CN108473192A - 顺桨螺旋桨离合器机构 - Google Patents
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Abstract
飞行器可配备有具有离合器机构的螺旋桨，当所述螺旋桨不旋转或者以低角速度旋转时，所述离合器机构围绕转轴收缩，并且当所述螺旋桨以足够高的角速度旋转时，所述离合器围绕所述转轴展开。所述离合器机构可在限定于其中的开口或窗口内容纳一个或多个固定柱件。当所述离合器机构收缩到关闭位置中时，所述离合器机构的部件接触到所述柱件，并且所述螺旋桨不得不保持在所述柱件所限定的对齐中。当所述离合器机构展开到打开位置中时，此类部件可自由旋转而不接触所述柱件。因此，当不需要所述螺旋桨用于操作时，所述离合器机构可以使螺旋桨以希望的取向保持对齐，从而减小阻力或不利的声学效应。
Description
背景
无人驾驶飞行器的使用越来越普遍，诸如有两个或更多个螺旋桨的直升机。此类飞行器经常用于许多私人、商业或工业应用，可包括四旋翼直升机(例如，具有四个可旋转螺旋桨的直升机)、八旋翼直升机(例如，具有八个可旋转螺旋桨的直升机)、或者具有两个或更多个螺旋桨的其他垂直起降(或VTOL)飞行器。
在无人驾驶飞行器的起飞与降落过程期间，多余升力的可用性最重要。当无人驾驶飞行器尝试从给定地点起飞或降落在给定地点时，为了使无人驾驶飞行器能避开周围所有的物体、建筑、动物(例如，人)或其他可能位于附近的无人驾驶飞行器，对高度的精准控制至关重要。因此，多旋翼无人驾驶飞行器常常配备有比大多数运输操作中通常使用或需要的更大的提升能力，以确保在需要时，主要是起飞或降落时获得足够的升力。
为了在不需要多余升力时节省机载电力，当无人驾驶飞行器在运输中或处于推力模式时，诸如在无人驾驶飞行器已经成功起飞之后，可以关闭无人驾驶飞行器的一个或多个螺旋桨的动力旋转，并且在无人驾驶飞行器准备降落在给定地点时，重启无人驾驶飞行器的一个或多个螺旋桨的动力旋转。例如，无人驾驶飞行器可能以多组推力螺旋桨和升力螺旋桨为特色。当需要最大升力量时，可以既操作推力螺旋桨又操作升力螺旋桨。然而，当不再需要最大升力量时，可以停止升力螺旋桨的操作，从而减少操作期间消耗的电力量。然而，设置在运行中的无人驾驶飞行器上并且处于静止的螺旋桨会产生不期望的阻力，并且限制无人驾驶飞行器在运输操作期间的稳定性。
附图简述
图1A至1D是根据本公开实施方案的包括螺旋桨离合器机构的飞行器的各方面的视图。
图2A和2B是根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构的各方面的视图。
图3A和3B是根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构的各方面的视图。
图4是根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构的各方面的视图。
图5是根据本公开实施方案的包括螺旋桨离合器机构的飞行器的各方面的分解图。
图6A和6B是根据本公开实施方案的包括多个螺旋桨离合器机构的飞行器的各方面的视图。
图7A和7B是根据本公开实施方案的包括多个螺旋桨离合器机构的飞行器的各方面的视图。
具体实施方式
如下面更详细地示出，本公开涉及螺旋桨离合器机构。更具体地说，本文所公开的系统和方法涉及弹簧偏置机构，其与螺旋桨叶片相关联地安装到(例如)设置在螺旋桨叶片下侧的附接板。在一些实施方案中，飞行器(例如无人驾驶飞行器)包括具有用于旋转螺旋桨的转轴的发动机。转轴延伸穿过基座，所述基座具有限定轴线的一个或多个柱件(或肩件)，当不再需要螺旋桨的旋转时，螺旋桨沿着所述轴线大致对齐。弹簧偏置的离合器机构安装到螺旋桨的平坦表面，并且包围螺旋桨接合到转轴的点，所述弹簧偏置的离合器机构具有一对顺桨臂(或锁臂)，所述顺桨臂可旋转地安装到螺旋桨，并且由拉伸弹簧或其他偏置元件连结。
当螺旋桨不旋转时，顺桨臂收缩到转轴周围，并且形成将基座的柱件收纳于其中的狭槽。因此，当基座的柱件收纳于狭槽内并且发动机关闭时，螺旋桨沿着柱件所限定的轴线保持大致对齐。当发动机启动并且螺旋桨开始旋转时，顺桨臂由于此类臂与柱件之间的接触而被迫打开，直到螺旋桨达到足够高的角速度，例如，当螺旋桨的角速度超过预先确定的阈值时。当螺旋桨在动力下以符合正常操作的角速度旋转时，由偏置元件提供的偏置力由作用在顺桨臂上的离心力完全克服，并且顺桨臂最终保持打开，不与柱件接触。当发动机停止并且螺旋桨的角速度降到预先确定的阈值以下时，顺桨臂将在接触到柱件之前开始再次收缩，并且螺旋桨将最终停下，沿着柱件所限定的轴线对齐。
因此，根据本公开，弹簧偏置的离合器机构可具有关闭位置，在关闭位置中，顺桨臂狭窄地围绕安装到基座的一个或多个柱件，并且使螺旋桨保持在柱件所限定的轴线方向上；以及打开位置，在打开位置中，顺桨臂延伸越过柱件，使螺旋桨能绕转轴以足够高的旋转速度自由转动。因此，弹簧偏置的离合器机构可在接合有螺旋桨的发动机不工作时使螺旋桨以预定义取向(例如，沿着预定义轴线)对齐，而不使用任何其他电气或机械装置或部件。预定义取向可在任何基础上选择，包括但不限于拖动、声学或其他操作上的考虑。
参见图1A至1D，示出了飞行器100的一部分。飞行器100包括螺旋桨105、离合器机构110、基座150、发动机160及发动机底座170。螺旋桨105由转轴165刚性地接合到发动机160，使得螺旋桨105响应于发动机160所提供的原动力而旋转。离合器机构110安装到附接板140，所述附接板140本身安装到螺旋桨105的一侧(例如，下侧)。螺旋桨105和附接板140如虚线所示。
如图1A至1D所示，离合器机构110包括一对拉伸弹簧120及一对顺桨臂130。如图1A至1D所示的每个顺桨臂130具有成角度或楔形的形状，例如，类似于传统曲棍球球棍的形状，从而限定约为一百三十五度(135°)的钝角。如图1B所示，每个顺桨臂130包括楔形端部132及加重端部134。顺桨臂130通过利用任何种类的紧固件142可旋转地或可枢转地安装到附接板140，所述紧固件142例如螺纹螺钉、螺母、螺栓、销钉、或者可将顺桨臂130可旋转地连接到附接板140的任何其他合适的部件。
顺桨臂130可由任何合适的材料形成。在一些实施方案中，顺桨臂130可由铝等轻质金属、包括钢合金的较重金属、复合材料或者材料的任何其他组合形成。在一些其他实施方案中，顺桨臂130可由一种或多种塑料(例如，环氧树脂或酚醛树脂等热固性塑料；聚氨酯或聚酯；以及聚乙烯、聚丙烯或聚氯乙烯)或木材(例如，有足够强度性能的木材，诸如白蜡树)形成。在另一些其他实施方案中，顺桨臂130可由其他材料形成，包括但不限于碳纤维、石墨、加工铝、钛或玻璃纤维。
此外，顺桨臂130的部分，包括但不限于楔形端部132或加重端部134，可具有任何合适的尺寸。例如，如图1A至1D所示，顺桨臂130的加重端部134可具有大于顺桨臂130的楔形端部132的长度、宽度和/或横截面积。当顺桨臂130以足够高的角速度旋转时，加重端部134可比楔形端部132经受更大的离心力。在一些实施方案中，加重端部134可包括螺钉或其他紧固件等其他部件，以增大顺桨臂130相应端部处的质量。另选地，在一些其他实施方案中，加重端部134可由比形成楔形端部132的材料具有更大密度的材料形成，并且加重端部134可具有与楔形端部132相同的长度、宽度和/或横截面积，从而也使得加重端部134在顺桨臂130以相当高的角速度旋转时经受更大的离心力。为了在螺旋桨105旋转或静止时引起本文所述的一个或多个操作或效果，顺桨臂130的材料成分和/或尺寸可以任何方式调整。
每个拉伸弹簧120可以是用于提供偏置力的任何类型或形式的弹簧或其他偏置元件，所述偏置力用于将相应拉伸臂130中的一个推入围绕转轴165的收缩位置。如图1B所示，每个拉伸弹簧120在第一端连接到紧固件142，所述紧固件142将顺桨臂130中的一个可旋转地安装到附接板140，并且在第二端连接到顺桨臂130中的另一个的加重端部134。在一些实施方案中，拉伸弹簧120可包括具有任何尺寸或形状(例如，圆形、矩形或正方形)的横截面的线，所述线紧紧地盘绕在紧固件142或一个顺桨臂130的其他部分与另一个顺桨臂130的加重端部134之间。响应于顺桨臂130绕紧固件142旋转而产生的拉伸应力，拉伸弹簧120可因此在长度上伸展并且在线圈直径上收缩。
虽然图1A至1D所示的离合器机构110包括用于偏置相应顺桨臂130的一对拉伸弹簧120，但是本相关领域的普通技术人员将认识到，可用任何数量的偏置元件以及不同于拉伸弹簧的任何偏置元件来根据本公开向相应顺桨臂130提供偏置力，所述偏置元件包括但不限于压缩弹簧、伸展弹簧、扭转弹簧、板弹簧、恒力弹簧或类似元件。例如，在一些实施方案中，顺桨臂130可以围绕轴自偏置到关闭位置中的板弹簧，并且顺桨臂130可由于作用于其上的离心力而被推入打开位置，所述离心力超过板弹簧所提供的偏置力。
附接板140安装在螺旋桨105下方，并且用于将离合器机构110刚性地接合到螺旋桨105，从而确保螺旋桨105和离合器机构110先后旋转。如图1B至1D所示，附接板140还包括一对机械止挡件144，将每个机械止挡件144对齐，以使当顺桨臂130中的一个绕紧固件142所限定的轴线旋转到最大程度时，机械止挡件144接触到楔形端部132中的一个，从而阻挡顺桨臂130进一步旋转。机械止挡件144可包括一个或多个柱件、螺钉、螺母、螺栓、销钉或其他任何合适的部件，这些部件可自附接板140和/或螺旋桨105延伸，并且通过对齐以阻挡顺桨臂130旋转。
附接板140可通过一个或多个紧固件142和/或机械止挡件144接合到螺旋桨105，所述紧固件142和/或机械止挡件144可延伸穿过相应顺桨臂130及附接板140并且进入螺旋桨105。另选地，附接板140可由任何其他部件或物质接合到螺旋桨105，包括但不限于一个或多个附加紧固件(未示出)或胶水或其他粘合剂。在一些实施方案中，离合器机构110可直接接合到螺旋桨105，并且不需要包括作为分离、分立部件的附接板140。
基座150包括的一对凸起柱件(或肩件)152，所述柱件(或肩件)152自围绕开口155设置的圆柱形平台154径向向外延伸。基座150由多个支柱或其他支撑件安装到发动机底座170，并且在发动机160上延伸。如图1A至1D所示，柱件152形成在基座150上，并且通常相对于开口155对齐，以便限定大致平行于发动机底座170的轴线。转轴165在发动机160与螺旋桨105之间延伸穿过开口155，从而使柱件152能相对于螺旋桨105沿着轴线保持固定的位置。
发动机160安装到发动机底座170并且包括转轴165，所述转轴165延伸穿过开口155并且刚性地接合到螺旋桨105。在一些实施方案中，发动机160可以是无电刷直流(DC)电动机。在另一些实施方案中，发动机160可以是任何其他类型或形式的发动机，包括但不限于一种或多种其他电动机，例如，交流(AC)或DC电动机、以及任何汽油动力发动机、或者基于任何其他动力或燃料源工作的发动机。在一些实施方案中，发动机底座170可包括安装有基座150和/或发动机160的飞行器100的全部或部分框架，例如，机身、一个或多个机翼、或其任何其他部件。在一些实施方案中，基座150和/或一个或多个柱件152可以直接安装到发动机160的非旋转部分或任何其他位置。
参见图1B、1C和1D，示出了离合器机构110的操作。参见图1B，发动机160停止，并且螺旋桨105静止。如图1B所示，离合器机构110的拉伸弹簧120将顺桨臂130推入关闭位置，例如，顺桨臂130彼此狭窄地间隔开并在其中限定用于包围柱件152的窗口。因此，当飞行器100飞行，但电动机160停止时，拉伸弹簧120通过将顺桨臂130维持在如图1B所示的关闭位置，来阻止螺旋桨105响应于在飞行器上方和周围的变化风流而旋转，并且螺旋桨105将在柱件152所限定的轴线上保持对齐。
参见图1C，示出了当发动机160启动时的螺旋桨105，并且螺旋桨105开始旋转。由于离合器机构110通过附接板140接合到螺旋桨105，所以离合器机构110开始与螺旋桨105一起旋转，从而导致随着螺旋桨105的每旋转半周，柱件152就接触到每个顺桨臂130的内表面。随着螺旋桨105的角速度开始增加，柱件152与顺桨臂130的内表面之间的接触，以及作用在顺桨臂130(例如，加重端部134)上的离心力迫使顺桨臂130开始从图1B所示的关闭位置打开。
参见图1D，示出了发动机160导致螺旋桨105以高于预先确定的阈值的角速度旋转。作用在加重端部134上的离心力导致顺桨臂130保持在完全打开位置，由此使得当螺旋桨105旋转时，顺桨臂130不会接触到柱件152中的任何一个。相反地，当使发动机160停止，并且螺旋桨105的角速度开始减小时，拉伸弹簧120所提供的偏置力将顺桨臂130从如图1D所示的完全打开位置向内拉动，直到顺桨臂130开始接触柱件152为止，如图1C所示。一旦螺旋桨105完全停止，顺桨臂130由拉伸弹簧120偏置到如图1B所示的关闭位置，同时将柱件152容纳到其中，并且螺旋桨105将沿着柱件152所限定的轴线保持对齐。
图2A和2B中示出了根据本公开的离合器机构的一个实施方案的顺桨臂的运动。参见图2A和2B，示出了根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构210的各方面的视图。除非另外指出，否则图2A或图2B所示的前面有数字“2”的附图标号所指示的部件或特征类似于具有图1A至1D所示的前面有数字“1”的附图标号的部件或特征。
如图2A和2B所示，离合器机构210包括一对拉伸弹簧220以及由紧固件242可旋转或可枢转地安装到附接板240的一对顺桨臂230。每个顺桨臂230包括楔形端部232及加重端部234。附接板240还包括一对机械止挡件244，将每个机械止挡件244对齐以阻挡顺桨臂230的旋转；以及适用于将转轴(未示出)容纳于其中的开口245。每个拉伸弹簧220在第一端连接到紧固件242，所述紧固件142将顺桨臂230中的一个可旋转地安装到附接板240，并且在第二端连接到顺桨臂230中的另一个的加重端部234。
如图2A所示，顺桨臂230处于关闭位置，例如，其中安装有附接板240的螺旋桨(未示出)是静止的，并且拉伸弹簧220将顺桨臂230朝向彼此并且围绕螺旋桨的转轴偏置。当顺桨臂230处于图2A所示的关闭位置时，在顺桨臂230之间限定了用于包围沿着预定义轴线对齐的一个或多个柱件(未示出)的窗口，由此使得当将一个或多个柱件容纳在其中时，螺旋桨沿着预定义轴线保持对齐，直到发动机使螺旋桨旋转。
如图2B所示，顺桨臂230处于完全打开位置，例如，其中安装有附接板240的螺旋桨(未示出)以足够的角速度旋转，由此使得作用于顺桨臂230的加重端部234上的离心力超过拉伸弹簧220施加到顺桨臂230上的偏置力。当顺桨臂230处于图2B所示的完全打开位置时，顺桨臂230充分分离，由此使得顺桨臂230绕顺桨臂230之间的一个或多个柱件(未示出)自由地旋转，并且顺桨臂230的楔形端部232接触到相应的机械止挡件244。
相关领域的普通技术人员将认识到，本公开的离合器机构的部件可以采用任何形状或形式，并且不限于图2A和2B所示的离合器机构210的部件的取向或形状。例如，用于向顺桨臂提供偏置力的弹簧或其他元件以及用于约束顺桨臂旋转的机械止挡件可以作为顺桨臂的分离或分立部件提供，或者另选地，整合到此类顺桨臂或位于此类顺桨臂内。参见图3A和3B，示出了根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构310的各方面的视图。除非另外指出，否则图3A或图3B所示的前面有数字“3”的附图标号所指示的部件或特征类似于具有图2A和2B所示的前面是数字“2”或者图1A至1D所示的前面是数字“1”的附图标号的部件或特征。
如图3A和3B所示，离合器机构310包括一对顺桨臂330，所述顺桨臂330通过紧固件342可旋转地或可枢转地安装到附接板340。每个顺桨臂330包括扭转弹簧320，所述扭转弹簧320嵌入在围绕紧固件342中的一个而安装的可旋转的罐型外壳336内。每个顺桨臂330还包括狭槽332和加重端部334，所述狭槽332设置在外壳336内并延伸穿过壳体336。附接板340还包括呈一对钉子或柱件形式的机械止挡件344。如图3A和3B所示，所述机械止挡件344中的一个延伸到各自的狭槽332中。又如图3A和3B所示，顺桨臂330的每个加重端部334具有圆形(例如，凹形)表面，所述圆形表面适形于顺桨臂330中的另一个的外壳336的圆形(例如，凸形)表面。
如图3A所示，顺桨臂330处于关闭位置，例如，其中安装有附接板340的螺旋桨(未示出)是静止的，并且扭转弹簧320将顺桨臂330朝向彼此并且围绕螺旋桨的转轴偏置。当顺桨臂330处于图3A所示的关闭位置时，沿着预定义轴线对齐的一个或多个柱件(未示出)可容纳在顺桨臂330之间，由此使得螺旋桨沿着预定义轴线保持对齐，直到发动机使螺旋桨旋转。当顺桨臂330处于图3A所示的关闭位置时，在顺桨臂330之间限定了用于包围沿着预定义轴线对齐的一个或多个柱件(未示出)的窗口，并且加重端部334的圆形表面与相对的臂的壳体336彼此平滑地紧密配合。
如图3B所示，顺桨臂330处于完全打开位置，例如，其中安装有附接板340的螺旋桨(未示出)以足够的角速度旋转，由此使得作用于顺桨臂330的加重端部334上的离心力超过拉伸弹簧320施加到顺桨臂330的偏置力。当顺桨臂330处于图3B所示的完全打开位置时，顺桨臂330充分分离，由此使得顺桨臂330自由地绕顺桨臂230之间的一个或多个柱件(未示出)旋转。
如图3A和3B所示，离合器机构310的顺桨臂330的旋转受限于机械止挡件344在狭槽332内旋转的范围，所述狭槽332具有对应于外壳336形状的弓形形状。例如，每个顺桨臂330可以在图3A所示的关闭位置与图3B所示的打开位置之间旋转，每个顺桨臂330的旋转由相应顺桨臂330内的对应狭槽332的范围和长度限定。顺桨臂330越过图3A所示的打开位置或图3B所示的关闭位置的旋转由机械止挡件344与狭槽332的内表面之间的接触约束。
如上所述，本公开的离合器机构可包括以可旋转或可枢转的方式设置的任何类型或形式的顺桨臂(或锁臂)，所述顺桨臂可限定窗口或开口，当顺桨臂处于关闭位置时，所述窗口或开口用于容纳沿着预定义轴线对齐的柱件或肩件，并且当顺桨臂处于关闭位置时，所述窗口或开口用于允许螺旋桨旋转而不与这些柱件接触。相关领域的普通技术人员将认识到，本公开的离合器机构不限于图2A或2B的顺桨臂230，或者图3A和3B的顺桨臂330，或者其任何特定的构造或取向。
如上所述，可以以预先确定的对齐方式设置一个或多个柱件，由此使得当柱件容纳在本公开的离合器机构的顺桨臂之间，并且当与离合器机构接合的螺旋桨下降到预先确定的阈值角速度以下时，顺桨臂偏置到围绕柱件的位置，并且螺旋桨停在与柱件的预先确定的对齐一致的取向上。参见图4，示出了根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构各方面的视图。除非另外指出，否则图4所示的前面有数字“4”的附图标号所指示的部件或特征类似于具有图3A和3B所示的前面是数字“3”、图2A和2B所示的前面是数字“2”或者图1A至1D所示的前面是数字“1”的附图标号的部件或特征。
如图4所示，基座450包括一对凸起柱件452，所述柱件452从围绕开口455设置的圆柱形平台454径向向外延伸。基座450由多个支柱456或其他支撑件安装到发动机底座470。如上所述，基座450形成为大致梯形形状，并且可以用使发动机的转轴(未示出)能够在发动机与螺旋桨(未示出)之间延伸穿过开口455的方式安装在发动机(未示出)的上方，从而使柱件452能够相对于螺旋桨保持固定的位置。
又如图4所示，柱件452形成在基座450上并且与常常开口455对齐以限定轴线。因此，在一些实施方案中，当图4所示的基座450设置在具有螺旋桨的飞行器(未示出)中，所述螺旋桨安装到延伸穿过开口455的转轴(或其他螺旋桨安装结构)，并且当螺旋桨静止时，柱件452可容纳在接合到螺旋桨的离合器机构(未示出)的顺桨臂内或其之间，所述顺桨臂处于关闭位置，由此使得螺旋桨保持在与柱件452所限定的轴线重合的方向上。
本公开的离合器机构可被配置成能够使静止的螺旋桨保持以任何取向或沿着任何轴线对齐，并且此类取向或轴线可在任何基础上选择。例如，再次参见图4，基座450的柱件452可对齐于与飞行器的行进方向重合或平行的选定轴线，由此使得具有本公开的离合器机构的静止螺旋桨偏置到沿轴线对齐。就这一点而言，本公开的离合器机构可用于减小以推力模式工作的飞行器的阻力，例如，当提升需要少于设置在飞行器上的所有螺旋桨时，通过使不需要的螺旋桨对齐，使得在行进方向上以推力模式工作，从而减小了与允许此类螺旋桨自由旋转相关的阻力。本公开的离合器机构基于由弹簧或其他偏置元件提供的偏置力以及由旋转螺旋桨产生的离心力工作，从而使螺旋桨能以预先确定的对齐放置，而不用任何电力或动力机械部件。
如上所述，本公开的离合器机构是可旋转部件，所述部件安装到螺旋桨或以其他方式与螺旋桨相关联，并且被构造成在其中容纳一个或多个固定部件，例如，设置在基座或其他结构特征上的柱件或肩件。图e5中示出了包括本公开的离合器机构中的一个的飞行器各部件的空间关系。参见图5，示出了包括根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构510的飞行器500各方面的分解图。除非另外指出，否则图5所示的前面有数字“5”的附图标号所指示的部件或特征类似于具有图4所示的前面是数字“4”、图3A和3B所示的前面是数字“3”、图2A和2B所示的前面是数字“2”或者图1A至1D所示的前面是数字“1”的附图标号的部件或特征。
如图5所示，飞行器500包括螺旋桨505、离合器机构510、基座550及发动机560。螺旋桨505由转轴565刚性地接合到发动机560，其可使得螺旋桨505响应于由发动机560提供的旋转原动力而旋转。离合器机构510由附接板540安装到螺旋桨505的下侧，并且离合器机构510包括一对拉伸弹簧520及一对顺桨臂530。基座550在发动机560上方安装到发动机底座570，例如由一个或多个支柱，并且基座550包括一对凸起的柱件552，柱件552在基座550的上面向上延伸并且进入一对顺桨臂530所限定的开口中。如图5所示，柱件552形成在基座550上，并且限定大致平行于发动机底座570的轴线。转轴570在发动机560与螺旋桨505之间延伸穿过开口555，从而使柱件552能够相对于螺旋桨505保持固定的位置。
因此，如图5所示，飞行器500包括多个可旋转部件，所述可旋转部件包括但不限于可由发动机560使其旋转的螺旋桨505和离合器机构510；以及多个固定部件，所述固定部件包括但不限于基座550、发动机560和发动机底座570，所述固定部件保持固定的位置，而不考虑螺旋桨505或离合器机构510的旋转或位置。一个或多个固定部件(例如，设置在基座550上的柱件552)可以延伸到离合器机构510的顺桨臂530所限定的窗口或其他开口中，所述顺桨臂530由拉伸弹簧520偏置到关闭位置。当发动机560停止时，可旋转部件的取向角度可由延伸到可旋转离合器机构510的窗口或开口中的固定部件(例如，柱件552)限定。然而，当发动机560启动时，螺旋桨505和离合器机构510开始旋转，并且离心力使顺桨臂530围绕柱件552打开。
如上所述，当既不期望也不需要螺旋桨的旋转时，本公开的系统和方法可用于将螺旋桨放置在优选的对齐位置。螺旋桨的对齐可在任何基础上选择，包括但不限于阻力、声学或其他操作上的考虑。例如，当螺旋桨不工作时，可以利用离合器机构来使螺旋桨沿着飞行器的行进方向对齐。参见图6A和6B，示出了包括根据本公开实施方案的多个螺旋桨离合器机构610A、610B、610C、610D的飞行器600各方面的视图。除非另外指出，否则图6A或图6B所示的前面有数字“6”的附图标号所指示的部件或特征类似于具有图5所示的前面是数字“5”、图4所示的前面是数字“4”、图3A和3B所示的前面是数字“3”、图2A和2B所示的前面是数字“2”或者图1A至1D所示的前面是数字“1”的附图标号的部件或特征。
如图6A和6B所示，飞行器600包括机身602，四个螺旋桨605A、605B、605C、605D，四个离合器机构610A、610B、610C、610D以及四个发动机660A、660B、660C、660D。螺旋桨605A、605B、605C、605D，离合器机构610A、610B、610C、610D以及发动机660A、660B、660C、660D由底座670A、670B、670C、670D接合到机身602。
参见图6A，示出了在提升操作期间的飞行器600，例如，其中每个螺旋桨605A、605B、605C、605D及离合器机构610A、610B、610C、610D由发动机660A、660B、660C、660D旋转。当发动机660A、660B、660C、660D使螺旋桨605A、605B、605C、605D以足够高的角速度旋转时，离合器机构610A、610B、610C、610D处于完全打开位置，并且螺旋桨605A、605B、605C、605D的旋转在图6A所示的提升操作期间以不受阻碍的方式发生。
参见图6B，示出了在推力操作期间的飞行器600，例如，其中只有螺旋桨605A、605B和离合器机构610A、610B由发动机660A、660B旋转，而且发动机660C、660D停止。因此，当螺旋桨605A、605B的旋转以不受阻碍的方式发生，而不在离合器机构610A、610B与基座650A、650B之间接触时，螺旋桨605C、605D沿着基座650C、650D所限定的轴线对齐，例如向上延伸并进入离合器机构610A，610B所限定的窗口或开口中的一个或多个柱件或肩件所限定的轴线。更具体地，如关于图6B的离合器机构610D所示，顺桨臂630D-1、630-D-2由拉伸弹簧620D-1、620D-2偏置到围绕基座650D的关闭位置。因此，因为基座650C、650D限定了与行进方向平行或重合的轴，所以螺旋桨605C、605D沿着此类轴线对齐，从而减小或最小化在飞行器600的推力操作期间若允许螺旋桨605C、605D漂移或自由旋转而产生的阻力或其他不利的声学条件。
轴线可以利用本公开的一个或多个离合器机构在任何基础上限定或选择，当不再需要螺旋桨的旋转时，所述轴线可使螺旋桨沿其对齐。另外，本公开的离合器机构不限于用于直升机型飞行器或无人驾驶飞行器。参见图7A和7B，示出了包括根据本公开实施方案的螺旋桨离合器机构710的飞行器700的各方面的视图。除非另外指出，否则图7A或图7B所示的前面有数字“7”的附图标号所指示的部件或特征类似于具有图6A或图6B所示的前面是数字“6”、图5所示的前面是数字“5”、图4所示的前面是数字“4”、图3A和3B所示的前面是数字“3”、图2A和2B所示的前面是数字“2”或者图1A至1D所示的前面是数字“1”的附图标号的部件或特征。
如图7A和7B所示，飞行器700是具有机身702、一对机翼770-1、770-2以及四个螺旋桨705A、705B、705C、705D的固定翼飞行器，螺旋桨705A、705B、705C、705D可由安装到机翼770-1、770-2的一个或多个发动机(未示出)驱动而使其绕转轴旋转。每个螺旋桨705A、705B、705C、705D可有被构造成关于基座750A、750B、750C、750D旋转的离合器机构710A、710B、710C、710D，基座750A、750B、750C、750D沿着对应于机翼770-1、770-2的预定义轴线对齐。因此，当需要每个螺旋桨705A、705B、705C、705D用于飞行器700的操作时，例如，在高速或最大功率演化中，如图7A所示，每个离合器机构710A、710B、710C、710D处于完全打开位置，并且螺旋桨705A、705B、705C、705D可关于基座750A、750B、750C、750D以不受阻碍的方式旋转。
然而，当螺旋桨705A、705B、705C、705D中的一个或多个的操作既不期望也不需要时，可以停止与此类螺旋桨705A、705B、705C、705D耦接的发动机，并且允许相应的螺旋桨705A、705B、705C、705D减速到低于阈值角速度。当螺旋桨705A、705B、705C、705D中的一个或多个的角速度降到阈值以下时，此类螺旋桨705A、705B、705C、705D的离合器机构710A、710B、710C、710D围绕它们各自的转轴收缩并且使此类螺旋桨705A、705B、705C、705D沿着它们各自的基座750A、750B、750C、750D所限定的轴线对齐。例如，参见图7B，与螺旋桨705A，705D对应的发动机停止，并且安装到螺旋桨705A、705B的离合器机构710A、710B使螺旋桨705A、705D保持固定在沿着基座750A、750D所限定的轴对齐，例如，对应于各自机翼770-1、770-2的取向角。
相关领域的普通技术人员将认识到，本公开的离合器机构可用于使螺旋桨以任何方式、在任何基础上并且出于任何目的地沿着预定义轴线对齐。例如，再次参见图7B，基座750A、750D可以在基本上垂直于各自的机翼770-1、770-2的轴线上对齐，以便最小化由不旋转的螺旋桨705A、705D引起的阻力导致的升力的任何减少，以使得在维护过程期间或者出于任何其他目的地接近安装有此类螺旋桨705A、705D的发动机(未示出)更容易。
尽管本文已使用用于实现本公开系统和方法的示例性技术、部件和/或过程描述本公开的系统和方法，但本领域技术人员应理解，可使用或执行实现本文描述的相同功能和/或结果并且被包括在本公开的范围内的其他技术、部件和/或过程或者本文描述的技术、部件和/或过程的其他组合和序列。
例如，相关领域的普通技术人员将认识到，本公开的离合器机构不限于两个顺桨臂(或锁臂)与两个拉伸构件的组合。设置为与螺旋桨相关联的离合器机构的一些实施方案可包括单个顺桨臂，例如，月牙形顺桨臂，其具有单个拉伸构件，所述拉伸构件使单个顺桨臂能以足够高的角速度旋转或枢转从而远离设置在基座上的一个或多个固定的柱件或肩件，也导致单个顺桨臂以足够低的角速度或者当螺旋桨不再旋转时，围绕这些柱件或肩件收缩。本公开的离合器机构的其他实施方案可包括三个或更多个顺桨臂，每个顺桨臂可被构造成根据与此类离合器机构相关联的螺旋桨的角速度旋转或枢转，从而远离柱件或肩件，或者围绕这些柱件或肩件收缩。例如，当此类臂处于关闭位置时，三个或更多个顺桨臂可以限定多边形或连续形状(例如，等边三角形或圆形)，并且可以围绕以类似或相应的形状布置的一个或多个固定的柱件或肩件收缩。此外，用于偏置此类臂的拉伸构件可安装到根据本公开的螺旋桨、附接板或其他旋转构件的任何部分。
而且，相关领域的普通技术人员也将认识到，本文所公开的离合器机构可以与具有任何叶片数的螺旋桨结合使用，并且不限于双叶螺旋桨。此类螺旋桨可沿着以任何基础选择的预定义轴线对齐。另外，本公开的离合器机构不限于在飞行器上使用。例如，离合器机构可以与螺旋桨相关联地安装在海轮上，并且可在不再需要螺旋桨的旋转时，使螺旋桨以优选的取向对齐，例如与船舵或其他附属设备对齐，从而不仅减少了阻力或其他不利的流动效应，而且降低了在低速或异常操作期间(例如，离开港口、返回港口或进入干船坞)对螺旋桨造成损坏的风险。此外，离合器机构可以与用于管理流动状况或减少由此引起的阻力或声学效应的一个或多个其他系统结合使用。
而且，虽然本文所公开的一些实施方案参考了无人驾驶飞行器的使用，但相关领域的普通技术人员将认识到，本文所公开的一个或多个离合器机构的使用不限于此，并且可以与任何类型或形式的飞行器(例如，有人驾驶或无人驾驶)结合使用，对此螺旋桨的旋转可能是临时需要的，或者少于飞行或相关操作的整体持续时间。
本文所公开的实施方案可包括无人驾驶飞行器(UAV)，所述无人驾驶飞行器包括一个或多个框架；安装到框架的基座，其中所述基座可包括具有开口的平台以及自平台垂直向上延伸的至少一个柱件；在底座下方安装到框架上的发动机，其中所述发动机可包括延伸穿过平台的开口的转轴；安装到转轴远端的螺旋桨；以及安装到螺旋桨第一侧的离合器机构，其中所述离合器机构可还包括由第一紧固件可枢转地安装到螺旋桨第一侧的一个或多个第一顺桨臂，其中所述第一顺桨臂可适用于围绕第一紧固件在靠近至少一个柱件的第一位置与远离至少一个柱件的第二位置之间枢转，由第二紧固件可枢转地安装到螺旋桨第一侧的第二顺桨臂，其中所述第二顺桨臂可适用于围绕第二紧固件在靠近至少一个柱件的第三位置与远离至少一个柱件的第四位置之间枢转；安装到螺旋桨第一侧的第一偏置元件，其中所述第一偏置元件可被配置为将使第一顺桨臂推入所述第一位置的第一偏置力施加到第一顺桨臂的至少第一部分；以及安装到螺旋桨第一侧的第二偏置元件，其中所述第二偏置元件可被配置为将使第二顺桨臂推入第三位置的第二偏置力施加到第二顺桨臂的至少第二部分。任选地，当螺旋桨的角速度超过第一预先确定的阈值时，第一顺桨臂可被配置为枢转到第二位置中，并且当螺旋桨的角速度超过第一预先确定的阈值，第二顺桨臂可被配置为枢转到第四位置中。
任选地，至少一个柱件可限定轴线，并且当第一顺桨臂处于第一位置且当第二顺桨臂处于第三位置时，离合器机构可沿着轴线对齐。任选地，当第一顺桨臂处于第一位置并且/或者当第二顺桨臂处于第三位置时，可对齐第一顺桨臂和/或第二顺桨臂中的至少一个以接触至少一个柱件。任选地，当第一顺桨臂处于第二位置并且当第二顺桨臂处于第四位置时，既不对齐第一顺桨臂也不对齐第二顺桨臂以接触至少一个柱件。任选地，第一顺桨臂可包括第一加重端部以及相对于第一加重端部以钝角设置的第一楔形端部，并且第二顺桨臂可包括第二加重端部以及相对于第二加重端部以钝角设置的第二楔形端部。任选地，第一偏置元件可以是安装到第一加重端部及第二紧固件的第一拉伸弹簧，并且第二偏置元件可以是安装到第二加重端部及第一紧固件的第二拉伸弹簧。
本文所公开的实施方案可包括螺旋桨，所述螺旋桨包括一个或多个转轴以及围绕转轴设置的离合器机构。任选地，离合器机构可还包括枢转地安装到螺旋桨第一表面的至少一个臂中的一个或多个，其中所述至少一个臂可被构造成在靠近转轴的第一位置与远离转轴的第二位置之间枢转；以及至少一个偏压元件，所述偏压元件施加偏压力以将至少一个臂推入第一位置。
任选地，至少一个臂可由可枢转紧固件可枢转地安装到螺旋桨的第一表面，所述至少一个臂可包括加重端部以及相对于加重端部以钝角设置的楔形端部，并且加重端部的第一质量可能超过楔形端部的第二质量。任选地，至少一个偏置元件可将偏置力施加到加重端部。任选地，当螺旋桨的角速度超过预先确定的阈值时，加重端部上的离心力可超过偏置力。任选地，离合器机构可被构造成在至少一个臂处于第一位置时接触至少一个柱件，并且离合器机构可被构造成在至少一个臂处于第二位置时旋转而不接触至少一个柱件。
任选地，螺旋桨可还包括接合到螺旋桨的第一表面的附接板，其中至少一个臂可枢转地安装到附接板。任选地，螺旋桨可还包括安装到附接板的机械止挡件，其中机械止挡件可对齐以阻碍至少一个臂枢转越过第二位置。
任选地，至少一个臂可由金属、塑料、木材和/或复合材料中的一种或多种形成。任选地，至少一个偏置元件可以是拉伸弹簧(tension spring)、压缩弹簧、伸展弹簧(extension spring)、扭转弹簧、板弹簧和/或恒力弹簧中的一个或多个。任选地，至少一个臂可包括第一臂和/或第二臂中的一个或多个，所述第一臂具有第一加重端部以及相对于第一加重端部以钝角设置的第一楔形端部，所述第二臂具有第二加重端部以及相对于第二加重端部以钝角设置的第二楔形端部。任选地，第一臂可由第一可枢转紧固件可枢转地安装到螺旋桨的第一表面，并且第二臂可由第二可枢转紧固件可枢转地安装到螺旋桨的第一表面。任选地，至少一个偏置元件可包括接合到第一加重端部及第二紧固件的第一偏置元件，以及接合到第二加重端部及第一紧固件的第二偏置元件，其中第一偏置元件可施加第一偏置力到第一加重端部，并且第二偏置元件可施加第二偏置力到第二加重端部。
本文所公开的实施方案可包括操作飞行器的方法，所述方法包括启动第一发动机的操作中的一个或多个，所述第一发动机具有与其耦接的第一螺旋桨。任选地，飞行器可包括第一柱件和第二柱件，所述第一柱件和第二柱件限定第一发动机与第一螺旋桨之间对齐的轴线。任选地，第一螺旋桨可包括第一离合器机构，所述第一离合器机构具有第一臂中的一个或多个，所述第一臂用于限定第一离合器机构的打开位置或关闭位置中的一个；以及至少一个偏置元件，所述偏置元件用于推动第一臂以限定第一离合器机构的关闭位置。任选地，当第一离合器机构处于关闭位置时，可对齐第一离合器机构的至少一部分以接触第一柱件或第二柱件。任选地，当第一离合器机构处于打开位置时，可对齐第一离合器机构以使其旋转而不接触第一柱件或第二柱件。
任选地，当第一螺旋桨的角速度超过第一预先确定的阈值时，在启动第一发动机的操作之后施加到至少一个第一臂的离心力超过由至少一个偏置元件施加到第一臂的偏置力。任选地，所述方法可还包括停止第一发动机的操作。任选地，所述方法可还包括启动多个发动机的操作，其中多个发动机中的每一个可耦接到多个螺旋桨中的一个，其中第一发动机可以是多个发动机中的一个，并且其中第一螺旋桨可以是多个螺旋桨中的一个，其中在多个发动机的操作启动之后，可以停止第一发动机的操作。
应理解，除非本文另外明确地或隐含地指出，否则关于本文中特定实施方案所描述的特征、特性、替代案或修改中的任一个也可与本文描述的任何其他实施方案一起应用、使用或合并，并且应理解，本公开的附图和详述意图涵盖对所附权利要求书所定义的各种实施方案的全部修改、等效物和替代案。此外，关于本文描述的本公开的一个或多个方法或过程，呈现这类方法或过程的次序并不意图被理解为对要求保护的发明的任何限制，并且本文描述的任何数量的方法或过程步骤或方框可按任何次序和/或并行地组合，以实现本文描述的方法或过程。另外，本文的附图未按比例绘制。
除非另外特别陈述或在所使用情境内另外理解，否则条件性语言(诸如“可以”、“可”、“可能会”或“可能”以及其他条件性语言)通常意图以宽容的方式表达某些实施方案可包括或有可能包括但是并不强制要求或要求某些特征、要素和/或步骤。以类似的方式，诸如“包括”(“include”、“including”和“includes”)的术语通常意图指“包括但不限于”。因此，此类条件性语言通常并不意图暗示特征、元件和/或步骤是一个或多个实施方案以任何方式所要求的，或一个或多个实施方案必定包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或步骤被包括在任何特定实施方案中或将要在任何特定实施方案中进行的逻辑。
除非另外特别陈述，否则转折性语言(诸如短语“X、Y或Z中的至少一个”或“X、Y和Z中的至少一个”)通常在所使用情境的情况下被另外理解为提出物品、术语等可以是X、Y或Z中的任一个或其任何组合(X、Y和/或Z)。因此，这种分离性语言一般并非意图并且不应该暗示某些实施方案要求X中的至少一个、Y中的至少一个或Z中的至少一个都存在。
除非另外明确地陈述，否则诸如“一个”(“a”或“an”)的冠词通常应被解释为包括一个或多个所描述物品。因此，诸如“被配置来……的装置”的短语意图包括一个或多个所列举装置。这类一个或多个所列举装置也可被共同地配置来执行所陈述列举项。例如，“被配置来执行列举项A、B和C的处理器”可包括被配置来执行列举项A的第一处理器，所述第一处理器与被配置来与执行列举项B和C的第二处理器相结合地工作。
本文使用的程度语言(诸如，如本文所使用的术语“约”、“大约”“、”“大体”、“几乎”或“大致”)表示仍然进行所需功能或实现所需结果的接近所陈述值、量或特性的值、量或特性。例如，术语“约”、“大约”“、”“大体”、“几乎”或“大致”可指在所陈述量的小于10%内、小于5%内、小于1%内、小于0.1%内和小于0.01%内的量。
尽管已参考本发明的说明性实施方案来描述并说明本发明，但是在不背离本公开的精神和范围的情况下可在其中且对其进行前述的和各种其他的添加和省略。
Claims (15)
1. 一种螺旋桨，其包括：
转轴；以及
离合器机构，其围绕所述转轴设置，
其中所述离合器机构还包括：
至少一个臂，其可枢转地安装到所述螺旋桨的第一表面，其中所述至少一个臂被构造成在靠近所述转轴的第一位置与远离所述转轴的第二位置之间枢转，和
至少一个偏置元件，其施加偏置力以将所述至少一个臂推入所述第一位置。
2. 如权利要求1所述的螺旋桨，其中所述至少一个臂由可枢转紧固件可枢转地安装到所述螺旋桨的所述第一表面，并且
其中所述至少一个臂包括加重端部以及相对于所述加重端部以钝角设置的楔形端部，并且
其中，所述加重端部的第一质量超过所述楔形端部的第二质量。
3.如权利要求2所述的螺旋桨，其中所述至少一个偏置元件将所述偏置力施加到所述加重端部。
4. 如权利要求3述的螺旋桨，其中当所述螺旋桨的角速度超过预先确定的阈值时，所述加重端部上的离心力超过所述偏置力。
5.如权利要求1、2、3或4中任一项所述的螺旋桨，其中所述离合器机构被构造成当所述至少一个臂处于所述第一位置时，所述离合器机构接触至少一个柱件，并且
其中所述离合器机构被构造成当所述至少一个臂处于所述第二位置时，所述离合器机构旋转而不接触所述至少一个柱件。
6.如权利要求1、2、3、4或5中任一项所述的螺旋桨，其还包括接合到所述螺旋桨的所述第一表面的附接板，
其中所述至少一个臂可枢转地安装到所述附接板。
7.如权利要求6所述的螺旋桨，其还包括安装到所述附接板的机械止挡件，
其中所述机械止挡件对齐以阻碍所述至少一个臂枢转越过所述第二位置。
8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7中任一项所述的螺旋桨，其中所述至少一个臂由以下中的至少一种形成：
金属；
塑料；
木材；或
复合材料。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8中任一项所述的螺旋桨，其中所述至少一个偏置元件由以下中的至少一种形成：
拉伸弹簧；
压缩弹簧；
伸展弹簧；
扭转弹簧；
板簧；或
恒力弹簧。
10.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9中任一项所述的螺旋桨，其中所述至少一个臂包括第一臂，所述第一臂具有第一加重端部以及相对于所述第一加重端部以钝角设置的第一楔形端部，以及第二臂，所述第二臂具有第二加重端部以及相对于所述第二加重端部以钝角设置的第二楔形端部，并且
其中所述第一臂可由第一可枢转紧固件可枢转地安装到所述螺旋桨的所述第一表面，并且所述第二臂可由第二可枢转紧固件可枢转地安装到所述螺旋桨的所述第一表面。
11.如权利要求10所述的螺旋桨，其中所述至少一个偏置元件包括接合到所述第一加重端部及所述第二紧固件的第一偏置元件，以及接合到所述第二加重端部及所述第一紧固件的第二偏置元件，
其中所述第一偏置元件向所述第一加重端部施加第一偏置力，并且所述第二偏置元件向所述第二加重端部施加第二偏置力。
12.一种用于操作飞行器的方法，其包括：
启动第一发动机的操作，所述第一发动机具有与其耦接的第一螺旋桨，
其中所述飞行器包括第一柱件及第二柱件，所述第一柱件及所述第二柱件限定所述第一发动机与所述第一螺旋桨之间对齐的轴线，
其中所述第一螺旋桨包括第一离合器机构，所述第一离合器机构具有至少一个第一臂，所述第一臂用于限定所述第一离合器机构的打开位置或关闭位置中的一个；以及至少一个偏置元件，所述偏置元件用于推动至少一个所述第一臂以限定所述第一离合器机构的所述关闭位置，
其中当所述第一离合器机构处于所述关闭位置时，对齐所述第一离合器机构的至少一部分以接触所述第一柱件或所述第二柱件，并且
其中当所述第一离合器机构处于所述打开位置时，对齐所述第一离合器机构以使其旋转而不接触所述第一柱件或所述第二柱件。
13.如权利要求12所述的方法，
其中当所述第一螺旋桨的角速度超过第一预先确定的阈值时，在启动所述第一发动机的所述操作后施加到至少一个所述第一臂上的离心力超过由所述至少一个偏置元件施加到所述第一臂的偏置力。
14.如权利要求13所述的方法，其还包括：
停止所述第一发动机的所述操作。
15.如权利要求14所述的方法，其还包括：
启动多个发动机的操作，其中所述多个发动机中的每一个耦接到多个螺旋桨中的一个，其中所述第一发动机是所述多个发动机中的一个，并且其中所述第一螺旋桨是所述多个螺旋桨中的一个，
其中所述第一发动机的所述操作在启动所述多个发动机的所述操作后停止。
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