪切部17的这一设计生产了这样的三维效果，即这样的三维效果允许上述的S形变形，该变形产生显著减小的剪切刚度。该三维效果如下：各层板23具有小的弯曲刚度，但是它们在剪切部17的两端上彼此连接，所以剪切部17的整个弯曲刚度是大的(参见Steiner公开内容)。在17一端处的侧向力(剪切力)作用下，这些层板以一个方向各自弯曲，然后以另一个方向(S形)弯曲。这在施加力的端部引起大的侧向移位。所以，各层板的局部弯曲引起整体剪切变形。然后，各层板的低弯曲刚度引起整个层板垛的低剪切刚度。此也是需要槽孔的原因，并且凹槽是不胜任的，除非在凹槽的底部处的剩余材料具有低剪切刚度并且维持大的剪切变形。剪切部17以该剪切部17仍承受预期的最大离心力以及拍摆力矩和牵引/滞后力矩的方式进行设计。

[0142] 另一方面，此导致与桨毂连接部14、拍摆部16以及桨叶连接部15相比减小了的扭转常数It，以及由此减小了的扭转刚度TSz。

[0143] 虽然每个层板23都由于其各自小高度而具有非常低的单独拍摆刚度BSyy，但是分别固定地以其内侧端和外侧端连接到拍摆部16的外侧端和桨叶连接部15的内侧端的这些成束或成套的层板23由于各层板23的Steiner数量(amounts)或Steiner术语(terms)而具有高的总体拍摆刚度BSyy(比较因特网网址http://en.wikipedia.org/wiki/Second_moment_of_area上的文章“第二面积矩(second moment of area)”)。

[0144] 在图3中，示出了梁13的第三实施例，该梁13用以将直升机旋翼的桨叶连接到该旋翼的桨毂，图3未示出所述直升机旋翼，未示出所述桨叶，该直升机旋翼诸如为图1中的旋翼10，该桨叶诸如为图1所示桨叶12，图3也未示出桨毂，该桨毂诸如为图1中的桨毂11。该实施例类似于梁13的第二实施例，因此在下文中，仅较详细地解释相应的不同。

[0145] 在该第三实施例中，牵引/滞后部19不形成剪切部17的一部分，而是与剪切部17隔开布置，使得剪切部17以其外侧端接合到桨叶连接部15，并且牵引/滞后部19以其内侧端接合到拍摆部16的外侧端并且以其外侧端连接到剪切部17的内侧端。因此，牵引/滞后部19比剪切部17更靠近桨毂连接部14。

[0146] 附图标记3a所示的是沿IIIa－IIIa线剖切的拍摆部16的横截面区域。该横截面区域3a是矩形，该矩形的短边平行于Z轴，并且该矩形的长边平行于Y轴。

[0147] 附图标记3b所示是沿IIIb－IIIb线剖切的牵引/滞后部19的横截面区域。该横截面区域3b是矩形，该矩形的短边平行于Y轴，并且该矩形的长边平行于Z轴。

[0148] 在该第三实施例中，三个平面槽孔22’沿法向于旋转轴线Z和第二轴线的平行、等距间隔X-Y平面延伸穿过剪切部17，两个平面槽孔22”沿平行于旋转轴线Z、法向于方向Y以及法向于第一轴线的平行、等距间隔的X-Z平面延伸穿过剪切部17。槽孔22’从剪切部17的牵引侧表面延伸到剪切部17的滞后侧表面，槽孔22”从剪切部17的上表面延伸到剪切部17的下表面。因此，剪切部17包括由所述三个槽孔22’和所述两个槽孔22”隔成的十二个直的、平行的等距间隔的棒或杆24，且每个棒或杆24都具有正方形横截面区域。附图标记3c所示是沿IIIc－IIIc线剖切的剪切部17由此所形成的横截面区域。该横截面区域3c是3×4的矩形型式，该型式由十二个杆24的正方形横截面区域构成。

[0149] 此导致与桨毂连接部14、拍摆部16、牵引/滞后部19以及桨叶连接部15相比平行于旋转轴线Z的降低或减小的剪切刚度SSz，并导致平行于方向Y的降低或减小的剪切刚度SSy。

[0150] 在图4中，示出了梁13的第四实施例，该梁13用以将直升机旋翼的桨叶连接到该旋翼的桨毂，图4未示出所述直升机旋翼，未示出所述桨叶，该直升机旋翼诸如为图1中的旋翼10，该桨叶诸如为图1所示桨叶12，图4也未示出桨毂，该桨毂诸如为图1中的桨毂11。该实施例类似于梁13的第二实施例，因此在下文中，只较详细地解释相应的不同。

[0151] 在该第四实施例中，牵引/滞后部19不形成剪切部17的一部分，而是与剪切部17隔开布置，使得牵引/滞后部19以其外侧端接合到桨叶连接部15，剪切部17以其内侧端接合到桨毂连接部14，并且拍摆部16以其内侧端接合到剪切部17的外侧端并且以其外侧端连接到牵引/滞后部19的内侧端。因此，剪切部17比拍摆部16和牵引/滞后部19更靠近桨毂连接部14。

[0152] 在该第四实施例中，如同在第二实施例中，三个平面槽孔22沿法向于旋转轴线Z以及第二轴线的平行、等距间隔的X-Y平面延伸穿过剪切部17，槽孔22从剪切部17的牵引侧表面延伸到滞后侧表面。因此，剪切部17包括由所述三个平面槽22隔开的四个平面的、平行、等距间隔的层板23，并且每个层板都具有矩形横截面区域。附图标记4a所示是沿IVa－IVa线剖切的剪切部17由此所产生的横截面区域。该横截面区域3c是1x4的矩形型式，该型式由四个板23的矩形横截面区域构成。

[0153] 此导致与桨毂连接部14、拍摆部16、牵引/滞后部19以及桨叶连接部15相比平行于旋转轴线Z的降低或减小的剪切刚度SSz。

[0154] 附图标记4b所示是沿IVb－IVb线剖切的拍摆部16的横截面区域。该横截面区域4b是矩形，该矩形的短边平行于Z轴，并且该矩形的长边平行于Y轴。

[0155] 附图标记4c所示是沿IVc－IVc线剖切的牵引/滞后部19的横截面区域。该横截面区域4c是矩形，该矩形的短边平行于Y轴，并且该矩形的长边平行于Z轴。

[0156] 当然，可以对本发明做多种实施变型。尽管以上描述了几个实施例，但可以容易理解，穷尽地举出所有可能的实施例是不可设想的。当然，在不超出本发明的范围的情况下，可用等同装置来替换所述装置中的任一个。

[0157] 特别地，yy和YY本身可以不严格平行以及可以不严格平行于Y轴，zz和ZZ本身可以不严格平行以及可以不严格平行于Z轴。

[0158] 附图标记列表

[0159]

[0160]