CN104816825B - 一种伸缩折展旋翼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伸缩折展旋翼，包括桨叶外段、桨叶内段、大圆盘、小圆盘内部档块、小圆盘、滑槽、桨毂、滑块、主轴、舵机、整流罩、电机、限位滚柱、插销；本发明提供的伸缩折展旋翼不仅能很好的实现垂直起降的功能，而且伸缩过程用时少，设计平飞速度高，大圆盘可以在平飞过程中产生升力；本发明提供的伸缩折展旋翼符合飞机旋翼结构设计的强度、刚度、气动、重量以及疲劳寿命等要求，同时不对飞机的使用、维护性产生不利影响。

Description

一种伸缩折展旋翼

技术领域

本发明属于复合式飞机旋翼结构设计领域，具体涉及复合式飞机旋翼收缩折叠机构的设计。

背景技术

复合式飞机概念的提出是为了综合直升机和固定翼飞机的优越性能，但是，旋翼和固定翼的共同存在一般会发生较大的气动干扰。一般情况下，复合式飞机是追求直升机的垂起垂降和固定翼的高速巡航性能，依照这种思路，复合式飞机的设计中一般会在高速巡航阶段减低旋翼的气动阻力。旋翼和固定翼的干扰问题是复合式飞机高速巡航所必须克服的问题。

目前，复合式飞机设计还处于探索阶段，旋翼的干扰问题一直没有得到很好的解答。现在复合式飞机的旋翼一般都是锁死在顺流位置或悬空不做约束。如此这般，在飞行过程中会产生不小的干扰阻力。

另外，舰载直升机收纳到机库时的旋翼大小问题也较为突出，有些直升机由于旋翼半径过大不能收进机库。

优秀的复合式飞机设计，停放在机库时飞机所占空间要小，高速巡航时气动干扰要小。但是，仅仅减小旋翼半径会使飞机的旋翼桨盘载荷过大，会出现一些列的问题，如旋转速度高等。不减小旋翼半径，而是把旋翼锁死在顺流位置或悬空气动干扰又较大。这就要求设计者考虑旋翼的伸缩折叠问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，针对复合式飞行器的设计要求和旋翼干扰存在的种种不足之处，提出一种伸缩折展旋翼。

一种伸缩折展旋翼，包括桨叶外段、桨叶内段、大圆盘、小圆盘内部档块、小圆盘、滑槽、桨毂、滑块、主轴、舵机、整流罩、电机、限位滚柱、插销；

桨叶外段一端与桨叶内段连接，桨叶内段的另一端连接桨毂，桨毂通过插销连接滑块，桨叶外段相对于桨叶内段能够偏转135°，桨叶外段与桨叶内段连接处设有锁死机构，当桨叶处于完全伸展状态下，桨叶外段与桨叶内段通过锁死机构锁死；

大圆盘内设有凹进，小圆盘位于凹进内，小圆盘与大圆盘上分别设有滑槽，滑槽分为内外两段，分别位于小圆盘和大圆盘上，整流罩内也设有滑槽，与大圆盘和小圆盘上的滑槽相对应，滑块上端连接整流罩滑槽，下端连接大圆盘与小圆盘上滑槽，滑块能够在滑槽上滑动；

小圆盘的底部与大圆盘的凹进底面之间设有间隙，大圆盘与小圆盘同轴设置，主轴一端通过轴承连接整流罩圆心，另一端通过离合器连接大圆盘的圆心，小圆盘的圆心也通过离合器连接主轴，小圆盘设有限位柱，大圆盘的底部设有弧形槽，限位柱位于弧形槽内，小圆盘相对于大圆盘能够绕主轴转动90°，小圆盘上方设有四块内部档块，四块内部档块围绕主轴布置，为轴对称形式；四块档块一端固定连接小圆盘，另一端固定连接整流罩，电机固定在滑槽和主轴之间，电机输出轴连接滑块，大圆盘的边沿，滑槽的两侧分别设有一个限位滚柱，限位滚柱的两端分别通过轴承连接大圆盘和整流罩。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的伸缩折展旋翼不仅能很好的实现垂直起降的功能，而且伸缩过程用时少，设计平飞速度高，大圆盘可以在平飞过程中产生升力；

(2)本发明提供的伸缩折展旋翼符合飞机旋翼结构设计的强度、刚度、气动、重量以及疲劳寿命等要求，同时不对飞机的使用、维护性产生不利影响。

附图说明

图1是伸缩折展旋翼桨叶完全展开示意图；

图2是伸缩折展旋翼桨叶完全收缩示意图；

图3是伸缩折展旋翼桨叶完全折叠示意图；

图4是伸缩折展旋翼总体外观图；

图5是旋翼根部结构放大图；

图6是旋翼折叠部位放大图；

图7是桨毂及连接装置；

图中：

1、桨叶外段 2、桨叶内段 3、大圆盘

4、小圆盘内部档块 5、小圆盘 6、桨毂及滑块

7、滑槽 8、桨毂 9、滑块

10、主轴 11、舵机 12、整流罩

13、电机 14、限位滚柱 15、插销

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一种伸缩折展旋翼，如图1至图7所示，包括桨叶外段1、桨叶内段2、大圆盘3、小圆盘内部档块4、小圆盘5、滑槽7、桨毂8、滑块9、主轴10、舵机11、整流罩12、电机13、限位滚柱14、插销15。

如图1所示，桨叶外段1和桨叶内段2通过水平耳片和销钉相连，桨叶外段1相对于桨叶内段2可偏转135°，链接处的细节参见图6。在图1所示的完全伸展状态下，桨叶外段1和桨叶内段2在连接处的后部由锁死机构锁死。锁死机构详情参见图6，桨叶外段1的后缘伸出一个垂直耳片，耳片上有水平的插销空，在桨叶内段2内有一个舵机11控制插销的***和拔出。

如图1所示，桨叶内段1和滑块9通过桨毂8相连，详细情况参见图7，滑块9和桨毂8通过插销15相连。桨毂8和桨叶内段1的连接形式是普通的一般直升机的桨毂链接方式。

在图1中，滑块9和滑槽7相连，滑块9相对于滑槽7可以做相对滑动，从而实现桨叶(桨叶内段1和桨叶外段2总称)的伸缩。滑槽7分为内外两段，分别位于小圆盘5和大圆盘3上，小圆盘5和大圆盘3可以相对转动。滑槽7共有四道，十字相交于圆盘的中心。这里需要说明的是，整流罩12的下方也有滑槽，该滑槽和小圆盘5上的滑槽7的内段相对应，且保持相对位置不变。即滑块9的上部和整流罩12的滑槽相接，下部和滑槽7相连。

图5所示是小圆盘5的详细结构，小圆盘5位于大圆盘3的内部。如前所述，小圆盘5可以和大圆盘3相对转动，大圆盘3内部有凹进，是比小圆盘5稍大的圆环形，正好可以放置小圆盘5，它们的中心都和主轴10相连，都分别由离合器(市场可买)相连，可以实现它们和主轴10的脱开和接合。小圆盘5的底部和大圆盘3的凹进圆环的底面之间有些间隙，还有限位结构，即小圆盘5下部会伸出一块不在圆心的圆柱，相对应的大圆盘3的底部会开一个只有90°的绕主轴的弧形槽，圆柱只能在弧形槽内移动，从而限制了大小圆盘的相对转动的角度。它们可以相对转动90°。

图2和图3中可以看到小圆盘5的上方还有着四块内部档块4，四块档块围绕主轴布置，是轴对称的形式。四块档块4和小圆盘5是焊接(或粘接)关系，连成一体，不再有相对运动，四块档块上方是整流罩12，整流罩12也和内部档块相连并粘死。整流罩12的中心和主轴10通过轴承连接。

按照图5，电机13布置在小圆盘的内部，位于滑槽7和主轴10之间，一共有两个。在图5中用圆柱表示，它们通过钢索和滑块9连接，分别牵拉控制相对的滑块的收缩，以收缩桨叶。电机采用直驱电机，它有很多优点，可以满足使用要求。钢索和滑块9直接焊死。

如图4所示，限位滚柱14布置在大圆盘的边沿，滑槽7的两侧，共有8个。上下通过轴承连接大圆盘5和整流罩12，可以限制外段桨叶的运动，从而使得小圆盘3和大圆盘5差动时桨叶(桨叶内段2，桨叶外段1)可以折叠，收到整流罩12里。限位滚柱在其他图里没有显示，是为了看清其他部件的关系。

本发明的设计点主要在于旋翼桨叶(1和2)收缩与折叠的实现。为了使结构紧凑、减轻重量等目的，收缩的形式选择滑块9与滑槽7相结合的方案。将桨毂8固定连接在滑块9上，即可通过控制滑块9在滑槽7上的运动来实现旋翼的收放。为了减小空间占用率，滑块9的驱动装置，选择以电机旋转缠绕驱动钢索从而拉动滑块9直线运动的形式，旋翼桨叶展开则靠旋转的离心力滑出，简单可靠又节省了大量空间与重量。折叠的设计主要在于内外段桨叶的连接问题与折叠角度的精确控制。内外段桨叶在靠近前缘的地方添置耳片连接，后半段设置锁连接，收放过程中内外段桨叶相对转动角度为135°，这样设计可以在实现相对转动的同时，最大限度地避免空间干涉问题。当内外段桨叶随滑块9一起到达小圆盘5内的极限位置时，内段桨叶部分卡在小圆盘5内，通过小圆盘5转动带动内段桨叶旋转，同时脱开内外段桨叶的锁连接，借助于大圆盘3边缘轨道两侧的限位滚柱14，外段桨叶可收入到整流罩12中。

为实现垂起垂降，装配本机构的飞机在起飞和降落过程中，旋翼桨叶处于完全伸展状态，机构所有的部件都绕主轴10进行转动。起飞完成后，飞机转换成平飞状态，或者降落完毕方便飞机收库，旋翼桨叶要先进行收缩再进行折叠；相反情况，旋翼桨叶先折回平直状，再通过离心力的作用伸展开来。大、小圆盘与主轴10通过离合器相连，利用飞机相关控制装置控制离合器随时进行稳定精准的接合与脱开控制。在大、小圆盘之间设置有限位结构，使得小圆盘5相对于大圆盘3逆时针和顺时针旋转90°之后都能恰好卡住并一起运动。现结合附图将整个收放过程描述如下：

图1为机构旋翼完全伸展状态。直升机主轴10旋转方向为逆时针，起飞过程中大小圆盘均与主轴接合保持同步转动。收缩旋翼桨叶时，首先打开电机13，驱动滑块9和桨毂8回移，将四片桨叶收放到固定位置，如图2所示。接下来将小圆盘5与主轴10脱开，由于摩擦减速，其便会产生相对于大圆盘3的顺时针转动，同时小圆盘5带动滑块9和桨毂6、桨叶内段2进行转动，放开桨叶内外段的锁连接，桨叶外段1和桨叶内段2分开，直至桨叶折叠到位。小圆盘5旋转90°后便与大圆盘3锁死，慢慢减速直至停下，圆盘固定，完成到平飞模式的转换，如图3所示。

相反情况放出旋翼时，大圆盘3与主轴10脱开，保持小圆盘5与主轴10接合的状态，逐渐加速，小圆盘5即产生相对于大圆盘3的逆时针转动，相对转动90°之后与大圆盘3卡住并锁死，之后将大圆盘3与主轴10接合，即可控制内外段桨叶展开成一直线。再利用旋转离心力将桨叶甩出并卡到相应位置即完成。

图4是总体外观图，大圆盘3下部为近似平板设计，整流罩12为圆弧形，在飞机平飞时，旋翼外形总体上是一种升力体的型式，可以提供部分升力。小圆盘5外观为圆柱体的形状设计，侧面对称四个开口，内设滑槽7，滑槽7中心对称，十字交叉。

图6是桨叶折叠部分，桨叶外段1是带有接头的完整桨叶，通过连接耳片连接桨叶内段2。桨叶内段2设置有锁死机构，用来控制旋翼的折叠。

Claims (1)

1.一种伸缩折展旋翼，包括桨叶外段、桨叶内段、大圆盘、小圆盘内部挡块、小圆盘、滑槽、桨毂、滑块、主轴、舵机、整流罩、电机、限位滚柱、插销；

桨叶外段一端与桨叶内段一端连接，桨叶内段的另一端连接桨毂，桨毂通过插销连接滑块，桨叶外段相对于桨叶内段能够偏转135°，桨叶外段与桨叶内段连接处设有锁死机构，当桨叶处于完全伸展状态下，桨叶外段与桨叶内段通过锁死机构锁死；在桨叶内段内有一个舵机控制插销的***和拔出；

大圆盘内设有凹进，小圆盘位于凹进内，小圆盘与大圆盘上分别设有滑槽，滑槽分为内外两段，分别位于小圆盘和大圆盘上，整流罩内也设有滑槽，与大圆盘和小圆盘上的滑槽相对应，滑块上端连接整流罩滑槽，下端连接大圆盘与小圆盘上滑槽，滑块能够在滑槽上滑动；

小圆盘的底部与大圆盘的凹进底面之间设有间隙，大圆盘与小圆盘同轴设置，主轴一端通过轴承连接整流罩圆心，另一端通过离合器连接大圆盘的圆心，小圆盘的圆心也通过离合器连接主轴，小圆盘设有限位柱，大圆盘的底部设有弧形槽，限位柱位于弧形槽内，小圆盘相对于大圆盘能够绕主轴转动90°，小圆盘上方设有四块内部挡块，四块内部挡块围绕主轴布置，为轴对称形式；四块挡块一端固定连接小圆盘，另一端固定连接整流罩，电机固定在滑槽和主轴之间，电机输出轴连接滑块，大圆盘的边沿，滑槽的两侧分别设有一个限位滚柱，限位滚柱的两端分别通过轴承连接大圆盘和整流罩。