一种折展旋翼机构的制作方法

本发明属于复合式飞行器旋翼系统设计领域，具体为一种可折展旋翼系统机构设计，主要涉及折展旋翼的机械结构设计，实现旋翼折展。

背景技术：

复合式飞行器是一种综合固定翼飞行器和直升机各自优点，弥补各自性能缺陷的新式飞行器。它既可以具备直升机垂直起降的性能，又可以具有固定翼高速飞行的特性，这种良好的性能预示着复合式飞行器有着极好的发展前景。

复合式飞行器之“新”并不是新在概念上，而是新在应用上。复合式飞行器既有旋翼系统又有固定翼系统，在直升机模式下，它通过旋翼系统实现垂直起降；在固定翼模式下，它通过停止旋翼系统工作，利用固定翼提高飞行速度，摆脱旋翼速度限制。然而由于旋翼与固定翼之间的气动干扰，复合式飞行器在固定翼模式下依旧很难达到高速，这导致其实际应用并不多。

出于以上考虑，在固定翼模式下，亟需一种旋翼的折展机构，可以将旋翼折叠起来以减少干扰和阻力，从而提高其飞行速度。

技术实现要素：

本发明针对复合式飞行器的旋翼系统提出了一种旋翼折展机构，实现飞行器在固定翼模式下的高速飞行或着舰停放时的旋翼折收，以提高复合式飞行器的飞行性能。

本发明的设计主要在于折展机构的机械结构方面，进行了四桨叶旋翼系统双层桨毂结构设计和双关节折展结构设计等。为保证四桨旋翼折收后，旋翼系统直径更小，旋翼折叠角度大，又要保证结构不相互干涉，本发明采用了双层桨毂设计；为保障结构的可靠性，使结构紧凑，动作精准，本发明采用蜗轮蜗杆配合角度传感器的机构设计。本发明旋翼结构分为三段，最外段是旋翼桨叶，中间段是动力及传动结构段，最内段是桨毂。最外段旋翼桨叶与中间结构段之间的关节可称之为外关节，中间结构段与桨毂之间的关节可称之为内关节。中间结构段上两端对称地固定有电机、蜗杆和角度传感器，旋翼桨叶内端固定有一个蜗轮，桨毂外端固定有一个蜗轮，通过电机驱动蜗杆，再通过蜗轮蜗杆机构使旋翼三段通过关节相对转动，两个角度相互配合，实现旋翼折展。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的折展旋翼不仅能实现直升机的垂直起降功能，而且在高速前飞时和固定翼不产生气动干扰，提高了前飞速度；

(2)本发明提供的折展旋翼结构简单可靠，符合设计强度、刚度要求，不会对飞行器产生不利影响；

(3)本发明提供的双层旋翼结构避免了四桨叶旋翼折收时候的结构干涉问题，使旋翼折收的角度更大，从而使折收后的旋翼系统直径更小，前飞阻力更小；

(4)本发明提供的折展旋翼可收纳在圆盘之中，使前飞时阻力更小，圆盘还可以提供一部分升力，提高飞行性能。

附图说明

图1是本发明提供的折展旋翼机构的展开状态总体外观示意图。

图2是折展旋翼展开时内部结构图。

图3是折展旋翼折收时内部结构图。

图4a和4b是折展旋翼单个旋翼构成示意图。

图5是折展中间过程图。

图6是桨毂与中间结构段内关节局部图。

图7是中间结构段与旋翼桨叶外关节局部图。

图8是双层桨毂结构图。

图中：

1.圆盘；2.内关节角度传感器；3.内关节蜗杆；4.内关节电机；5.中间结构段；

6.外关节角度传感器；7.桨夹；8.桨叶；9.外关节蜗杆；

10.外关节蜗轮；11.外关节电机；12.内关节蜗轮；13.桨毂；

14.旋翼主轴；15.内关节电机固定耳片；

16.内关节蜗杆固定耳片；17.外关节电机固定耳片；

18.外关节蜗杆固定耳片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提出的折展旋翼机构进行详细说明。

本发明提供一种折展旋翼机构，整体外形如图1所示，所述的折展旋翼机构包括一个圆盘1和四个桨叶8。所述的圆盘1为中间厚、四周薄的结构，四周具有等角度的四个开口，相对位置的两个开口高度相同，分别对应四个桨叶8的位置。所述圆盘1与旋翼主轴14上端固联，随旋翼主轴14旋转，在下方有开口，可供旋翼主轴14和变距操纵杆通过。

本发明提供的折展旋翼机构具有展开和折收两种状态，当桨叶8展开时，如图2所示，桨叶8从圆盘1中伸出，圆盘1和桨叶8共同旋转，与传统旋翼作用相同，产生复合式飞行器的升力以及一部分的方向操纵力。当桨叶8折收时，如图3所示，通过内外关节两处转动角度的配合，可以使桨叶8始终通过圆盘1开口，最终折入圆盘1，在平飞过程中可以减小旋翼系统产生的阻力，解除前行桨叶压缩性和后行桨叶失速性对前飞速度的限制，并能够利用圆盘1上表面凸出的气动外形产生一定的升力。

为避免桨叶折叠后互相发生接触碰撞，造成的结构干涉问题，所述的四个桨叶8为双层桨毂设计，所述双层桨毂结构如图8所示，分为上下两层桨毂，如图8中的上层桨毂a和下层桨毂b。相对位置的两个桨叶8高度相同，四个桨叶8旋转方向相同。

本发明提供的折展旋翼机构，四个旋翼结构相同，以其中一个旋翼结构为例进行说明。旋翼结构分为三段，如图4a所示，最外段是旋翼桨叶8，中间结构段5是动力及传动结构段，最内段是桨毂13。桨叶8与中间结构段5之间的关节可称之为外关节，中间结构段5与桨毂13之间的关节可称之为内关节。

内外关节的具体结构组成及装配关系如图4b所示，详细情况如下：

所述的内关节包括内关节电机4、内关节角度传感器2、桨毂13、内关节蜗杆3和内关节蜗轮12。内关节蜗杆3与内关节电机4同轴固联。如图6，内关节蜗杆3通过内关节蜗杆固定耳片16与中间结构段5固联，使用螺钉固定，蜗杆轴与内关节蜗杆固定耳片16之间轴承连接固定。内关节电机4通过内关节电机固定耳片15与中间结构段5固联，使用螺钉固定。内关节蜗杆3与桨毂13固联，并通过蜗杆轴与中间结构段5内端相连，连接处装有轴承。通过内关节电机4电机轴转动，驱动内关节蜗杆3转动，再通过蜗轮蜗杆机构使中间结构段5和桨毂13实现绕内关节的相对转动。内关节角度传感器2外环部分与中间结构段5通过螺钉固联，内环部分与内关节蜗轮12通过轴固联，即可以测得桨毂13与中间结构段5的相对转角。

所述的外关节包括外关节电机11、外关节角度传感器6、桨夹7、桨叶8、外关节蜗杆9和外关节蜗轮10。桨叶8与桨夹7固联，外关节蜗轮10也与桨夹7固联。外关节蜗杆9与外关节电机11同轴固联。如图7，外关节蜗杆9通过外关节蜗杆固定耳片18与中间结构段5固联，使用螺钉固定，蜗杆轴与外关节蜗杆固定耳片18连接处为轴承连接固定。外关节电机11通过外关节电机固定耳片17与中间结构段5固联，使用螺钉固定。桨叶8与桨夹7通过轴与中间结构段5外端相连，连接处装有轴承。通过外关节电机11电机轴转动，驱动外关节蜗杆9转动，再通过蜗轮蜗杆机构使中间结构段5和桨叶8实现绕外关节的相对转动。外关节角度传感器6外环部分与中间结构段5固联，内环部分与外关节蜗轮10通过轴固联，即可以测得桨叶8与中间结构段5的相对转角。

安装内关节角度传感器2和外关节角度传感器6可以分别检测内外关节处连接部分的相对转角，将实际转角信息分别传递给内关节电机4和外关节电机11，从而控制转速，实现对内外关节处转角的精准控制，通过两个转角的配合，使桨叶8始终通过圆盘1的开口。

以上对折展旋翼系统结构进行了详细阐述，下面结合结构局部图对折展旋翼工作原理及过程进行详细说明：

本发明提供的折展旋翼机构应用在复合式飞行器的旋翼系统。在垂直起飞过程中，旋翼处于完全展开的状态，所有零部件都随着旋翼主轴14转动，整体结构如图2所示，单个旋翼结构如图4a所示。垂直起飞之后，复合式飞行器进入前飞状态，旋翼逐渐卸载，主要升力逐渐由固定翼提供，当固定翼完全可以提供飞行器所需升力之后，复合式飞行器由直升机模式转换到固定翼模式，为避免气动干扰，提高前飞速度，折展旋翼进行折收动作。该动作由内外关节配合完成，以单个旋翼为例，在内关节处，如图6所示，此时内关节电机4启动，带动内关节蜗杆3转动，通过蜗轮蜗杆机构，使内关节蜗杆3绕内关节蜗轮12的中心轴进行转动，由于内关节蜗杆3、内关节电机4及中间结构段5固联，就使得整个中间结构段5相对于内关节蜗轮12的中心轴顺时针(俯视视角)转动，内关节蜗轮12与桨毂13固连，从而实现了内关节所连接的桨毂13和中间结构段5的相对转动；同时，在外关节处，如图7所示，外关节电机11也启动，带动外关节蜗杆9转动，通过蜗轮蜗杆结构，使外关节蜗轮10绕中心轴转动，由于外关节蜗轮10、桨夹7及桨叶8固联，就使得外关节桨叶8绕外关节蜗轮10的中心轴逆时针(俯视视角)转动，从而实现了外关节所连接的中间结构段5和桨叶8的相对转动。双关节反向相对转动使旋翼实现折收，单个旋翼折展中间过程状态如图5所示。折收后最终状态如图3所示。

当复合式飞行器要垂直降落时，需由固定翼模式改为直升机模式，打开旋翼系统，折展旋翼进行展开动作。此动作也需要内外关节共同配合，整个过程与上面垂直起飞过程相反。在内关节处，如图6所示，此时内关节电机4启动，与上面垂直起飞过程的转动反转，带动内关节蜗杆3转动，通过蜗轮蜗杆机构，使得整个中间结构段5相对于内关节蜗轮12及与其固联的桨毂13逆时针(俯视视角)转动。同时，在外关节处，如图7所示，外关节电机11也启动，与上面垂直起飞过程的转动反转，带动外关节蜗杆9转动，通过蜗轮蜗杆结构，使外关节蜗轮10及与其固联的桨叶8相对于中间结构段顺时针(俯视视角)转动。整个过程与上述折收状态正好相反，双关节反向相对转动使旋翼实现展开，展开后旋翼恢复到图2所示状态。

飞行器降落后，再将旋翼折收进圆盘1中，可以有效减少飞行器占用的空间，方便停放在仓库中，特别是为停放在舰船上提供了有利条件。