CN114194380B - 螺旋桨与发动机空中配合起动方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法及装置,包括:将螺旋桨的桨叶与桨毂可转动连接,在螺旋桨的桨叶与桨毂之间设置压紧弹簧,压紧弹簧用于压紧螺旋桨的桨叶以使螺旋桨的桨叶处于折叠状态;将螺旋桨的桨毂与发动机的转动轴连接;当处于空中且发动机未起动时,桨叶处于折叠状态;发动机起动后,发动机带动螺旋桨的桨毂转动,螺旋桨的桨叶在离心力的作用下展开到位,在高速来流的作用下,作用在桨叶上的气动载荷与飞行方向相反以形成风车效应推动桨叶快速转动,螺旋桨带动发动机转动至最大转速。应用本发明的技术方案,以解决现有技术中地面起动方案无法适用于空中起动以及飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器动力系统技术领域,尤其涉及一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法及装置。
背景技术
活塞发动机与螺旋桨是中低速无人机及导弹等飞行器常用的动力装置,由活塞发动机燃烧做功提供机械功率和扭矩,螺旋桨将其转化为推力或拉力,推动飞行器飞行。在活塞发动机和螺旋桨传统的设计过程中,均采用在地面条件下发动机起动成功再起飞的方案,然而,随着新一化小型无人长航时“蜂群”、“集群”等无人机的应用,这类飞行器采用大型飞机投放或集中装箱发射,需要发动机和螺旋桨在起动前保持固定不转动,同时在需要起动时能够具备可靠快速的空中起动能力。
常规的螺旋桨在地面起动时,没有来流空气,依靠地面起动电机带转,但是该方案应用于空中起动时,固定桨叶会在飞行过程中产生特别大的阻力,且会在来流空气气动载荷作用下产生风车转速带动发动机意外转动,同时,空中起动时飞行器已经具有的较高飞行速度(一般达到150~300m/s),远远大于螺旋桨能适应的飞行速度(一般为30~80m/s),这会导致螺旋桨失速和起动阻力增加。因此,现有常规的地面起动方案无法适用于空中起动,需要针对高速条件下空中起动的螺旋桨进行特别设计。
发明内容
本发明提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法及装置,能够解决现有技术中地面起动方案无法适用于空中起动以及飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的技术问题。
根据本发明的一方面,提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法,螺旋桨与发动机空中配合起动方法包括:将螺旋桨的桨叶与桨毂可转动连接,在螺旋桨的桨叶与桨毂之间设置压紧弹簧,压紧弹簧用于压紧螺旋桨的桨叶以使螺旋桨的桨叶处于折叠状态;将螺旋桨的桨毂与发动机的转动轴连接;当螺旋桨处于空中且发动机未起动时,高速来流作用在桨叶上的气动载荷使得桨叶处于折叠状态;发动机起动后,发动机带动螺旋桨的桨毂转动,螺旋桨的桨叶在离心力的作用下展开到位,在高速来流的作用下,作用在桨叶上的气动载荷与飞行方向相反以形成风车效应推动桨叶快速转动,螺旋桨带动发动机转动至最大转速,实现螺旋桨与发动机空中配合起动。
进一步地,在螺旋桨的桨叶与桨毂之间设置限位机构,限位机构用于限制螺旋桨的桨叶的旋转角度。
根据本发明的又一方面,提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动装置,螺旋桨与发动机空中配合起动装置使用如上所述的螺旋桨与发动机空中配合起动方法进行起动。
进一步地,螺旋桨与发动机空中配合起动装置包括:桨毂、桨叶;连接轴,第一连接轴设置在桨毂上;压紧弹簧,压紧弹簧的一端与连接轴连接,压紧弹簧的另一端与桨叶连接,压紧弹簧用于压紧螺旋桨的桨叶以使螺旋桨的桨叶处于折叠状态;转动轴,转动轴设置在桨叶上,桨叶通过转动轴与桨毂可转动连接;紧固件,紧固件用于将转动轴与桨毂固定连接。
进一步地,螺旋桨与发动机空中配合起动装置还包括限位单元,限位单元设置在桨毂上,限位单元用于限制螺旋桨的桨叶的旋转角度。
进一步地,桨叶的长度大于或等于70%的桨半径。
进一步地,桨毂长度小于或等于30%的桨直径。
进一步地,紧固件包括固定螺栓。
应用本发明的技术方案,提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法,该方法在螺旋桨处于空中且发动机未起动时,高速来流作用在桨叶上的气动载荷使得桨叶处于折叠状态;发动机起动后,发动机带动螺旋桨的桨毂转动,螺旋桨的桨叶在离心力的作用下展开到位,在高速来流的作用下,作用在桨叶上的气动载荷与飞行方向相反以形成风车效应推动桨叶快速转动,螺旋桨带动发动机转动至最大转速,实现螺旋桨与发动机空中配合起动。此种方式能够有效解决在高速飞行速度条件下发动机与螺旋桨实现可靠空中起动的难题,同时,也可解决飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的难题。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本发明的实施例,并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨与发动机空中配合起动装置的结构示意图;
图2示出了图1中所提供的螺旋桨与发动机空中配合起动装置的俯视图;
图3示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨与发动机空中配合起动装置的局部示意图;
图4示出了图3提供的螺旋桨与发动机空中配合起动装置的俯视图。
其中,上述附图包括以下附图标记:
10、桨毂;20、桨叶;30、连接轴;40、压紧弹簧;50、转动轴;60、紧固件;70、限位单元;100、折叠机构。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制。因此,示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至图4所示,根据本发明的具体实施例提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法,该螺旋桨与发动机空中配合起动方法包括:将螺旋桨的桨叶20与桨毂10可转动连接,在螺旋桨的桨叶20与桨毂10之间设置压紧弹簧40,压紧弹簧40用于压紧螺旋桨的桨叶20以使螺旋桨的桨叶20处于折叠状态;将螺旋桨的桨毂10与发动机的转动轴50连接;当螺旋桨处于空中且发动机未起动时,高速来流作用在桨叶20上的气动载荷使得桨叶20处于折叠状态;发动机起动后,发动机带动螺旋桨的桨毂10转动,螺旋桨的桨叶20在离心力的作用下展开到位,在高速来流的作用下,作用在桨叶20上的气动载荷与飞行方向相反以形成风车效应推动桨叶20快速转动,螺旋桨带动发动机转动至最大转速,实现螺旋桨与发动机空中配合起动。
应用此种配置方式,提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法,该方法在螺旋桨处于空中且发动机未起动时,高速来流作用在桨叶上的气动载荷使得桨叶处于折叠状态;发动机起动后,发动机带动螺旋桨的桨毂转动,螺旋桨的桨叶在离心力的作用下展开到位,在高速来流的作用下,作用在桨叶上的气动载荷与飞行方向相反以形成风车效应推动桨叶快速转动,螺旋桨带动发动机转动至最大转速,实现螺旋桨与发动机空中配合起动。此种方式能够有效解决在高速飞行速度条件下发动机与螺旋桨实现可靠空中起动的难题,同时,也可解决飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的难题。
进一步地,为了限制螺旋桨的桨叶20的旋转角度,防止桨叶任意转动与其他设备相冲突,在螺旋桨的桨叶20与桨毂10之间设置限位机构,限位机构用于限制螺旋桨的桨叶20的旋转角度。
根据本发明的另一方面,提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动装置,该螺旋桨与发动机空中配合起动装置使用如上所述的螺旋桨与发动机空中配合起动方法进行起动。该螺旋桨与发动机空中配合起动装置包括桨毂10、桨叶20、连接轴30、压紧弹簧40、转动轴50和紧固件60,第一连接轴30设置在桨毂10上,压紧弹簧40的一端与连接轴30连接,压紧弹簧40的另一端与桨叶20连接,压紧弹簧40用于压紧螺旋桨的桨叶20以使螺旋桨的桨叶20处于折叠状态,转动轴50设置在桨叶20上,桨叶20通过转动轴50与桨毂10可转动连接,紧固件60用于将转动轴50与桨毂10固定连接。
应用此种配置方式,提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动装置,该装置在螺旋桨未工作状态下,通过压紧弹簧压紧螺旋桨的桨叶20以使螺旋桨的桨叶20处于折叠状态;当螺旋桨处于空中且发动机未起动时,高速来流作用在桨叶上的气动载荷使得桨叶处于折叠状态;发动机起动后,发动机带动螺旋桨的桨毂转动,螺旋桨的桨叶在离心力的作用下展开到位,在高速来流的作用下,作用在桨叶上的气动载荷与飞行方向相反以形成风车效应推动桨叶快速转动,螺旋桨带动发动机转动至最大转速,实现螺旋桨与发动机空中配合起动。此种方式能够有效解决在高速飞行速度条件下发动机与螺旋桨实现可靠空中起动的难题,同时,也可解决飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的难题。
进一步地,在本发明中,为了限制螺旋桨的桨叶20的旋转角度,防止桨叶任意转动与其他设备相冲突,可将螺旋桨与发动机空中配合起动装置配置为还包括限位单元70,限位单元70设置在桨毂10上,限位单元70用于限制螺旋桨的桨叶20的旋转角度。作为本发明的一个具体实施例,限位单元70限制螺旋桨的桨叶20的旋转角度,使得桨叶可在向后90°和0°范围内转动。
此外,在本发明中,为了提高螺旋桨工作效率,可将桨叶20的长度配置为大于或等于70%的桨半径。
进一步地,通过将桨毂10长度设置为小于或等于30%的桨直径,能够提高螺旋桨工作效率。
为了对本发明有进一步地了解,下面结合图1至图4对本发明所提供的螺旋桨与发动机空中配合起动方法和装置进行详细说明。
如图1至图4所示,根据本发明的具体实施例提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法和装置,该螺旋桨与发动机空中配合起动方法可以解决在高飞行速度条件下活塞发动机与螺旋桨实现可靠空中起动的难题,同时,也可解决飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的难题。
该螺旋桨与发动机空中配合起动装置包括桨毂10、桨叶20、连接轴30、压紧弹簧40、转动轴50、紧固件60和限位单元70,第一连接轴30设置在桨毂10上,压紧弹簧40的一端与连接轴30连接,压紧弹簧40的另一端与桨叶20连接,压紧弹簧40用于压紧螺旋桨的桨叶20以使螺旋桨的桨叶20处于折叠状态,转动轴50设置在桨叶20上,桨叶20通过转动轴50与桨毂10可转动连接,紧固件60用于将转动轴50与桨毂10固定连接。限位单元70设置在桨毂10上,限位单元70用于限制螺旋桨的桨叶20的旋转角度。在本实施例中,紧固件60包括固定螺栓。
该螺旋桨为对称性二桨叶结构,桨毂20与发动机转动轴固定连接,桨叶与桨毂两端采用可折叠机构100连接,连接轴30、压紧弹簧40、转动轴50、紧固件60和限位单元70构成了可折叠机构100,桨叶叶型采用常规叶型设计,为提高螺旋桨工作效率,桨叶20的长度大于或等于70%的桨半径,桨毂10长度小于或等于30%的桨直径。桨叶可在向后90°和0°范围内转动,限位单元70用于限制桨叶20展开和折叠两种状态。
桨毂20和桨叶10之间设置有压紧弹簧40,压紧弹簧40的作用力很小,向后压紧桨叶10与限位单元70相固定,仅用于运输等非飞行工况时固定桨叶10,防止其晃动。
该螺旋桨布局在飞行器尾端,发动机不起动时,高速来流作用在桨叶上的气动载荷使得桨叶向后折叠,在限位装置作用下向后折叠90°,同时对称性两叶桨使得桨叶受力平衡会停在固定位置,不会带动发动机转动造成意外起动;当发动机起动电机工作,带动螺旋桨转动,在离心力作用下,桨叶克服气动载荷力打开并迅速展开到位,此时高速来流作用在桨叶上的气动载荷与飞行方向相反,形成风车效应推动桨叶快速转动,直接将发动机带转至最大速度状态,实现发动机空中可靠起动。
在发动机起动前,螺旋桨在压紧弹簧40和限位单元70作用下,向后折叠90°,减小飞行器最大尺寸,可以满足挂载或发射桶内发射的尺寸约束要求。
通过采用本实施例所提供的螺旋桨与发动机空中配合起动装置,能够有效解决在高飞行速度条件下活塞发动机与螺旋桨实现可靠空中起动的难题以及飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的难题,同时该装置结构简单可靠,通用性好。
采用本发明所提供的螺旋桨与发动机空中配合起动装置,在研制过程中,实现了高飞行速度条件下活塞发动机与螺旋桨可靠空中起动,起动成功率100%,同时,可折叠螺旋桨使得能够满足装箱发射对尺寸约束严酷的难题。
综上所述,本发明提供了一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法和装置,该螺旋桨与发动机空中配合起动方法可以解决在高飞行速度条件下活塞发动机与螺旋桨实现可靠空中起动的难题,同时,也可解决飞行器挂载或装箱发射对螺旋桨尺寸大难以布局的难题。再者,本发明所提供的螺旋桨与发动机空中配合起动装置结构组成简单,通用性好,充分巧妙地利用了可折叠螺旋桨思想和气动载荷力作用方向,满足小型长航时无人机对螺旋桨的特殊使用要求,具有广阔的应用前景。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的器件被倒置,则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位),并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外,需要说明的是,使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种螺旋桨与发动机空中配合起动方法,其特征在于,所述螺旋桨与发动机空中配合起动方法包括:
将螺旋桨的桨叶(20)与桨毂(10)可转动连接,在所述螺旋桨的桨叶(20)与所述桨毂(10)之间设置压紧弹簧(40),所述压紧弹簧(40)用于压紧所述螺旋桨的桨叶(20)以使所述螺旋桨的桨叶(20)处于折叠状态;
将所述螺旋桨的桨毂(10)与发动机的转动轴(50)连接;
当螺旋桨处于空中且发动机未起动时,高速来流作用在桨叶(20)上的气动载荷使得桨叶(20)处于折叠状态;发动机起动后,所述发动机带动所述螺旋桨的桨毂(10)转动,所述螺旋桨的桨叶(20)在离心力的作用下展开到位,在高速来流的作用下,作用在桨叶(20)上的气动载荷与飞行方向相反以形成风车效应推动桨叶(20)快速转动,所述螺旋桨带动所述发动机转动至最大转速,实现螺旋桨与发动机空中配合起动;在所述螺旋桨的桨叶(20)与所述桨毂(10)之间设置限位机构,所述限位机构用于限制所述螺旋桨的桨叶(20)的旋转角度。
2.一种螺旋桨与发动机空中配合起动装置,其特征在于,所述螺旋桨与发动机空中配合起动装置使用如权利要求1所述的螺旋桨与发动机空中配合起动方法进行起动。
3.根据权利要求2所述的螺旋桨与发动机空中配合起动装置,其特征在于,所述螺旋桨与发动机空中配合起动装置包括:
桨毂(10)、桨叶(20);
连接轴(30),所述连接轴(30)设置在所述桨毂(10)上;
压紧弹簧(40),所述压紧弹簧(40)的一端与所述连接轴(30)连接,所述压紧弹簧(40)的另一端与所述桨叶(20)连接,所述压紧弹簧(40)用于压紧螺旋桨的桨叶(20)以使所述螺旋桨的桨叶(20)处于折叠状态;
转动轴(50),所述转动轴(50)设置在所述桨叶(20)上,所述桨叶(20)通过所述转动轴(50)与所述桨毂(10)可转动连接;
紧固件(60),所述紧固件(60)用于将所述转动轴(50)与所述桨毂(10)固定连接。
4.根据权利要求3所述的螺旋桨与发动机空中配合起动装置,其特征在于,所述螺旋桨与发动机空中配合起动装置还包括限位单元(70),所述限位单元(70)设置在所述桨毂(10)上,所述限位单元(70)用于限制所述螺旋桨的桨叶(20)的旋转角度。
5.根据权利要求3所述的螺旋桨与发动机空中配合起动装置,其特征在于,所述桨叶(20)的长度大于或等于70%的桨半径。
6.根据权利要求3所述的螺旋桨与发动机空中配合起动装置,其特征在于,所述桨毂(10)长度小于或等于30%的桨直径。
7.根据权利要求3所述的螺旋桨与发动机空中配合起动装置,其特征在于,所述紧固件(60)包括固定螺栓。
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