CN114476024B - 一种螺旋桨桨距角调整装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种螺旋桨桨距角调整装置及使用方法，桨距角调整装置包括：桨根、内齿、中齿、外齿、桨毂等主要部件；每个桨叶的桨根与内齿固连，内齿通过齿槽与中齿配合，中齿通过齿槽与外齿配合，外齿通过卡槽固定于桨毂内，并通过限位销限位；当调节内齿与中齿不同齿位的配合实现桨叶相对中齿的角度改变，再调节中齿与外齿的不同齿位的配合实现桨叶与外齿/桨毂的角度改变；在设计和使用过程中，先确定螺旋桨变距精度，根据精度设计内齿和外齿不同的齿数，再根据内、外齿数组合装配实现桨距角在设计精度下的精确调整。本发明解决了现有技术中各类地卖弄可调桨距螺旋桨在地面调整螺旋桨桨距角不精确受控制，且各桨叶角度误差不能保证同步的问题。

Description

一种螺旋桨桨距角调整装置及使用方法

技术领域

本发明涉及航空动力技术领域，尤其涉及一种螺旋桨桨距角调整装置及使用方法。

背景技术

螺旋桨通过旋转把围绕桨叶周围的空气排开而产生驱动力，从而满足飞行器的动力需求。螺旋桨的性能主要取决与螺旋桨的安装状态和工作状态，安装状态主要是螺旋桨的桨距角，在同等环境下桨距角增大拉力增大，轴功率也会增大，会引起螺旋桨效率增大或减小；工作状态主要是螺旋桨的工大气环境、转速和飞行速度，不同的工作状态下螺旋桨性能也会发生较大变化。为了使螺旋桨在不同工作状态下都可以获得较高的效率，就需要对螺旋桨的桨距角进行调整，使螺旋桨工作在效率高的区间。调整桨距角可以在地面进行调整，也可以在飞行过程中调整。地面可调桨距螺旋桨即需要在地面实现桨距角的精确调整。

地面可调桨距螺旋桨的螺旋桨可以在桨根增加刻度，但是在调整精度为1°的需求下需要在小直径桨根上增加360个刻度，更高的精度意味着更多的刻度，制造难度非常大，精度也难以控制。目前通常的桨距角调整方式主要是将桨根设计成圆柱体，再根据使用需求手动通过量具或者模具进行调整，但是在实际调整过程中由于安装环境、量具或者模具的精度等影响，会使调整后实际的桨距角与目标产生误差，并且不同桨叶的误差也不一致。同一副桨的各桨叶安装桨距角不同，会使得螺旋桨旋转过程不平衡而发生偏振，严重的话会使发动机轴损坏。因此，由于现有桨距角调整方式的固有缺陷存在，需要设计更准确和同步性更好的桨距角调整装置。

发明内容

本发明提供了一种螺旋桨桨距角调整装置及使用方法，用以解决现有技术中地面可调桨距螺旋桨的桨距角调整精确性和可靠性的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种螺旋桨桨距角调整装置，包括桨叶、桨毂、内齿、中齿、外齿、限位销；所述桨叶包括浆根，所述桨毂包括外齿位和限位销槽，所述中齿包括内齿槽，所述外齿包括外齿槽，所述的桨叶的桨根与内齿固连；所述的内齿通过内齿槽与中齿配合；所述的中齿通过外齿槽与外齿配合；所述的外齿固定于桨毂的外齿位内，并通过放置于所述限位销槽内的限位销限位，并通过另一半桨毂完成整个装置的组装；内齿与中齿通过不同齿位的配合实现桨叶相对中齿的角度改变，中齿与外齿通过不同齿位的配合实现桨叶与外齿/桨毂的角度改变，实现螺旋桨桨距角的精确控制。

在一个实施方式中，所述的桨叶的桨根与内齿固连，具体连接关系是：浆根与内齿之间还有桨根肩，桨毂上设置有桨根槽和桨根肩槽，浆根卡在浆根槽内，桨根肩卡在桨根肩槽内；

桨叶通过桨根和桨根肩实现旋转时拉力和弯矩的传递，并通过将根肩和桨根肩槽配合安装实现桨叶离心载荷的传递。

在一个实施方式中，所述内齿包括内齿键，所述内齿键与中齿的内齿槽在不同的齿位配合装配，所述内齿上对应于内齿键设置有内齿刻度)，所述内齿刻度用于读取安装的内齿齿位m。

在一个实施方式中，所述中齿还包括外齿键，所述外齿键与外齿的外齿槽在不同的齿位配合装配，所述中齿对应于所述外齿键设置有外齿刻度，所述外齿刻度用于读取安装的外齿齿位n。

第二方面，本发明公开一种螺旋桨桨距角调整装置的使用方法，包括以下步骤：

根据飞行使用需求确定目标桨距角；

根据所述目标角度从桨距角改变量表查找所需的内齿齿位m和外齿齿位n，所述改变量表为按照以下流程生成的：根据使用需求确定桨距角调整精度；根据所述浆距角调整精度，确定最小的内齿齿数M和外齿齿数N；根据内齿和外齿的组合确定桨距角改变量表；

根据查找到的内齿齿位m和外齿齿位n，调整螺旋桨桨距角调整装置的中齿和外齿至相应位置。

在一个实施方式中，根据使用需求确定桨距角调整精度，具体包括：

根据不同桨叶桨距角变化量，按照以下公式确定桨距角调整精度：

ΔT＝f(Δβ，V，rpm，rho，CT)

ΔP＝f(Δβ，V，rpm，rho，CP)

其中Δβ为桨距角调整精度，V为飞行速度，rpm为转速，rho为大气密度，CT为预设的拉力系数，CP为预设的功率系数。

在一个实施方式中，根据所述浆距角调整精度，确定最小的内齿齿数M和外齿齿数N，具体包括：

根据桨距角调整精度选择和优化内齿齿数M和外齿齿数N，并确定两个齿数的最小值和内外齿的分度值，确定其中M<N。

在一个实施方式中，根据内齿和外齿的组合确定桨距角改变量表，具体包括：

针对每一组内齿M和外齿N的组合，根据该组合对应的内齿齿位m和外齿齿位n，按照以下公式确定桨距角的改变量

在一个实施方式中，所述飞行使用需求包括飞行速度、转速和拉力需求。

在一个实施方式中，将内齿齿数M和外齿齿数N，制作成桨距角改变量的表格，在使用中根据需要调整的桨距角直接从表格选定所需的内齿齿位m和外齿齿位n进行安装配合，实现不同的桨距角精确控制。

根据本发明的另一方面，提供了一种螺旋桨，螺旋桨包括上述提供的桨距角调整装置。

应用本发明的技术方案，利用内齿和外齿组合作用实现桨距角在不同状态下的桨距角调整需求，利用桨根和桨根肩承载拉力和弯矩，利用内齿和外齿组合承载桨叶扭矩，由此实现螺旋桨桨距角的精确调整与控制。再者，此种方式在进行螺旋桨桨距角调整操作时，通过查表安装即可，不需要使用量具或模具进行微调，此种方式结构简单、操作容易且成本低。

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桨距角调整装置示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨桨根安装状态示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的桨毂示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的内齿示意图；

图5示出了根据本发明的具体实施例提供的中齿示意图；

图6示出了根据本发明的具体实施例提供的外齿示意图；

图7示出了根据本发明的使用流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

桨叶(1)、桨毂(2)、内齿(3)、中齿(4)、外齿(5)、限位销(6)；

叶片(11)、桨根(12)、桨根肩(13)、内齿安装轴(14)；

桨根槽(21)、桨根肩槽(22)、外齿位(23)、限位销槽(24)；

内齿键(31)、安装孔(32)、定位刻度(33)；

外齿键(41)、内齿槽(42)、定位刻度(43)；

外齿槽(51)、基准刻度(52)。

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，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。

实施例1

如图1至图6所示，本发明提供的一种螺旋桨桨距角调整装置，该桨距角调整装置包括至少两个桨叶1、至少两个桨毂2、至少两个内齿3、至少两个中齿4、至少两个外齿5、至少两个限位销6；其中桨叶1的桨根12与内齿3通过内齿安装孔32固连；内齿3通过内齿键31与中齿4上的内齿槽42配合；中齿4通过外齿槽51与外齿5上的外齿槽51配合；外齿5固定于桨毂2的外齿位23内，并通过限位销6限位，并通过另一半桨毂2完成整个装置的组装。

应用此种装配方式，当调节内齿3与中齿4不同内齿齿位m的配合实现桨叶1相对中齿4的角度改变，再调节中齿4与外齿5的不同外齿齿位n的配合实现桨叶1与外齿5/桨毂2的角度改变，实现螺旋桨桨距角的变化。

进一步的，桨毂2上有桨根槽21、桨根肩槽22、外齿位23和限位销槽24，桨叶上有桨根12、桨根肩13和内齿安装位14，桨叶1通过桨根12和桨根肩13实现旋转时拉力和弯矩的传递，并通过将根肩13和桨根肩槽22配合安装实现桨叶离心载荷的传递。

进一步的，内齿3上有内齿键31、安装孔32和内齿刻度33，内齿3通过安装孔32安装固定在桨根的内齿安装位13上，同时桨叶1绕桨根轴的扭矩过安装位13传递至内齿3。

进一步的，中齿4上有外齿键41、内齿槽42和外齿刻度43，中齿4通过内齿槽42与内齿3的内齿键31在不同的齿位进行配合装配，可通过内齿刻度33读取安装的内齿齿位m，同时绕桨根轴的扭矩通过内齿键31和内齿槽42传递至中齿4。

进一步的，外齿5上有外齿槽51和基准刻度52，外齿5通过外齿槽51与中齿4的外齿键41在不同的齿位进行配合装配，可通过外齿刻度43读取安装的外齿齿位n，同时绕桨根轴的扭矩通过外齿键41和外齿槽51传递至外齿5。

进一步的，外齿5可固定安装于桨毂2的外齿位23中，并通过限位销6限制桨叶的周向移动，实现整个螺旋桨装置的组装和固定。

本实施例能够通过不同的桨距角安装需求进行各片螺旋桨的调整，在使用时通过查表或计算得到螺旋桨的安装方式，以确保获得精确的调整角度，并通过相同的安装方式确保螺旋桨不同桨叶的角度一致性，

实施例2

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，以下描述中提出的诸如特定系统结构、型号、技术参数等具体细节，仅为更好的理解本具体实施方式所做出的说明，而不是限定，不应因此影响本发明的保护范围。另外，对本领域技术人员来说应当知晓和理解的内容，此处不再赘述。

如图7所示，一种螺旋桨桨距角调整方法的具体实施例，包括如下步骤：

Step1：根据使用需求确定桨距角调整精度。

根据具体实施例桨叶桨距角变化量，分析最小变化值下螺旋桨使用的拉力、效率等带来的差异，以确定最可行的桨距角调整精度。

ΔT＝f(Δβ，V，rpm，rho，CT)

ΔP＝f(Δβ，V，rpm，rho，CP)

其中Δβ为桨距角调整精度，V为飞行速度，rpm为转速，rho为大气密度，T为螺旋桨拉力，P为螺旋桨轴功率，eff为螺旋桨效率，CT为拉力系数，CP为功率系数。对于指定的螺旋桨，本具体实施实例中V＝25m/s，rpm＝4000rpm，rho＝1.225kg/m3，按上述方式求出的需求精度为1°。

Step2：设计和确定最小的内齿齿数M和外齿齿数N。

根据桨距角调整精度1°选择和优化内齿齿数M和外齿齿数N，并确定两个齿数的最小值和内外齿的分度值，为方便加工，其中M<N。通过计算和优化，确定优化内齿齿数M＝36，外齿齿数N＝40。

Step3：根据内齿和外齿的组合确定桨距角改变量表。

根据内齿齿数M和外齿齿数N，通过不同的内齿齿位m和外齿齿位n的组合，计算得到桨距角的改变量从而得到准确的桨距角改变量表。

Step4：根据飞行使用需求确定目标桨距角。

根据实际飞行需要，通过飞行速度25m/s、转速4000rpm和拉力50N需求等进行计算和选择，确定效率最佳的目标桨距角为13°。

Step5：根据目标角度从变量表选定所需的内齿齿位m和外齿齿位n。

根据目标桨距角直接从表格选定所需的内齿齿位m＝-3和外齿齿位n＝4进行安装配合，实现不同的桨距角精确控制。

Step6：对中齿和外齿进行配合安装，实现不同的桨距角精确调整。

综上所述，应用本发明的技术方案，利用内齿3、中齿4和外齿5组合作用实现桨距角在不同状态下的桨距角调整需求，利用桨根12和桨根肩13承载拉力和弯矩，利用内齿3、中齿4和外齿5组合承载桨叶扭矩，由此实现螺旋桨桨距角的精确调整与控制。再者，此种方式在进行螺旋桨桨距角调整操作时，通过查表安装即可，不需要使用量具或模具进行微调，此种方式结构简单、操作容易且成本低，满足各种桨距角调整精度和角度要求下的桨距角精确调整和同步准确调整需求。

实施例3

一种螺旋桨桨距角调整装置，桨距角调整装置包括桨叶、桨毂、内齿、中齿、外齿和限位销；桨叶的桨根与内齿固连，内齿通过内齿键和内齿槽与中齿配合，中齿通过外齿键和外齿槽与外齿配合，外齿固定于桨毂的外齿位内，通过限位销限位，并通过另一半桨毂完成整个装置的组装和固定。

在一个实施方式中，桨毂上有桨根槽、桨根肩槽、外齿位和限位销槽，桨叶上有桨根、桨根肩和内齿安装位，桨叶通过桨根和桨根肩实现旋转时拉力和弯矩的传递，并通过将根肩实现桨叶离心载荷的传递。

在一个实施方式中，内齿上有内齿键、安装孔和内齿刻度，内齿通过安装孔安装固定在桨根的内齿安装位上，同时桨叶绕桨根轴的扭矩过安装位传递至内齿。

在一个实施方式中，中齿上有外齿键、内齿槽和外齿刻度，中齿通过内齿槽与内齿的内齿键在不同的齿位进行配合装配，可通过内齿刻度读取安装的内齿齿位m，同时绕桨根轴的扭矩通过内齿键和内齿槽传递至中齿。

在一个实施方式中，外齿上有外齿槽和基准刻度，外齿通过外齿槽与中齿的外齿键在不同的齿位进行配合装配，可通过外齿刻度读取安装的外齿齿位n，同时绕桨根轴的扭矩通过外齿键和外齿槽传递至外齿。

在一个实施方式中，外齿可固定安装于桨毂的外齿位中，并通过限位销限制桨叶的周向移动，实现整个螺旋桨装置的组装和固定。

实施例4

根据本发明的另一方面，提供了一种螺旋桨桨距角调整装置的使用方法，包括以下步骤：

Step1：根据使用需求确定桨距角调整精度；

Step2：设计和确定最小的内齿齿数M和外齿齿数N；

Step3：根据内齿和外齿的组合确定桨距角改变量表；

Step4：根据飞行使用需求确定目标桨距角；

Step5：根据目标角度从变量表选定所需的内齿齿位m和外齿齿位n；

Step6：对中齿和外齿进行配合安装，实现不同的桨距角精确控制。

在一个实施方式中，在Step1中，根据不同桨叶桨距角变化量，分析最小变化值下螺旋桨使用的拉力、效率等差异，以确定最可行的桨距角调整精度。

ΔT＝f(Δβ，V，rpm，rho，CT)

ΔP＝f(Δβ，V，rpm，rho，CP)

其中Δβ为桨距角调整精度，V为飞行速度，rpm为转速，rho为大气密度，ΔT为螺旋桨拉力，ΔP为螺旋桨轴功率，Δeff为螺旋桨效率，CT为拉力系数，CP为功率系数。

在一个实施方式中，在Step2中，根据桨距角调整精度选择和优化内齿齿数M和外齿齿数N，并确定两个齿数的最小值和内外齿的分度值，为方便加工，确定其中M<N。

在一个实施方式中，在Step3中，根据内齿齿数M和外齿齿数N，通过不同的内齿齿位m和外齿齿位n的组合，计算得到桨距角的改变量从而得到准确的桨距角改变量表。

在一个实施方式中，在Step4中，根据实际飞行需要，通过飞行速度、转速和拉力需求等进行计算和选择，确定最佳的目标桨距角。

在一个实施方式中，在Step5中，根据目标桨距角直接从表格选定所需的内齿齿位m和外齿齿位n进行安装配合，实现不同的桨距角精确控制。

根据本发明的另一方面，提供了一种螺旋桨，螺旋桨包括上述提供的桨距角调整装置。

应用本发明的技术方案，利用内齿和外齿组合作用实现桨距角在不同状态下的桨距角调整需求，利用桨根和桨根肩承载拉力和弯矩，利用内齿和外齿组合承载桨叶扭矩，由此实现螺旋桨桨距角的精确调整与控制。再者，此种方式在进行螺旋桨桨距角调整操作时，通过查表安装即可，不需要使用量具或模具进行微调，此种方式结构简单、操作容易且成本低。

需要说明的是，使用“一”、“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。本具体实施实例采用两组齿组合的方式实现，对于使用更多的齿数组合实现更多种的调整方式也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 (9)

1.一种螺旋桨桨距角调整装置，其特征在于，包括桨叶(1)、桨毂(2)、内齿(3)、中齿(4)、外齿(5)、限位销(6)；所述桨叶包括桨根(12)，所述桨毂(2)包括外齿位(23)和限位销槽(24)，所述中齿(4)包括内齿槽(42)，所述外齿(5)包括外齿槽(51)，所述的桨叶(1)的桨根(12)与内齿(3)固连；所述的内齿(3)通过内齿槽(42)与中齿(4)配合；所述的中齿(4)通过外齿槽(51)与外齿(5)配合；所述的外齿(5)固定于桨毂(2)的外齿位(23)内，并通过放置于所述限位销槽(24)内的限位销(6)限位，并通过另一半桨毂(2)完成整个装置的组装；内齿(3)与中齿(4)通过不同齿位的配合实现桨叶(1)相对中齿(4)的角度改变，中齿(4)与外齿(5)通过不同齿位的配合实现桨叶(1)与外齿(5)/桨毂(2)的角度改变，实现螺旋桨桨距角的精确控制。

2.根据权利要求1所述的桨距角调整装置，其特征在于，所述的桨叶(1)的桨根(12)与内齿(3)固连，具体连接关系是：桨根(12)与内齿(3)之间还有桨根肩(13)，桨毂(2)上设置有桨根槽(21)和桨根肩槽(22)，桨根(12)卡在桨根槽(21)内，桨根肩(13)卡在桨根肩槽(22)内；

桨叶(1)通过桨根(12)和桨根肩(13)实现旋转时拉力和弯矩的传递，并通过将桨根肩(13)和桨根肩槽(22)配合安装实现桨叶离心载荷的传递。

3.根据权利要求2所述的桨距角调整装置，其特征在于，所述内齿(3)包括内齿键(31)，所述内齿键(31)与中齿(4)的内齿槽(42)在不同的齿位配合装配，所述内齿(3)上对应于内齿键(31)设置有内齿刻度(33)，所述内齿刻度(33)用于读取安装的内齿齿位m。

4.根据权利要求3所述的桨距角调整装置，其特征在于，所述中齿(4)还包括外齿键(41)，所述外齿键(41)与外齿(5)的外齿槽(51)在不同的齿位配合装配，所述中齿(4)对应于所述外齿键设置有外齿刻度(43)，所述外齿刻度(43)用于读取安装的外齿齿位n。

5.一种螺旋桨桨距角调整装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据飞行使用需求确定目标桨距角；

根据所述目标桨距角从桨距角改变量表查找所需的内齿齿位m和外齿齿位n，所述改变量表为按照以下流程生成的：根据使用需求确定桨距角调整精度；根据所述桨距角调整精度，确定最小的内齿齿数M和外齿齿数N；根据内齿和外齿的组合确定桨距角改变量表；

根据使用需求确定桨距角调整精度，具体包括：

根据不同桨叶桨距角变化量，按照以下公式确定桨距角调整精度：

ΔT＝f(Δβ，V，rpm，rho，CT)

ΔP＝f(Δβ，V，rpm，rho，CP)

其中Δβ为桨距角调整精度，V为飞行速度，rpm为转速，rho为大气密度，CT为预设的拉力系数，CP为预设的功率系数；

根据查找到的内齿齿位m和外齿齿位n，调整螺旋桨桨距角调整装置的中齿和外齿至相应位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述桨距角调整精度，确定最小的内齿齿数M和外齿齿数N，具体包括：

根据桨距角调整精度选择和优化内齿齿数M和外齿齿数N，并确定两个齿数的最小值和内外齿的分度值，确定其中M<N。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据内齿和外齿的组合确定桨距角改变量表，具体包括：

针对每一组内齿M和外齿N的组合，根据该组合对应的内齿齿位m和外齿齿位n，按照以下公式确定桨距角的改变量

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述飞行使用需求包括飞行速度、转速和拉力需求。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将内齿齿数M和外齿齿数N，制作成桨距角改变量的表格，在使用中根据需要调整的桨距角直接从表格选定所需的内齿齿位m和外齿齿位n进行安装配合，实现不同的桨距角精确控制。