CN210338272U - 一种自适应气动变距螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例是关于一种自适应气动变距螺旋桨。该螺旋桨包括：桨毂；至少两个叶片，该叶片包括主体部和梢部，该主体部转动设置于所述桨毂上；其中，所述叶片的梢部为负扭转梢部；所述梢部在水平方向上相对于主体部有一预设角度的偏转；和/或，所述梢部在水平方向相对于主体部有一预设距离的偏移。本实用新型实施例通过将叶片的主体部转动设置于所述桨毂上，并将所述叶片梢部设置为具有负扭转角度以及相对于主体部偏转或偏移的梢部，该叶片能够根据相应来流方向所产生的气动力矩自动的旋转以调整工作迎角，以使该叶片能够稳定在气动力矩为零的纵向配平状态，从而使得螺旋桨可以在较宽的飞行包线内都具有较好的叶片效率。

Description

一种自适应气动变距螺旋桨

技术领域

本实用新型实施例涉及螺旋桨技术领域，尤其涉及一种自适应气动变距螺旋桨。

背景技术

目前，固定翼飞机的螺旋桨有定距螺旋桨和变距螺旋桨，定距螺旋桨的桨距是固定的，不同的桨距只能在特定的前进比下拥有较好的效率，其所适应的前进比工况较狭窄，而变距螺旋桨可以对桨距进行调整，从而使得螺旋桨在相比于定距螺旋桨更宽的前进比范围下都具有较高效率，现有技术中的变距螺旋桨通常采用变距机构控制叶片的角度，例如，液压式变距螺旋桨，该螺旋桨中的叶片转动机构是由滑油压力来推动的，以带动叶片的角度进行转动，从而使得螺旋桨在不同的转速下都有较高效率。

但是，利用变距机构对叶片的角度进行控制，需要螺旋桨配备复杂的变距机构，为精确的控制叶片的角度，变距机构通常制作的复杂而且精密，为生产成本、维护成本带来了不小的代价。此外，变距机构还会带来额外的重量，使得整个动力系统的功率密度下降。因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本实用新型的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种自适应气动变距螺旋桨，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

根据本实用新型实施例的一方面，提供一种自适应气动变距螺旋桨，该螺旋桨包括：

桨毂；

至少两个叶片，该叶片包括主体部和梢部，该主体部转动设置于所述桨毂上；其中，

所述叶片的梢部为负扭转梢部；

所述梢部在水平方向上相对于主体部有一预设角度的偏转；和/或，所述梢部在水平方向相对于主体部有一预设距离的偏移。

本实用新型的一实施例中，所述叶片的主体部的根部设置一叶片轴，且所述桨毂的周向侧壁上设有与该叶片轴相匹配的轴孔，所述叶片通过叶片轴伸入所述轴孔而设置于所述桨毂上，且所述叶片能够绕所述叶片轴的轴线进行转动，以使得该叶片处于平衡状态。

本实用新型的一实施例中，所述叶片轴与所述轴孔通过一弹性件相连接，以通过该弹性件形变产生的弹性力矩与所述叶片在不同工况下的气动力矩进行平衡，以使得所述叶片处于平衡状态。

本实用新型的一实施例中，所述叶片在第一工况下位于第一预设位置，在第二工况下转动至第二预设位置，且所述第一预设位置与第二预设位置的夹角为一预设角。

本实用新型的一实施例中，所述第一工况为在第一来流速度时，提供第一推力的第一前进比的工况。

本实用新型的一实施例中，所述第二工况为在第二来流速度时，提供第二推力的第二前进比的工况；其中，所述第二来流速度大于第一来流速度，所述第一推力大于第二推力，所述第一前进比小于第二前进比。

本实用新型的一实施例中，将所述叶片以叶片轴轴线为基准划分为叶片前部和叶片后部；其中，相比于螺旋桨的旋转方向，该叶片前部位于所述叶片后部的前方；且所述叶片在不同前进比下产生的各焦点均位于所述叶片后部上。

本实用新型的一实施例中，绕所述桨毂的纵向轴线在该桨毂的周向等间距分布三个所述叶片。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本实用新型的实施例中，根据上述提供的自适应气动变距螺旋桨，通过将叶片的主体部转动设置于所述桨毂上，并将所述叶片梢部设置为具有负扭转角度以及相对于主体部偏转或偏移的梢部，该叶片能够根据相应来流方向所产生的气动力矩自动的旋转以调整工作迎角，使该叶片能够稳定在气动力矩为零的纵向配平状态，从而使得螺旋桨可以在较宽的飞行包线内都具有较好的叶片效率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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示出本实用新型示例性实施例中螺旋桨的结构示意图；

图2示出本实用新型示例性实施例中螺旋桨叶片的剖视示意图；

图3示出本实用新型示例性实施例中螺旋桨叶片的侧视示意图；

图4示出本实用新型示例性实施例中螺旋桨叶片的俯视示意图；

图5示出本实用新型示例性实施例中螺旋桨叶片的侧视示意图；

图6示出本实用新型示例性实施例中螺旋桨叶片的俯视示意图；

图7示出本实用新型示例性实施例中螺旋桨的示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本实用新型实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

目前的变距螺旋桨通常采用变距机构控制叶片的角度，变距机构的驱动方式一般包括，液压式变距螺旋桨和电动式变距螺旋桨，液压式变距螺旋桨的叶片转动机构主要是由滑油压力来推动的；而电动式变距螺旋桨的叶片角度的变化主要是由舵机驱动的。并且为了保证螺旋桨可以在各个前进比都拥有良好的性能，飞行控制系统需要对螺旋桨的变距机构进行单独的控制，因此飞控系统需要增加一个控制通道来负责叶片角度的调节。这不仅增加了飞控系统的工作负担，也增加了控制系统的设计难度。因此，很有必要提供一种自适应变距螺旋桨，以解决螺旋桨由于增加变距机构而带来的诸多问题。

本示例实施方式中提供了一种自适应气动变距螺旋桨。参考图1中所示，该螺旋桨可以包括：桨毂100、至少两个叶片200，且该叶片200包括主体部201和梢部202。

所述主体部201转动设置于所述桨毂100上；所述叶片200的梢部202为负扭转梢部，且该所述梢部在202水平方向上相对于主体部201有一预设角度的偏转；和/或，所述梢部202在水平方向相对于主体部201有一预设距离的偏移。

根据上述提供的自适应气动变距螺旋桨，通过将叶片的主体部转动设置于所述桨毂上，并将所述叶片梢部设置为具有负扭转角度以及后掠角的梢部，该叶片能够根据相应来流方向所产生的气动力矩自动的旋转以调整工作迎角，使该叶片能够稳定在气动力矩为零的纵向配平状态，从而使得螺旋桨可以在较宽的飞行包线内都具有较好的叶片效率。

下面，将参考图1至图7对本示例实施方式中的上述自适应气动变距螺旋桨的各个部分进行更详细的说明。

在一个实施例中，该螺旋桨可以包括桨毂100和至少两个叶片200，且该叶片200包括主体部201和梢部202，所述主体部201转动设置于所述桨毂100上；所述叶片200的梢部202为负扭转梢部，所述梢部202在水平方向上相对于主体部201有一预设角度的偏转，所述梢部202在水平方向相对于主体部201有一预设距离的偏移。

具体的，桨毂100上可设置两个叶片200，也可周向等间距设置多个叶片200，例如在桨毂100的周向等间距设置三个叶片200或四个叶片200，在此不作限制，以通过桨毂100的转动来带动该叶片200旋转产生相应的推力，以使飞行器起飞或悬停等。需要说明的是，所述桨毂100设置于为飞行器提供动力的动力装置上，例如电机上，具体结构可参考现有技术进行理解，在此不再赘述。

另外，为描述清晰，如图1、2所示，可将所述叶片200分为主体部201和梢部202进行描述，所述主体部201为靠近桨毂100的部分叶片200，且该主体部201转动设置于桨毂100上，即该主体部201不仅可以随着桨毂100的转动而顺时针或逆时针旋转，而且该主体部201还能够自身进行俯仰方向旋转，即该叶片200可绕下述叶片轴2011轴线进行旋转；该负扭转设计可使该梢部202的工作迎角相比于主体部201的工作迎角较小，而且该梢部202在水平方向上相对于主体部201有一预设角度的偏转，如图4所示，即该梢部202具有一预设角度的后掠角，或是如图6所示，所述梢部202在水平方向相对于主体部201有一预设距离的偏移，也可是该梢部202在水平方向上相对于主体部201既可有一预设角度的偏转，也同时有一预设距离的偏移，在此不作具体限制，可根据实际情况进行设置。

可具体理解为，参考图3至图6所示，为使叶片200具有较高的效率，该叶片200需要使用正弯度翼型，但该正弯度翼型会产生低头力矩，该叶片200采用具有正弯度翼型的叶片200，因此需要配合以具有负扭转度和后掠角梢部202，来实现叶片200的纵向配平，具体为，将所述叶片200通过下述叶片轴2011安装于所述桨毂100上，且该叶片200能够绕叶片轴2011轴线进行转动，当飞行器在不同状态下工作时，即在不同的前进比下时，叶片200能够根据相应来流方向所产生的气动力矩自动的绕叶片轴2011旋转以调整工作迎角，最终稳定在气动力矩为零的纵向配平状态，并且该配平状态下的气动效率较高，以使得该螺旋桨能够在不同前进比下都能够拥有较好的叶片200效率。

更具体的理解为，主体部201因使用的正弯度翼型，叶片200每个截面的气动载荷较为靠后，因此积分出的气动力的合力作用点即压心，通常会位于焦点之后，使得叶片200具有低头力矩；而具有负扭度以及后掠角的梢部202相对于主体部201的工作迎角小，而且使得整个梢部202载荷偏低，也就是降低了叶片轴轴线之后即叶片后部204的叶片面积的载荷，将更多气动载荷集中在叶片轴轴线之前即叶片前部203的面积，此时就可以将压心前移，以挪到叶片轴的位置，从而保证围绕叶片轴2011的气动力矩为零，以达到叶片200纵向配平的状态。需要说明的是，在水平方向相对于主体部201有一预设距离偏移的梢部与具有后掠角梢部的作用相同，均是使得梢部载荷降低，以将更多气动载荷集中到叶片轴轴线之前即叶片前部的面积上，使得压心前移，保证围绕叶片轴的气动力矩为零。

同时，在一个示例中，将所述叶片200以叶片轴2011轴线为基准划分为叶片前部203和叶片后部204；其中，相比于螺旋桨的旋转方向，该叶片前部203位于所述叶片后部204的前方；则该叶片200在不同前进比下产生的各焦点C均位于所述叶片后部204上。

具体理解为，参考图4、6所示，叶片200在各个前进比下产生的焦点C都位于所述叶片后部204上，且相对于叶片轴2011轴线有一最靠近该轴线的焦点C，该焦点C与所述叶片轴2011轴线的间距应当满足一定的安定度要求，以保证所述叶片200在各个前进比下都拥有足够的纵向稳定性，从而使螺旋桨可以在较宽的飞行包线内都具有较好的叶片效率。

本示例性实施例在无需附加变距机构的情况下，对叶片200自身进行气动设计，并采用了类比飞翼布局的配平原理，将叶片200设计为具有气动静稳定性的布局，使得螺旋桨在不同前进比下都能拥有较好的叶片效率。

下面以叶片转速(RPM)为3000r/min时，模拟在不同前进比(J)来流速度(Vel)的工况，得出的叶片200扭转角(BETA)、叶片200效率(FM)、推进效率(eta)和推力(Thrust)数值表。

由上表可看出，采用上述实施例中提供的螺旋桨，在不同来流速度，叶片200的扭转角自动发生变化，使得叶片200在不同工况下的叶片效率以及推进效率都处于一个较高的值。

在一个实施例中，所述叶片200的主体部201的根部设置一叶片轴2011，且所述桨毂100的周向侧壁上设有与该叶片轴2011相匹配的轴孔101，所述叶片200通过叶片轴2011伸入所述轴孔101而设置于所述桨毂100上，且所述叶片200能够绕所述叶片轴2011的轴线进行转动，使得叶片具有俯仰方向的自由度，可以自动调整不同的前进比工况下的角度以达到气动力矩平衡的状态。

示例的，如图2所示，可在所述桨毂100的周向侧壁上等间距设置多个对称的轴孔101，且该轴孔101与所述叶片200根部的叶片轴2011匹配，通过叶片轴2011与轴孔101的配合连接，使得叶片200安装于所述桨毂100上，以能够随着桨毂100的转动而做顺时针或逆时针旋转，该轴孔101内可设置一限位件，以防止叶片200从该桨毂100中脱落，具体不做限制。并且所述叶片200能够绕所述叶片轴2011的轴线进行自身的转动，当飞行器在不同状态下工作时，即在不同的前进比下时，叶片200能够根据相应来流方向所产生的气动力矩自动的绕叶片轴2011旋转以调整工作迎角，最终稳定在气动力矩平衡的纵向配平状态，并且该配平状态下的气动效率较高，以使得该螺旋桨能够在不同前进比下都能够拥有较好的叶片效率。

可选的，在一个实施例中，绕所述桨毂100的纵向轴线在该桨毂100的周向等间距分布三个所述叶片200。

具体的，如图2、4所示，可在桨毂100的周向等间距设置三个叶片200，且三个叶片200的形状结构完全相同，并且该三个叶片200均能各自沿其上的叶片轴2011进行转动来调整工作迎角，使叶片200稳定在气动力矩平衡的纵向配平状态，从而保证螺旋桨的效率。需要说明的是，该桨毂100的周向可等间距设置多个叶片200，具体根据实际情况进行设置，在此不做过多限制。

在一个实施例中，所述叶片轴2011与所述轴孔101通过一弹性件2012相连接，以通过该弹性件2012形变产生的弹性力矩与所述叶片200在不同工况下的气动力矩进行平衡，以使得所述叶片200处于平衡状态。

示例的，如图7所示，所述叶片轴2011上可设置一弹簧，并且通过该弹簧将所述叶片轴2011设置于所述轴孔101内，具体不限于此。叶片主体部201因使用的正弯度翼型，叶片200每个截面的气动载荷较为靠后，因此积分出的气动力的合力作用点即压心，通常会位于焦点之后，使得叶片200具有低头力矩；而具有负扭度以及后掠角的梢部或相对于主体部201向后偏移的梢部202相对于主体部201的工作迎角小，而且使得整个梢部202载荷偏低，也就是降低了叶片轴轴线之后即叶片后部204的叶片面积的载荷，将更多气动载荷集中在叶片轴轴线之前即叶片前部203的面积，此时就可以将压心前移，以期望挪到叶片轴的位置，若是无法将压心挪到叶片轴的位置来保证围绕叶片轴2011的气动力矩为零，则此时需要利用弹簧形变产生的弹性力矩来与叶片200不同工作状态下的气动力矩进行平衡，并且该配平状态下的气动效率较高，以使得该螺旋桨能够在不同前进比下都能够拥有较好的叶片效率。需要说明的是，在设计过程中可对该弹簧的刚度进行设计，即人为调整叶片200在工作时所达到的平衡状态。

在一个实施例中，所述叶片200在第一工况下位于第一预设位置A，在第二工况下转动至第二预设位置B，且所述第一预设位置A与第二预设位置B的夹角为一预设角。

具体的，所述叶片200能够绕叶片轴2011轴线进行转动，当螺旋桨在不同状态下工作时，即在不同的前进比下时，叶片200能够根据相应来流方向所产生的气动力矩自动的绕叶片轴2011旋转以调整工作迎角，即在所述第一预设位置A和第二预设位置B构成的角度之间转动，配平迎角，最终稳定在气动力矩为零的纵向配平状态，并且该配平状态下的气动效率较高，以使得该螺旋桨能够在不同前进比下都能够拥有较好的叶片200效率。

所述第一工况为在第一来流速度时，提供第一推力的第一前进比的工况；所述第二工况为在第二来流速度时，提供第二推力的第二前进比的工况；其中，所述第二来流速度大于第一来流速度，所述第一推力大于第二推力，所述第一前进比小于第二前进比。

示例的，所述第一来流速度为小来流速度或零来流速度，第一推力为大推力，第一前进比为低前进比或零前进比，即所述第一工况可进一步理解为是在小来流速度或零来流速度时，提供大推力的低前进比或零前进比的工况；同样的，所述第二来流速度为相对于第一来流速度较大的大来流速度，第二推力为相对于第一推力较小的小推力，第二前进比为相对于第一前进比较高的高前进比，因此，第二工况可进一步理解为是在大来流速度时，提供小推力的高前进比的工况。并且该螺旋桨能够通过来流速度的不同，自适应的绕叶片轴2011进行旋转调整工作迎角，使得叶片200自身稳定在气动力矩为零或是气动力矩与弹性件的弹性力矩平衡的纵向配平状态，以使得该螺旋桨能够在不同前进比下都能够拥有较好的叶片200效率。

根据上述提供的自适应气动变距螺旋桨，通过将叶片的主体部转动设置于所述桨毂上，并将所述叶片梢部设置为具有负扭转角度以及相对于主体部偏转或偏移的梢部，该叶片能够根据相应来流方向所产生的气动力矩自动的旋转以调整工作迎角，使该叶片能够稳定在气动力矩为零或是该气动力矩与弹性件的弹性力矩平衡的纵向配平状态，从而使得螺旋桨可以在较宽的飞行包线内都具有较好的叶片效率。

需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (8)

1.一种自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，该螺旋桨包括：

桨毂；

至少两个叶片，该叶片包括主体部和梢部，该主体部转动设置于所述桨毂上；其中，

所述叶片的梢部为负扭转梢部；

所述梢部在水平方向上相对于主体部有一预设角度的偏转；和/或，所述梢部在水平方向相对于主体部有一预设距离的偏移。

2.根据权利要求1所述自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，所述叶片的主体部的根部设置一叶片轴，且所述桨毂的周向侧壁上设有与该叶片轴相匹配的轴孔，所述叶片通过叶片轴伸入所述轴孔而设置于所述桨毂上，且所述叶片能够绕所述叶片轴的轴线进行转动，以使得该叶片处于平衡状态。

3.根据权利要求2所述自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，所述叶片轴与所述轴孔通过一弹性件相连接，以通过该弹性件形变产生的弹性力矩与所述叶片在不同工况下的气动力矩进行平衡，以使得所述叶片处于平衡状态。

4.根据权利要求3所述自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，所述叶片在第一工况下位于第一预设位置，在第二工况下转动至第二预设位置，且所述第一预设位置与第二预设位置的夹角为一预设角。

5.根据权利要求4所述自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，所述第一工况为在第一来流速度时，提供第一推力的第一前进比的工况。

6.根据权利要求5所述自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，所述第二工况为在第二来流速度时，提供第二推力的第二前进比的工况；其中，所述第二来流速度大于第一来流速度，所述第一推力大于第二推力，所述第一前进比小于第二前进比。

7.根据权利要求2所述自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，将所述叶片以叶片轴轴线为基准划分为叶片前部和叶片后部；其中，相比于螺旋桨的旋转方向，所述叶片前部位于所述叶片后部的前方；且所述叶片在不同前进比下产生的各焦点均位于所述叶片后部上。

8.根据权利要求1所述自适应气动变距螺旋桨，其特征在于，绕所述桨毂的纵向轴线在该桨毂的周向等间距分布三个所述叶片。

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