CN104443360B - 一种变距螺旋桨 - Google Patents
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Abstract
一种变距螺旋桨，属航空技术领域，包括主轴、电刷装置、轮毂和均匀分布在轮毂周围且与轮毂固连的两个、三个或四个结构相同的转叶。主轴的后段通过轴承与电刷装置相连。主轴的前端与轮毂垂直固连。每个转叶都包括电机和叶片。各电机的输出轴与相应的叶片固连于叶片的根部。电刷装置包括支架和数对电刷。每对电刷包括电刷头和导电环。所有电机与控制器之间采用电线和电刷相连接。电机由控制器控制其运转及歇停，从而控制叶片的攻角作周期性变化。该变距螺旋桨在主动力的驱动和控制器的控制下能同时产生升力和拉力。该发明变距螺旋桨成对使用于飞机上，对称安装在飞机的左右机翼的前缘中部可为飞机提供升力和拉力，效率较高。
Description
技术领域
一种变距螺旋桨，属航空技术领域，尤其涉及一种变距螺旋桨。
背景技术
传统的飞机用螺旋桨旋转平面横向竖直布置时只能产生拉力或推力，不能产生升力；传统的直升机的主旋翼旋转平面水平时只能产生升力不能产生推力或拉力。
发明内容
本发明的目的是克服现有飞机用螺旋桨及直升机用旋翼的上述不足，发明一种能同时产生相互垂直的两个方向的力的变距螺旋桨。
一种变距螺旋桨，包括主轴、电刷装置、轮毂和均匀分布在轮毂周围且与轮毂固连的两个、三个或四个结构相同的转叶。主轴纵向水平布置，主轴的后段通过轴承与电刷装置相连于电刷装置的中心孔内，主轴在电刷装置的中心孔内能灵活转动。主轴的后端与主动力相连。主轴的前端与轮毂垂直固连于轮毂的中心。每个转叶都包括电机和叶片。叶片的平面形状呈矩形，叶片是刚性的，叶片的翼型为上凸下凹或上凸下平型。所有电机均匀固连在轮毂的周围，所有电机的输出轴处于同一横向铅垂面内，主轴与该铅垂面垂直。各电机的输出轴与相应的叶片固连于叶片的根部，电机的输出轴与该叶片的连接位置基本上位于该叶片的弦长的三分之一处。电刷装置包括支架和数对电刷，电刷的对数根据转叶数及电机决定，如转叶为两个，每个电机有两根电源线，刚电刷为四对。每对电刷包括安装在电刷装置上的电刷头和安装在主轴上与电刷头滑动接触的导电环，各导电环之间是绝缘的，导电环采用银或铜质材料制作。所有电机与控制器之间采用电线和电刷相连接。轮毂内和主轴内均有电线通道，所有电机与电刷装置的导电环之间的连接导线从电线通道中通过。电机采用伺服电机，由控制器控制其运转及歇停，从而控制叶片的攻角。
该变距螺旋桨的工作原理是：将该变距螺旋桨的主轴纵向水平布置，将主轴的后端接上主动力，电刷装置的支架与主动力源的机架固连。从后往前看，主动力驱动主轴逆时针旋转，设定好控制器与主轴的相位关系使得每个转叶都按以下方式运行：
设转叶的起始位置为转叶处于主轴的下方，电机的输出轴竖直布置于主轴的正下方，即电机的输出轴处于6点钟位置，为方便说明，将电机的输出轴所处的钟点位置也定义为叶片所处的钟点位置，即此时叶片处于6点钟位置，由控制器控制好电机的输出轴的位置使得：叶片的前缘朝右偏前，后缘朝左，凸面朝前，叶片的攻角为α°，随着主轴的转动，叶片由6点钟位置运转到12点钟位置，该半周的运行过程，电机不转动，叶片在电机的锁定下攻角不变，保持α°。叶片从12点钟运行到11点钟的过程，控制器控制电机转动，使叶片的攻角由α°逐渐变为β°。叶片从11点钟运行到5点钟的过程，电机停转并锁住叶片保持叶片的攻角为β°不变。最后，叶片从5点钟运行到6点的过程，控制器控制电机反转，使叶片的攻角由β°逐渐变回到α°。叶片完成了一个旋转周期，回到了起始位置进入下一个相同的工作周期。α°是4°~10°之间的一个固定角度；β°是84°~90°之间的一个固定角度。
该螺旋桨在主动力的驱动和控制器的控制下旋转，叶片的攻角作周期性的变化，在过主轴的纵向铅垂面的右侧，叶片向上定攻角且小攻角运动产生向前拉力，效果同定距螺旋桨；在过主轴的纵向铅垂面的左侧，叶片大攻角下拍产生向上的升力。
该发明变距螺旋桨成对使用于飞机上，对称安装在飞机的左右机翼的前缘中部可为飞机提供升力和拉力。主动力从它们的主轴的后端输入，它们的电刷装置的支架固定安装在机翼上。两个变距螺旋桨转向相反，可抵消转动力矩。
附图说明
图1是本发明一种变距螺旋桨的后视示意图，图中两个电机的输出轴处于同一横向水平位置，第一叶片的攻角为86°，第二叶片的攻角为5°；图2是图1中第一叶片的右视示意图；图3是图1中第二叶片的左视示意图；图4是本发明一种变距螺旋桨两个电机的输出轴处于同一横向水平位置时的俯视示意图；图5是图4中第一叶片的右视示意图；图6是图4中第二叶片的左视示意图；图7是本发明一种变距螺旋桨的后视运动示意简图。
图中，1-主轴；2-轮毂；3-第一电机，31-第一电机输出轴，311-第一电机输出轴在第一叶片上的安装位置；4-第二电机，41-第二电机输出轴，411-第二电机输出轴在第二叶片上的安装位置；5-第一叶片，51-第一叶片的前缘，52-第一叶片的后缘；6-第二叶片，61-第二叶片的前缘，62-第二叶片的后缘；7-电刷装置，71-电刷装置的支架；8-本发明螺旋桨的旋转方向指示。
具体实施方式
以下结合附图1~7对本发明加以举例说明。
一种变距螺旋桨，包括主轴1、电刷装置7、轮毂2和均匀分布在轮毂2周围且与轮毂2固连的两个结构相同的转叶。主轴1纵向水平布置，主轴1的后段通过轴承与电刷装置7相连于电刷装置7的中心孔内，主轴1在电刷装置7的中心孔内能灵活转动。主轴1的后端与主动力相连。主轴1的前端与轮毂2垂直固连于轮毂2的中心。第一转叶包括第一电机3和第一叶片5。第二转叶包括第二电机4和第二叶片6。第一叶片5和第二叶片6结构相同，它们的平面形状呈矩形，是刚性的，翼型为上凸下凹或上凸下平型。第一电机3和第二电机4对称固连在轮毂的左右两侧，两电机的输出轴处于同一横向铅垂面内，主轴1与该铅垂面垂直。第一电机输出轴31与第一叶片5固连于第一叶片5的根部，第一电机输出轴31与第一叶片5的连接位置位于弦长的三分之一处。第二电机输出轴41与第二叶片6固连于第二叶片6的根部，第二电机输出轴41与第二叶片6的连接位置位于弦长的三分之一处。电刷装置7包括支架71和四对电刷。每对电刷包括安装在电刷装置上的电刷头和安装在主轴1上与电刷头滑动接触的导电环，各导电环之间是绝缘的，导电环采用银或铜质材料制作。第一电机3和第二电机4与控制器之间采用电线和电刷相连接。轮毂2内和主轴1内均有电线通道，第一电机3和第二电机4与电刷装置7的导电环之间的连接导线从电线通道中通过。第一电机3和第二电机4相同，均采用伺服电机，由控制器控制其运转及歇停，从而控制第一叶片5和第二叶片6的攻角。
该变距螺旋桨的工作原理是：将该变距螺旋桨的主轴1纵向水平布置，将主轴1的后端接上主动力，电刷装置支架71与主动力源的机架固连。从后往前看，主动力驱动主轴1逆时针旋转，设定好控制器与主轴1的相位关系使得两个转叶都按以下方式运行，以下以第一转叶为例作具体说明：
设第一转叶的起始位置为第一转叶处于主轴1的下方，第一电机输出轴31竖直布置于主轴1的正下方，即第一电机输出轴31处于6点钟位置，为方便说明，将第一电机输出轴31所处的钟点位置也定义为第一叶片5所处的钟点位置，即此时第一叶片5处于6点钟位置，由控制器控制好第一电机输出轴31的位置使得：第一叶片的前缘51朝右偏前，后缘52朝左，凸面朝前，第一叶片5的攻角为5°，随着主轴1的转动，第一叶片5由6点钟位置运转到12点钟位置，该半周的运行过程，第一电机3不转动，第一叶片5在第一电机3的锁定下攻角不变，保持5°。第一叶片5从12点钟运行到11点钟的过程，控制器控制第一电机3转动，使第一叶片5的攻角由5°逐渐变为86°。第一叶片5从11点钟运行到5点钟的过程，第一电机3停转并锁住第一叶片5保持第一叶片的攻角为86°不变。最后，第一叶片5从5点钟运行到6点的过程，控制器控制第一电机5反转，使第一叶片5的攻角由86°逐渐变回到5°。第一叶片5完成了一个旋转周期，回到了起始位置进入下一个相同的工作周期。
该螺旋桨在主动力的驱动和控制器的控制下旋转，两叶片的攻角作周期性的变化，在过主轴1的纵向铅垂面的右侧，两叶片向上定攻角且小攻角运动产生向前拉力，效果同定距螺旋桨；在过主轴1的纵向铅垂面的左侧，两叶片大攻角下拍产生向上的升力。
该发明变距螺旋桨成对使用于飞机上，对称安装在飞机的左右机翼的前缘中部可为飞机同时提供升力和拉力。主动力从它们的主轴的后端输入，它们的电刷装置的支架固定安装在机翼上。两个变距螺旋桨转向相反，可抵消转动力矩。
Claims (8)
1.一种变距螺旋桨，其特征在于：包括主轴（1）、电刷装置（7）、轮毂（2）和均匀分布在轮毂（2）周围且与轮毂（2）固连的两个、三个或四个结构相同的转叶；主轴（1）纵向水平布置，主轴（1）的后段通过轴承与电刷装置（7）相连于电刷装置（7）的中心孔内，主轴（1）在电刷装置（7）的中心孔内能灵活转动；主轴（1）的后端与主动力相连；主轴（1）的前端与轮毂（2）垂直固连于轮毂（2）的中心；每个转叶都包括电机和叶片；叶片的平面形状呈矩形，叶片是刚性的；所有电机均匀固连在轮毂的周围，所有电机的输出轴处于同一横向铅垂面内；各电机的输出轴与相应的叶片固连于叶片的根部；电刷装置（7）包括支架（71）和数对电刷；每对电刷包括安装在电刷装置（7）上的电刷头和安装在主轴（1）上与电刷头滑动接触的导电环，各导电环之间是绝缘的；所有电机与控制器之间采用电线和电刷相连接；轮毂（2）内和主轴（1）内均有电线通道，所有电机与电刷装置（7）的导电环之间的连接导线从电线通道中通过；所有电机相同，由控制器控制其运转及歇停，从而控制叶片的攻角。
2.根据权利要求1所述的一种变距螺旋桨，其特征在于：所有叶片的翼型为上凸下凹或上凸下平型。
3.根据权利要求1所述的一种变距螺旋桨，其特征在于：电机的输出轴与相应的叶片的连接位置基本上位于该叶片的弦长的三分之一处。
4.根据权利要求1所述的一种变距螺旋桨，其特征在于：导电环采用银或铜质材料制作。
5.根据权利要求1所述的一种变距螺旋桨，其特征在于：所有电机均采用伺服电机。
6.根据权利要求1所述的一种变距螺旋桨，其特征在于：安装该变距螺旋桨时，电刷装置的支架（71）与主动力源的机架固连，主动力从主轴（1）后端输入；从后往前看，主动力驱动主轴（1）逆时针旋转时，叶片在不同位置的攻角为：在主轴（1）的右侧，从6点钟到12点钟之间叶片的攻角为α°；在主轴（1）的左侧，从12点钟到11点钟叶片的攻角由α°逐渐变为β°，从11点钟到5点钟之间叶片的攻角为β°，从5点钟到6点叶片的攻角由β°逐渐变回到α°；α°是4°~10°之间的一个固定角度；β°是84°~90°之间的一个固定角度。
7.根据权利要求6所述的一种变距螺旋桨，其特征在于：叶片的攻角度数为：α°为5°；β°为86°。
8.根据权利要求1所述的一种变距螺旋桨，其特征在于：成对对称安装在飞机的左右机翼的前缘中部，主动力从它们的主轴的后端输入，它们的电刷装置的支架固定安装在机翼上，两个变距螺旋桨转向相反。
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