CN102887222A

CN102887222A - 一种扭角分布可变的桨叶

Info

Publication number: CN102887222A
Application number: CN2012103477704A
Authority: CN
Inventors: 项昌乐; 杨兴邦; 徐彬
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明涉及一种扭角分布可变的桨叶，包括桨叶、扭力套轴和高刚性轴，所述桨叶由若干桨叶微段组成，桨叶表面覆盖柔性蒙皮，每个桨叶微段翼型焦点处有孔，通过这个孔桨叶与扭力轴固连，在叶尖一端，扭力套轴与高刚性轴固连，在叶根一端，扭力套轴与施力机构相连，高刚性轴固连在桨榖上。本发明通过扭力轴套不同微段有不同抗扭刚度，实现所连接的桨叶微段有不同转角，这种扭角分布可变的桨叶可以用作普通螺旋桨和涵道螺旋桨的桨叶、直升机和自转旋翼机的旋翼桨叶，也可用作其他一般使用桨叶或旋翼的动力系统。

Description

一种扭角分布可变的桨叶

技术领域

本发明涉及一种扭角分布可变的桨叶，其应用于普通螺旋桨和涵道螺旋桨，或者直升机和自转旋翼机的旋翼，属于螺旋桨桨叶结构技术领域。

背景技术

模型飞机，模型飞行车船，或者飞机、飞行车船等亚音速飞行器，均使用螺旋桨或旋翼作为升力或推力装置，螺旋桨或旋翼通常有两片或多片桨叶。考虑飞行器的动力性、燃油经济性和典型任务剖面，飞行器应该有多个工作模式。不同工作模式下，除过发动机工况可控外，要求螺旋桨或者旋翼的效率保持在最高范围内。

螺旋桨（或旋翼）的前进比是前飞速度和桨尖转速之比。在给定螺旋桨（或旋翼）桨距时，螺旋桨（或旋翼）的效率先是随着前进比的增加而增大，当达到最大效率后，前进比继续增加反而效率在减小。如果螺旋桨（或旋翼）是定距桨，只能在一种飞行状态下性能较好；飞行状态一变，不仅性能立即变坏，还会严重影响发动机的功率输出。恒速变距桨可以根据不同需要，如起飞、爬升、巡航等分别设定发动机的转速。一旦转速设定好，自控系统随时调节桨距角，以达到螺旋桨吸收功率和发动机输出功率之间的平衡。这样在飞行状态变更时，螺旋桨的效率都能维持在较高的范围，并能始终保持发动机在最有力的工作状态下。

通常螺旋桨（或旋翼）选定一种常用工况，桨叶的预扭角设定，使该工况下效率达到最高。实验证明：改变螺旋桨（或旋翼）工况时，即使变距桨可以改变桨叶扭角，也并不能保证在新工况下其效率在较高范围。变距后，桨尖和桨根处的扭角明显不满足较高功率需要的扭角。这个问题变距桨是无法解决的，因为变距机构只能同等大小的改变不同桨叶半径处的桨叶微段扭角。

这个问题因为现代飞行器典型人物剖面的不断丰富变得日益尖锐起来。例如，V22鱼鹰式倾斜旋翼机的常用工况有两种：起飞或悬停时，安装螺旋桨的悬臂垂直于固定翼，具有直升机的飞行性能；前飞时，安装螺旋桨的悬臂平行于固定翼，具有推进式固定翼飞机的飞行性能。所以，设计制造一种桨叶扭角分布可变的桨叶及执行机构势在必行。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种扭角分布可变的桨叶，可以独立改变不同桨叶微段的扭转角度，近似于独立地改变不同桨叶半径的桨叶微元的扭角，有效地解决不同工作模式下螺旋桨（或旋翼）的效率工作在较高范围内的要求。

本发明的扭角分布可变的桨叶，包括桨叶、扭力套轴、高刚性轴和蒙皮，其中桨叶由若干桨叶微段组成，每个桨叶微段上有安装孔；扭力套轴为空心圆柱形套；高刚性轴为圆柱形长轴；

其连接关系为：桨叶微段通过其上的安装孔依次套接并固定在扭力套轴的外圆上，然后对组合后的桨叶微段蒙皮形成完整的桨叶，高刚性轴装入扭力套轴内部，在叶尖一端，扭力套轴的与高刚性轴对应的一端固定连接；在叶根一端，扭力套轴的另一端与飞行器上的施力机构固定连接相连，高刚性轴的另一端固连在桨榖上。

其中，桨叶微段上的安装孔位于翼型焦点处，各桨叶微段的翼型为一种或一种以上；各桨叶微段和扭力套轴固连的方式为粘接、销连接或键连接；扭力套轴和高刚性轴的固连方式为销连接、键连接或机米螺丝；整个桨叶形状为矩形、马刀形或梯形。

工作原理：扭力套轴在施力机构对其施加扭转力矩后，由于高刚性轴固定在桨榖上且扭力套轴另一端固定在高刚性轴上，扭力套轴与高刚性轴产生相对旋转，因此扭力套轴带动每个桨叶微段绕高刚性轴旋转，实现桨叶上的扭角分布变化；如果不同桨叶半径处扭力套轴的抗扭刚度不同，且扭转力矩大小不超过胡克剪切定律的适用范围，那么可以得到确定的桨叶微段转动的角度。如果扭转力矩大小不在胡克定律适用范围内，依旧可以通过材料扭转特性，得到每个桨叶微段转动的角度。不同桨叶半径处要求的不同抗扭刚度，可以通过合理地设计扭力套轴的壁厚等方法实现。

有益效果：本发明通过扭力轴套不同微段有不同抗扭刚度，实现所连接的桨叶微段有不同转角，这种独立改变扭角大小的方法，避免了飞行器在不同工作模式间切换时，变距机构同等大小改变各桨叶半径处的扭角，使螺旋桨（或旋翼）不同桨叶半径处的效率不能保持在较高的范围内的问题，提高了飞行器的效率和动力性能。如果再配合变距控制，可以更好地改善螺旋桨的效率和控制飞行器的姿态。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明桨叶发生扭转后的右视图；

图3为本发明的桨叶去除蒙皮后的结构示意图；

图4为本发明扭力套轴的结构示意图；

图5为本发明高刚性轴的结构示意图。

其中，1—桨叶，2—扭力套轴，3—高刚性轴，4—圆柱销。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种扭角分布可变的桨叶，包括桨叶、扭力套轴、高刚性轴、销轴和蒙皮，如附图3所示，桨叶由十四个桨叶微段组成，每个桨叶微段翼型焦点处有安装孔，安装孔内壁为花键槽；如附图4所示，扭力套轴为空心圆柱形套，扭力套轴的外圆为沿轴向的花键结构，扭力套轴的一端为双耳型连接耳，另一端设有销孔；如附图5所示，高刚性轴为圆柱形长轴，其一端开有径向的销孔；

其连接关系为：十四个桨叶微段通过其安装孔上的花键槽依次套装在扭力套轴的花键上，桨叶微段由花键槽限制其绕扭力套轴的转动，然后对组合后的桨叶微段蒙皮形成完整的桨叶，桨叶的外形为马刀形；高刚性轴装入扭力套轴中，在叶尖一端，扭力套轴的销孔与高刚性轴开有销孔的一端通过圆柱销4固连；在叶根一端，扭力套轴的连接耳与飞行器上的施力机构固定连接，高刚性轴的另一端固连在桨榖上，即桨叶整体固定在桨榖上。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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

1.一种扭角分布可变的桨叶，其特征在于，包括：桨叶、扭力套轴、高刚性轴和蒙皮；其中桨叶由若干桨叶微段组成，每个桨叶微段上有安装孔；扭力套轴为空心圆柱形套；高刚性轴为圆柱形长轴；

其连接关系为：桨叶微段通过其上的安装孔依次套接并固定在扭力套轴的外圆上，然后对组合后的桨叶微段蒙皮形成完整的桨叶，高刚性轴装入扭力套轴内部，在叶尖一端，扭力套轴的与高刚性轴对应的一端固定连接；在叶根一端，扭力套轴的另一端与飞行器上的施力机构固定连接，高刚性轴的另一端固连在桨榖上。

2.如权利要求1所述的扭角分布可变的桨叶，其特征在于所述各桨叶微段的安装孔位于翼型焦点处。

3.如权利要求1或2所述的扭角分布可变的桨叶，其特征在于所述各桨叶微段的翼型为一种或一种以上。

4.如权利要求1或2所述的扭角分布可变的桨叶，其特征在于所述各桨叶微段和扭力套轴固连的方式为粘接、销连接或键连接。

5.如权利要求1或2所述的扭角分布可变的桨叶，其特征在于所述扭力套轴和高刚性轴的固连方式为销连接、键连接或机米螺丝。

6.如权利要求1或2所述的扭角分布可变的桨叶，其特征在于所述桨叶形状为矩形、马刀形或梯形。