专利名称：一种可变直径螺旋桨的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对高、低空飞行环境具有很强适应性和可靠性的，可用于低动态飞行器推进系统的具有可变直径机构的新型高性能螺旋桨装置。
背景技术：
随着现代科学技术的进步，临近空间独特的资源优势已成为各国关注的热点。近年来，在区域防灾减灾、环境监测、通信等需求的驱动下，美欧等军事强国都在努力对临近空间资源进行开发，结合材料、能源和推进等技术取得的重大进步，临近空间低动态飞行器成为当今研究最为活跃的飞行器之一，它主要包括高空无人机和高空飞艇。由国外先进高空无人机和高空飞艇设计方案可看出，临近空间低动态飞行器推进系统大多采用大功率直流电机驱动的螺旋桨推进系统。 螺旋桨是一种把发动机的动力变成拉力或推力的装置，因其在经济和安全方面的优势，使得它在低动态飞行器设计中成为首选的推进系统。然而，高空大气密度小、气压低，低动态飞行器在高空飞行时，按照低空设计的螺旋桨推力小、效率偏低。同时在低动态飞行器起飞、降落过程中，气动参数的较大变化，也将直接影响到通过螺旋桨平面的空气质量流量、推力、效率等气动参数，从而影响了螺旋桨在高、低空整个飞行过程中的工作性能。因此，开展适应于大跨度飞行高度(从低空到高空)飞行相适应的高性能螺旋桨研究，在当前能源、环境问题日趋严峻的形势下，对充分利用发动机或电机功率，减少能源需求和飞行负载，促进推进系统轻型化具有特别重大的意义。同时，这也为传统意义上的螺旋桨设计与制造技术提出了新的挑战。螺旋桨几何特性中最重要的参数是其直径D，即叶尖旋转所扫掠的圆周直径。螺旋桨直径D的大小，通常由空气动力学计算和比较综合确定，螺旋桨的直径D与发动机的功率和转速、额定速度和飞行高度、桨叶数目及宽度皆有直接的关系。根据螺旋桨气动理论，随着螺旋桨桨叶直径的增大/减小，不仅会增加/减少螺旋桨的拉力或推力，也会提高/降低螺旋桨效率。为减少制造和装配难度，在螺旋桨其他几何特性不变的情况下，高空空气密度低，为了提供足够的推力，螺旋桨直径越大越好；低空空气密度大，为了避免产生多余推力而造成螺旋桨气动性能下降，螺旋桨直径相对高空螺旋桨直径适当减小。目前，为了充分利用发动机或电机功率，降低能源消耗，并适应高、低空大气环境特点，平流层低动态飞行器螺旋桨推进系统常常采用变转速或变桨距的方式去尽可能提高其工作性能。变桨距是根据高度或推力要求调整桨距，然后锁定桨距，这些需要变距调节装置和桨距锁定装置进行闭环控制，这些调节机构通常在结构上独立于螺旋桨驱动装置，这样以来不但增加螺旋桨控制系统的复杂性，更重要的是增加了螺旋桨的整体重量，这对本来要求就很高的重量要求来说是非常不利的。结合平流层高空气象变化小，工况少，有些高空低动态飞行器从经济性和控制系统的角度也考虑采用变转数方式，但是这种方式会对电机的高低空工作性能和散热提出更高要求。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种可变直径的螺旋桨，该螺旋桨可兼容高、低空飞行环境的变化。本发明的技术解决方案是一种可变直径螺旋桨，包括桨叶、桨毂；连杆机构、驱动机构、桨帽、滑动支撑机构和锁紧释放机构；桨帽安装在桨毂上，并为连杆机构、驱动机构、滑动支撑机构和锁紧释放机构提供安装空间和顶部支撑；驱动机构、滑动支撑机构固定在桨毂上，驱动机构的输出轴连接连杆机构，桨叶固定在连杆机构的导向输出端，连杆机构的导向输出端底部连接滑动支撑机构，由滑动支撑机构实现对连杆机构的支撑和导向；驱动机构驱动连杆机构沿着滑动支撑机构带动桨叶沿螺旋桨直径方向伸缩，进而改变整个螺旋桨桨盘直径的大小，桨叶伸缩到位后通过锁紧释放机构对连杆机构进行锁紧。所述的驱动机构包括电机、蜗杆、蜗杆固定座、蜗轮、蜗轮固定轴、差速齿轮、上端 锥齿轮、旋转臂、旋转轴和齿轮支撑座；电机固定安装在桨毂内部底面上，电机的输出轴连接蜗杆，蜗杆两端安装在蜗杆固定座上，蜗杆固定座安装在桨毂内部底面上；蜗轮通过轴承安装在蜗轮固定轴上，与蜗杆啮合，绕蜗轮固定轴轴心转动；齿轮支撑座固定安装在蜗轮上端平面上，带动两个对称安装在齿轮支撑座上的差速齿轮一起转动；差速齿轮上端啮合上端锥齿轮；上端锥齿轮与旋转臂连成一体，通过轴承安装在旋转轴上；旋转轴上端通过上轴承安装在桨帽固定座上，旋转轴下端通过下轴承安装在蜗轮固定座上。所述的连杆机构包括腰部连杆、底边连杆、推杆和导向杆；腰部连杆和底边连杆构成等腰三角形连杆机构；腰部连杆的上端固定在旋转轴上，下端与底边连杆铰接，底边连杆套装在驱动机构的旋转臂上；推杆的一端与等腰三角形连杆机构的底边连杆铰接，另一端与导向杆铰接，导向杆一端连接桨叶，导向杆另一端的底部连接滑动支撑机构。所述的驱动机构包括电机、蜗杆、蜗杆固定座、蜗轮、蜗轮固定轴、差速齿轮、下端锥齿轮、上端锥齿轮、旋转臂、丝杠、螺母和齿轮支撑座；电机固定安装在桨毂内部底面上，电机的输出轴连接蜗杆，蜗杆两端安装在蜗杆固定座上，蜗杆固定座安装在桨毂内部底面上；蜗轮通过轴承安装在蜗轮固定轴上，与蜗杆啮合，绕蜗轮固定轴轴心转动；齿轮支撑座固定安装在蜗轮上端平面上，带动两个对称安装在齿轮支撑座上的差速齿轮一起转动；差速齿轮上下两端分别啮合上端锥齿轮和下端锥齿轮；下端锥齿轮与丝杠连成一体，通过轴承安装在蜗轮固定轴上；上端齿轮与旋转臂连成一体，通过轴承安装在丝杠下部非螺纹部分上，绕丝杠轴心转动；丝杠上端通过上轴承安装在桨帽固定座上，中部螺纹部分与螺母配合，丝杠下端通过下轴承安装在蜗轮固定座上，通过丝杆转动带动螺母沿丝杠滑动。所述的连杆机构包括腰部连杆、底边连杆、推杆和导向杆；腰部连杆和底边连杆构成等腰三角形连杆机构；腰部连杆的上端与螺母铰接，下端与底边连杆铰接，底边连杆分成轴对称两端，以滑动套筒的形式安装在驱动机构的旋转臂上；推杆的一端与等腰三角形连杆机构的底边连杆铰接，另一端与导向杆铰接，导向杆一端连接桨叶，导向杆另一端的底部连接滑动支撑机构。所述的锁紧释放机构包括安装座、上衔铁、下衔铁、弹簧和销钉；安装座固定安装在连杆机构的旋转连接处，安装座内部安装上衔铁和下衔铁，销钉安装在下衔铁上，弹簧安装在安装座与销钉之间，通过上衔铁和下衔铁的吸和，依靠弹簧的弹力，推动销钉回缩或插入所述旋转连接处的销钉孔，实现释放、锁紧。
本发明与现有技术相比有益效果为(I)本发明的可变直径螺旋桨可以根据高、低空飞行环境变化特点，调控伸出螺旋桨桨毂外的桨叶直径大小，来调整整个螺旋桨推进系统的桨盘直径，从而提升整个螺旋桨推进系统的气动性能。这种可变直径的螺旋桨推进系统不仅适合于低空飞行环境，也适合于高空飞行环境，从而实现了高空低动态飞行器大跨度飞行高度飞行，解决了高空低动态飞行器螺旋桨推进系统对高、低空适应性和可靠性问题。
(2)与高空低动态飞行器采用两套分别适应于高、低空飞行环境的螺旋桨推进方案相比，本发明不但重量减轻，而且整个推进系统复杂程度降低，可靠性高；与高空低动态飞行器采用一套螺旋桨推进方案相比，本发明在保证推进系统效率和推力前提下，通过简单可靠的机构很好地解决了低动态飞行器螺旋桨推进系统的高、低空适应性和可靠性问题。(3)本发明的可变直径的机构及组件采用连杆机构的运动方式，不仅结构简单方便，而且具有工程机构可实现性。通过两个维度(旋转和压缩)的运动来实现桨叶的伸缩运动，使得螺旋桨桨盘直径可以变化近两个桨毂直径的大小，从而大大增加了桨叶的直径变化范围，同时也提高了螺旋桨的高低空飞行适应能力和工作性能。(4)本发明的驱动机构通过差速齿轮机构分别与连杆机构中心轴线上的两个圆锥齿轮啮合，形成同步和异步转动，来实现等腰三角形连杆机构先旋转运动后压缩运动的动力传递，使得整个装置使用一个驱动即可实现两个运动过程的动力输入。传动系统结构紧凑，传动部件大大精简，从而使得驱动系统效率大大提高。(5)本发明采用腰部连杆和底边连杆构成的等腰三角形连杆方式，结构稳定，在满足机构功能实现和螺旋桨气动性能的基础上，充分利用了桨帽的外形特点，大大提高了桨帽内部空间的利用率。(6)本发明的滑动支撑机构通过固定在导向杆上的滑块在滑轨上的滑动实现连杆结构支撑和导向的目的，并且机构采用两级滑轨的结构形式，不仅满足连杆机构大范围滑动支撑的需求，同时也减小了机构的结构尺寸，提高桨毂空间的利用率。(7)本发明的锁紧释放机构通过机构的通电和断电，控制机构中上、下衔铁的吸合与分离，进而实现销钉的伸长和收缩，最终实现机构的锁紧和释放操作，采用电信号对机构进行控制，省去了电机等传动部件，机构简单、控制方便，便于安装和操作。(8)本发明可变直径机构的螺旋桨不仅使得低动态飞行器推进系统适用于高空低密度低雷诺数(Re数)大气环境，而且还适用于低空高密度高Re数大气环境，从而形成了一种兼容高、低空大气环境变化的具有可变直径机构的新型高性能螺旋桨。(9)本发明提出的可变直径螺旋桨是通过驱动机构带动连杆机构绕丝杠(即机构旋转轴)旋转，带动连接桨叶的推杆和导向杆沿螺旋桨直径方向滑动，进而带动螺旋桨桨叶连接轴在桨毅内沿径向相应滑动，从而实现螺旋桨桨盘直径的变化；当连杆机构旋转到位后，再通过丝杠螺母传动，进一步变化连杆机构的垂直高度，从而改变桨叶连接轴的滑动距离，以实现螺旋桨更大范围的桨盘直径变化。
图IA为本发明的可变直径螺旋桨收缩状态的正视图IB为本发明的可变直径螺旋桨收缩状态的俯视图；图2A为本发明的可变直径螺旋桨展出状态的正视图；图2B为本发明的可变直径螺旋桨展出状态的俯视图；图3A为本发明的可变直径机构连杆机构正视图；图3B为本发明的可变直径机构连杆机构俯视图；图4A为本发明的可变直径机构驱动机构正视图；图4B为本发明的可变直径机构驱动机构侧视图；图4C为本发明的可变直径机构驱动机构局部放大图； 图5为本发明的可变直径机构桨叶结构示意图；图6A为本发明的可变直径机构桨毂结构正视图；图6B为本发明的可变直径机构桨毂结构俯视图；图7为本发明的可变直径机构桨帽结构示意图。图8A为本发明的可变直径机构滑动支撑机构正视图。图8B为本发明的可变直径机构桨帽结构俯视图。图9为本发明的可变直径机构锁紧释放机构示意图。
具体实施例方式为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。本实施例展示的是一个适应于高、低空飞行环境变化的可应用与临近空间低动态飞行器(如高空无人机、高空飞艇等)的具有可变直径机构的新型螺旋桨推进系统装置。螺旋桨的可变直径机构通过绕驱动机构旋转轴(即丝杠方向)旋转和变垂直高度连杆机构的方式安装在桨帽与桨毅内，机构组成参见图1A、1B和图2A、2B所示，主要包括连杆机构I、驱动机构2、桨叶3、桨毂4和桨帽5、滑动支撑机构6、锁紧释放机构7七大部分组成。螺旋桨直径变化是通过两个维度(旋转和压缩)的运动来实现桨叶3的伸缩运动，使得螺旋桨桨盘直径可以变化近两个桨毂直径的大小，从而大大增加了桨叶的直径变化范围，不仅提升整个螺旋桨系统的气动性能，同时也提高了螺旋桨的高、低空飞行适应性、可靠性和工作性能。实施例I该例中的机构通过两个维度(旋转和压缩)的运动来实现桨叶的伸缩运动，使得螺旋桨桨盘直径可以变化近两个桨毂直径的大小。具体结构如下如图3A、3B所示，本发明连杆机构I主要由腰部连杆101、底边连杆102、推杆103和导向杆104四部分组成。其中，腰部连杆101和底边连杆102构成等腰三角形连杆机构，起到旋转变形和压缩变形的作用；而推杆103和导向杆104构成滑动连杆机构，起到推动和滑动导向的作用。等腰三角形连杆机构通过上部转动螺母211安装在以桨帽5中心轴为旋转轴的丝杠210上，其腰部连杆101上端通过铰链与螺母211连接，下端与底边连杆102铰接，底边连杆102分成轴对称两段，以滑动套筒形式安装在底边旋转臂209上，沿旋转臂两侧向相反方向滑动。等腰三角形连杆机构可以绕旋转臂209中心轴由其初始位置(与桨叶直径方向成10°夹角)转到指定位置(与桨叶直径方向成180°夹角)，实现170°旋转角度变化(可以根据实际直径变化范围的情况改变角度大小)。滑动连杆机构中，推杆103的一端分别与等腰三角形连杆机构的底边连杆102铰接，另一端与导向杆104铰接，导向杆104分别与桨叶连接轴303连接，导向杆104通过滑块604沿滑动支撑机构滑动，可以实现螺旋桨桨叶3的径向滑动。因此，通过电机201驱动等腰三角形连杆机构绕驱动机构2的丝杆转动，带动滑动连杆机构一起运动，进而推动螺旋桨桨叶3沿其直径方向滑动，即可改变整个螺旋桨桨盘的直径大小。如图4A、4B、4C所示，驱动机构主要由电机201、蜗杆202、蜗杆固定座203、蜗轮204、蜗轮固定轴205、差速齿轮206、下端锥齿轮207、上端锥齿轮208、旋转臂209、丝杠210、螺母211和齿轮支撑座212等组成。其中，电机201固定安装在桨毂4内部下端面上，并通过键配合与蜗杆202连接驱动蜗杆202与蜗轮204旋转；蜗杆202两端安装蜗杆固定座203上，蜗杆固定座203安装在桨毂内部下端面上；蜗轮204通过轴承安装在蜗轮固定轴205上，与蜗杆202啮合，可以绕蜗轮固定轴205轴心转动；齿轮支撑座212固定安装在蜗轮204上端平面上，可以带动两个对称安装在其上的差速齿轮206 —起转动；差速齿轮206上下两端分别啮合上端锥齿轮208和下端锥齿轮207 ;下端锥齿轮207与丝杠210连成一体，通过轴承安装在蜗轮固定轴205上，可以绕涡轮固定轴205轴心转动；上端齿轮208与旋转臂209连成一体，通过轴承安装在下端锥齿轮207上方的丝杠210下部非螺纹部分上，可以绕丝杠210轴心转动，这样通过差动旋转分别实现等腰三角形连杆机构的旋转运动和压缩运动；丝杠210上端通过上轴承213安装在桨帽固定座214上，中部螺纹部分与螺母211配合，丝杠210下端通过下轴承214安装在蜗轮固定座205上，通过丝杆210转动带动螺母211沿丝杠滑动。如图5所示，螺旋桨桨叶3分为三部分桨尖301、桨根302和桨叶连接轴303。其中，桨叶连接轴303与导向杆104连接，在导向杆104的带动下沿直径方向运动；为更好地兼容高、低空飞行环境，桨叶截面翼型应采用可同时适应于高、低空大气环境变化的高升力翼型(Eppler387、RAE等)，桨叶厚度从桨根302到桨尖301厚度逐渐减小；同时，螺旋桨桨叶采用高强度钛合金为芯，外部缠绕碳纤维而成，使桨叶具备足够的强度。如图6A、6B所示，桨毂4的外部为圆环，内部为圆形内腔并提供两个对称安装平面(具体可以根据部件安装位置加工相应的安装面)，采用轻质合金材料(例如铝合金，铝镁合金等)。桨毅安装面403作为底部支承面来支撑可变直径机构。桨毂安装面上设置有两个限位块404，分别用于限制等腰三角形连杆结构旋转的初始位置和最终位置。桨毅的上端面中心对称位置设有两个收缩槽下槽口 402，与下述桨帽5上对应的收缩槽上槽口 502 —起配合螺旋桨桨叶3的安装和滑动操作。此外，在伸缩槽下槽口 402两侧分别开有两个桨毅安装孔401，以固定安放在伸缩槽下槽口 402与伸缩槽上槽口 502之间的桨叶3。由此可见，桨毂4除了作为底部支承面支撑可变直径机构外，还用于螺旋桨桨叶3安装和滑动操作；而桨帽5不仅为可变直径螺旋桨提供了机构和部组件安装空间和顶部支撑，也用于桨叶3安装和滑动操作。如图7所示，桨帽5为中空结构，采用母线为抛物线的回转体外形，采用轻质合金材料，例如铝合金，铝镁合金等。如图8A、8B所示，滑动支撑机构6主要由保持架601、一级滑轨602、二级滑轨603、滑块604组成，其中保持架601固定安装在桨毂安装面上，一级滑轨602可在保持架601上滑动，二级滑轨603可在一级滑轨602滑动，滑块604固定安装在导向杆104下端，可带动导向杆104 —起在二级滑轨603滑动。滑动支撑机构6起始时保持最小收缩状态，随着导向杆104的滑动而逐渐伸长至最大伸出状态；滑动支撑机构6在导向杆收缩过程中由最大伸出状态收缩至最小收缩状态。整个过程中，滑动支撑机构6起到滑动和支撑导向杆的作用。 如图9所示，锁紧释放机构7主要由安装座701、上衔铁702、下衔铁703、弹簧704、销钉705等组成。其中，安装座701分别固定安装在推杆103上与导向杆104连接处和底边连杆102上与推杆103连接处，在连杆机构的运动过程中，锁紧释放机构处于通电状态，上衔铁702和下衔铁703处于吸和状态，安装在下衔铁703上的销钉705和安装在销钉705与安装座701之间的弹簧704处于收缩状态，当连杆机构运动到与桨叶直径共面状态时，通过电信号控制锁紧释放机构断电，使上衔铁702和下衔铁703分离，这样，在弹簧的作用下，销钉705伸长并穿过推杆与导向杆、底边连杆与推杆上同轴心的销钉孔，限制连杆机构在桨叶直径方向的运动自由度，起到锁紧作用。当机构收缩时需要再次通电，使上衔铁702和下衔铁703吸合，收缩销钉，起到机构释放作用。本发明中的可变直径通过两个维度(旋转和压缩)的运动，实现桨叶的伸缩运动，使得螺旋桨桨盘直径可以变化近两个桨毂直径的大小，从而大大增加了桨盘直径变化范围，同时也提高了低动态飞行器整个螺旋桨推进系统的气动性能，并大大增强了螺旋桨推进系统对高、低空飞行环境变化的适应性和可靠性。可变直径螺旋桨展出过程分为两个阶段第一阶段连杆机构I旋转使由其初始位置到与桨叶直径方向平行位置，实现桨叶3半径增大过程；第二阶段，连杆机构I旋转到与桨叶直径方向平行位置后，丝杠210旋转带动螺母211高度压缩至指定位置，实现桨叶3半径增大过程。具体过程如下在第一阶段，电机201驱动蜗杆转动，带动蜗轮202和差速齿轮206 —起转动，上端锥齿轮208和下端锥齿轮207同步转动，通过旋转臂209带动底边连杆102 —起转动，带动等腰三角形连杆机构整体绕驱动机构旋转轴(即丝杆210)转动，进而带动推杆103推动导向杆104沿径向滑动支撑机构滑轨从桨毂收缩槽槽口向外滑动，最终实现桨盘直径的增大变化。当连杆机构运动到与桨叶直径共面状态时，通过电信号控制锁紧释放机构断电，使上衔铁702和下衔铁703分离，这样，在弹簧的作用下，销钉705伸长并穿过推杆与导向杆、底边连杆与推杆上同轴心的销钉孔，限制连杆机构在桨叶直径方向的运动自由度，起到锁紧作用。在第二阶段，电机201继续驱动，此时通过限位块限制旋转臂209及其上的端锥齿轮208转动，实现螺母与丝杠产生相对运动，差速齿轮206 —边自转一边带动下端锥齿轮207 —起转动,带动螺母211沿丝杠210的直线运动,压缩等腰三角形连杆机构，继续带动推杆103推动导向杆104沿桨毂收缩槽槽口向外滑动，最终实现桨盘直径的二次增大变化。可变直径螺旋桨收缩过程是螺旋桨展出过程的逆过程，通过电机201反转先将螺母211高度抬高到预定位置；再将锁紧释放机构7再次通电，使上衔铁702和下衔铁703吸合，收缩销钉，起到机构释放作用。之后通过电机201反转将连杆机构旋转，使得导向杆104缩回到桨毂内，从而实现螺旋桨桨叶沿着直径方向收拢。本发明的可变直径螺旋桨可以根据不同飞行高度气动环境变化特点，通过两个维度(旋转和压缩)的运动，实现桨叶的伸缩运动，从而调整了螺旋桨的桨盘直径，提升了螺旋桨推进系统的整体气动性能，提高了螺旋桨高、低空飞行环境的适应性和可靠性。因此，本发明在螺旋桨推进系统领域具备很强的竞等力。实施例2当然，本发明结构在螺旋桨直径变化要求不大时，可以只采用实施例I中的旋转方式实现，此时结构与例I相比变化不大，区别只体现在驱动机构和连杆机构上，具体结构描述如下驱动机构2包括电机201、蜗杆202、蜗杆固定座203、蜗轮204、蜗轮固定轴205、差速齿轮206、上端锥齿轮208、旋转臂209、旋转轴和齿轮支撑座212 ；电机201固定安装在桨毂4内部底面上，电机201的输出轴连接蜗杆202，蜗杆202两端安装在蜗杆固定座203上，蜗杆固定座203安装在桨毂4内部底面上；蜗轮204通过轴承安装在蜗轮固定轴205上，与蜗杆202啮合，绕蜗轮固定轴205轴心转动；齿轮支撑座212固定安装在蜗轮204上端平面 上，带动两个对称安装在齿轮支撑座212上的差速齿轮206 —起转动；差速齿轮206上端啮合上端锥齿轮208 ;上端锥齿轮208与旋转臂209连成一体，通过轴承安装在旋转轴上；旋转轴上端通过上轴承213安装在桨帽固定座503上，旋转轴下端通过下轴承214安装在蜗轮固定座205上。连杆机构I包括腰部连杆101、底边连杆102、推杆103和导向杆104 ;腰部连杆101和底边连杆102构成等腰三角形连杆机构；腰部连杆101的上端固定在旋转轴上，下端与底边连杆102铰接，底边连杆102套装在驱动机构的旋转臂209上；推杆103的一端与等腰三角形连杆机构的底边连杆102铰接，另一端与导向杆104铰接，导向杆104 —端连接桨叶3，导向杆104另一端的底部连接滑动支撑机构。工作过程电机201驱动蜗杆转动，带动蜗轮202和差速齿轮206 —起转动，上端锥齿轮208转动，通过旋转臂209带动底边连杆102 —起转动，带动等腰三角形连杆机构整体绕驱动机构旋转轴转动，进而带动推杆103推动导向杆104沿径向滑动支撑机构滑轨从桨毂收缩槽槽口向外滑动，实现桨盘直径的增大变化。实施例3其他可行的机构实现方式上述两个实施例中锁紧释放机构采用的是衔铁和弹簧控制销钉的伸缩，目的不用在机构中增加额外的动力源。当然，若结构允许的条件下，可以采用电机控制凸轮的方式实现销钉的伸缩，或者采用电机控制丝杠转动通过与丝杠配合的螺母实现销钉的伸缩等方式。上述两个实施例中驱动机构中的电机、蜗轮和蜗杆传动方式可以采用电机、锥形齿轮啮合等方式，只要能够实现将电机的输出带动差动齿轮的转动即可。作为进一步改进，可通过螺旋桨设计准则对螺旋桨的桨叶数目、直径、宽度等针对高、低空大气环境变化特点进行综合改进；如果螺旋桨桨叶设计直径大到使得桨尖马赫数Matip > I时，随之带来桨尖大Ma数激波损失问题，这时可以通过在螺旋桨桨尖加入桨梢小翼的方式改善桨尖涡效应，从而改善了桨叶的三维展向流动效应，改变了螺旋桨桨尖上的升力分布，增加了螺旋桨推力，提高了螺旋桨的效率，解决由此带来的激波损失问题。以上所述，仅为本发明的实施例之一，但并不限制本发明的范围。依据本发明权利要求所做的等效变化及修改，仍属于本发明的范围，故都应视为本发明的进一步实施例。
权利要求
1.一种可变直径螺旋桨，包括桨叶(3)、桨毂(4);其特征在于还包括连杆机构(I)、驱动机构(2)、桨帽(5)、滑动支撑机构(6)和锁紧释放机构(7)； 桨帽(5)安装在桨毂(4)上，并为连杆机构(I)、驱动机构(2)、滑动支撑机构(6)和锁紧释放机构提供安装空间和顶部支撑；驱动机构(2)、滑动支撑机构(6)固定在桨毂(4)上，驱动机构(2)的输出轴连接连杆机构(1)，桨叶(3)固定在连杆机构(I)的导向输出端，连杆机构(I)的导向输出端底部连接滑动支撑机构(6)，由滑动支撑机构(6)实现对连杆机构(I)的支撑和导向；驱动机构(2)驱动连杆机构(I)沿着滑动支撑机构(6)带动桨叶(3)沿螺旋桨直径方向伸缩，进而改变整个螺旋桨桨盘直径的大小，桨叶(3)伸缩到位后通过锁紧释放机构(7)对连杆机构(I)进行锁紧。
2.根据权利要求I所述的一种可变直径螺旋桨，其特征在于所述的驱动机构(2)包括电机(201)、蜗杆(202)、蜗杆固定座(203)、蜗轮(204)、蜗轮固定轴(205)、差速齿轮(206)、上端锥齿轮(208)、旋转臂(209)、旋转轴和齿轮支撑座(212)； 电机(201)固定安装在桨毂(4)内部底面上，电机(201)的输出轴连接蜗杆(202)，蜗杆(202)两端安装在蜗杆固定座(203)上，蜗杆固定座(203)安装在桨毂(4)内部底面上；蜗轮(204)通过轴承安装在蜗轮固定轴(205)上，与蜗杆(202)啮合，绕蜗轮固定轴(205)轴心转动；齿轮支撑座(212)固定安装在蜗轮(204)上端平面上，带动两个对称安装在齿轮支撑座(212)上的差速齿轮(206) —起转动；差速齿轮(206)上端啮合上端锥齿轮(208)；上端锥齿轮(208)与旋转臂(209)连成一体，通过轴承安装在旋转轴上；旋转轴上端通过上轴承(213)安装在桨帽固定座(503)上，旋转轴下端通过下轴承(214)安装在蜗轮固定座(205)上。
3.根据权利要求2所述的一种可变直径螺旋桨，其特征在于所述的连杆机构(I)包括腰部连杆(101)、底边连杆(102)、推杆(103)和导向杆(104)； 腰部连杆(101)和底边连杆(102)构成等腰三角形连杆机构；腰部连杆(101)的上端固定在旋转轴上，下端与底边连杆(102)铰接，底边连杆(102)套装在驱动机构的旋转臂(209)上；推杆(103)的一端与等腰三角形连杆机构的底边连杆(102)铰接，另一端与导向杆(104)铰接，导向杆(104) —端连接桨叶(3)，导向杆(104)另一端的底部连接滑动支撑机构。
4.根据权利要求I所述的一种可变直径螺旋桨，其特征在于所述的驱动机构(2)包括电机(201)、蜗杆(202)、蜗杆固定座(203)、蜗轮(204)、蜗轮固定轴(205)、差速齿轮(206)、下端锥齿轮(207)、上端锥齿轮(208)、旋转臂(209)、丝杠(210)、螺母(211)和齿轮支撑座(212)； 电机(201)固定安装在桨毂(4)内部底面上，电机(201)的输出轴连接蜗杆(202)，蜗杆(202)两端安装在蜗杆固定座(203)上，蜗杆固定座(203)安装在桨毂(4)内部底面上；蜗轮(204)通过轴承安装在蜗轮固定轴(205)上，与蜗杆(202)啮合，绕蜗轮固定轴(205)轴心转动；齿轮支撑座(212)固定安装在蜗轮(204)上端平面上，带动两个对称安装在齿轮支撑座(212)上的差速齿轮(206) —起转动；差速齿轮(206)上下两端分别啮合上端锥齿轮(208)和下端锥齿轮(207);下端锥齿轮(207)与丝杠(210)连成一体，通过轴承安装在蜗轮固定轴(205)上；上端齿轮(208)与旋转臂(209)连成一体，通过轴承安装在丝杠(210)下部非螺纹部分上，绕丝杠(210)轴心转动；丝杠(210)上端通过上轴承(213)安装在桨帽固定座(503)上，中部螺纹部分与螺母(211)配合，丝杠(210)下端通过下轴承(214)安装在蜗轮固定座(205)上，通过丝杆(210)转动带动螺母(211)沿丝杠滑动。
5.根据权利要求4所述的一种可变直径螺旋桨，其特征在于所述的连杆机构(I)包括腰部连杆(101)、底边连杆(102)、推杆(103)和导向杆(104)； 腰部连杆(101)和底边连杆(102)构成等腰三角形连杆机构；腰部连杆(101)的上端与螺母(211)铰接，下端与底边连杆(102)铰接，底边连杆(102)分成轴对称两端，以滑动套筒的形式安装在驱动机构的旋转臂(209)上；推杆(103)的一端与等腰三角形连杆机构的底边连杆(102)铰接，另一端与导向杆(104)铰接，导向杆(104) —端连接桨叶(3)，导向杆(104)另一端的底部连接滑动支撑机构。
6.根据权利要求I所述的一种可变直径螺旋桨，其特征在于所述的锁紧释放机构(7)包括安装座(701)、上衔铁(702)、下衔铁(703)、弹簧(704)和销钉(705);安装座(701)固定安装在连杆机构(I)的旋转连接处，安装座(701)内部安装上衔铁(702)和下衔铁(703)，销钉(706)安装在下衔铁(703)上，弹簧(704)安装在安装座(704)与销钉(706)之间，通过上衔铁(702)和下衔铁(703)的吸和，依靠弹簧(704)的弹力，推动销钉(706)回缩或插入所述旋转连接处的销钉孔，实现释放、锁紧。
全文摘要
一种可变直径螺旋桨，包括桨叶(3)、桨毂(4)；还包括连杆机构(1)、驱动机构(2)、桨帽(5)、滑动支撑机构(6)和锁紧释放机构(7)；桨帽(5)安装在桨毂(4)上，并为连杆机构(1)、驱动机构(2)、滑动支撑机构(6)和锁紧释放机构提供安装空间和顶部支撑；驱动机构(2)、滑动支撑机构(6)固定在桨毂(4)上，驱动机构(2)的输出轴连接连杆机构(1)，桨叶(3)固定在连杆机构(1)的导向输出端，连杆机构(1)的导向输出端底部连接滑动支撑机构(6)，由滑动支撑机构(6)实现对连杆机构(1)的支撑和导向；驱动机构(2)驱动连杆机构(1)沿着滑动支撑机构(6)带动桨叶(3)沿螺旋桨直径方向伸缩，进而改变整个螺旋桨桨盘直径的大小，桨叶(3)伸缩到位后通过锁紧释放机构(7)对连杆机构(1)进行锁紧。
文档编号B64C11/28GK102935890SQ201210352238
公开日2013年2月20日 申请日期2012年9月21日 优先权日2012年9月21日
发明者马蓉, 李振新, 李博, 李勇, 宋坚, 范春石, 杜庆安, 莫丽东, 姚伟 申请人:中国空间技术研究院