CN114162338A - 一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，包括：前桨、后桨、桨毂、后桨电机、前桨电机、安装座、后桨距调节机构和前桨距调节机构；前桨和后桨分别安装在前桨毂和后桨毂上，后桨电机和前桨电机分别安装在安装座上，前桨电机用于驱动前桨转动，实现前桨转速独立调节；后桨电机的输用于驱动后桨转动，实现后桨转速独立调节；后桨距调节机构的前端与后桨毂连接，后端安装在安装座上，用于实现后桨独立变距；前桨距调节机构的前端与前桨毂连接，后端安装在安装座上，用于实现前桨独立变距；前桨、后桨、后桨电机、前桨电机、后桨距调节机构和前桨距调节机构依次排列设置。本发明具有结构紧凑、操作简单、调节灵活、适用范围广等优点。

Description

一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统
技术领域
本发明属于航空飞行器技术领域，具体涉及一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统。
背景技术
航空螺旋桨主要应用在飞行或风洞实验研究中，螺旋桨飞机飞行过程中的高度、速度、姿态等会随着飞行任务的变化而变化，这就要求螺旋桨在飞行中能够实时变距以便在任何飞行工况下都能够以最佳工作状态提供飞机所需的动力。随着对螺旋桨的性能要求逐步升级，动力指标不断增加，效率要求不断提高，传统的螺旋桨已难以满足要求，所以人们发明了对转螺旋桨，即对转螺旋桨。螺旋桨相当于旋转的机翼，对转螺旋桨为前后两排螺旋桨，通过桨叶转动来提供拉力或推力使飞行器前进。
对转螺旋桨自发明使用以来，广泛地应用在飞行器、舰船、水下航行器等领域。现有技术中，对转螺旋桨的使用案例主要有图-95轰炸机、A-22运输机、飞龙战斗轰炸机、P75战斗机、卡27、卡50、卡52直升机等大型飞行器。由于此类飞行器空间相对宽敞，载重较大，能够为对转变距机构提供一定的空间和重量预留。小型飞行器主要有：火星直升机，该型无人机主要在火星上使用；PHOLOS无人机和升级版PHOLOSII，该型无人机虽属于对转螺旋桨无人机，但是非共轴对转螺旋桨，且前桨无法变距；“萤火虫”(FireFly)光电战术无人机，该无人机前后桨系统独立，非共轴构型，相当于两个单螺旋桨无人机串联而成。目前，对于中小型飞行器上使用共轴对转螺旋桨推进系统较少。
与传统螺旋桨相比，在相同的直径、相同转速下，对转螺旋桨所能提供的动力是螺旋桨的1.5倍左右，效率提高8％-10％。在动力输出相同的情况下，对转螺旋桨直径相对螺旋桨而言更小，再通过改变前后桨的直径比例、桨盘距离和桨叶数，可降低对转螺旋桨的噪声，使得中小型飞行器上实现高效低噪全电推进成为可能。可见，对转螺旋桨的性能要明显优于螺旋桨。另外，可变距对转螺旋桨比涡喷发动机油耗降低达30％。在使用中可随着飞行工况的变化实时调整桨距以输出与之相对应的动力，能够在整个飞行任务中提供高效的输出。
但是，在工程应用中发现：对转螺旋桨的传动系统相当复杂，机构庞大、零件多、重量大，只能在大型飞机或舰船等体积和重量较大的装备上使用，在小型化飞行器中存在诸多困难。对转螺旋桨的传动结构设计一直是设计难点，主要原因在于对转螺旋桨气动设计难度大，传动系统复杂、体积庞大、前后桨的转速比例固定，无法独立调节前后桨转速和桨距角，因而尚未在小型飞行器上规模化使用。虽然现有技术通过同时调节前后桨的桨距，实现了前后桨桨距联调，但却无法在飞行过程中独立调节前后桨的转速和桨距角，难以做到前后桨均在最佳的工作效率下运转。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术中单排螺旋桨推进系统效率提升难度大、尺寸受限时动力不足等问题，提供一种结构紧凑、操作简单、调节灵活、功能强大、适用范围广的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，包括：前桨、后桨、桨毂、后桨电机、前桨电机、安装座、后桨距调节机构和前桨距调节机构；
所述桨毂包括结构相同的前桨毂和后桨毂，所述前桨和后桨分别安装在前桨毂和后桨毂上，后桨电机和前桨电机分别安装在安装座上，前桨、后桨、后桨电机和前桨电机依次排列设置；所述前桨电机的输出端与前桨毂连接，用于驱动前桨转动，并实现前桨转速独立调节；所述后桨电机的输出端与后桨毂连接，用于驱动后桨转动，并实现后桨转速独立调节；
所述后桨距调节机构的前端与后桨毂连接，后桨距调节机构的后端安装在安装座上，用于实现后桨独立变距；所述前桨距调节机构的前端与前桨毂连接，前桨距调节机构的后端安装在安装座上，用于实现前桨独立变距；所述后桨电机、前桨电机、后桨距调节机构的后端和前桨距调节机构的后端依次排列设置。
作为本发明的进一步改进，所述后桨电机包括长度可调的后桨电机轴，所述前桨电机包括长度可调的前桨电机轴，所述前桨电机轴的一端与前桨电机连接，前桨电机轴的另一端穿过后桨电机轴内部与前桨毂连接，前桨电机轴通过卡扣与前桨毂连接并锁紧固定；所述后桨电机轴的一端与后桨电机连接，后桨电机轴的另一端与后桨毂连接；所述前桨电机轴与后桨电机轴形成轴套轴的连接结构。
作为本发明的进一步改进，所述前桨距调节机构包括前桨摇臂安装座、前桨拉杆套筒、前桨变距摇臂、前桨变距拉杆、前桨摇臂拉杆和前桨叶摇臂；
所述前桨的桨叶安装在桨叶安装套管中，所述桨叶安装套管通过轴承与前桨毂连接固定，所述前桨毂内部设有前桨摇臂安装座，所述桨叶安装套管的端部设有前桨叶摇臂，所述前桨叶摇臂与前桨摇臂安装座通过前桨摇臂拉杆进行连接，所述前桨变距拉杆的一端与前桨摇臂安装座固定连接，前桨变距拉杆的另一端穿过前桨电机轴内部与前桨拉杆套筒连接，所述前桨拉杆套筒与前桨变距摇臂连接，通过前桨变距摇臂的摆动以实现桨距角的调节。
作为本发明的进一步改进，所述后桨距调节机构包括后桨拉杆套筒、转接盘、后桨变距拉杆、后桨变距套筒、后桨变距摇臂、后桨摇臂拉杆和后桨叶摇臂；
所述后桨的桨叶安装在桨叶安装套管中，所述桨叶安装套管通过轴承与后桨毂连接固定，所述桨叶安装套管的端部设有后桨叶摇臂，所述后桨叶摇臂通过后桨摇臂拉杆与后桨拉杆套筒连接；所述后桨电机轴穿过后桨拉杆套筒，并与之固定连接；所述后桨拉杆套筒通过轴承与转接盘连接固定，所述转接盘通过后桨变距拉杆与后桨变距套筒连接固定，所述后桨变距套筒与后桨变距摇臂连接，通过后桨变距摇臂的摆动以实现桨距角的调节。
作为本发明的进一步改进，所述前桨变距摇臂与后桨变距摇臂呈相对布置，以避免调距时相互干涉；所述前桨变距摇臂和后桨变距摇臂分别与变距控制器连接。
作为本发明的进一步改进，所述前桨拉杆套筒、转接盘和后桨变距套筒上均设有限位杆，所述安装座上依次设有第一限位滑槽、第二限位滑槽和第三限位滑槽；所述转接盘的限位杆在第一限位滑槽内滑动，以限定转接盘的轴向位移；所述后桨变距套筒的限位杆在第二限位滑槽内滑动，以限定后桨变距套筒的轴向位移；所述前桨拉杆套筒的限位杆在第三限位滑槽内滑动，以限定前桨拉杆套筒的轴向位移。
作为本发明的进一步改进，还包括定位轴，所述定位轴安装在安装座上，且定位轴的两端分别穿过后桨变距套筒和前桨拉杆套筒的内部，所述定位轴用于实现前后桨的变距部件与电机轴处于相同的轴线上。
作为本发明的进一步改进，所述前桨拉杆套筒与前桨变距摇臂通过球形拉杆连接，所述后桨变距套筒与后桨变距摇臂通过球形拉杆连接。
作为本发明的进一步改进，所述前桨毂外侧、后桨毂外侧和桨叶安装套管外侧均设有定位槽；装配桨叶时，桨毂和套管上的定位槽相互对准即为桨叶初始位置，后续的变距均是以初始位置为基准进行的调节。
作为本发明的进一步改进，所述前桨摇臂安装座、轴承、前桨摇臂拉杆和前桨叶摇臂均设置在前桨毂内部；所述轴承、后桨摇臂拉杆和后桨叶摇臂均设置在后桨毂内部。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，通过前桨、后桨、后桨电机、前桨电机、后桨距调节机构和前桨距调节机构依次排列设置，具有结构紧凑、安装方便、占用空间小等优点；通过前桨电机和后桨电机实现前桨和后桨独立转动，且转速随意调节，相互之间的转速互不干扰；通过前桨调节机构和后桨调节机构实现前桨和后桨的独立变换桨距角，且前桨与后桨之间变距互不干扰，可随意调节，大大提高了对转螺旋桨的动力输出效率，拓宽了对转螺旋桨的应用范围；相应地，前后桨变距和转速实现独立调节，在研究和使用过程中可以随时调整前后桨的转速和桨距角以实现动力输出的线性调整，在对转螺旋桨的研究中有较大的应用价值；进一步地，本发明对转螺旋桨的前后桨的桨距角变化范围大，可以实现正负桨距角的独立线性变换，从而实现动力的方向变化，本发明的对转螺旋桨可以是前拉式推进系统，就是安装在飞行器的前端或机翼的前端，对飞行器产生拉力；也可以根据实际需求调整桨距角使系统变成后推式推进系统，即对转螺旋桨机构安装在飞行器的尾部或机翼的尾部，对飞行器产生推力使其向前飞行；相对于螺旋桨而言，输出效率高、载荷大，相对于喷气式发动机而言，更加节约能耗。
2、本发明的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，前桨电机轴和后桨电机轴的长度可根据实际应用要求变化长度，以实现变桨盘距离的研究和应用；本发明的桨距调节机构传动简单精巧，尺寸大小灵活可变，可根据对转螺旋桨的尺寸、桨叶数、桨毂大小和动力要求灵活调整传动系统和电机的尺寸；进一步地，前桨电机和后桨电机均采用无刷直流电机，应用到中小型飞行器上时，无需冷却系统和变速机构，具有尺寸小巧、重量轻便的优点；电机与桨毂直接连接，实现了前桨和后桨转速的精准调控，电机的电源来自飞行器的动力电源或发电机，具有安装体积小、能耗低的优点。
3、本发明的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，桨距调节机构的变距范围大，在对转螺旋桨转动时通过减小桨距角甚至将桨距角调节为负角，使飞行器产生相反的推进效果，实现反推，减小降落滑行距离；桨距调节机构的尺寸与对转螺旋桨的尺寸相对较小，安装座的轴向横截面最大尺寸与桨径相比不到0.23，因而在飞行器上占用的空间较小，且安装方便。
4、本发明的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，安装座上设有限位滑槽，转接盘、后桨变距套筒和前桨拉杆套筒的限位杆在限位滑槽内移动，通过限位滑槽防止活动部件较多、拉杆较长而导致变距摇臂固定的情况下桨距角产生轻微的变化，提高了桨距角调节的精准度；同时实现了桨距调节机构的运动均是与电机轴在同一轴线上或与电机轴的轴线始终平行，确保了对转螺旋桨传动系统平稳顺畅运行。
5、本发明的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，摇臂安装座、轴承、前桨摇臂拉杆、前桨叶摇臂均设置在前桨毂内部，轴承、后桨摇臂拉杆和后桨叶摇臂均设置在后桨毂内部，结构小巧且灵活，转动时离心力相对较小，有桨毂的保护更加安全可靠，不会出现零件甩出而造成事故的情况，来流中的杂物也不会进入桨毂而造成转动机构卡死，提高了对转螺旋桨传动系统的运行安全性。
附图说明
图1为本发明可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统的立体结构原理示意图。
图2为本发明中变距调节结构的结构原理示意图。
图3为本发明中变距调节结构的剖视结构原理示意图。
图4为本发明中前桨变距机构的结构原理示意图。
图5为本发明中后桨变距机构的结构原理示意图。
图6为本发明中前桨变距的控制流程示意图。
图7为本发明中后桨变距的控制流程示意图。
图例说明：1、前桨；2、后桨；3、桨毂；301、前桨毂；302、后桨毂；4、后桨电机；5、前桨电机；6、安装座；7、卡扣；8、后桨距调节机构；9、前桨距调节机构；10、前桨摇臂安装座；11、后桨拉杆套筒；12、第一限位滑槽；13、定位轴；14、前桨拉杆套筒；15、前桨变距摇臂；16、前桨电机轴；17、前桨变距拉杆；18、后桨电机轴；19、轴承；20、转接盘；201、限位杆；21、后桨变距拉杆；22、后桨变距套筒；23、后桨变距摇臂；24、球形拉杆；25、第二限位滑槽；26、第三限位滑槽；27、前桨摇臂拉杆；28、前桨叶摇臂；29、桨叶安装套管；30、后桨摇臂拉杆；31、后桨叶摇臂。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例
如图1至图7所示，本发明的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，包括：前桨1、后桨2、桨毂3、后桨电机4、前桨电机5、安装座6、后桨距调节机构8和前桨距调节机构9。桨毂3包括结构相同的前桨毂301和后桨毂302，前桨1和后桨2分别安装在前桨毂301和后桨毂302上，后桨电机4和前桨电机5分别安装在安装座6上，前桨1、后桨2、后桨电机4和前桨电机5依次排列设置。前桨电机5的输出端通过卡扣7与前桨毂301连接并锁紧固定，用于驱动前桨1转动，并实现前桨1转速独立调节。后桨电机4的输出端通过轴外螺母与后桨毂302连接，用于驱动后桨2转动，并实现后桨2转速独立调节。后桨电机4与前桨电机5的尺寸相同，在转动过程中通过调节转速的桨距实现扭矩的相互抵消，对安装此类传动系统的飞行器不会输出额外的扭矩。
后桨距调节机构8的前端与后桨毂302连接，后桨距调节机构8的后端安装在安装座6上，用于实现后桨2独立变距。前桨距调节机构9的前端与前桨毂301连接，前桨距调节机构9的后端安装在安装座6上，用于实现前桨1独立变距。后桨电机4、前桨电机5、后桨距调节机构8的后端和前桨距调节机构9的后端依次排列设置。
可以理解，螺旋桨径向不同剖面的翼型的弦线与旋转平面之间的夹角即为桨距角，若无特殊说明，桨叶的桨距角指的是桨叶半径75％剖面处的翼型安装角。变距即调整桨距角的大小，桨叶整体绕桨柄轴线旋转。
本实施例中，通过前桨1、后桨2、后桨电机4、前桨电机5、后桨距调节机构8和前桨距调节机9构依次排设置，具有结构紧凑、安装方便、占用空间小等优点。通过前桨电机5和后桨电机4实现前桨1和后桨2独立转动，且转速随意调节，相互之间的转速互不干扰。通过前桨调节机构8和后桨调节机构9实现前桨1和后桨2的独立变换桨距角，且前桨1与后桨2之间变距互不干扰，可随意调节，大大提高了对转螺旋桨的动力输出效率，拓宽了对转螺旋桨的应用范围。相应的，前后桨变距和转速实现独立调节，在研究和使用过程中可以随时调整前后桨的转速和桨距角以实现动力输出的线性调整，在对转螺旋桨的研究中有较大的应用价值。进一步地，本实施例对转螺旋桨的前后桨的桨距角变化范围大，可以实现正负桨距角的独立线性变换，从而实现动力的方向变化。本实施例的对转螺旋桨可以是前拉式推进系统，就是安装在飞行器的前端或机翼的前端，对飞行器产生拉力；也可以根据实际需求调整桨距角使系统变成后推式推进系统，即对转螺旋桨机构安装在飞行器的尾部或机翼的尾部，对飞行器产生推力使其向前飞行；相对于螺旋桨而言，输出效率高、载荷大，相对于喷气式发动机而言，更加节约能耗。
本实施例中，后桨电机4包括长度可调的后桨电机轴18，前桨电机5包括长度可调的前桨电机轴16，前桨电机轴16的一端与前桨电机5连接，前桨电机轴16的另一端穿过后桨电机轴18内部与前桨毂301连接。后桨电机轴18的一端与后桨电机4连接，后桨电机轴18的另一端与后桨毂302连接。前桨电机轴16与后桨电机轴18形成轴套轴的连接结构。
本实施例中，前桨电机轴16和后桨电机轴18的长度可根据实际应用要求变化长度，以实现改变桨盘距离的研究和应用。本实施例的桨距调节机构传动简单精巧，尺寸大小灵活可变，可根据对转螺旋桨的尺寸、桨叶数、桨毂大小和动力要求灵活调整传动系统和电机的尺寸。进一步地，前桨电机5和后桨电机4均采用无刷直流电机，应用到中小型飞行器上时，无需冷却系统和变速机构，具有尺寸小巧、重量轻便的优点。电机与桨毂直接连接，实现了前桨1和后桨2转速的精准调控，电机的电源来自飞行器的动力电源或发电机，具有安装体积小、能耗低的优点。
本实施例中，前桨距调节机构9包括前桨摇臂安装座10、前桨拉杆套筒14、前桨变距摇臂15、前桨变距拉杆17、前桨摇臂拉杆27和前桨叶摇臂28。前桨1的桨叶安装在桨叶安装套管29中，桨叶安装套管29通过轴承19与前桨毂301连接固定，前桨毂301内部设有前桨摇臂安装座10，桨叶安装套管9的端部设有前桨叶摇臂28，前桨叶摇臂28与前桨摇臂安装座10通过前桨摇臂拉杆27进行连接，前桨变距拉杆17的一端与前桨摇臂安装座10固定连接，前桨变距拉杆17的另一端穿过前桨电机轴16内部与前桨拉杆套筒14连接，前桨拉杆套筒14与前桨变距摇臂15连接，通过前桨变距摇臂15的摆动以实现前桨桨距角的调节。
本实施例中，后桨距调节机构8包括后桨拉杆套筒11、转接盘20、后桨变距拉杆21、后桨变距套筒22、后桨变距摇臂23、后桨摇臂拉杆30和后桨叶摇臂31。后桨2的桨叶安装在桨叶安装套管29中，桨叶安装套管29通过轴承19与后桨毂302连接固定，桨叶安装套管29的端部设有后桨叶摇臂31，后桨叶摇臂31通过后桨摇臂拉杆30与后桨拉杆套筒11连接。后桨电机轴18穿过后桨拉杆套筒11，并与之固定连接。后桨拉杆套筒11通过轴承19与转接盘20连接固定，转接盘20左右两端通过后桨变距拉杆21与后桨变距套筒22连接固定，后桨变距套筒22与后桨变距摇臂23连接，通过后桨变距摇臂23的摆动以实现后桨桨距角的调节。
本实施例中，前桨1和后桨2均为4叶桨，同一排桨的桨叶安装结构和变距方式均是相同的，所以本实施例的对转螺旋桨也可以实现变桨叶数的研究和应用，例如2叶、3叶、5叶等不同桨叶数的研究和应用。本实施例中，在桨距调节机构的工作过程中，只有前后桨、电机轴以及与桨叶摇臂连接的拉杆在转动，其他零部件均静止不动，转动部件通过轴承与相配合的部零件连接，保证了转动顺畅。
本实施例中，桨距调节机构可实现前桨和后桨的大范围变距，在对转螺旋桨转动时通过减小桨距角甚至将桨距角调节为负角，使飞行器产生相反的推进效果，实现反推，减小降落滑行距离；桨距调节机构的尺寸与对转螺旋桨的尺寸相对较小，安装座的轴向横截面最大尺寸与桨径相比不到0.23，因而在飞行器上占用的空间较小，且安装方便。
本实施例中，前桨变距摇臂15与后桨变距摇臂23呈上下相对布置，以避免前桨变距摇臂15和后桨变距摇臂23处于同一侧而出现调距时相互干涉的现象。进一步地，前桨变距摇臂15和后桨变距摇臂23的端部分别与变距控制器连接，通过舵机摇臂、液压控制机构等变距控制器控制前桨变距摇臂15和后桨变距摇臂23的摆动，实现精准变距。
本实施例中，前桨拉杆套筒14、转接盘20和后桨变距套筒22的上下两端上均设有限位杆，安装座6的上下两端上依次设有第一限位滑槽12、第二限位滑槽25和第三限位滑槽26，第一限位滑槽12、第二限位滑槽25和第三限位滑槽26的设置方向均与电机轴的轴向相互平行。前桨拉杆套筒14上下两端的限位杆分别在安装座6上下两端的第三限位滑槽26内滑动，以限定前桨拉杆套筒14的轴向位移，防止桨叶在无变距指令的情况下随意变化而带动桨距调节机构运动。转接盘20上下两端的限位杆201分别在安装座6上下两端的第一限位滑槽12内滑动，以限定转接盘20的轴向位移。后桨变距套筒22上下两端的限位杆分别在安装座6上下两端的第二限位滑槽25内滑动，以限定后桨变距套筒22的轴向位移。通过对转接盘20和后桨变距套筒22进行轴向限位，防止桨距角在无变距指令的情况下随意变化，提高桨距调节机构的可靠性。
本实施例中，通过限位滑槽防止活动部件较多、拉杆较长而导致变距摇臂固定的情况下桨距角产生轻微的变化，提高了桨距角调节的精准度；同时实现了桨距调节机构的运动均是与电机轴在同一轴线上或与电机轴的轴线始终平行，确保了对转螺旋桨传动系统平稳顺畅运行。
本实施例中，还包括定位轴13，定位轴13安装在安装座6上，且定位轴13的两端分别穿过后桨变距套筒22和前桨拉杆套筒14的内部，后桨变距套筒22和定位轴13这两个零件可进行轴向相对滑动，定位轴13用于实现前后桨的变距部件与电机轴处于相同的轴线上。可以理解，定位轴13的主要作用是将前桨1和后桨2的变距部件固定在与电机轴相一致的轴线上，保证变距时轴向位移始终在同一轴线上，定位轴13与前桨电机轴16断开，安装在安装座6的安装板之间，工作时不发生转动，起到定位、限位的作用。
本实施例中，前桨拉杆套筒14与前桨变距摇臂15通过球形拉杆24连接，后桨变距套筒22与后桨变距摇臂23通过球形拉杆24连接。球形拉杆24的作用是在变距摇臂摆动时靠近定位轴13的一端会沿轴向移动，同时也会出现远离轴的运动。如果不对变距调节机构进行除轴向移动外的限位，那么在变距过程中势必会出现轴向移动不同轴的情况，这样会使得后桨变距套筒22或前桨拉杆套筒14容易与定位轴13受力不一致而导致卡死，无法进行滑动。球形拉杆24能够让变距摇臂在远离定位轴13运动时不会出现附加的力加载到后桨变距套筒22或前桨拉杆套筒14上，从而使得变距调节机构运行顺畅，保证了变距调节机构的移动均与定位轴13平行，也就是与电机轴相平行。
本实施例中，前桨毂301外侧、后桨毂302外侧和桨叶安装套管29外侧均设有定位槽；装配桨叶时，通过桨毂和套管上的定位槽相互对准即为桨叶初始位置，调整好之后的前桨变距摇臂15和后桨变距摇臂23均处于竖直状态，此时的共轴对转螺旋桨传动系统处于初始状态，后续的变距均是以初始位置为基准进行的调节。
本实施例中，前桨摇臂安装座10、轴承19、前桨摇臂拉杆27和前桨叶摇臂28均设置在前桨毂301内部。轴承19、后桨摇臂拉杆30和后桨叶摇臂31均设置在后桨毂302内部。结构小巧且灵活，高速转动时离心力相对较小，有桨毂的保护更加安全可靠，不会出现零件甩出而造成事故的情况，来流中的杂物也不会进入桨毂而造成转动机构卡死，提高了对转螺旋桨传动系统的运行安全性。
图6中示出了前桨变距的控制流程，整个变距过程中通过前桨变距摇臂15、球形拉杆24、前桨拉杆套筒14、前桨变距拉杆17等连杆轴承零部件把轴向的位移转变为前桨桨叶的轴向转动位移，通过对前桨变距摇臂15的摆动行程进行精确控制，即可实现桨距角的精确调整。在前桨毂301和桨叶安装套管29上均刻有定位槽，装配的时候通过定位槽安装桨距角的初始位置，调整好之后的前桨变距摇臂15处于竖直状态，此时的共轴对转螺旋桨传动系统处于初始状态，之后所有的变距均是相对于初始状态进行调整。
图7中示出了后桨变距的控制流程，后桨变距摇臂23的连接和控制与前桨变距摇臂15相似，不同之处在于后桨变距拉杆21在外部，前桨变距拉杆17在内部。后桨2的限位滑槽在两个位置安装，一个是在转接盘20处，用于限制转接盘20绕轴转动，另一处是在后桨变距套筒22的位置，用于限制后桨变距套筒22的转动，防止桨距角随意变化。整个变距过程中通过后桨变距摇臂23、球形拉杆24、后桨变距套筒22、后桨变距拉杆21等连杆轴承零部件把轴向的位移转变为后桨桨叶的轴向转动位移，通过对后桨变距摇臂23的摆动行程进行精确控制，即可实现桨距角的精确调整。后桨毂302外侧和桨叶安装套管29外侧有定位槽，装配的时候通过定位槽安装桨距角的初始位置，调整好之后的后桨变距摇臂23处于竖直状态，此时的共轴对转螺旋桨传动系统处于初始状态，之后所有的变距均是相对于初始状态进行调整。
可以理解，在其他实施例中，变距时可通过舵机或其他机构作用在变距摇臂上，其替代方案为：取消前桨变距摇臂15、球形拉杆24和前桨拉杆套筒14，在前桨变距拉杆17后端安装螺套、齿轮结构和伺服电机，通过伺服电机带动齿轮转动，齿轮带动螺套转动，从而实现前桨变距拉杆17沿电机轴向移动，完成前桨1变距；后桨2同样去掉后桨变距摇臂23、球形拉杆24，设置固定齿轮和伺服电机，齿轮连接螺套，螺套与后桨变距套筒22通过螺纹连接，变距时伺服电机带动齿轮转动，齿轮带动螺套转动，从而实现后桨变距套22的轴向移动，完成后桨2变距。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，包括：前桨(1)、后桨(2)、桨毂(3)、后桨电机(4)、前桨电机(5)、安装座(6)、后桨距调节机构(8)和前桨距调节机构(9)；
所述桨毂(3)包括结构相同的前桨毂(301)和后桨毂(302)，所述前桨(1)和后桨(2)分别安装在前桨毂(301)和后桨毂(302)上，后桨电机(4)和前桨电机(5)分别安装在安装座(6)上，前桨(1)、后桨(2)、后桨电机(4)和前桨电机(5)依次排列设置；所述前桨电机(5)的输出端与前桨毂(301)连接，用于驱动前桨(1)转动，并实现前桨(1)转速独立调节；所述后桨电机(4)的输出端与后桨毂(302)连接，用于驱动后桨(2)转动，并实现后桨(2)转速独立调节；
所述后桨距调节机构(8)的前端与后桨毂(302)连接，后桨距调节机构(8)的后端安装在安装座(6)上，用于实现后桨(2)独立变距；所述前桨距调节机构(9)的前端与前桨毂(301)连接，前桨距调节机构(9)的后端安装在安装座(6)上，用于实现前桨(1)独立变距；所述后桨电机(4)、前桨电机(5)、后桨距调节机构(8)的后端和前桨距调节机构(9)的后端依次排列设置。
2.根据权利要求1所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述后桨电机(4)包括长度可调的后桨电机轴(18)，所述前桨电机(5)包括长度可调的前桨电机轴(16)，所述前桨电机轴(16)的一端与前桨电机(5)连接，前桨电机轴(16)的另一端穿过后桨电机轴(18)内部与前桨毂(301)连接，前桨电机轴(16)通过卡扣(7)与前桨毂(301)连接并锁紧固定；所述后桨电机轴(18)的一端与后桨电机(4)连接，后桨电机轴(18)的另一端与后桨毂(302)连接；所述前桨电机轴(16)与后桨电机轴(18)形成轴套轴的连接结构。
3.根据权利要求2所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述前桨距调节机构(9)包括前桨摇臂安装座(10)、前桨拉杆套筒(14)、前桨变距摇臂(15)、前桨变距拉杆(17)、前桨摇臂拉杆(27)和前桨叶摇臂(28)；
所述前桨(1)的桨叶安装在桨叶安装套管(29)中，所述桨叶安装套管(29)通过轴承(19)与前桨毂(301)连接固定，所述前桨毂(301)内部设有前桨摇臂安装座(10)，所述桨叶安装套管(29)的端部设有前桨叶摇臂(28)，所述前桨叶摇臂(28)与前桨摇臂安装座(10)通过前桨摇臂拉杆(27)进行连接，所述前桨变距拉杆(17)的一端与前桨摇臂安装座(10)固定连接，前桨变距拉杆(17)的另一端穿过前桨电机轴(16)内部与前桨拉杆套筒(14)连接，所述前桨拉杆套筒(14)与前桨变距摇臂(15)连接，通过前桨变距摇臂(15)的摆动以实现桨距角的调节。
4.根据权利要求3所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述后桨距调节机构(8)包括后桨拉杆套筒(11)、转接盘(20)、后桨变距拉杆(21)、后桨变距套筒(22)、后桨变距摇臂(23)、后桨摇臂拉杆(30)和后桨叶摇臂(31)；
所述后桨(2)的桨叶安装在桨叶安装套管(29)中，所述桨叶安装套管(29)通过轴承(19)与后桨毂(302)连接固定，所述桨叶安装套管(29)的端部设有后桨叶摇臂(31)，所述后桨叶摇臂(31)通过后桨摇臂拉杆(30)与后桨拉杆套筒(11)连接；所述后桨电机轴(18)穿过后桨拉杆套筒(11)，并与之固定连接；所述后桨拉杆套筒(11)通过轴承(19)与转接盘(20)连接固定，所述转接盘(20)通过后桨变距拉杆(21)与后桨变距套筒(22)连接固定，所述后桨变距套筒(22)与后桨变距摇臂(23)连接，通过后桨变距摇臂(23)的摆动以实现桨距角的调节。
5.根据权利要求4所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述前桨变距摇臂(15)与后桨变距摇臂(23)呈相对布置，以避免调距时相互干涉；所述前桨变距摇臂(15)和后桨变距摇臂(23)分别与变距控制器连接。
6.根据权利要求4所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述前桨拉杆套筒(14)、转接盘(20)和后桨变距套筒(22)上均设有限位杆，所述安装座(6)上依次设有第一限位滑槽(12)、第二限位滑槽(25)和第三限位滑槽(26)；所述转接盘(20)的限位杆在第一限位滑槽(12)内滑动，以限定转接盘(20)的轴向位移；所述后桨变距套筒(22)的限位杆在第二限位滑槽(25)内滑动，以限定后桨变距套筒(22)的轴向位移；所述前桨拉杆套筒(14)的限位杆在第三限位滑槽(26)内滑动，以限定前桨拉杆套筒(14)的轴向位移。
7.根据权利要求4所述所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，还包括定位轴(13)，所述定位轴(13)安装在安装座(6)上，且定位轴(13)的两端分别穿过后桨变距套筒(22)和前桨拉杆套筒(14)的内部，所述定位轴(13)用于实现前后桨的变距部件与电机轴处于相同的轴线上。
8.根据权利要求4所述所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述前桨拉杆套筒(14)与前桨变距摇臂(15)通过球形拉杆(24)连接，所述后桨变距套筒(22)与后桨变距摇臂(23)通过球形拉杆(24)连接。
9.根据权利要求4所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述前桨毂(301)外侧、后桨毂(302)外侧和桨叶安装套管(29)外侧均设有定位槽；装配桨叶时，桨毂和套管上的定位槽相互对准即为桨叶初始位置，后续的变距均是以初始位置为基准进行的调节。
10.根据权利要求4所述的可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统，其特征在于，所述前桨摇臂安装座(10)、轴承(19)、前桨摇臂拉杆(27)和前桨叶摇臂(28)均设置在前桨毂(301)内部；所述轴承(19)、后桨摇臂拉杆(30)和后桨叶摇臂(31)均设置在后桨毂(302)内部。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2557033A2 (en) * 2011-08-12 2013-02-13 Hamilton Sundstrand Corporation Modular counter rotating propeller system
CN104129498A (zh) * 2014-07-23 2014-11-05 中国航天空气动力技术研究院 一种用于共轴直升机的旋翼操纵机构
CN104908976A (zh) * 2015-05-19 2015-09-16 北京航空航天大学 一种简易共轴双旋翼直升机试验台旋翼机构
US20160009373A1 (en) * 2014-03-31 2016-01-14 Aerovate Inc. Variable Blade Pitch Propeller Assembly
CN106275422A (zh) * 2016-09-08 2017-01-04 南京航空航天大学 一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂
CN106837691A (zh) * 2017-03-22 2017-06-13 赵福盛 风力机风压变桨距全程控制装置
CN107226198A (zh) * 2017-06-29 2017-10-03 天峋（常州）智能科技有限公司 一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器
WO2018111059A1 (ru) * 2016-12-15 2018-06-21 Ергалий ТАСБУЛАТОВ Крыльчатый движитель и механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллераю
US10023320B2 (en) * 2014-05-21 2018-07-17 Snecma Propulsion unit with a pair of propellers for an aircraft
CN109606646A (zh) * 2018-11-06 2019-04-12 珠海隆华直升机科技有限公司 直升机旋转式电动直驱变距尾桨总成及直升机
CN208775006U (zh) * 2018-09-03 2019-04-23 江西希德防务系统技术有限公司 一种可沿径向移动的变距螺旋桨
CN110979651A (zh) * 2019-12-24 2020-04-10 苏州韬讯航空科技有限公司 一种共轴直升机及控制方法
US20210024199A1 (en) * 2019-07-26 2021-01-28 Hamilton Sundstrand Corporation Aircraft propeller electric blade pitch change and control
CN113386954A (zh) * 2021-06-23 2021-09-14 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 一种共轴双旋翼直升机上下旋翼独立操纵装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2557033A2 (en) * 2011-08-12 2013-02-13 Hamilton Sundstrand Corporation Modular counter rotating propeller system
US20160009373A1 (en) * 2014-03-31 2016-01-14 Aerovate Inc. Variable Blade Pitch Propeller Assembly
US10023320B2 (en) * 2014-05-21 2018-07-17 Snecma Propulsion unit with a pair of propellers for an aircraft
CN104129498A (zh) * 2014-07-23 2014-11-05 中国航天空气动力技术研究院 一种用于共轴直升机的旋翼操纵机构
CN104908976A (zh) * 2015-05-19 2015-09-16 北京航空航天大学 一种简易共轴双旋翼直升机试验台旋翼机构
CN106275422A (zh) * 2016-09-08 2017-01-04 南京航空航天大学 一种变转速刚性旋翼飞行器用桨毂
WO2018111059A1 (ru) * 2016-12-15 2018-06-21 Ергалий ТАСБУЛАТОВ Крыльчатый движитель и механизм изменения шага лопастей циклоидного пропеллераю
CN106837691A (zh) * 2017-03-22 2017-06-13 赵福盛 风力机风压变桨距全程控制装置
CN107226198A (zh) * 2017-06-29 2017-10-03 天峋（常州）智能科技有限公司 一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器
CN208775006U (zh) * 2018-09-03 2019-04-23 江西希德防务系统技术有限公司 一种可沿径向移动的变距螺旋桨
CN109606646A (zh) * 2018-11-06 2019-04-12 珠海隆华直升机科技有限公司 直升机旋转式电动直驱变距尾桨总成及直升机
US20210024199A1 (en) * 2019-07-26 2021-01-28 Hamilton Sundstrand Corporation Aircraft propeller electric blade pitch change and control
CN110979651A (zh) * 2019-12-24 2020-04-10 苏州韬讯航空科技有限公司 一种共轴直升机及控制方法
CN113386954A (zh) * 2021-06-23 2021-09-14 中国人民解放军总参谋部第六十研究所 一种共轴双旋翼直升机上下旋翼独立操纵装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周欣荣;王勇;: "螺旋桨变距机构的设计" *
曾旺;李晔;秦江涛;: "混合对转推进系统水动力性征数值研究" *
雷红胜; 陈正武; 王政; 窦满峰; 赵昱: "大尺度飞机螺旋桨风洞动力模拟试验系统设计" *

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