CN114313221A - 一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨及其极限调节方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨及其极限调节方法，螺旋桨包括桨毂、桨叶、变距机构、上极限装置、下极限装置，变距机构包括螺母和滑块，螺母通过滑块驱动桨叶旋转使桨叶的桨距角变化；上极限装置包括第一限位开关、上限位板、第一控制机构，第一控制机构通过控制上限位板与螺母之间距离的改变调节桨距角上极限；下限位装置包括第二限位开关、下限位板、第二控制机构，第二控制机构通过控制下限位板与螺母之间距离调节桨距角下极限。螺旋桨的极限调节方法包括：调节第一控制机构和第二控制机构，实现桨叶桨距角极限限位的调节。通过设计控制机构，实现桨距角极限位置的软限位和硬限位，保证螺旋桨桨距角在预设的范围内正常使用。

Description

一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨及其极限调节方法

技术领域

本申请涉及航空设备的技术领域，尤其是涉及一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨及其极限调节方法。

背景技术

螺旋桨在飞行器上使用时，根据不同飞行高度及不同使用环境等工况下其转速不同，为了达到发动机的最大使用效率，通常采用螺旋桨变距机构对桨叶的桨距角进行调节，桨距角一般定义：为螺旋桨距桨盘中心70％或75％展向位置的翼剖面的弦线和桨盘旋转平面的夹角。

当飞行工况变化时，给定螺旋桨预设转速，发动机接收指令加油门或减油门，驱动螺旋桨转速增加或减小以靠近预设转速，如增速超过或未达预设转速，则需反复迭代驱动变距组件增加或减少桨距角角度。在实际使用过程中，桨叶桨距角不能无限制进行变大或变小，否则会导致飞行器飞行失控，因此，需要对桨叶桨距角进行极限限位。

目前大部分的螺旋桨桨距角的极限限位不能根据使用工况进行二次调节，一般出厂后就已经固定好了极限限位，即使想进行调节，也特别麻烦，需要对桨叶桨距角角度进行测量并反复松紧相关限位组件以最终达到需要的极限限位，耗费的人力和时间成本巨大，同时还会引起螺旋桨出厂参数的异常，最终导致飞行事故。随着通用航空技术的发展，为了满足飞行器在不同的使用环境下的通用，能够快速调节桨叶桨距角极限限位对飞行器的广泛应用有重要意义。

发明内容

为了能够快速调节桨叶桨距角极限限位，本申请提供一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨及其极限调节方法。

本申请一个目的在于提供一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，采用如下的技术方案：

一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，包括桨毂、安装于桨毂的桨叶、变距机构、上极限装置以及下极限装置，其中，

所述变距机构包括：沿着桨叶转动轴线方向与桨毂相对滑动的螺母、与桨叶位于桨毂内的端部连接的滑块，螺母通过滑块驱动桨叶旋转使桨叶的桨距角变化；

所述上极限装置包括：与桨毂相对固定的第一限位开关、与螺母连接的上限位板、能够控制上限位板与螺母之间距离的第一控制机构，上限位板跟随螺母一同移动，上限位板位于第一限位开关和螺母之间，上限位板与第一限位开关接触后可控制螺母反向移动；

所述下限位装置包括：与桨毂相对固定的第二限位开关与螺母连接的下限位板、能够控制下限位板与螺母之间距离的第二控制机构，下限位板跟随螺母一同移动，第二限位开关位于下限位板和螺母之间，下限位板与第二限位开关接触后可控制螺母反向移动。

通过上述技术方案，螺母上下移动带动滑块移动，滑块移动驱动桨叶旋转使桨叶的桨距角变化。在调节桨距角的过程中，上限位板与第一限位开关抵接后，通过变距控制系统驱动螺母反向移动，即到达桨距角调节的上极限范围；同样的，下限位板与第二限位开关抵接后，通过变距控制系统驱动螺母反向移动，即到达桨距角调节的下极限范围。

当需要对桨距角的极限调节时，通过第一控制机构调节上限位板与螺母之间距离，通过第二控制机构调节下限位板与螺母之间距离，此时，由于螺母移动带动上限位板和下限位板一同移动，从而上限位板与第一限位开关抵接时，以及下限位板与第二限位开关抵接时，螺母移动的距离改变，即桨距角的极限桨距角改变，从而达到了能够快速调节螺旋桨桨距角极限限位的效果。

在上述螺旋桨中，所述桨毂固定连接有限位座，限位座设置有桨距角刻度。

在上述螺旋桨中，所述限位座正对上限位板的表面、和正对下限位板的表面均开设有凹槽，第一限位开关和第二限位开关均固定于凹槽内，使得第一限位开关与限位座正对上限位板的表面齐平，第二限位开关与限位座正对下限位板的表面齐平，第一限位开关设置两个，两个第一限位开关分设于上限位杆两侧，第二限位开关设置两个，两个第二限位开关分设于下限位杆两侧。

在上述螺旋桨中，所述第一控制机构包括上限位杆，上限位杆与螺母固定连接，上限位板可沿着上限位杆的长度方向与上限位杆可相对移动。

在上述螺旋桨中，所述第一控制机构还包括上调节环和第一弹簧，上限位杆设置有定位台阶和硬限位台阶，第一弹簧套设于上限位杆外部且卡设于定位台阶和上限位板之间，硬限位台阶设于上限位板和螺母之间，上调节环螺纹连接于上限位杆外部，且上限位板的大端面在第一弹簧的挤压下与上调节环的端面抵接。

通过上述技术方案，当第一限位开关失效后，上限位板压缩第一弹簧与上限位杆的硬限位台阶硬接触，并与限位座碰撞，使得变距电机工作电流瞬间增大，触发控制器使电流反向，控制螺母反向移动。

在上述螺旋桨中，所述第二控制机构包括下限位杆，下限位杆与螺母固定连接，下限位板可沿着下限位杆的长度方向与下限位杆可相对移动。

在上述螺旋桨中，所述第二控制机构还包括下调节环、第二弹簧和紧固环，下调节环螺纹连接于下限位杆的外部，紧固环连接于下调节环的外部，下限位板滑动连接于下调节环外部，下调节环的端部设置有定位台阶，第二弹簧卡设于紧固环和下限位板之间，下限位板在第二弹簧的作用下与定位台阶抵紧。

通过上述技术方案，当第二限位开关失效后，下限位板压缩第二弹簧与紧固环的端面硬接触，并与限位座碰撞，使得变距电机工作电流瞬间增大，触发控制器使电流反向，控制螺母反向移动。

在上述螺旋桨中，所述限位座固定连接有第一支撑轴承，上调节环穿过第一支撑轴承并与第一支撑轴承滑动连接。

在上述螺旋桨中，所述限位座固定连接有第二支撑轴承，下调节环穿过第二支撑轴承并与第二支撑轴承滑动连接。

本申请的另一个目的在于提供一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨的极限调节方法。

一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨的极限调节方法，包括以下步骤：

设定桨叶的桨距角需要调节的极限范围，将实际桨距角极限范围与预设桨距角极限范围的上下极限对比相减即为需要调节的刻度数；

通过第一控制机构调节上限位板与螺母之间的距离，通过第二控制机构调节下限位板与螺母之间的距离。

在上述极限调节方法中，当桨叶桨距角为0°时，滑块中心线偏离桨叶旋转轴线的距离为r,与桨叶旋转轴线形成的平面与水平面的夹角为θ0，此时作为限位座刻度的基准值L0。如果桨叶桨距角旋转i°时，则滑块推动螺母运动位移Li＝rsin(θ0)-rsin(θ0-i)，并依次进行刻度。

优选滑块位于水平位置处时为桨叶桨距角范围的最小值和最大值的平均值附近。

滑块中心线是指滑块转动轴线，即说明书附图图3中滑块中间小圆圆心处的轴线；桨叶旋转轴线是指桨叶端部的轴线，即说明书附图图3中大圆的圆心位置处的轴线。滑块位于水平位置处，即滑块位于图3中圆的水平半径位置。

通过对变距机构的位移传递路径推算，获取桨距角在极限装置上的标定。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过设置上极限组件和下极限组件，实现了螺旋桨桨距角的极限限位位置的快速调节；

2.通过设计上调节环和下调节环，实现了螺旋桨桨距角极限位置调整的简单操作；通过设计限位座上的桨距角刻度，大幅减少螺旋桨桨距角极限位置调整的复杂定标，通过刻度即可实现快速调节；

3.通过第一弹簧和第二弹簧的设置，减缓了对第一限位开关和第二限位开关的作用力，第一限位开关和第二限位开关不易损坏，工作更加稳定可靠；

4.通过装置的模块化设计，实现了螺旋桨高速旋转下桨距角上极限组件和下极限组件的稳定可靠工作，磨损小，寿命长。

附图说明

图1是本申请一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨的在具体实施方式中的的立体剖视图。

图2是图1中以过上限位杆和下限位杆轴线为截面得到的二维剖视图。

图3为桨叶根部沿着桨叶根部轴线方向的视图，其中的圆为沿着桨叶根部轴线方向的桨叶根部的视图。

附图标记说明：11、变距电机；12、限位座；13、固定法兰；14、桨毂；15、丝杠；16、螺母；17、滑块；18、桨叶；

21、上限位杆；31、下限位杆；

22、上调节环；32、下调节环；

23、第一支撑轴承；33、第二支撑轴承；34、紧固环；

24、上限位板；36、下限位板；

25、第一弹簧；35、第二弹簧；

26、第一限位开关；37、第二限位开关。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨。

参照图1，一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨包括桨毂14、转动连接于桨毂14的桨叶18、变距机构、上极限装置以及下极限装置，变距机构使桨叶18的桨距角变化，上极限装置使螺旋桨桨距角的上极限可调，下极限装置使得螺旋桨桨距角的下极限可调。

参照图2，变距机构包括转动连接于桨毂14的丝杠15、螺纹连接于丝杠15外部的的螺母16、与桨叶18位于桨毂14内的端部转动连接的滑块17，桨毂14固定连接有限位座12和固定法兰13，丝杠15与固定法兰13转动连接，固定法兰13与通过与桨毂14配合对丝杠15进行定位固定，丝杠15连接有能够带动自身转动的变距电机11，变距电机11固定在固定法兰13上。螺母16的表面开设有长度方向垂直于丝杠15轴线方向的滑槽，滑块17位于滑槽内且能够沿着滑槽的长度方向滑动，滑块17位于桨叶18端部偏离桨叶18轴线的位置。当变距电机11带动丝杠15转动时，丝杠15带动螺母16沿着丝杠15的轴线方向移动，螺母16带动滑块17移动，滑块17带动桨叶18转动，从而实现了螺母16通过滑块17驱动桨叶18旋转使桨叶18的桨距角变化。

参照图2，上极限装置包括：与桨毂14相对固定的第一限位开关26、与螺母16连接的上限位板24、能够控制上限位板24与螺母16之间距离的第一控制机构。第一控制机构包括上限位杆21、上调节环22和第一弹簧25，上限位杆21与螺母16固定连接，上限位杆21设置有定位台阶，第一弹簧25套设于上限位杆21外部且卡设于定位台阶和上限位板24之间，上限位板24与上限位杆21沿着上限位杆21的轴线方向滑动连接，第一限位开关26固定连接于限位座12，上限位板24位于第一限位开关26和螺母16之间。上调节环22螺纹连接于上限位杆21外部，且上限位板24朝向第一限位开关26的一侧在第一弹簧25的挤压下与上调节环22的端面抵接。上限位板24与第一限位开关26接触后可控制变距电机11反转，进而控制螺母16反向移动。限位座12设置有桨距角刻度，每个刻度对应1°。

对桨距角的上极限进行调节时，转动上调节环22，上调节环22沿着上限位杆21的轴线方向移动的同时，第一弹簧25带动上限位板24沿着上限位杆21的轴线方向移动，上限位板24距离螺母16的距离改变，螺旋桨的桨距角上极限改变。

参照图2，下限位装置包括：与桨毂14相对固定的第二限位开关37与螺母16连接的下限位板36、能够控制下限位板36与螺母16之间距离的第二控制机构。第二控制机构包括下限位杆31、下调节环32、第二弹簧35和紧固环34，下限位杆31与螺母16固定连接，下调节环32螺纹连接于下限位杆31的外部，紧固环34连接于下调节环32的外部，紧固环34与下调节环32之间可以固定连接、也可以是螺纹连接，下调节环32的端部设置有定位台阶，下限位板36沿着调节环的长度方向滑动连接于下调节环32外部，下限位板36位于定位台阶和紧固环34之间，第二弹簧35卡设于紧固环34和下限位板36之间，且第二弹簧35处理压缩状态，下限位板36在第二弹簧35的挤压作用下与定位台阶抵紧。第二限位开关37固定连接于限位座12上，第二限位开关37位于下限位板36和螺母16之间，下限位板36与第二限位开关37接触后可控制变距电机11反转，进而控制螺母16反向移动。

对桨距角的下极限进行调节时，转动下调节环32，下调节环32沿着下限位杆31的轴线方向移动的同时，下调节环32带动下限位板36沿着下限位杆31的轴线方向移动，下限位板36距离螺母16的距离改变，螺旋桨的桨距角下极限改变。

参照图1，限位座12固定连接有第一支撑轴承23，上调节环22穿过第一支撑轴承23并与第一支撑轴承23滑动连接。限位座12固定连接有第二支撑轴承33，下调节环32穿过第二支撑轴承33并与第二支撑轴承33滑动连接。第一支撑轴承23和第二支撑轴承33均可以为直线轴承、自润滑塑料环和石墨铜环等，第一支撑轴承23和第二支撑轴承33的设置，提高了上调节环22和下调节环32的稳定性。

参照图1，限位座12正对上限位板24的表面、和正对下限位板36的表面均开设有凹槽，第一限位开关26和第二限位开关37均固定于凹槽内，使得第一限位开关26与限位座12正对上限位板24的表面齐平，第二限位开关37与限位座12正对下限位板36的表面齐平，第一限位开关26设置两个，两个第一限位开关26分设于上限位杆21两侧，第二限位开关37设置两个，两个第二限位开关37分设于下限位杆31两侧。上限位杆21设置有硬限位台阶，硬限位台阶设于上限位板24和螺母16之间，且上限位板24的大端面在第一弹簧25的挤压下与上调节环22的端面抵接。保证第一限位开关26和第二限位开关37的触发柱端面与响应限位板接触压缩后，再与凹槽上端面贴合，触发柱不易受损，能保证桨距角的正常工作范围内，能实现触发。

本实施例还公开例一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨的极限调节方法，包括以下步骤：

(1)当飞行器飞行工况变化时，设定桨叶18的桨距角需要调节的极限范围，根据限位座12上的桨距角刻度，每个刻度对应1°，通过将实际桨距角上限与预设桨距角上限相减即为需要调节的上极限刻度数，将实际桨距角下限与预设桨距角下限相减即为需要调节的下极限刻度数；

(2)上极限调节：当预设桨距角上极限比实际桨距角上极限大或小N°，用扳手转动上调节环22，使上调节环22相对上限位杆21的轴向位置改变，直到上限位板24的上沿沿着上限位杆21轴向向下或向上调N个刻度数；

(3)下极限调节：当预设桨距角下极限比实际桨距角下极限大或小N°，用扳手转动下调节环32，使下调节环32相对下限位杆31的轴向位置改变，直到下限位板36的下沿沿着下限位杆31轴向向上或向下调N个刻度数。

本申请实施例一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨及其极限调节方法的实施原理为：当飞行器飞行工况变化时，设定桨叶18的桨距角需要调节的极限范围，根据限位座12上的桨距角刻度，将实际桨距角上限与预设桨距角上限相减即为需要调节的上极限刻度数，将实际桨距角下限与预设桨距角下限相减即为需要调节的下极限刻度数。

转动上调节环22，上调节环22移动的同时，第一弹簧25带动上限位板24沿着上限位杆21的轴线方向移动，直到上限位板24的上沿与目标刻度线齐平。转动下调节环32，下调节环32带动下限位板36沿着下限位杆31的轴线方向移动，直到下限位板36的下沿与目标刻度线齐平。螺旋桨的桨距角上极限和下极限调节完毕。

进行桨叶18桨距角调节时，变距电机11带动丝杠15转动，螺母16沿着丝杠15上下滑动而带动桨叶18的桨距角变化，当桨叶18的桨距角到达上极限位置或下极限位置时，上限位板24或下限位板36分别触碰第一限位开关26和第二限位开关37，通过变距控制系统驱动变距电机11反转。

第一限位开关26和第二限位开关37分别置于限位座12的凹槽内，保证第一限位开关26的触发柱端面与上限位板24接触压缩后，或第二限位开关37的触发柱端面与下限位板36接触压缩后，上限位板24、下限位板36与限位座12的凹槽所在的端面贴合，触发柱不易被损坏，能保证在桨距角调节的正常工作范围内，能实现触发。此为软限位。该设置是为了保护限位开关，以及当限位开关失效后，限位板能够与限位座12硬碰撞进行二次限位，即所谓的硬限位。通过冗余设计保证螺旋桨桨距角在预设的范围内正常使用。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：包括桨毂(14)、安装于桨毂(14)的桨叶(18)、变距机构、上极限装置以及下极限装置，其中，

所述变距机构包括：沿着桨叶(18)转动轴线方向与桨毂(14)相对滑动的螺母(16)、与桨叶(18)位于桨毂(14)内的端部连接的滑块(17)，螺母(16)通过滑块(17)驱动桨叶(18)旋转使桨叶(18)的桨距角变化；

所述上极限装置包括：与桨毂(14)相对固定的第一限位开关(26)、与螺母(16)连接的上限位板(24)、能够控制上限位板(24)与螺母(16)之间距离的第一控制机构，上限位板(24)跟随螺母(16)一同移动，上限位板(24)位于第一限位开关(26)和螺母(16)之间，上限位板(24)与第一限位开关(26)接触后可控制螺母(16)反向移动；

所述下限位装置包括：与桨毂(14)相对固定的第二限位开关(37)与螺母(16)连接的下限位板(36)、能够控制下限位板(36)与螺母(16)之间距离的第二控制机构，下限位板(36)跟随螺母(16)一同移动，第二限位开关(37)位于下限位板(36)和螺母(16)之间，下限位板(36)与第二限位开关(37)接触后可控制螺母(16)反向移动。

2.根据权利要求1所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述桨毂(14)固定连接有限位座(12)，限位座(12)设置有桨距角刻度。

3.根据权利要求1所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述限位座(12)正对上限位板(24)的表面、和正对下限位板(36)的表面均开设有凹槽，第一限位开关(26)和第二限位开关(37)均固定于凹槽内，使得第一限位开关(26)与限位座(12)正对上限位板(24)的表面齐平，第二限位开关(37)与限位座(12)正对下限位板(36)的表面齐平，第一限位开关(26)设置两个，两个第一限位开关(26)分设于上限位杆(21)两侧，第二限位开关(37)设置两个，两个第二限位开关(37)分设于下限位杆(31)两侧。

4.根据权利要求1所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述第一控制机构包括上限位杆(21)，上限位杆(21)与螺母(16)固定连接，上限位板(24)可沿着上限位杆(21)的长度方向与上限位杆(21)可相对移动。

5.根据权利要求4所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述第一控制机构还包括上调节环(22)和第一弹簧(25)，上限位杆(21)设置有定位台阶和硬限位台阶，第一弹簧(25)套设于上限位杆(21)外部且卡设于定位台阶和上限位板(24)之间，硬限位台阶设于上限位板(24)和螺母(16)之间，上调节环(22)螺纹连接于上限位杆(21)外部，且上限位板(24)的大端面在第一弹簧(25)的挤压下与上调节环(22)的端面抵接。

6.根据权利要求1所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述第二控制机构包括下限位杆(31)，下限位杆(31)与螺母(16)固定连接，下限位板(36)可沿着下限位杆(31)的长度方向与下限位杆(31)可相对移动。

7.根据权利要求6所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述第二控制机构还包括下调节环(32)、第二弹簧(35)和紧固环(34)，下调节环(32)螺纹连接于下限位杆(31)的外部，紧固环(34)连接于下调节环(32)的外部，下限位板(36)滑动连接于下调节环(32)外部，下调节环(32)的端部设置有定位台阶，第二弹簧(35)卡设于紧固环(34)和下限位板(36)之间，下限位板(36)在第二弹簧(35)的作用下与定位台阶抵紧。

8.根据权利要求5所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述限位座(12)固定连接有第一支撑轴承(23)，上调节环(22)穿过第一支撑轴承(23)并与第一支撑轴承(23)滑动连接。

9.根据权利要求7所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述限位座(12)固定连接有第二支撑轴承(33)，下调节环(32)穿过第二支撑轴承(33)并与第二支撑轴承(33)滑动连接。

10.权利要求1-9任一所述的一种快速调节桨距角极限限位的螺旋桨的极限调节方法，其特征在于：包括以下步骤：

设定桨叶(18)的桨距角需要调节的极限范围，将实际桨距角极限范围与预设桨距角极限范围的上下极限对比相减即为需要调节的刻度数；

通过第一控制机构调节上限位板(24)与螺母(16)之间的距离，通过第二控制机构调节下限位板(36)与螺母(16)之间的距离。

11.根据权利要求10所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述桨叶(18)桨距角为0°时，滑块(17)中心线偏离桨叶(18)旋转轴线的距离为r,与桨叶(18)旋转轴线形成的平面与水平面的夹角为θ0，此时作为限位座(12)刻度的基准值L0。如果桨叶(18)桨距角旋转i°时，则滑块(17)推动螺母运动位移Li＝rsin(θ0)-rsin(θ0-i)。

12.根据权利要求11所述的快速调节桨距角极限限位的螺旋桨，其特征在于：所述滑块(17)位于水平位置处时为桨叶(18)桨距角范围的最小值和最大值的平均值附近。

Images