CN112124567A - 一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨 - Google Patents

一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨 Download PDF

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周月荣
罗雨
罗太超
陈冰雁
刘哲
关发明
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Abstract

一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，包括：动力电机、桨毂、转接支架、限位器、簧片、离心力锁、锁轴、桨根轴、桨根、桨叶、钢珠、螺旋弹簧、顶丝、整流罩。无人机在高速而螺旋桨动力系统未工作的情况下，保障螺旋桨呈折叠状态，使得无人机具有较为顺滑的外形，在高速气流作用下，折叠状态的螺旋桨桨叶不会出现张开情况；另外螺旋桨动力系统开始工作时，桨叶能够仅通过螺旋桨动力电机旋转而顺利张开，呈工作状态。本发明解决的是无人机螺旋桨动力系统的桨叶折叠收纳和展开工作的问题，折叠状态能够承受高速气流吹袭，并能够向展开状态转换，展开状态能正常工作。

Description

一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨
技术领域
本发明涉及一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，属于无人机动力系统领域。
背景技术
现代无人机向着小型化发展，折叠结构适应小空间收纳，释放出去后快速展开结构，快速进入飞行状态，是无人机的一个重要设计思路。目前无人机推进螺旋桨的折叠主要还是为了适应缩小收纳空间的需求，折叠之后螺旋桨动力系统的外形不顺滑，不能够承受高速气流吹袭，因此无人机不能够在折叠状态下以较高的气动性能(低阻力、小干扰)进行高速(速度大于80m/s)飞行。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，无人机在高速而螺旋桨动力系统未工作的情况下，保障螺旋桨呈折叠状态，使得无人机具有较为顺滑的外形，在高速气流作用下，折叠状态的螺旋桨桨叶不会出现张开情况；另外螺旋桨动力系统开始工作时，桨叶能够仅通过螺旋桨动力电机旋转而顺利张开，呈工作状态。本发明解决的是无人机螺旋桨动力系统的桨叶折叠收纳和展开工作的问题，折叠状态能够承受高速气流吹袭，并能够向展开状态转换，展开状态能正常工作。
本发明的技术方案是：
一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，包括：动力电机、桨毂、转接支架、限位器、簧片、离心力锁、锁轴、桨根轴、桨根、桨叶、钢珠、螺旋弹簧、顶丝、整流罩；
多个桨叶、桨根通过桨根轴连接桨毂；桨叶、桨根能够绕对应的桨根轴旋转；桨毂上周向均布有多个桨叶、桨根；
动力电机用于驱动桨毂旋转；
整流罩固定连接桨毂，整流罩上加工有与桨叶数量形状配合的凹槽；
多个离心力锁通过锁轴固定连接桨毂，离心力锁能够绕锁轴旋转；
多个限位器固定连接桨毂，每个限位器上分别固定连接有簧片；
桨根上加工有与离心力锁突出部对应的锁定槽；
限位器、簧片和离心力锁配合用于使桨叶、桨根锁定在折叠状态；
离心力锁能够在离心力作用下绕锁轴旋转，离心力锁推动簧片弯曲变形，使桨叶、桨根从折叠状态解锁；
桨毂上与桨根对应位置加工有多个通孔，钢珠通过螺旋弹簧、顶丝固定在通孔内；桨根上的锁定槽与钢珠配合，使桨叶和桨根旋转到位后被锁定在展开状态。
桨毂通过转接支架与动力电机连接；或桨毂直接连接动力电机。
折叠状态下，桨叶存放在整流罩的凹槽内，形成顺滑的外形。
所述桨根的锁定槽包括：辅助锁定槽和折叠锁定槽；
辅助锁定槽和折叠锁定槽绕桨根轴分布，相对分布角度等于螺旋桨从折叠到展开的角度。
锁定槽深度大于0.9倍钢珠的半径。
通过簧片压住离心力锁以避免因为振动、气流吹袭导致离心力锁脱离锁定状态。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明桨叶折叠状态下和整流罩形成一个较为顺滑的外形，并且有锁定机构锁定桨叶为折叠并贴紧整流罩的状态，能够承受较大速度的气流的吹袭。另外，本发明在折叠状态下，由于具有较为顺滑的外形，该系统产生的气动阻力比较小，产生的气动干扰力较小，有利于无人机在结构折叠状态下高速飞行。
附图说明
图1为本发明折叠螺旋桨折叠状态在无人机上的安装示意图。
图2为本发明折叠螺旋桨展开状态在无人机上的安装示意图。
图3为本发明折叠螺旋桨折叠状态作为独立部件示意图。
图4为本发明折叠螺旋桨展开状态剖面图。
图5为本发明折叠螺旋桨折叠状态剖面图。
图6为本发明折叠螺旋桨折叠状态桨根锁定机构局部剖面图。
图7为本发明折叠螺旋桨折叠但离心锁已解锁状态的局部剖面图。
图8为本发明折叠螺旋桨折叠状态的螺旋桨桨叶和整流罩剖面图。
图9为本发明折叠螺旋桨桨叶和桨根示意图。
图10为本发明折叠螺旋桨离心锁示意图。
具体实施方式
如图1、2所示本发明一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，主要功能是无人机在高速飞行而螺旋桨动力系统未工作的情况下，保障螺旋桨呈折叠状态，使得无人机具有较为顺滑的外形，在高速气流作用下，折叠状态的螺旋桨桨叶不会出现张开情况；另外螺旋桨动力系统开始工作时，桨叶能够仅通过螺旋桨动力电机旋转而顺利张开，呈工作状态。本发明解决的是无人机螺旋桨动力系统的桨叶折叠收纳和展开工作的问题，折叠状态能够承受高速气流吹袭，并能够向展开状态转换，展开状态能正常工作。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。
本发明一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，如图5、6所示，包括：动力电机1、桨毂2、转接支架3、限位器4、簧片5、离心力锁6、锁轴7、桨根轴8、桨根9、桨叶10、钢珠11、螺旋弹簧12、顶丝13、整流罩14。多个桨叶10、桨根9通过桨根轴8连接桨毂2；桨叶10、桨根9能够绕对应的桨根轴8旋转；桨毂2上周向均布有多个桨叶10、桨根9。动力电机1用于驱动桨毂2旋转。
整流罩14固定连接桨毂2，整流罩14上加工有与桨叶10数量形状配合的凹槽，如图8所示。多个离心力锁6通过锁轴7固定连接桨毂2，离心力锁6能够绕锁轴7旋转。
多个限位器4固定连接桨毂2，每个限位器4上分别固定连接有簧片5。桨根9上加工有与离心力锁6突出部对应的锁定槽。限位器4、簧片5和离心力锁6配合用于使桨叶10、桨根9锁定在折叠状态。离心力锁6能够在离心力作用下绕锁轴7旋转，离心力锁6推动簧片5弯曲变形，使桨叶10、桨根9从折叠状态解锁，如图7所示。
桨毂2上与桨根9对应位置加工有多个通孔，钢珠11通过螺旋弹簧12、顶丝13固定在通孔内；桨根9上的锁定槽与钢珠11配合，使桨叶10和桨根9旋转到位后被锁定在展开状态。
桨毂2通过转接支架3与动力电机1连接；或桨毂2直接连接动力电机1。
折叠状态下，桨叶10存放在整流罩14的凹槽内，形成顺滑的外形。
所述桨根9的锁定槽包括：辅助锁定槽902和折叠锁定槽901；
辅助锁定槽902和折叠锁定槽901绕桨根轴8分布，相对分布角度等于螺旋桨从折叠到展开的角度。
锁定槽901深度大于0.9倍钢珠11的半径。
通过簧片5压住离心力锁6以避免因为振动、气流吹袭导致离心力锁6脱离锁定状态。
实施例
一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，包括：动力电机1、桨毂2、转接支架3、限位器4、簧片5、离心力锁6、锁轴7、桨根轴8、桨根9、桨叶10、钢珠11、螺旋弹簧12、顶丝13、整流罩14。
动力电机1是驱动螺旋桨转动产生推力的动力源，在本发明中还是螺旋桨桨叶展开的动力源。
桨毂2是折叠螺旋桨的重要基础结构，大部分零件安装在桨毂2上，桨毂2通过转接支架3与动力电机1连接，也可直接与动力电机1连接。
桨叶10折叠状态下，存放在整流罩14的凹槽内，形成顺滑的外形。并通过离心力锁6对桨根9进行锁定，通过簧片5压住离心力锁6以避免因为振动、气流吹袭导致离心力锁6脱离锁定状态。
准备展开时，动力电机1转动，离心力锁6在离心力作用下绕锁轴7旋转，推动簧片5弯曲变形，离心力锁6脱离锁定状态，桨叶10和桨根9在离心力作用下绕桨根轴8旋转，一直旋转到展开状态，钢珠11落入桨根上的凹坑中，桨叶10和桨根9被锁定在展开状态，如图4所示。
1)具有离心力锁6和在折叠状态下可被离心力锁6锁定的桨根9。
2)桨根9和桨叶10可以是一体制作产生的部件，可以没有明确的分界面，当为一体件时，本发明所述桨根9或者桨叶10视为同一部件，如图9所示。
3)桨根9具有折叠锁定槽901。
4)桨根9具有折叠辅助锁定槽902。
5)辅助锁定槽902和折叠锁定槽901绕桨根旋转轴孔903分布，相对分布角度等于螺旋桨从折叠到展开的角度。
6)锁定槽901深度大于0.9倍钢珠11的半径。
7)离心力锁6具有在螺旋桨折叠状态下旋转时产生离心力的质量块601，其产生的离心力使得离心力锁6绕其旋转轴孔603旋转。
8)如图10所示，离心力锁6具有锁定桨根的锁面602，在锁定状态时，该锁面602和桨根凹槽901接触。
9)质量块601和锁面602绕旋转轴空603轴向分布，分布角度相差50°～180°。
10)整流罩14具有与桨叶10数目相等的凹槽1402，用于折叠状态下存放桨叶10。
11)整流罩14作任意一个横整流罩截面1401，相应的桨叶10的横截面1001与整流罩横截面1401相贴合，贴合部分最大间隙小于1mm。
原理叙述：
如图3所示，折叠锁定状态：桨叶10在整流罩14的凹槽1402中，钢珠11在螺旋弹簧12作用下顶住辅助锁定凹槽902提供次要的锁定作用力，离心力锁6在簧片5作用下其锁面602和锁定凹槽901贴合，提供主要锁定作用力。锁定状态下，能承受等同海平面0～100m/s垂直螺旋桨旋转轴线的气流吹袭(换算方法为气流动压相等，取垂直与轴线的气流速度分量)，不发生桨叶10脱离整流罩14甚至展开的情况。
解锁展开：动力电机1转动达到一定速度，离心力锁6在离心力作用下绕锁轴7旋转，当离心力足够大时，离心力锁6推动簧片5弯曲变形，离心力锁6脱离锁定状态。桨叶10和桨根9在离心力作用下绕桨根轴8旋转，此时钢珠11脱离辅助锁定凹槽902。桨叶10和桨根9一直旋转到展开状态，钢珠11落入桨根上的锁定凹槽901中，桨叶10和桨根9被锁定在展开状态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及等同物限定。

Claims (6)

1.一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，其特征在于，包括：动力电机(1)、桨毂(2)、转接支架(3)、限位器(4)、簧片(5)、离心力锁(6)、锁轴(7)、桨根轴(8)、桨根(9)、桨叶(10)、钢珠(11)、螺旋弹簧(12)、顶丝(13)、整流罩(14)；
多个桨叶(10)、桨根(9)通过桨根轴(8)连接桨毂(2)；桨叶(10)、桨根(9)能够绕对应的桨根轴(8)旋转；桨毂(2)上周向均布有多个桨叶(10)、桨根(9)；
动力电机(1)用于驱动桨毂(2)旋转；
整流罩(14)固定连接桨毂(2)，整流罩(14)上加工有与桨叶(10)数量形状配合的凹槽；
多个离心力锁(6)通过锁轴(7)固定连接桨毂(2)，离心力锁(6)能够绕锁轴(7)旋转；
多个限位器(4)固定连接桨毂(2)，每个限位器(4)上分别固定连接有簧片(5)；
桨根(9)上加工有与离心力锁(6)突出部对应的锁定槽；
限位器(4)、簧片(5)和离心力锁(6)配合用于使桨叶(10)、桨根(9)锁定在折叠状态；
离心力锁(6)能够在离心力作用下绕锁轴(7)旋转，离心力锁(6)推动簧片(5)弯曲变形，使桨叶(10)、桨根(9)从折叠状态解锁；
桨毂(2)上与桨根(9)对应位置加工有多个通孔，钢珠(11)通过螺旋弹簧(12)、顶丝(13)固定在通孔内；桨根(9)上的锁定槽与钢珠(11)配合，使桨叶(10)和桨根(9)旋转到位后被锁定在展开状态。
2.根据权利要求1所述的一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，其特征在于，桨毂(2)通过转接支架(3)与动力电机(1)连接；或桨毂(2)直接连接动力电机(1)。
3.根据权利要求1所述的一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，其特征在于，折叠状态下，桨叶(10)存放在整流罩(14)的凹槽内，形成顺滑的外形。
4.根据权利要求1～3任意之一所述的一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，其特征在于，所述桨根(9)的锁定槽包括：辅助锁定槽(902)和折叠锁定槽(901)；
辅助锁定槽(902)和折叠锁定槽(901)绕桨根轴(8)分布，相对分布角度等于螺旋桨从折叠到展开的角度。
5.根据权利要求4所述的一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，其特征在于，锁定槽(901)深度大于0.9倍钢珠(11)的半径。
6.根据权利要求4所述的一种可承受高速气流吹袭的折叠螺旋桨，其特征在于，通过簧片(5)压住离心力锁(6)以避免因为振动、气流吹袭导致离心力锁(6)脱离锁定状态。
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