CN108778926B - 包括可折叠的可变桨距桨叶的飞行器螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞行器发动机(1)的螺旋桨(2)，该螺旋桨包括：与每个桨叶相关联的桨叶安装件(10)，该桨叶安装件被安装成根据安装桨距轴线(14)在毂(8)上枢转；处于每个桨叶安装件(10)和根部(6a)之间的枢转连杆(20)，该枢转连杆使得桨叶(6)能够相对于其桨叶安装件(10)根据桨叶折叠轴线(22)进行枢转；与桨叶(6)中的至少一个相关联的用于控制桨叶的折叠/展开的部件(24)，该部件被构造成使根部(6a)相对于桨叶安装件(10)根据折叠轴线(22)枢转；以及，用于使桨叶的折叠/展开同步的无源装置(40)，该无源装置包括被安装成相对于毂(8)根据螺旋桨旋转轴线(4)旋转的中央同步元件(42)，以及与每个桨叶(6)相关联的联接元件(44)，该联接元件包括安装在桨叶根部(6a)上的第一端部和安装在中央同步元件(42)上的第二端部。

Description

包括可折叠的可变桨距桨叶的飞行器螺旋桨

技术领域

本发明涉及飞行器发动机螺旋桨的领域，特别是具有基本恒定速度的可旋转控制的螺旋桨。

它们适用于任何类型的飞行器，例如无人机。

背景技术

飞行器发动机螺旋桨在现有技术中是已知的，其桨叶具有可折叠的性质，以便能够从伸展活动位置移动到缩回位置，以及从缩回位置移动到伸展活动位置。这种类型的系统主要广泛应用于小型私人飞机上，目的是一旦飞机着陆就能够使螺旋桨折叠。这样能够减小飞机的体积并保护其螺旋桨。另一个功能是在飞行期间能够使螺旋桨折叠，以便减小其诱导阻力。

此外，在具有更大尺寸的飞机上，已知的是提供一种可枢转地安装在毂上以允许其安装桨距的螺旋桨桨叶。实际上，在飞行期间桨叶安装角的变化使得能够在每一时刻适应推力需求而不改变该飞行的参数，并且同时保持螺旋桨的基本上恒定的旋转速度。

然而，尚未提出任何技术解决方案来将同一螺旋桨内的两个上述的功能相关联，即，在使桨叶能折叠的同时为桨叶提供可变桨距。因此存在这样的需求。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地满足上述需求。

为此，本发明的一个目的在于一种用于飞行器发动机的螺旋桨，该螺旋桨围绕螺旋桨旋转轴线旋转，该螺旋桨包括毂以及围绕毂周向分布的多个桨叶，并且进一步包括：

-与每个桨叶相关联的桨叶支撑件，所述桨叶支撑件围绕安装桨距轴线被可枢转地安装在所述毂上；

-用于桨叶的安装控制构件，该安装控制构件被构造成使所述桨叶支撑件相对于毂围绕所述安装桨距轴线枢转；

-处于每个桨叶支撑件和其相关联的桨叶的根部之间的枢转连接件，该枢转连接件使得桨叶能够相对于其桨叶支撑件围绕桨叶折叠轴线枢转；

-与桨叶中的至少一个桨叶相关联的桨叶折叠/展开控制部件，该桨叶折叠/展开控制部件被构造成使所述桨叶根部相对于桨叶支撑件围绕所述折叠轴线枢转，所述折叠/展开控制部件包括能相对于彼此平移移动的第一元件和第二元件，第一元件通过使用第一枢转连接件被安装在所述毂上并且第二元件通过使用第二枢转连接件被安装在传动装置上，该传动装置被装配到所述桨叶根部；

-桨叶折叠/展开同步无源装置，包括相对于毂围绕所述螺旋桨旋转轴线可旋转地安装的中央同步元件，以及与每个桨叶相关联的连接器元件，所述连接器元件包括围绕第一球形接头安装在所述桨叶根部上的第一端部，以及使用第二球形接头安装在所述中央同步元件上的第二端部。

本发明的显著之处在于它能够以巧妙、简单和有效的方式满足上述需求。特别地，球窝/球形接头的实施引入了运动自由度，其对于在其安装桨距期间随着桨叶的枢转而进行是有用的。同样地，这些球窝/球形接头对于桨叶折叠/展开的运动学是有用的，在该运动期间，中心同步元件围绕螺旋桨旋转轴线绕毂自由旋转。在这方面，应注意的是，无源同步装置不仅能够避免在折叠/展开运动期间发生质量不平衡，而且还能够提供低于螺旋桨桨叶数量的多个折叠/展开控制部件。

本发明的显著之处在于它具有可以在现有的桨叶可变桨距螺旋桨上实施的设计，而不会引起显著的修改。

此外，它使得能够考虑在螺旋桨已经旋转时或在螺旋桨停止时展开桨叶。

最后，它既适用于安装在其中桨叶向后折叠的推进结构(称为“推进器”)中的螺旋桨，也适用于安装在其中桨叶向前折叠的拉动结构中的螺旋桨(称为“拉动器”)。

此外，本发明具有可单独或组合采用的至少一个以下可选的特征：

螺旋桨包括分别与两个桨叶相关联的至少两个桨叶折叠/展开控制部件。如前所述，这些控制部件的数量可以低于桨叶的数量，但替代性地也可以与桨叶的数量相同。举例来说，控制部件的数量是螺旋桨桨叶的数量的一半。同样作为示例，应注意，单个折叠/展开控制部件可与所有的螺旋桨桨叶相关联。

优选地，所述桨叶折叠/展开控制部件是一种被控制的缸，优选为液压缸。根据螺旋桨设计，可以在“推进器”或“拉动器”模式下控制缸。另外，应注意，在“拉动”模式下，缸可以实现阻尼功能。

优选地，每个连接器元件是连接杆。

优选地，所述中央同步元件是环。

优选地，所述传动装置包括彼此铰接的两个连杆。

优选地，桨叶折叠轴线和安装桨距轴线基本上是正交的。

优选地，桨叶的数量介于1到4之间，然而，可以提供更多数量，而不脱离本发明的范围。

优选地，当桨叶处于活动伸展位置时，折叠/展开控制部件被定向成基本上平行于螺旋桨旋转轴线。

本发明的另一个目的是一种包括如上所述的螺旋桨的飞行器发动机，优选地，该飞行器发动机被构造成使得该螺旋桨围绕其旋转轴线以基本恒定的速度旋转。然而，通常应表明的是，飞行员可以将螺旋桨的旋转速度控制在稍低的速度，以便根据任务来优化推力或燃料消耗。

本发明的其他优点和特征将出现在下面的详细的非限制性说明中。

附图说明

本说明书将参考附图来给出，在附图中：

-图1a表示根据本发明的螺旋桨在伸展活动位置的透视示意图；

-图1b是图1a中所示的螺旋桨的侧部示意图；

-图2a是类似于图1a的视图，其中螺旋桨被表示为处于接近缩回位置的位置；

-图2b是类似于图1b的视图，其中螺旋桨被表示为处于接近缩回位置的位置；以及

-图3是图1a中所示的、并且被进一步详细示出的螺旋桨的透视局部视图。

具体实施方式

首先参考图1a和图1b，示出了用于飞行器发动机1(例如用于无人机的发动机)的螺旋桨2。这例如是适用于质量大约为五吨的运载工具的发动机，并且该发动机的螺旋桨2用于围绕其螺旋桨旋转轴线4以基本恒定的方式旋转，例如以大约为2000rpm的最大速度旋转。为此，发动机1通常配备有控制系统(未示出)，使得能够控制螺旋桨桨叶安装的变化以使其旋转速度保持恒定，而不论所需的动力需求如何。

螺旋桨2包括多个桨叶6，这里存在四个桨叶6，该四个桨叶6围绕旋转轴线4周向均匀地分布。这些桨叶6由螺旋桨毂8在外部进行承载，该螺旋桨毂8关于发动机的固定部件围绕轴线4可旋转运动地安装。

本发明的特征是提出一种设计，该设计不仅能够使其桨叶6具有安装桨距，而且能够使其桨叶在如图1a和图1b所示的伸展活动位置和接近图2a和图2b所示的位置的缩回位置或折叠位置之间进行折叠/展开。

仍然参考图1a和图1b，螺旋桨2包括与每个桨叶相关联的桨叶支撑件10。该支撑件10被径向地布置成与旋转轴线4连接，并且穿过毂8的孔12。桨叶支撑件10围绕安装桨距轴线14被可枢转地安装在毂的孔12中，该安装桨距轴线14基本上径向定向。如图1b中示意性所示地，每个桨叶支撑件10以已知的方式与容纳在毂8内的桨叶安装控制构件16配合。这些构件16被构造成使每个桨叶支撑件10围绕其安装桨距轴线14在其孔12中同时枢转。该枢转响应于来自发动机控制系统的命令而进行，旨在改变螺旋桨的桨叶6的桨距角。

此外，每个桨叶6包括空气动力学部件以及形成桨叶根部6a的基部。基部借助于枢转连接件20而采取被铰接到其相关的桨叶支撑件10的轭的形式。该连接件限定出桨叶折叠轴线22，其相对于旋转轴线4具有基本上相切的定向，因此基本上垂直于旋转轴线4。因此，枢转连接件20使得桨叶6能够相对于其桨叶支撑件10围绕同样基本垂直于安装桨距轴线14的桨叶折叠轴线22枢转。在这方面，应注意，这里提供桨叶折叠使得桨叶向前摆动，因为发动机具有牵引构造(被称为“牵引器”)，其中螺旋桨安装在气体发生器的前部。然而，可以假设反向配置(被称为“推动器”)，而不脱离本发明的范围。在这种情况下，桨叶能够被设置成向后折叠。

为了执行螺旋桨的折叠/展开，与桨叶6相关联的至少一个桨叶折叠/展开控制部件24被提供。例如，四个桨叶6中只有两个配备有这种控制部件24，然而，这些部件的数量可以更少或更多，而不脱离本发明的范围。

桨叶折叠/展开控制部件24被构造成使桨叶根部6a相对于桨叶支撑件10围绕折叠轴线22枢转。优选地，桨叶折叠/展开控制部件是一种被控制的液压缸，包括可关于彼此平移移动的缸体28以及缸杆30。在如图1a和图1b所示的伸展活动位置，控制部件24基本上平行于螺旋桨的旋转轴线4定向。

使用第一销接头32a将缸体28安装在毂8的后部，而使用第二销接头32b将缸杆30安装在传动装置36上。更确切地说，传动装置36包括彼此铰接的两个连杆37，并且其中一个连杆37也被铰接到桨叶根部6a，而另一个连杆被铰接到可与桨叶支撑件10一体旋转的支架38。三个铰链轴彼此平行，并且还平行于桨叶折叠轴线22。

两个连杆37通过被布置在毂8外部而沿径向方向彼此接续。径向向内定位的连杆具有连接到缸杆30的连接孔眼(图3中的附图标记50)，在该孔眼处制成第二销接头32b。

通过指示说明的目的，应注意，支撑第一枢轴连接件和第二枢轴连接件32a、32b的轴优选地平行于桨叶折叠轴线22。

最后，螺旋桨2包括用于使桨叶6的折叠/展开同步的无源装置40。该装置40首先包括呈环的形式的中央同步元件42，该中央同步元件围绕毂8的前部布置。该环42被阻挡沿着螺旋桨旋转轴线4平移，并且被证明仅可相对于毂8围绕同一轴线4旋转地运动。该环还包括与每个桨叶6相关联的连接器元件44，该连接器元件优选地呈连接杆的形式。根据第一球形接头32c将该连接杆的第一端部安装在桨叶根部6a上，使用第二球形接头32d将连接杆的第二端部安装在中央同步环42上。每个连接杆44基本上向前延伸，并且当在正视图中观察时沿径向方向具有角度。如在图3中可以更详细地看到的那样(为了清楚起见，控制部件已被移除)，支撑第一球形接头32c和第二球形接头32d的轴优选地彼此正交。实际上，支撑第一球形接头32c的轴(其方向由虚线52表示)平行于桨叶折叠轴线22，而支撑第二球形接头32d的轴(其方向由虚线54表示)平行于螺旋桨的旋转轴线4。

利用上述设计，在由构件16控制的安装变化的情况下，每个桨叶支撑件10相对于毂8围绕其轴线14枢转。借助于销/球形接头32a、32b、32c和32d，该枢转伴随着缸24和连接杆44的运动。另外，在连接杆44的运动期间，环42可以围绕轴线4关于毂8进行小的旋转。

当螺旋桨被控制成折叠时，控制部件24被相应地致动，直到桨叶6到达其接近图2a和图2b所示位置的缩回位置。在此，这是缸24的伸展，其缸杆30通过随着另一个连杆进行驱动而使径向的内部连杆向前枢转，而该另一个连杆又促使桨叶根部6围绕轴线22向前枢转。因此，两个连杆37从它们基本上径向对齐的构型切换到它们形成向后打开的V的构型。应注意，所保持的设计可以使得在展开位置，两个连杆37都可以占据其中它们关于彼此略微倾斜的位置，以便形成非常展开的V，并且最重要的是具有关于上述V的反向方向，在该反向方向中，该V向后打开。这使得能够防止桨叶意外地返回到折叠位置。

将桨叶6枢转成接近90°的角度，使得它们的初始径向取向逐渐改变直到它变得基本上为轴向的。在桨叶6的这种枢转期间，每个连接杆44的第一端部被向前驱动，而这种运动通过环42关于毂8的旋转来补偿，这是由每个连接杆44的第二端部所诱发的运动引起的。在这方面，应表明的是，优选地在每个连接杆上设置功能性间隙，以避免同步装置和位于旋翼内部的桨叶安装控制构件之间的任何超静止环。

环42上的连接杆44的第二端部的间隙是均匀的，由此螺旋桨2的折叠被有利地以同步的方式进行。当然，使螺旋桨2向前折叠必须与在飞行期间施加到桨叶6的气动力相反，而不论螺旋桨是旋转还是静止。

以相反的方向执行上述原理以用于使螺旋桨2展开。在这方面，应注意，可以在螺旋桨旋转的情况下进行展开/伸展，或者甚至在螺旋桨静止时进行展开/伸展。在第一种情况下，离心力有利地有助于伸展。

当然，本领域技术人员可以仅通过非限制性示例对刚刚描述的本发明提供各种修改。

Claims (11)

1.一种用于飞行器发动机(1)的螺旋桨(2)，所述螺旋桨围绕螺旋桨旋转轴线(4)旋转，所述螺旋桨包括毂(8)以及围绕所述毂周向分布的多个桨叶(6)，其特征在于，所述螺旋桨进一步包括：

-与每个桨叶相关联的桨叶支撑件(10)，所述桨叶支撑件围绕安装桨距轴线(14)可枢转地安装在所述毂(8)上；

-用于所述桨叶的安装控制构件(16)，所述安装控制构件被构造成使所述桨叶支撑件(10)相对于所述毂(8)围绕所述安装桨距轴线(14)枢转；

-处于每个桨叶支撑件(10)和相关联的桨叶的根部(6a)之间的枢转连接件(20)，所述枢转连接件使得所述桨叶(6)能够相对于桨叶支撑件(10)围绕桨叶折叠轴线(22)枢转；

-与桨叶(6)中的至少一个桨叶相关联的桨叶折叠/展开控制部件(24)，所述桨叶折叠/展开控制部件被构造成使所述桨叶根部(6a)相对于所述桨叶支撑件(10)围绕所述折叠轴线(22)枢转，所述折叠/展开控制部件(24)包括能相对于彼此平移移动的第一元件(28)和第二元件(30)，所述第一元件(28)通过使用第一销接头(32a)被安装在所述毂(8)上并且所述第二元件(30)通过使用第二销接头(32b)被安装在传动装置(36)上，所述传动装置被连接到所述桨叶根部(6a)；

-桨叶折叠/展开同步无源装置(40)，包括相对于所述毂(8)围绕所述螺旋桨旋转轴线(4)可旋转地安装的中央同步元件(42)，以及与每个桨叶(6)相关联的连接器元件(44)，所述连接器元件(44)包括围绕第一球形接头(32c)安装在所述桨叶根部(6a)上的第一端部，以及使用第二球形接头(32d)安装在所述中央同步元件(42)上的第二端部。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述螺旋桨包括分别与两个桨叶(6)相关联的至少两个桨叶折叠/展开控制部件(24)。

3.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述桨叶折叠/展开控制部件(24)是被控制的缸。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，每个连接器元件(44)是连接杆。

5.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述中央同步元件(42)是环。

6.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述传动装置(36)包括彼此铰接的两个连杆(37)。

7.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述桨叶折叠轴线(22)和所述安装桨距轴线(14)基本垂直。

8.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，所述桨叶(6)的数量介于一至四之间。

9.根据权利要求1所述的螺旋桨，其特征在于，当所述桨叶(6)处于活动伸展位置时，所述折叠/展开控制部件(24)被定向成基本平行于所述螺旋桨旋转轴线(4)。

10.一种飞行器发动机(1)，包括根据权利要求1所述的螺旋桨(2)。

11.根据权利要求10所述的发动机，其特征在于，所述发动机被构造成使得所述发动机的螺旋桨(2)围绕所述螺旋桨的旋转轴线(4)以基本恒定的速度旋转。

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