CN218431732U - 一种可折叠共轴螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于飞行器推进装置技术领域，具体涉及一种可折叠共轴螺旋桨，包括：转轴；第一桨叶，相对于所述转轴固定设置；第二桨叶，相对于所述转轴活动设置，所述第二桨叶沿所述转轴的轴向活动设置在第一轴向位置和第二轴向位置之间；联动机构，设置在所述第二桨叶与所述转轴之间。本实用新型两个桨叶能够在周向相位重叠和交叉两个位置状态间转换。周向相位重叠时本装置便携易收纳，且在飞行状态迎风面减小，进而具有较低风阻，两个桨叶交叉时，本装置具备更优良的气动效率；桨叶在交叉和重叠状态之间的来回转换，无需额外单独设置动力来驱动。

Description

一种可折叠共轴螺旋桨

技术领域

本实用新型属于飞行器推进装置技术领域，具体涉及一种可折叠共轴螺旋桨。

背景技术

为了增大螺旋桨的推力，在飞行器推进装置技术领域提出了包括二叶桨、三叶桨的螺旋桨以及共轴反桨等技术方案。但是均存在不同的缺陷。例如，对于共轴反桨方案，该方案可保证螺旋桨均处于较优的旋翼实度，但由于螺旋桨桨叶的转动方向相反，位于后方的桨叶将不停地穿过前方桨叶的尾流，这会产生一种复杂的、周期性的动态不利气动干扰，使共轴反桨推进装置的整体气动效率变低。

而共轴同向螺旋桨可以克服共轴反桨的缺陷。共轴同向螺旋桨装置具有相互交叉的、共轴同向转动的至少两个螺旋桨桨叶以获得低噪、高效的气动效率。但是螺旋桨相互交叉也意味着所占空间大，飞行器不便收纳携带。同时，对于垂直起降飞行器来说，在平飞过程中悬停螺旋桨处于停止工作状态，若螺旋桨依旧保持交叉，意味着螺旋桨无论保持如何姿态，始终悬停螺旋桨的迎风面积都较大，从而造成飞行过程中较大飞行阻力。

实用新型内容

鉴于以上现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种可折叠共轴螺旋桨，以改善共轴螺旋桨在非工作状态下占用空间大、不易收纳的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本实用新型提供一种可折叠共轴螺旋桨，包括：

转轴；

第一桨叶，相对于所述转轴固定设置；

第二桨叶，相对于所述转轴活动设置，以使所述第二桨叶相对于所述第一桨叶具有以下两种状态：折叠状态，所述第二桨叶与所述第一桨叶之间的周向相位差为零；以及交叉状态所述第二桨叶与所述第一桨叶之间的周向相位差为预设相位差值；

联动机构，设置在所述第二桨叶与所述转轴之间，所述联动机构被装配为能够使所述第二桨叶在自身旋转产生的升力作用下，沿所述转轴的轴向运动的同时沿所述转轴周向旋转，以使所述第二桨叶能够从所述折叠状态切换为所述交叉状态。

在本实用新型的一可选实施例中，所述第二桨叶与所述转轴之间设有弹性单元，在所述转轴无转速且无额外驱动力时，所述弹性单元被装配为其弹力能够驱使所述第二桨叶保持在所述折叠状态。

在本实用新型的一可选实施例中，所述转轴竖直设置，所述第一轴向位置位于所述第二轴向位置的下方，在所述转轴无额外驱动力或作用于第二桨叶的气动力小于重力时，所述第二桨叶能够在自身重力作用下保持在所述折叠状态。

在本实用新型的一可选实施例中，所述第二桨叶与所述转轴之间设有磁吸单元，在所述转轴无转速且无额外驱动力时，所述磁吸单元被装配为其磁力能够使所述第二桨叶保持在所述折叠状态。

在本实用新型的一可选实施例中，所述联动机构包括导套，所述导套与所述转轴同轴固接，所述导套的侧壁上设有螺旋形导向结构；所述第二桨叶包括中心体以及沿所述中心体的径向分别向两侧延伸设置的叶片，所述叶片与所述中心体之间通过导销连接，所述中心体位于所述导套内侧，所述叶片位于所述导套外侧，所述导销与所述螺旋形导向结构构成限位配合。

在本实用新型的一可选实施例中，所述螺旋形导向结构的一端沿所述转轴的轴向延伸设置有第一限位槽；所述螺旋形导向结构的另一端沿所述转轴的轴向延伸设置有第二限位槽。

在本实用新型的一可选实施例中，所述螺旋形导向结构各位置的坡度一致；或所述螺旋形导向结构的坡度自所述第一轴向位置向所述第二轴向位置逐渐变化。

在本实用新型的一可选实施例中，所述导销上设有滚动轴承，所述第二桨叶通过所述滚动轴承与所述螺旋形导向结构构成滑动连接。

在本实用新型的一可选实施例中，所述导套内设有与所述转轴同轴的导柱，所述中心体上设有通孔，所述中心体通过所述通孔套设在所述导柱上，以使所述中心体沿所述导柱的轴向与所述导柱构成滑动配合。

在本实用新型的一可选实施例中，所述联动机构包括与所述第二桨叶固接的套筒，所述套筒内壁开设有螺旋形导槽，所述套筒套设于所述转轴上，所述转轴外壁上设有凸柱，所述凸柱与所述螺旋形导槽构成限位配合。

综上所述，本实用新型的共轴螺旋桨的两个桨叶能够在重叠和交叉两个位置状态间转换重叠时本装置便携易收纳，且在飞行状态迎风面减小，进而具有较低风阻，两个桨叶交叉时，本装置具备更优良的气动效率。螺旋桨在交叉和重叠状态之间的来回转换，无需额外设置驱动设备来驱动，而是依赖螺旋桨本身升力与重力间的作用，螺旋桨本身升力大小的变化正是本螺旋桨装置工作和非工作状态的最显著变化特征，依赖升力来改变两个螺旋桨之间的相位差，使得相位差的改变与飞行器的工作状态保持实时联动，且无需额外的控制模块。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨折叠状态的立体图；

图2是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨折叠状态的另一视角的立体图；

图3是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨折叠状态的侧视图；

图4是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨折叠状态的主视图；

图5是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨折叠状态的轴向视图；

图6是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨展开状态的立体图；

图7是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨展开状态的另一视角的立体图；

图8是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨展开状态的主视图；

图9是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨展开状态的轴向视图；

图10是本实用新型的实施例所提供的可折叠共轴螺旋桨的爆炸图。

图11是本实用新型的其中一实施例所提供的螺旋形导向结构展平后的轮廓示意图；

图12是本实用新型的另一实施例所提供的螺旋形导向结构展平后的轮廓示意图。

元件标号说明

10、转轴；11、第一桨叶；12、第二桨叶；121、中心体；122、桨叶；123、导销；13、导套；131、螺旋形导向结构；132、第一限位槽；133、第二限位槽；14、弹性单元；15、导柱。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其它优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本实用新型实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本实用新型的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

请参阅图1至图12。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本实用新型另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本实用新型中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本实用新型的记载，还可以使用与本实用新型实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供一种可折叠共轴螺旋桨，包括转轴10、第一桨叶11、第二桨叶12和联动机构。所述第一桨叶11相对于所述转轴10固定设置；所述第二桨叶12相对于所述转轴10活动设置，所述第二桨叶12具有两个维度的运动，其一是沿转轴10轴向的滑动，其二是沿转轴10周向的转动，在转轴10轴向上，所述第二桨叶12具有第一轴向位置和第二轴向位置，在转轴10周向上，所述第二桨叶具有第一周向位置和第二周向位置；所述联动机构设置在所述第二桨叶12与所述转轴10之间，所述联动机构被装配为，当所述第二桨叶12自所述第一轴向位置向所述第二轴向位置运动时，所述联动机构能够引导所述第二桨叶12相对于所述转轴10自第一周向位置旋转至第二周向位置，且当所述第二桨叶12自所述第二轴向位置向所述第一轴向位置运动时，所述联动机构能够驱使所述第二桨叶12相对于所述转轴10自所述第二周向位置旋转至所述第一周向位置；所述第二桨叶12位于所述第一周向位置时，所述第二桨叶12与所述第一桨叶11的轴向投影相互重合，即处于折叠状态；所述第二桨叶12位于所述第二周向位置时，所述第二桨叶12与所述第一桨叶11的轴向投影相互垂直或成一定夹角，即处于交叉状态。

本是实用新型的第二桨叶12在沿轴向运动的同时能够沿周向转动，进而实现在折叠状态与交叉状态之间的切换，第二桨叶12处于折叠状态时，其轴向投影与第一桨叶11重合，能够降低风阻，同时便于收纳。第二桨叶12的轴向运动可以利用其自身旋转时产生的升力来实现，此时不需要设置额外的驱动元件来驱动第二桨叶12进行状态的切换，简化了共轴螺旋桨的结构，降低了制造成本。可以理解的是，在其它实施例中，第二桨叶12的轴向运动也可以通过独立的直线驱动元件来实现。

请参阅图1、3、4、10所示，在本实用新型的一可选实施例中，所述第二桨叶12与所述转轴10之间设有弹性单元14，在所述转轴10无转速且无额外驱动力时，所述弹性单元14被装配为其弹力能够驱使所述第二桨叶12保持在所述第一轴向位置。所述弹性单元14可以是压簧或拉簧，以图3为例，当弹性单元14为压簧时，弹性单元14设置在第二桨叶12的上方，而当弹性单元14为拉簧时，弹性单元14设置在第二桨叶12的下方，图示实施例中，第二桨叶12位于第一桨叶11的上方，但在实际应用过程中，第一桨叶11和第二桨叶12的位置可以互换，并且转轴10也不一定是竖直的，可以理解的是，无论转轴10和螺旋桨如何布置，只要保证弹性单元14作用在第二桨叶12上的弹力与第二桨叶12旋转时产生的升力方向相反即可。

所述弹性单元14的作用是当螺旋桨停止工作时，使第二桨叶12复位至折叠状态，可以理解的是，驱动第二桨叶12复位的方式并不是唯一的，例如在其它实施例中，第二桨叶12可以利用自身重力复位，具体的，所述第一轴向位置位于所述第二轴向位置的下方，在所述转轴10无额外驱动力或作用于第二桨叶12的气动力小于重力时，所述第二桨叶12能够在自身重力作用下保持在所述第一轴向位置。又例如在另一实施例中，可以利用磁力来进行复位，具体的，所述第二桨叶12与所述转轴10之间设有磁吸单元，在所述转轴10无转速且无额外驱动力时，所述磁吸单元被装配为其磁力能够使所述第二桨叶12保持在所述第一轴向位置。

在本实用新型的一可选实施例中，所述第二桨叶12被装配为其旋转时产生的升力能够驱使所述第二桨叶12从所述第一轴向位置向所述第二轴向位置移动。具体的，第二桨叶12旋转产生的升力与弹性单元14的弹力方向相反，且当第二桨叶12旋转产生的升力大于弹性单元14的弹力、第二桨叶12的重力以及第二桨叶12的滑动阻力之和时，第二桨叶12能够从所述第一轴向位置向所述第二轴向位置移动。

请参阅图1-10所示，在本实用新型的一可选实施例中，所述联动机构包括导套13，所述导套13与所述转轴10同轴固接，所述导套13的侧壁上设有螺旋形导向结构131；所述第二桨叶12包括中心体121以及沿所述中心体121的径向向外悬伸设置的叶片122，所述叶片122与所述中心体121之间通过导销123连接，所述中心体121位于所述导套13内侧，所述叶片122位于所述导套13外侧，所述第二桨叶1通过导销123与所述螺旋形导向结构131构成限位配合。

进一步的，所述螺旋形导向结构131靠近所述第一轴向位置的一端沿所述转轴10的轴向延伸设置有第一限位槽132。所述螺旋形导向结构131靠近所述第二轴向位置的一端沿所述转轴10的轴向延伸设置有第二限位槽133，当第二桨叶12位于第一限位槽132或第二限位槽133内时，第二桨叶12不会因为轻微的轴向位移就产生周向转动，因此第二桨叶12在折叠状态和交叉状态时，不会因为升力的轻微波动而产生的周向旋转，确保第二桨叶12在折叠状态和交叉状态下都能够保持稳定。

在一具体实施例中，所述螺旋形导向结构131各位置的坡度一致，本实施例中，将螺旋形导向结构131展平后的轮廓如图11所示，螺旋形导向结构131展平后呈直线状，该实施例中，直线型的螺旋形导向结构131加工工艺简单，制造公差易控，在满足实现旋转第二桨叶12功能效果的基础上，有效降低制造成本。

在另一实施例中，所述螺旋形导向结构131的坡度自所述第一轴向位置向所述第二轴向位置逐渐减小，本实施例中，螺旋形导向结构131展开后的轮廓如图12所示，螺旋形导向结构131展平后呈摆线状，螺旋形导向结构131由低到高的方向上：摆线的倾斜斜率越来越小，即摆线从陡峭趋于平缓。摆线型的轨迹能够让上第二桨叶12更迅速地从第一限位槽132移动进入第二限位槽133，让本螺旋桨装置更快速地从折叠状态进入交叉状态，以便本螺旋桨提供更高效的升力效果。具体地来说，当第二桨叶12穿过螺旋形导向结构131设置，转轴转动时，导套13通过螺旋形导向结构131的侧壁将旋转力矩传递给第二桨叶12，由于螺旋形导向结构131倾斜，因此螺旋形导向结构131侧壁作用在第二桨叶12上的水平分力推动第二桨叶12旋转，相比于直线型的轨迹，本实施例中的摆线型轨迹在底部更陡峭，推动第二桨叶12旋转的螺旋形导向结构131侧壁水平分力值更大，第二桨叶12在低速区间的加速度更快，第二桨叶12将会更迅速地被带动进入高速区间产生较大升力，使得升力带动第二桨叶12向上移动的速度更快，使第二桨叶12快速地进入顶部的第二限位槽133中。

在本实用新型的一可选实施例中，所述导销123上设有滚动轴承，所述滚动轴承与所述螺旋形导向结构131构成滚动配合，以提升导销123在螺旋形导向结构131中的滑动效率。

请参阅图6所示，在本实用新型的一可选实施例中，所述导套13内设有与所述转轴10同轴的导柱15，所述中心体121上设有与所述转轴同轴设置的通孔，所述中心体121通过所述通孔套设在所述导柱15上，以使所述中心体121沿所述导柱15的轴向与所述导柱15构成滑动配合，以约束第二桨叶12严格沿转轴10轴向移动，保持第二桨叶12与第一桨叶11之间的同轴度。

可以理解的是，本实用新型的联动机构的具体实现方式并不是唯一的，例如在其它实施例中，所述联动机构包括与所述第二桨叶12固接的套筒，所述套筒内壁开设有螺旋形导槽，所述套筒套设于所述转轴10上，所述转轴10外壁上设有凸柱，所述凸柱与所述螺旋形导槽构成限位配合。

以下对本实用新型的具体工作原理进行说明：

当共轴螺旋桨从工作状态恢复至非工作状态时，第二桨叶12的转速降低，其受到的升力小于其自重与弹力的合力时，第二桨叶12脱离第二限位槽133，沿螺旋形导向结构131向下移动至螺旋形导向结构131底端的第一限位槽132内，恢复至折叠状态。

第二桨叶12的重力为G，电机转速为n，两个螺旋桨相位差θ，第二桨叶12在螺旋形导向结构131内滑动的摩擦力为f，弹簧力为F₀+kΔH，其中ΔH为第二桨叶12在螺旋形导向结构131内滑动的高度差，k为弹簧弹性系数，F₀为第二桨叶12处于第一轴向位置时弹簧的初始弹力。

螺旋桨拉力＝直径×螺距×桨宽度×转速2×1(1标准大气压)×0.25(经验系数)，即在其他参数不变的情况下：螺旋桨拉力F_L＝Kn²，K为与螺旋桨直径、螺距、螺旋桨宽度、大气压、经验系数相关的恒定参数。

当G+F₀≥Kn²＝F_L时，重力和弹簧力作用在第二桨叶12上，第二桨叶12保持向下运动趋势，第二桨叶12保持在第一限位槽132内；

随着电机转速n增加，F_L＝Kn²＞G+F₀+kΔH₁+f，螺旋桨拉力作用在第二桨叶12上，第二桨叶12保持向上运动趋势，第二桨叶12顺着螺旋形导向结构131向上滑动，直至上下螺旋桨的相位差为θ；

随着电机转速n的提升，当F_L＝Kn²≥G+F₀+kΔH，第二桨叶12进入第二限位槽133，第二桨叶12跟随导套13同步旋转，第二桨叶12与第一桨叶11的相位差为设定的θ。

在整个运行过程中，只要转速n满足Kn²≥G+F₀+kΔH，无论桨加速还是减速，第二桨叶12都被限制在第二限位槽133内，不会因为转速变化导致第二桨叶12与第一桨叶11之间的相位差θ变化。

综上所述，本实用新型的共轴螺旋桨的两个桨叶能够在重叠和交叉两个位置状态间转换重叠时本装置便携易收纳，且在平飞状态迎风面减小，进而具有较低风阻，两个桨叶交叉时，本装置具备更优良的气动效率。螺旋桨在交叉和重叠状态之间的来回转换，无需额外单独设置电机来驱动，而是依赖螺旋桨本身升力，螺旋桨本身升力大小的变化正是本螺旋桨装置工作和非工作状态的最显著变化特征，依赖升力来改变两个螺旋桨之间的相位差，使得相位差的改变与飞行器的工作状态保持实时联动，且无需额外的控制模块。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，包括：

转轴；

第一桨叶，相对于所述转轴固定设置；

第二桨叶，相对于所述转轴活动设置，以使所述第二桨叶相对于所述第一桨叶具有以下两种状态：折叠状态，所述第二桨叶与所述第一桨叶之间的周向相位差为零；以及交叉状态，所述第二桨叶与所述第一桨叶之间的周向相位差为预设相位差值；

联动机构，设置在所述第二桨叶与所述转轴之间，所述联动机构被装配为能够使所述第二桨叶在自身旋转产生的升力作用下，沿所述转轴的轴向运动的同时沿所述转轴周向旋转，以使所述第二桨叶能够从所述折叠状态切换为所述交叉状态。

2.根据权利要求1所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述第二桨叶与所述转轴之间设有弹性单元，在所述转轴无转速且无额外驱动力时，所述弹性单元被装配为其弹力能够驱使所述第二桨叶保持在所述折叠状态。

3.根据权利要求1所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述转轴竖直设置，在转轴的轴向上，所述第二桨叶具有第一轴向位置和第二轴向位置，所述第一轴向位置位于所述第二轴向位置的下方，在所述转轴无额外驱动力或作用于第二桨叶的气动力小于重力时，所述第二桨叶能够在自身重力作用下保持在所述折叠状态。

4.根据权利要求1所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述第二桨叶与所述转轴之间设有磁吸单元，在所述转轴无转速且无额外驱动力时，所述磁吸单元被装配为其磁力能够使所述第二桨叶保持在所述折叠状态。

5.根据权利要求3所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述联动机构包括导套，所述导套与所述转轴同轴固接，所述导套的侧壁上设有螺旋形导向结构；所述第二桨叶包括中心体以及沿所述中心体的径向分别向两侧延伸设置的叶片，所述叶片与所述中心体之间通过导销连接，所述中心体位于所述导套内侧，所述叶片位于所述导套外侧，所述导销与所述螺旋形导向结构构成限位配合。

6.根据权利要求5所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述螺旋形导向结构的一端沿所述转轴的轴向延伸设置有第一限位槽；所述螺旋形导向结构的另一端沿所述转轴的轴向延伸设置有第二限位槽。

7.根据权利要求5所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述螺旋形导向结构各位置的坡度一致；或所述螺旋形导向结构的坡度自所述第一轴向位置向所述第二轴向位置逐渐变化。

8.根据权利要求5所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述导销上设有滚动轴承，所述第二桨叶通过所述滚动轴承与所述螺旋形导向结构构成滑动连接。

9.根据权利要求5所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述导套内设有与所述转轴同轴的导柱，所述中心体上设有通孔，所述中心体通过所述通孔套设在所述导柱上，以使所述中心体沿所述导柱的轴向与所述导柱构成滑动配合。

10.根据权利要求1所述的可折叠共轴螺旋桨，其特征在于，所述联动机构包括与所述第二桨叶固接的套筒，所述套筒内壁开设有螺旋形导槽，所述套筒套设于所述转轴上，所述转轴外壁上设有凸柱，所述凸柱与所述螺旋形导槽构成限位配合。

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