螺旋桨及飞行设备的制作方法

1.本技术涉及飞行器技术领域，特别涉及一种螺旋桨及飞行设备。


背景技术：

2.旋转机翼飞行器是一种新概念飞行器，兼具直升机的垂直起降性能和固定翼飞行器的高度巡航性能。螺旋桨是旋转机翼飞行器的重要部件，在飞行的过程中需要降低桨毂载荷，所以对于尺寸较大的具备变距功能的飞行器的螺旋桨来说，其桨毂通常具有摆动自由度。
3.摆动自由度是指桨叶能够绕桨叶根部的转动副在垂直于桨叶平面的方向小幅度摆动。飞行器在降落停转后，桨叶由于具有摆动自由度易受外界如突风等扰动而随意偏摆，存在安全隐患。另一方面，对于桨叶需要折叠的飞行器，在桨叶折叠前，需要先安装专用的挥舞铰锁定装置将桨叶摆动自由度锁止，再进行折叠，以方便桨叶折叠的进行以及使桨叶折叠后能达到预定的位置。
4.现有的挥舞铰锁定装置主要在重型直升机和大型倾转旋翼机上有实际应用，挥舞铰锁定装置的启闭大多需要动力源，动力源的安装会产生很多附加重量，增加了飞行器的固有负载。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种螺旋桨，本技术实施例还提供一种具有上述螺旋桨的飞行设备。
6.第一方面，本技术实施例提供一种螺旋桨，包括中心轴、桨毂、桨叶及锁定机构。桨毂连接于中心轴，桨叶连接于桨毂，桨叶及桨毂能够由中心轴带动而转动。锁定机构连接于桨毂和中心轴之间，锁定机构包括锁定座、牵引组件及锁定件。锁定座与中心轴止转连接，锁定座上设有定位部。牵引组件可活动地连接于桨毂。锁定件的一端可活动地连接于牵引组件，另一端可活动地限位于定位部以限制桨毂相对于中心轴的摆动自由度；桨叶转动时带动锁定机构转动，牵引组件在离心力的作用下驱使锁定件于定位部脱离，以释放桨毂相对于中心轴的摆动自由度。
7.第二方面，本技术实施例还提供一种飞行设备，包括机体以及上述任一项的螺旋桨，螺旋桨的中心轴连接于机体。
8.相对于现有技术，本技术实施例提供的螺旋桨中，锁定件限位于定位部时，桨毂和中心轴保持相对静止，从而实现对桨毂摆动自由度的约束。中心轴转动时，带动锁定机构转动，从而带动牵引组件转动。牵引组件在离心力的作用下使锁定件从定位部脱离，以此实现桨毂摆动自由度的释放，因此，本技术提供的螺旋桨通过中心轴旋转产生离心力来驱动锁定件脱离定位部或自然限位于定位部，不需要单独的驱动装置，简化了结构且减轻了螺旋桨的整体重量。由于摆动自由度是螺旋桨达到一定转速的工作状态才需要释放的，可以通过调节牵引组件的重量，使解锁提前于摆动自由度需要释放的状态发生，由此不需要检测
和驱动即可实现自动解锁的目的。
附图说明
9.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施方式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技术的一些实施方式，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。
10.图1是本技术一实施例提供的螺旋桨的整体结构示意图。
11.图2是图1所示螺旋桨的局部结构放大示意图。
12.图3是图2所示螺旋桨的桨毂在偏转状态下的主视图。
13.图4是图2所示螺旋桨的剖视图。
14.图5是图4所示螺旋桨剖视图的局部结构放大示意图。
15.图6是图4所示螺旋桨剖视图的局部结构放大示意图
16.图7是图2所示螺旋桨的桨毂相对于中心轴的摆动自由度被限制状态下沿第一轴线o1的剖视图。
17.图8是图2所示螺旋桨的锁定座及锁定机构的结构示意图。
18.图9是图2所示螺旋桨的桨毂相对于中心轴摆动自由度被释放状态下沿第一轴线o1的剖视图。
19.图10是本技术一实施例提供的飞行设备的整体结构示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.请参阅图1，本技术实施例提供一种螺旋桨100，螺旋桨100可以应用到飞行设备200(如图10所示)中，以使飞行设备200能够实现垂直起降功能。
24.请参阅图2，螺旋桨100包括中心轴10、桨毂30、桨叶50以及锁定机构70。中心轴10用于连接至螺旋桨100的驱动机构(例如电机、气缸等)，以在该驱动机构的驱动下转动。桨毂30连接于中心轴10，桨叶50连接于桨毂30，桨叶50、桨毂30能够由所述中心轴10带动而转
动，从而产生提升飞行设备200(如图10所示)的升力。其中，桨毂50能够相对中心轴10摆动，使桨叶70能够基于摆动自由度产生挥舞。锁定机构70连接于中心轴10和桨毂30之间，其用于限制桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度，以避免桨叶50发生挥舞运动。
25.请参阅图2，中心轴10大致呈杆状，本技术对其具体形状不作限定。中心轴10具有第一轴线o1，中心轴10连接至螺旋桨100的驱动机构的状态下，其可以在驱动机构的驱动下绕第一轴线o1转动。
26.请同时参阅图2及图3，桨毂30连接于中心轴10的一端，其用于安装桨叶50。在本实施例中，桨毂30包括桨毂基座32，桨毂基座32连接于中心轴10并能够随着中心轴10绕第一轴线o1转动。在本实施例中，桨毂基座32相对于中心轴10不具有绕第一轴线o1转动的自由度，但具有绕第二轴线o2转动的自由度，其中第二轴线o2垂直于第一轴线o1。具体而言，桨毂基座32通过销轴323连接于中心轴10，销轴323的轴线即为第二轴线o2。桨毂基座32可围绕销轴323的第二轴线o2在预定的夹角范围内转动，由此形成跷跷板式桨毂结构，其中，桨毂基座32绕第二轴线o2摆动的角度范围可有对应的限位槽和限位凸起等结构的配合来实现，本技术对此不作限制。
27.桨叶50连接于桨毂30，其用于在中心轴10和桨毂30的带动下绕第一轴线o1转动，以利用气流产生提升力。进一步地，桨叶50的数量为两个，两个桨叶50分别位于桨毂30的相对两端，桨叶50可由桨毂30带动而转动。
28.请参阅图4，锁定机构70连接于桨毂30和中心轴10之间，锁定机构70包括锁定座72、牵引组件74及锁定件76。锁定座72与中心轴10止转连接，牵引组件74可活动地连接于桨毂30，锁定件76连接于牵引组件74及桨毂30，并与锁定座76可活动地配合，锁定件76与锁定座72的配合关系用于限制或释放桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度，从而限制或释放螺旋桨100的挥舞运动。
29.请同时参阅图4及图5，在本实施例中，锁定座72大致呈块状体，其套设在中心轴10的一端，并位于中心轴10和桨毂30之间。应当理解的是，锁定座72与中心轴10之间的“止转连接”应理解为，锁定座72与中心轴10之间相对固定，锁定座72可随中心轴10的转动而转动。进一步地，锁定座72设有定位部721，定位部721用于与锁定件76卡持配合以将锁定件76限位于锁定座72。本技术对定位部721的具体结构不作限制，例如，定位部721可以是与锁定件76卡持配合的孔结构、槽结构或者卡扣结构等。
30.请同时参阅图5和图6，在一些实施例中，定位部721可以为定位孔7212，可以为定位孔7212设置于锁定座72的外周、背离中心轴10的侧壁上，定位孔7212位于锁定座72朝向桨毂30的一侧，以利于与锁定件76相配合。定位孔7212具有预定的孔轴方向o3，定位孔7212可以沿着孔轴方向o3贯穿锁定座72，其中，孔轴方向o3与第二轴线o2大致平行，也即，孔轴方向o3同样大致垂直于中心轴10的第一轴线o1。在一些示例中，定位孔7212的数量可以为两个，两个定位孔7212分别位于锁定座72相对的两侧壁上。锁定件76的一端嵌于定位孔7212内，即限制桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度，从而限制螺旋桨100的挥舞运动；锁定件76的一端拔出定位孔7212，即释放桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度，从而释放螺旋桨100的挥舞运动。
31.锁定座72还可以开设有导向槽723，导向槽723凹陷成型于锁定座72背离中心轴10的外周壁，且位于锁定座72朝向桨毂30的一侧。导向槽723的数量可以为两个，两个导向槽
723分别位于锁定座72设有定位孔7212的两侧壁上。导向槽723与定位孔7212一一对应设置，每个导向槽723与其对应的定位孔7212连通。导向槽723具有底壁7232，导向槽723的底壁7232的一端连接于锁定座32的外表面，另一端连接于定位孔7212的孔壁，使底壁7232相对于定位孔7212的孔轴方向o3倾斜设置，底壁7232的倾斜方向与定位孔7212的孔轴方向o3相交。具体而言，在图5所示的实施例中，锁定座72被过定位孔7212的孔轴方向o3、且垂直于中心轴10的平面截断时，底壁7232的截面轮廓线相对于孔轴方向o3倾斜，如，底壁7232的截面轮廓线所在直线与孔轴方向o3相交，二者之间的夹角小于90度。在本实施例中，倾斜的底壁7232用于为锁定件76提供导向以便于锁定件76嵌入定位孔7212内，从而实现桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度的限制。
32.请参阅图6，在本实施例中，锁定件76穿设于桨毂32，其大致呈杆状，本技术其对其具体形状不作限定。锁定件76具有第三轴线o4，第三轴线o4大致平行于销轴323的第二轴线o2，也即，第三轴线o4大致平行于中心轴10。锁定件76沿其第三轴线o4可活动地穿设于桨毂30，以与锁定座32相配合从而限制桨毂30绕第二轴线o2转动的自由度。锁定件76位于牵引组件74和定位部721之间，其包括销杆761、第一端7612和第二端7614，销杆761穿设于桨毂基座32，第一端7612和第二端7614分别位于销杆761的相对两端，其中，第一端7612可活动地限位于定位部721，第二端7614可活动地连接于牵引组件74。
33.请同时参阅图6和图7，进一步地，锁定件76的数量为两个，两个锁定件76分别穿设于于桨毂30的相对两侧，锁定件76与定位部721一一对应设置。两个锁定件76关于第一轴线o1对称，两个定位部721关于第一轴线o1对称，两个导向槽723关于第一轴线o1呈中心对称，便于多方位为锁定件76提供导向。锁定件76沿第三轴线o4靠近定位部721活动，锁定件76的第一端7612嵌于定位孔7212内，即限制桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度；牵引组74相对于桨毂30活动，带动锁定件76沿第三轴线o4相对桨毂30背离定位部721活动，将锁定件76的第一端7612从定位孔7212内拔出，即释放桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度。
34.在本实施例中，锁定机构70还可以包括复位件78，复位件78位于桨毂30和锁定件76之间，用于驱使锁定件76在桨毂30内沿第三轴线o4滑动，直至锁定件76的第一端7612限位于定位部721，从而限制桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度。
35.在本实施例中，桨毂基座32内开设有容纳腔321，容纳腔321用于容纳复位件78和锁定件76的部分结构。容纳腔321沿锁定件76的第三轴线o4贯穿桨毂基座32，以供锁定件76穿设于桨毂基座32。在本实施例中，容纳腔321的数量可以为两个，两个容纳腔321分别位于桨毂基座32相对的两侧，复位件78的数量也可以为两个，每个复位件78对应地设置于一个容纳腔321内，每个锁定件76对应地穿设于一个容纳腔321。
36.为了限制复位件78的位置，桨毂30还可以包括限位件34，限位件34位于桨毂基座32背离中心轴10的一侧。限位件34的数量为两个，两个限位件34分别盖设于两个容纳腔321相背的一端。在本实施例中，限位件34为限位盖，本技术其对其具体形状不作限定，限位件34与对应的桨毂基座32螺纹连接。每个锁定件76分别可活动地穿设于两个容纳腔321，锁定件76的第二端7614贯穿其相邻的限位件34、可活动地穿设于限位件34，第二端7614可活动地连接于牵引组件74。
37.进一步地，锁定件76还可以包括连接于销杆761的限位部763，销杆761沿第三轴线o4穿设于容纳腔321。限位部763位于容纳腔321内，用于与限位件34配合限制复位件78。限
位部763大致呈凸缘状，其设置于销杆761靠近第一端7612处，并相对销杆761的表面凸出。复位件78位于容纳腔321内，且弹性地抵持于限位件34与限位部763之间。复位件78处于受压状态，具有弹性势能，用于驱使锁定件76限位于定位部721。本技术对复位件78的具体形状不作限定，例如，复位件78可以是弹片或者其他能够驱使锁定件76移动的弹性体(如弹簧、弹性套筒等)，弹片弹性抵持在限位件34和限位部763之间，为锁定件76提供背离限位件34移动的力。
38.在本实施例中，复位件78采用弹簧，弹簧套设在销杆761上，弹簧的一端抵紧于限位件34，另一端抵紧于限位部763。由于弹簧处于受压状态，所以弹簧一直给锁定件76一个背离限位件34移动的力。桨毂相对于中心轴10处于正常居中状态时，弹簧驱使锁定件76的第一端7612伸出桨毂30并插入定位孔7212内。锁定件76的销杆761在桨毂30内，第一端7612在锁定座32内，从而保持了桨毂30和中心轴10相对锁止的状态，由此实现桨毂30摆动自由度的约束，桨毂30和桨叶50和无法相对于中心轴10挥舞。
39.请同参阅图6和图8，桨毂30相对于中心轴10未处于居中状态时，锁定件76的第三轴线o4与定位孔7212的孔轴方向o3不在同一条直线上，锁定件76与定位孔7212错位，由于复位件78的弹性抵持之作用，锁定件76的第一端7612抵持在导向槽723的底壁，在导向槽723的导向作用下依旧能够实现锁止。
40.在另一种示例中，请参阅图4至图7，桨毂30相对于中心轴10未处于居中状态时，在复位件78的作用下锁定件76的第一端7612抵在导向槽723的底壁7232上，由于底壁7232倾斜设置，复位件78的弹性势能驱使第一端7612沿底壁7232滑动至与其连通的定位孔7212内，达到锁止的目的。锁定件76沿着底壁7232的移动带动桨毂30绕第二轴线o2转动，锁定件76限位于定位孔7212后，桨毂30也相对于中心轴10处于居中状态。考虑到桨毂30相对于中心轴10有两个偏转状态，两个导向槽723关于中心轴10的第一轴线o1呈中心对称设置。这就使得无论是桨毂30偏转在中心轴10第一轴线o1的哪一侧，都能在复位件78的作用下纠正，回到相对于中心轴10居中的位置而且达到锁止状态。由于每个定位孔7212只有单侧有导向槽723，且定位孔7212的孔壁与其孔轴方向o3大致平行，因此锁定件76被定位孔7212的限制较为可靠，桨毂30在受到外界干扰时也不会产生挥舞摆动。
41.请同参阅图7至图9，牵引组件74连接于桨毂基座32和锁定件76之间，牵引组件74包括摆杆741和传力销743。摆杆741的一端可活动地连接于桨毂基座32，另一端通过传力销743与锁定件76可活动地连接。摆杆741和传力销743配合，拉动锁定件76沿第三轴线o4背离中心轴10滑动，使第一端7612脱离定位孔7212，从而释放桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度。牵引组件74的数量为两个，两个牵引组件74分别位于桨毂基座32相对的两侧，牵引组件74与锁定件76一一对应设置，牵引组件74位于锁定件76背离中心轴10的一端。
42.在本实施例中，摆杆741的一端连接于桨毂基座32，并能够随着中心轴10和桨毂基座32绕第一轴线o1转动，另一端通过传力销743与锁定件76可活动地连接。在本实施例中，摆杆741相对于中心轴10不具有绕第一轴线o1转动的自由度，但具有绕第四轴线o5转动的自由度，其中第四轴线o5大致垂直于第一轴线o1、第二轴线o2。具体而言，摆杆741通过枢轴7416连接于桨毂基座32，枢轴7416的轴线即为第四轴线o5。摆杆741可围绕枢轴7416的第四轴线o5转动，由此通过传力销743拖动锁定件76脱离定位部721，释放桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度。
43.进一步地，摆杆741可以包括基板7412、固定连接于基板7412的安装板7414，基板7412、安装板7414均为长条形的片体，安装板7414的长度方向大致沿着中心轴10的长度方向设置，当然，其可以与中心轴10之间存在一定的夹角。安装板7414大致垂直于基板7412，安装板7414位于基板7412朝向桨毂基座32的一侧。安装板7414的数量为两个，两个安装板7414分别位于基板7412的两侧。枢轴7416可转动地穿设于桨毂基座32、安装板7414。两个安装板7414的侧壁均开设有滑槽7415，滑槽7415大致呈腰型槽状，滑槽7415的长度方向与安装板7414的长度方向大致同向。
44.传力销743大致呈杆状，传力销743沿枢轴7416的第四轴线o5穿设于两个滑槽7415，用于将摆杆741对中心轴10旋转时产生的离心力传输至锁定件76。传力销743固定连接于锁定件76的第二端7614，传力销743可滑动地穿设于于滑槽7415或可活动地容置于滑槽7415内，锁定件76的第二端7614位于两个安装板7414之间。摆杆741围绕枢轴7416的第四轴线o5转动，可通过传力销743带动锁定件76滑动，以控制第一端7612脱离定位孔7212，实现桨毂30的摆动自由度的释放。
45.在一些实施例中，牵引组件74还可以包括配重块745，配重块745大致呈块状，配重块745通过螺栓连接在两个安装板7414之间，并位于摆杆741背离枢轴7414的一端，用于增强离心力。配重块745能够增大摆杆741转动时产生的离心力，从而提高牵引组件74的牵引能力。在这些实施例中，配重块745可拆，便于更换不同质量的配重块745，以控制相同转速下离心力的大小。
46.当螺旋桨100开始旋转时，中心轴10带动桨毂30以及锁定机构70转动，此时配重块745受到一个远离中心轴10朝外的离心力作用，根据离心力公式：
47.f＝mω2r
48.m为质量，为角速度，r为质心距离转动轴的距离。离心力f随角速度增加而增大，当f达到一定值时，配重块745带动摆杆741背离中心轴10转动。传力销743与滑槽7415滑动配合，因此最终摆杆741会将拉动锁定件76背离定位孔7212移动。转速到达一定值时，f足以克服复位件78的作用力，复位件78被压缩，锁定件76从定位孔7212中拔出，此时桨毂30的挥舞约束被解除。
49.由于摆动自由度是螺旋桨100达到一定转速的工作状态才需要释放的，因此，可以通过调节配重块745的质量m或复位件78的刚度值，使解锁提前于摆动自由度需要释放的状态发生，由此不需要检测和驱动即可实现自动解锁的目的。
50.当螺旋桨100转速下降时，配重块745所受离心力减小，复位件78逐渐被释放，给锁定件76一个背离限位件34移动的力，桨毂30相对于中心轴10处于正常居中状态时，复位件78将锁定件76压回定位孔7212中，由此恢复挥舞锁止状态。
51.桨毂30相对于中心轴10未处于居中状态时，在复位件78的作用下，锁定件76的第一端7612抵在导向槽723的底壁7232上，由于底壁7232倾斜设置，复位件78驱使第一端沿底壁7232滑动至与其连通的定位孔7212内，达到锁止的目的。
52.上述锁定机构70除了适用于翘翘板式桨毂的挥舞锁止外，还适用于全铰式桨毂单片桨叶50挥舞或变距铰的锁定。
53.请参阅图10，基于上述的螺旋桨100，本技术还提供一种飞行设备200。飞行设备200在不需要安装动力源的情况下即可对桨毂30相对于中心轴10的摆动自由度进行约束，
减轻了飞行设备200的整体重量。飞行设备200包括机体20及上述任意一种螺旋桨100，螺旋桨100的中心轴10连接于在机体20上的驱动机构。驱动机构驱动螺旋桨100转动，螺旋桨100转动从而产生提升飞行设备200的升力。
54.本技术实施例提供的飞行设备及其螺旋桨中，锁定件限位于定位部时，桨毂和中心轴保持相对静止，从而实现对桨毂摆动自由度的约束。中心轴转动时，带动锁定机构转动，从而带动牵引组件转动。牵引组件在离心力的作用下使锁定件从定位部脱离，以此实现桨毂摆动自由度的释放，因此，本技术提供的螺旋桨通过中心轴旋转产生离心力来驱动锁定件脱离定位部或自然限位于定位部，不需要单独的驱动装置，简化了结构且减轻了螺旋桨的整体重量。由于摆动自由度是螺旋桨达到一定转速的工作状态才需要释放的，可以通过调节牵引组件的重量，使解锁提前于摆动自由度需要释放的状态发生，由此不需要检测和驱动即可实现自动解锁的目的。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。