本發(fā)明屬于復(fù)合式飛行器旋翼系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體為一種可折展旋翼系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要涉及折展旋翼的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)旋翼折展。

背景技術(shù)：

復(fù)合式飛行器是一種綜合固定翼飛行器和直升機(jī)各自優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各自性能缺陷的新式飛行器。它既可以具備直升機(jī)垂直起降的性能，又可以具有固定翼高速飛行的特性，這種良好的性能預(yù)示著復(fù)合式飛行器有著極好的發(fā)展前景。

復(fù)合式飛行器之“新”并不是新在概念上，而是新在應(yīng)用上。復(fù)合式飛行器既有旋翼系統(tǒng)又有固定翼系統(tǒng)，在直升機(jī)模式下，它通過(guò)旋翼系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)垂直起降；在固定翼模式下，它通過(guò)停止旋翼系統(tǒng)工作，利用固定翼提高飛行速度，擺脫旋翼速度限制。然而由于旋翼與固定翼之間的氣動(dòng)干擾，復(fù)合式飛行器在固定翼模式下依舊很難達(dá)到高速，這導(dǎo)致其實(shí)際應(yīng)用并不多。

出于以上考慮，在固定翼模式下，亟需一種旋翼的折展機(jī)構(gòu)，可以將旋翼折疊起來(lái)以減少干擾和阻力，從而提高其飛行速度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)復(fù)合式飛行器的旋翼系統(tǒng)提出了一種旋翼折展機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)飛行器在固定翼模式下的高速飛行或著艦停放時(shí)的旋翼折收，以提高復(fù)合式飛行器的飛行性能。

本發(fā)明的設(shè)計(jì)主要在于折展機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，進(jìn)行了四槳葉旋翼系統(tǒng)雙層槳轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和雙關(guān)節(jié)折展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。為保證四槳旋翼折收后，旋翼系統(tǒng)直徑更小，旋翼折疊角度大，又要保證結(jié)構(gòu)不相互干涉，本發(fā)明采用了雙層槳轂設(shè)計(jì)；為保障結(jié)構(gòu)的可靠性，使結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作精準(zhǔn)，本發(fā)明采用蝸輪蝸桿配合角度傳感器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明旋翼結(jié)構(gòu)分為三段，最外段是旋翼槳葉，中間段是動(dòng)力及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)段，最內(nèi)段是槳轂。最外段旋翼槳葉與中間結(jié)構(gòu)段之間的關(guān)節(jié)可稱之為外關(guān)節(jié)，中間結(jié)構(gòu)段與槳轂之間的關(guān)節(jié)可稱之為內(nèi)關(guān)節(jié)。中間結(jié)構(gòu)段上兩端對(duì)稱地固定有電機(jī)、蝸桿和角度傳感器，旋翼槳葉內(nèi)端固定有一個(gè)蝸輪，槳轂外端固定有一個(gè)蝸輪，通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿，再通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使旋翼三段通過(guò)關(guān)節(jié)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)角度相互配合，實(shí)現(xiàn)旋翼折展。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明提供的折展旋翼不僅能實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的垂直起降功能，而且在高速前飛時(shí)和固定翼不產(chǎn)生氣動(dòng)干擾，提高了前飛速度；

(2)本發(fā)明提供的折展旋翼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度要求，不會(huì)對(duì)飛行器產(chǎn)生不利影響；

(3)本發(fā)明提供的雙層旋翼結(jié)構(gòu)避免了四槳葉旋翼折收時(shí)候的結(jié)構(gòu)干涉問(wèn)題，使旋翼折收的角度更大，從而使折收后的旋翼系統(tǒng)直徑更小，前飛阻力更??；

(4)本發(fā)明提供的折展旋翼可收納在圓盤之中，使前飛時(shí)阻力更小，圓盤還可以提供一部分升力，提高飛行性能。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提供的折展旋翼機(jī)構(gòu)的展開狀態(tài)總體外觀示意圖。

圖2是折展旋翼展開時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖3是折展旋翼折收時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖4a和4b是折展旋翼單個(gè)旋翼構(gòu)成示意圖。

圖5是折展中間過(guò)程圖。

圖6是槳轂與中間結(jié)構(gòu)段內(nèi)關(guān)節(jié)局部圖。

圖7是中間結(jié)構(gòu)段與旋翼槳葉外關(guān)節(jié)局部圖。

圖8是雙層槳轂結(jié)構(gòu)圖。

圖中：

1.圓盤；2.內(nèi)關(guān)節(jié)角度傳感器；3.內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿；4.內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)；5.中間結(jié)構(gòu)段；

6.外關(guān)節(jié)角度傳感器；7.槳夾；8.槳葉；9.外關(guān)節(jié)蝸桿；

10.外關(guān)節(jié)蝸輪；11.外關(guān)節(jié)電機(jī)；12.內(nèi)關(guān)節(jié)蝸輪；13.槳轂；

14.旋翼主軸；15.內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)固定耳片；

16.內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿固定耳片；17.外關(guān)節(jié)電機(jī)固定耳片；

18.外關(guān)節(jié)蝸桿固定耳片。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提出的折展旋翼機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種折展旋翼機(jī)構(gòu)，整體外形如圖1所示，所述的折展旋翼機(jī)構(gòu)包括一個(gè)圓盤1和四個(gè)槳葉8。所述的圓盤1為中間厚、四周薄的結(jié)構(gòu)，四周具有等角度的四個(gè)開口，相對(duì)位置的兩個(gè)開口高度相同，分別對(duì)應(yīng)四個(gè)槳葉8的位置。所述圓盤1與旋翼主軸14上端固聯(lián)，隨旋翼主軸14旋轉(zhuǎn)，在下方有開口，可供旋翼主軸14和變距操縱桿通過(guò)。

本發(fā)明提供的折展旋翼機(jī)構(gòu)具有展開和折收兩種狀態(tài)，當(dāng)槳葉8展開時(shí)，如圖2所示，槳葉8從圓盤1中伸出，圓盤1和槳葉8共同旋轉(zhuǎn)，與傳統(tǒng)旋翼作用相同，產(chǎn)生復(fù)合式飛行器的升力以及一部分的方向操縱力。當(dāng)槳葉8折收時(shí)，如圖3所示，通過(guò)內(nèi)外關(guān)節(jié)兩處轉(zhuǎn)動(dòng)角度的配合，可以使槳葉8始終通過(guò)圓盤1開口，最終折入圓盤1，在平飛過(guò)程中可以減小旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生的阻力，解除前行槳葉壓縮性和后行槳葉失速性對(duì)前飛速度的限制，并能夠利用圓盤1上表面凸出的氣動(dòng)外形產(chǎn)生一定的升力。

為避免槳葉折疊后互相發(fā)生接觸碰撞，造成的結(jié)構(gòu)干涉問(wèn)題，所述的四個(gè)槳葉8為雙層槳轂設(shè)計(jì)，所述雙層槳轂結(jié)構(gòu)如圖8所示，分為上下兩層槳轂，如圖8中的上層槳轂a和下層槳轂b。相對(duì)位置的兩個(gè)槳葉8高度相同，四個(gè)槳葉8旋轉(zhuǎn)方向相同。

本發(fā)明提供的折展旋翼機(jī)構(gòu)，四個(gè)旋翼結(jié)構(gòu)相同，以其中一個(gè)旋翼結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行說(shuō)明。旋翼結(jié)構(gòu)分為三段，如圖4a所示，最外段是旋翼槳葉8，中間結(jié)構(gòu)段5是動(dòng)力及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)段，最內(nèi)段是槳轂13。槳葉8與中間結(jié)構(gòu)段5之間的關(guān)節(jié)可稱之為外關(guān)節(jié)，中間結(jié)構(gòu)段5與槳轂13之間的關(guān)節(jié)可稱之為內(nèi)關(guān)節(jié)。

內(nèi)外關(guān)節(jié)的具體結(jié)構(gòu)組成及裝配關(guān)系如圖4b所示，詳細(xì)情況如下：

所述的內(nèi)關(guān)節(jié)包括內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4、內(nèi)關(guān)節(jié)角度傳感器2、槳轂13、內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3和內(nèi)關(guān)節(jié)蝸輪12。內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3與內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4同軸固聯(lián)。如圖6，內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3通過(guò)內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿固定耳片16與中間結(jié)構(gòu)段5固聯(lián)，使用螺釘固定，蝸桿軸與內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿固定耳片16之間軸承連接固定。內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4通過(guò)內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)固定耳片15與中間結(jié)構(gòu)段5固聯(lián)，使用螺釘固定。內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3與槳轂13固聯(lián)，并通過(guò)蝸桿軸與中間結(jié)構(gòu)段5內(nèi)端相連，連接處裝有軸承。通過(guò)內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使中間結(jié)構(gòu)段5和槳轂13實(shí)現(xiàn)繞內(nèi)關(guān)節(jié)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)關(guān)節(jié)角度傳感器2外環(huán)部分與中間結(jié)構(gòu)段5通過(guò)螺釘固聯(lián)，內(nèi)環(huán)部分與內(nèi)關(guān)節(jié)蝸輪12通過(guò)軸固聯(lián)，即可以測(cè)得槳轂13與中間結(jié)構(gòu)段5的相對(duì)轉(zhuǎn)角。

所述的外關(guān)節(jié)包括外關(guān)節(jié)電機(jī)11、外關(guān)節(jié)角度傳感器6、槳夾7、槳葉8、外關(guān)節(jié)蝸桿9和外關(guān)節(jié)蝸輪10。槳葉8與槳夾7固聯(lián)，外關(guān)節(jié)蝸輪10也與槳夾7固聯(lián)。外關(guān)節(jié)蝸桿9與外關(guān)節(jié)電機(jī)11同軸固聯(lián)。如圖7，外關(guān)節(jié)蝸桿9通過(guò)外關(guān)節(jié)蝸桿固定耳片18與中間結(jié)構(gòu)段5固聯(lián)，使用螺釘固定，蝸桿軸與外關(guān)節(jié)蝸桿固定耳片18連接處為軸承連接固定。外關(guān)節(jié)電機(jī)11通過(guò)外關(guān)節(jié)電機(jī)固定耳片17與中間結(jié)構(gòu)段5固聯(lián)，使用螺釘固定。槳葉8與槳夾7通過(guò)軸與中間結(jié)構(gòu)段5外端相連，連接處裝有軸承。通過(guò)外關(guān)節(jié)電機(jī)11電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)外關(guān)節(jié)蝸桿9轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)使中間結(jié)構(gòu)段5和槳葉8實(shí)現(xiàn)繞外關(guān)節(jié)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。外關(guān)節(jié)角度傳感器6外環(huán)部分與中間結(jié)構(gòu)段5固聯(lián)，內(nèi)環(huán)部分與外關(guān)節(jié)蝸輪10通過(guò)軸固聯(lián)，即可以測(cè)得槳葉8與中間結(jié)構(gòu)段5的相對(duì)轉(zhuǎn)角。

安裝內(nèi)關(guān)節(jié)角度傳感器2和外關(guān)節(jié)角度傳感器6可以分別檢測(cè)內(nèi)外關(guān)節(jié)處連接部分的相對(duì)轉(zhuǎn)角，將實(shí)際轉(zhuǎn)角信息分別傳遞給內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4和外關(guān)節(jié)電機(jī)11，從而控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)外關(guān)節(jié)處轉(zhuǎn)角的精準(zhǔn)控制，通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)角的配合，使槳葉8始終通過(guò)圓盤1的開口。

以上對(duì)折展旋翼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，下面結(jié)合結(jié)構(gòu)局部圖對(duì)折展旋翼工作原理及過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

本發(fā)明提供的折展旋翼機(jī)構(gòu)應(yīng)用在復(fù)合式飛行器的旋翼系統(tǒng)。在垂直起飛過(guò)程中，旋翼處于完全展開的狀態(tài)，所有零部件都隨著旋翼主軸14轉(zhuǎn)動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，單個(gè)旋翼結(jié)構(gòu)如圖4a所示。垂直起飛之后，復(fù)合式飛行器進(jìn)入前飛狀態(tài)，旋翼逐漸卸載，主要升力逐漸由固定翼提供，當(dāng)固定翼完全可以提供飛行器所需升力之后，復(fù)合式飛行器由直升機(jī)模式轉(zhuǎn)換到固定翼模式，為避免氣動(dòng)干擾，提高前飛速度，折展旋翼進(jìn)行折收動(dòng)作。該動(dòng)作由內(nèi)外關(guān)節(jié)配合完成，以單個(gè)旋翼為例，在內(nèi)關(guān)節(jié)處，如圖6所示，此時(shí)內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4啟動(dòng)，帶動(dòng)內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，使內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3繞內(nèi)關(guān)節(jié)蝸輪12的中心軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由于內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3、內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4及中間結(jié)構(gòu)段5固聯(lián)，就使得整個(gè)中間結(jié)構(gòu)段5相對(duì)于內(nèi)關(guān)節(jié)蝸輪12的中心軸順時(shí)針(俯視視角)轉(zhuǎn)動(dòng)，內(nèi)關(guān)節(jié)蝸輪12與槳轂13固連，從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)關(guān)節(jié)所連接的槳轂13和中間結(jié)構(gòu)段5的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)，在外關(guān)節(jié)處，如圖7所示，外關(guān)節(jié)電機(jī)11也啟動(dòng)，帶動(dòng)外關(guān)節(jié)蝸桿9轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，使外關(guān)節(jié)蝸輪10繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由于外關(guān)節(jié)蝸輪10、槳夾7及槳葉8固聯(lián)，就使得外關(guān)節(jié)槳葉8繞外關(guān)節(jié)蝸輪10的中心軸逆時(shí)針(俯視視角)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了外關(guān)節(jié)所連接的中間結(jié)構(gòu)段5和槳葉8的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。雙關(guān)節(jié)反向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使旋翼實(shí)現(xiàn)折收，單個(gè)旋翼折展中間過(guò)程狀態(tài)如圖5所示。折收后最終狀態(tài)如圖3所示。

當(dāng)復(fù)合式飛行器要垂直降落時(shí)，需由固定翼模式改為直升機(jī)模式，打開旋翼系統(tǒng)，折展旋翼進(jìn)行展開動(dòng)作。此動(dòng)作也需要內(nèi)外關(guān)節(jié)共同配合，整個(gè)過(guò)程與上面垂直起飛過(guò)程相反。在內(nèi)關(guān)節(jié)處，如圖6所示，此時(shí)內(nèi)關(guān)節(jié)電機(jī)4啟動(dòng)，與上面垂直起飛過(guò)程的轉(zhuǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)關(guān)節(jié)蝸桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)中間結(jié)構(gòu)段5相對(duì)于內(nèi)關(guān)節(jié)蝸輪12及與其固聯(lián)的槳轂13逆時(shí)針(俯視視角)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，在外關(guān)節(jié)處，如圖7所示，外關(guān)節(jié)電機(jī)11也啟動(dòng)，與上面垂直起飛過(guò)程的轉(zhuǎn)動(dòng)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)外關(guān)節(jié)蝸桿9轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)，使外關(guān)節(jié)蝸輪10及與其固聯(lián)的槳葉8相對(duì)于中間結(jié)構(gòu)段順時(shí)針(俯視視角)轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)過(guò)程與上述折收狀態(tài)正好相反，雙關(guān)節(jié)反向相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)使旋翼實(shí)現(xiàn)展開，展開后旋翼恢復(fù)到圖2所示狀態(tài)。

飛行器降落后，再將旋翼折收進(jìn)圓盤1中，可以有效減少飛行器占用的空間，方便停放在倉(cāng)庫(kù)中，特別是為停放在艦船上提供了有利條件。