CN110116803A - 一种用于桨叶的变弦长*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种用于桨叶的变弦长***，涉及旋翼飞行器技术领域，能够调整桨叶弦长。本发明包括：弹簧(5)两端与十字形混合蜂窝结构(6)前后缘隔板固定连接；驱动线系(4)一端与驱动器滑块(2)固定连接，绕过滑轮组e后穿过滑块(7)后令一端绕过桨叶后缘处的尾部变向器(9)改变拉力方向后与十字形混合蜂窝结构(6)固定连接；形状记忆合金丝(1)绕过滑轮组a、b、c、d两端分别与两个驱动器滑块固定连接并与供电装置(10)连接。通过给形状记忆合金丝(1)通电产生变形，带动驱动线系(4)拉伸十字形混合蜂窝结构(6)，取消通电则通过弹簧将十字形混合蜂窝结构(6)复位。本发明适用于旋翼飞行器变弦长。

Description

一种用于桨叶的变弦长***

技术领域

本发明涉及旋翼飞行器技术领域，尤其涉及一种用于桨叶的变弦长***。

背景技术

目前，大到重型运输直升机，小到旋翼无人机，旋翼飞行器由于其空中悬停，起降灵活等特点，已被应用在了很多领域。

桨叶设计则是旋翼飞行器研发过程中的重要一环，并且同很多的飞行器设计一样，很多设计参数之间其实是相互矛盾的，很难平衡，比如：增加桨叶弦长可以提高旋翼性能在接近飞行包线边界时，大弦长构型能降低需用功率，缓解失速问题；但在低总重，低高度情况下，大弦长构型消耗更多功率，对飞行不利。

如果想要进一步提高旋翼飞行器的泛用性，则需要照顾到更多的设计指标，这其中桨叶的设计则愈发困难。

发明内容

本发明的实施例提供一种用于桨叶的变弦长***，能够调整桨叶弦长。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明实施例公开了一种桨叶变弦长***，涉及直升机技术领域，能够调整桨叶弦长。本发明包括：

形状记忆合金丝1、驱动器滑块2、驱动器导轨3、驱动线系4、弹簧5、十字形混合蜂窝结构6、滑块7、导轨8、尾部变向器9、供电装置10、滑轮组a、b、c、d、e。

弹簧5两端与十字形混合蜂窝结构6前后缘隔板固定连接；驱动线系4一端与驱动器滑块2固定连接，绕过滑轮组e后穿过滑块7后令一端绕过尾部变向器9与十字形混合蜂窝结构6固定连接；形状记忆合金丝1绕过滑轮组a、b、c、d两端分别与两个驱动器滑块固定连接并与供电装置10连接。

通过给形状记忆合金丝1通电产生变形，带动驱动线系4拉伸十字形混合蜂窝结构6，取消通电则通过弹簧将十字形混合蜂窝结构6复位。

本实施例实现了对旋翼飞行器的桨叶弦长的改变，使得所以旋翼飞行器在飞行过程中可以需要根据情况改变弦长。

并且本实施例与传统靠弹簧与离心力驱动或靠液压驱动的桨叶变弦长***相比，蜂窝结构质量轻、面刚度大，能够减少飞行器重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。

图1为本发明实施例提供的桨叶正常弦长状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的桨叶变弦长状态下的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的桨叶正常弦长状态下与变弦长状态下的弦长对比图。

图4为本发明实施例提供的侧视图及部分部件的位置关系示意图；

图5为本发明实施例提供的桨叶后缘局部放大图；

图6为本发明实施例提供的滑块(7)的正视图与俯视图，驱动线系(4)与弹簧(5)从开孔处穿过；

图7为本发明实施例提供的形状记忆合金丝(1)、驱动线系(4)及滑块(2)的局部放大图与连接方式；

图8为本发明实施例提供的滑块(2)与导轨(3)的结构示意图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明实施例提供一种用于桨叶的变弦长***，如图1所示的，所述变弦长***的组成部分包括：

驱动装置(I)、传动装置(II)和十字形混合蜂窝结构(6)。

驱动装置(I)包括：形状记忆合金丝(1)、驱动器滑块(2)和驱动器导轨(3)、供电装置(10)和固定装置。

传动装置(II)包括：驱动线系(4)、弹簧(5)、滑块(7)、导轨(8)、尾部变向器(9)、滑轮组(a)、滑轮组(b)、滑轮组(c)、滑轮组(d)和滑轮组(e)。

弹簧(5)的两端分别与十字形混合蜂窝结构(6)前缘和后缘隔板固定连接。其中，十字形混合蜂窝结构，也可以称为十字形柔性蜂窝结构，是一种由N型结构和H型结构的混合结构蜂窝，目前处于研究前沿，主要应用于柔性蒙皮中。十字形混合蜂窝的构型，可以在设计中通过调节和优化单元参数等措施，既能有较大的面内变形，又能获得较大的面外抗弯刚度，比较符合本设计对弹性变形材料的要求。

驱动线系(4)的一端与驱动器滑块(2)固定连接，驱动线系(4)绕过滑轮组(e)且穿过滑块(7)，所述驱动线系(4)的一端绕过尾部变向器(9)与十字形混合蜂窝结构(6)固定连接。其中，尾部变向器(9)安装在桨叶后缘处，用于改变驱动线系(4)的拉力的方向。

形状记忆合金丝(1)依次绕过滑轮组(a)的两端、滑轮组(b)的两端、滑轮组(c)的两端和滑轮组(d)两端。

形状记忆合金丝(1)分别与两个驱动器滑块(2)固定连接。

形状记忆合金丝(1)与供电装置(10)连接。

当桨叶的弦长处于初始弦长时，预拉伸的弹簧(5)通过所连接的十字形混合蜂窝结构(6)前缘和后缘隔板，向十字形混合蜂窝结构(6)的移动端施加压应力。通过驱动器导轨(3)上设置的限动端，防止弹簧(5)将十字形混合蜂窝结构(6)压缩至小于初始弦长。

其中，整个机构能够在飞行中绝大部分时间处于原长，预拉伸的弹簧(5)连接十字形混合蜂窝结构(6)前后缘隔板，给十字形混合蜂窝结构(6)移动端施加均匀压应力。同时，弹簧(5)在没有驱动力的原长状态下给十字形混合蜂窝结构(6)一定约束力，防止机构弦长在没有启动驱动装置时产生变化。同时驱动器导轨(3)上也设置相应的限动端，防止弹簧(5)将十字形混合蜂窝结构(6)压缩至小于初始弦长。

例如图1所示的，弹簧(5)两端与十字形混合蜂窝结构(6)前后缘隔板固定连接。驱动线系(4)一端与驱动器滑块(2)固定连接，绕过滑轮组e后穿过滑块(7)后令一端绕过尾部变向器(9)与十字形混合蜂窝结构(6)固定连接。形状记忆合金丝(1)绕过滑轮组a、b、c、d两端分别与两个驱动器滑块固定连接并与供电装置(10)连接。预拉伸的弹簧(5)连接十字形混合蜂窝结构(6)前后缘隔板，给十字形混合蜂窝结构(6)移动端施加均匀压应力，并在没有驱动力的原长状态下给十字形混合蜂窝结构(6)一定约束力，防止机构弦长在没有启动驱动装置时产生变化。同时驱动器导轨(3)上也设置相应的限动端，防止弹簧将蜂窝压缩至小于初始弦长。

在本实施例的优选方案中，驱动线系(4)由尼龙66材质的静力绳构成。

而形状记忆合金丝(1)可以采用镍钛形状记忆合金制成。并提供一种基于镍钛形状记忆合金材质的形状记忆合金丝的通电策略，包括：

当形状记忆合金丝(1)中通电6A电流后，加热形状记忆合金丝(1)的温度至温度45°；之后，当形状记忆合金丝(1)自然冷却到温度低于30°时，再次通电6A电流，直至再次加热形状记忆合金丝(1)的温度至温度45°；重复这一过程，保持通电6A电流后，形状记忆合金丝(1)的温度在30°～45°的范围内波动。

其中，形状记忆合金丝(1)设置加热最高温度为55°处于节约能源的考量，故设置加热最高温度为55°，用6A电流，加热到温度后，自然冷却，直到温度低于30度，再次加热至温度达45°。这样既能保证机构保持变弦长状态，又不用一直加热，节省了能源。

当需要增加桨叶弦长时，供电装置(10)向形状记忆合金丝(1)通电。形状记忆合金丝(1)形变后拉动驱动器滑块(2)沿驱动器导轨(3)运动，带动驱动线系(4)产生拉力拉动十字形混合蜂窝结构(6)，十字形混合蜂窝结构(6)两端的滑块(7)沿导轨(8)运动，从而使桨叶弦长增加。

例如：当供电装置(10)给形状记忆合金丝(1)通电时，形状记忆合金丝(1)产生形变并提供拉力，通过传动装置(II)传到十字形混合蜂窝结构(6)，使其拉伸以达到改变桨叶弦长的效果。当切断电流后形状记忆合金丝(1)恢复原长，弹簧(5)使十字形混合蜂窝结构(6)恢复变形，此时弦长回到原长。比如图2所示的，通过供电装置(10)给形状记忆合金丝(1)通过电流，产生热量使其发生形变拉动驱动器滑块(2)沿驱动器导轨(3)运动，带动驱动线系(4)产生拉力拉动十字形混合蜂窝结构(6)，其两端滑块(7)沿导轨(8)运动使桨叶弦长增加。

本实施例实现了对旋翼飞行器的桨叶弦长的改变，使得所以旋翼飞行器在飞行过程中可以需要根据情况改变弦长。

并且本实施例与传统靠弹簧与离心力驱动或靠液压驱动的桨叶变弦长***相比，蜂窝结构质量轻、面刚度大，能够减少飞行器重量。

，进一步的，还可以在十字形混合蜂窝中加入了用薄铝条制作的肋，从而得到H型的结构，以增大垂直方向抗弯性能，进一步提升了边弦长过程中桨叶的结构强度。

本实施例所提供的桨叶变弦长***选定S300-C型直升机作为原型机。其桨叶弦长为171mm，直径为8.18m。形状记忆合金丝长度为1m，施加电流后变形量为42mm，满足可使弦长增加20％的要求。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种用于桨叶的变弦长***，其特征在于，所述变弦长***的组成部分包括：

驱动装置(I)、传动装置(II)和十字形混合蜂窝结构(6)；

驱动装置(I)包括：形状记忆合金丝(1)、驱动器滑块(2)和驱动器导轨(3)、供电装置(10)和固定装置；

传动装置(II)包括：驱动线系(4)、弹簧(5)、滑块(7)、导轨(8)、尾部变向器(9)、滑轮组(a)、滑轮组(b)、滑轮组(c)、滑轮组(d)和滑轮组(e)；

弹簧(5)的两端分别与十字形混合蜂窝结构(6)前缘和后缘隔板固定连接；

驱动线系(4)一端与驱动器滑块(2)固定连接，驱动线系(4)绕过滑轮组(e)且穿过滑块(7)，所述驱动线系(4)的一端绕过尾部变向器(9)与十字形混合蜂窝结构(6)固定连接；

形状记忆合金丝(1)依次绕过滑轮组(a)的两端、滑轮组(b)的两端、滑轮组(c)的两端和滑轮组(d)两端；

形状记忆合金丝(1)分别与两个驱动器滑块(2)固定连接；

形状记忆合金丝(1)与供电装置(10)连接。

2.根据权利要求1所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，当桨叶的弦长处于初始弦长时，预拉伸的弹簧(5)通过所连接的十字形混合蜂窝结构(6)前缘和后缘隔板，向十字形混合蜂窝结构(6)的移动端施加压应力。

3.根据权利要求2所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，通过驱动器导轨(3)上设置的限动端，防止弹簧(5)将十字形混合蜂窝结构(6)压缩至小于初始弦长。

4.根据权利要求1所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，增加桨叶弦长时，供电装置(10)向形状记忆合金丝(1)通电；

形状记忆合金丝(1)形变后拉动驱动器滑块(2)沿驱动器导轨(3)运动，带动驱动线系(4)产生拉力拉动十字形混合蜂窝结构(6)，十字形混合蜂窝结构(6)两端的滑块(7)沿导轨(8)运动。

5.根据权利要求1所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，驱动线系(4)由尼龙66材质的静力绳构成。

6.根据权利要求4所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，形状记忆合金丝(1)为镍钛形状记忆合金。

7.根据权利要求6所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，形状记忆合金丝(1)设置加热最高温度为55°。

8.根据权利要求7所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，还包括：

当形状记忆合金丝(1)中通电6A电流后，加热形状记忆合金丝(1)的温度至温度45°；

之后，当形状记忆合金丝(1)自然冷却到温度低于30°时，再次通电6A电流，直至再次加热形状记忆合金丝(1)的温度至温度45°；

重复上述过程，保持通电6A电流后，形状记忆合金丝(1)的温度在30°～45°的范围内波动。

9.根据权利要求1所述的用于桨叶的变弦长***，其特征在于，还包括：

采用薄铝条作为十字形混合蜂窝结构(6)中的肋，从而得到十字形混合蜂窝结构(6)中的H型的结构。