一种螺旋桨构造及快速开发定型方法与流程

1.本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种螺旋桨构造及快速开发定型方法。


背景技术：

2.现有的一体碳纤维螺旋桨开发流程是每设计一款桨叶都要把相应的设计方案开出模具然后加工出样品。在开发早期阶段这个过程需要消耗相当多的时间和加工费用各种对比方案的样品制作和测试。
3.现有的手动调节螺距的桨叶方案，都需要特定的桨叶定位工装来进行桨叶定位然后再拧紧螺丝压紧，定位工装由于整体尺寸很大且与碳纤维桨叶表面接触定位，会形成很大的定位误差。定位相应螺距的操作只能在工厂或室内有条件的操作台进行，不能在外场进行螺距定位操作更不能对已经装在飞机上的螺旋桨进行调节。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的问题是：提供一种螺旋桨构造及快速开发定型方法，可以在外场直接操作螺距的定位与紧固工作，不用专用的大型定位工装；只需要开一副模具制作一副样品然后通过调节螺距就能快速在不同的螺距和工况条件下进行性能测试。
5.本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种螺旋桨构造，包括桨叶和桨夹；还包括若干具有不同倾斜角度的配合面的定位块；
6.所述桨夹两侧设有用于容纳所述桨叶的容纳孔，所述桨夹上设有用于安装所述定位块的定位孔，所述定位孔与所述容纳孔相连通，所述定位块可拆卸设置在所述定位孔内；
7.所述桨夹与容纳孔配合的一端设有定位转轴，所述定位转轴上设有与所述定位块的配合面配合从而实现定位转轴的径向定位的限位面。
8.优选的，所述桨夹包括桨夹上板和桨夹下板，所述桨夹上板和桨夹下板上均设有螺栓孔一，所述螺栓孔一内设有用于连接桨夹上板和桨夹下板的螺栓一。
9.优选的，所述定位孔设置在所述桨夹上板的上端面，所述定位块和桨夹下板上设有螺栓孔二，所述螺栓孔二内设有用于连接定位块和桨夹下板的螺栓孔二。
10.优选的，所述定位转轴为圆柱状，所述限位面设置在所述定位转轴的外圆周面上。
11.优选的，所述定位转轴的圆周面上设有定位凸起，所述容纳孔内设有与所述定位凸起配合的环形凹槽。
12.本发明的另一目的在于提供了一种采用如上述任意一项所述的可调节螺距的螺旋桨结构进行开发定型的方法，所述方法包括以下步骤
13.s1、在项目初期的制造阶段，准备好多套桨叶方案并制作样品，每种样品都预先在根部集成了相同的定位转轴构造，同时加工好几套不同安装长度的桨夹和若干套具有不同倾斜角度的配合面的定位块，不同长度的桨夹使用相同的桨叶组装后可以调节桨叶最大直径，可以短期快速实现不同桨叶长度的方案验证，具有不同倾斜角度的配合面的定位块可以快速实现桨叶不同螺距的安装定位；
14.s2、项目进入实测阶段，首先是电机或则发动机匹配不同的桨叶方案在风洞中的性能测试；获取不同桨叶方案在相应的各安装长度、不同安装螺距下各自的不同转速和不同流速度下的性能包线；
15.s3、到了搭建好验证机并可以实测飞行的阶段，分别用不同桨叶方案样品、以及根据步骤s2中风洞测试的性能包线数据，选取几个优先测试的安装配置，进行整机的实际飞行测试；记录并分析对比飞行测试数据；全部需要的配置完成测试后，再进行充分的数据对比分析，评估出最适合原型机各飞行工况的桨叶配置；
16.s4、最后根据常用飞行工况下的参数以及风洞中的各配置下的桨叶性能包线，针对已经评估出最优的桨叶配置设计固定螺距版本的桨叶方案。
17.优选的，所述步骤s1中，多套桨叶方案为使用不同的局部翼型，弦长分布、桨尖设计的多套桨叶方案。
18.优选的，所述步骤s1中，不同安装长度的桨夹和具有不同倾斜角度的配合面的定位块都可以调节相应的桨叶性能，包括不同转速下的拉力、扭矩特性。
19.优选的，所述步骤s3中，飞行完成后，如果发现有必要调整桨叶安装参数，可以立马在现场进行更换，然后再补充新配置的飞行测试。
20.优选的，所述步骤s4中，针对已经评估出最优的桨叶配置设计固定螺距版本的桨叶方案包括翼型-迎角-弦长-桨尖设计的调整。
21.与现有技术相比，本发明的优点是：
22.1、本发明可以在外场直接操作螺距的定位与紧固工作，不用专用的大型定位工装。
23.2、依托于cnc机加工和阳极氧化后的工件表面进行定位，重复性定位精度高，更换定位块的操作便捷迅速，对于操作人员的要求较低。
24.3、可以短时间快速实现不同螺距的定位和紧固，这样不用开多款桨叶方案的模具然后制作样品，只需要开一副模具制作一副样品然后通过调节螺距就能快速在不同的螺距和工况条件下进行性能测试，可以节省大量的开模费用和开模时间，也能大大降低做不同方案时的样品产生的误差而误导最终的优选方案结果和设计目标，而且基础方案越多，本方法越节省时间和成本。
25.4、对于装在飞机上的螺旋桨而言，无人机由于需要可靠性高，结构简便易维护，低成本的要求，本技术方案很适合用于无人机在不同飞行条件的螺距调节，例如在高海拔地区，由于空气稀薄，起飞前快速更换更大螺距的定位块，就能很快得到一款更适合高原工况的螺旋桨并满足相应的使用需求。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1是本发明的螺旋桨结构爆炸结构示意图；
28.图2是本发明的螺旋桨结构的俯视图；
29.图3是本发明安装配合面为15度、5度和0度的配合示意图；
30.图4是现有的一体碳纤维螺旋桨的开发流程示意图；
31.图5是本发明的一体碳纤维螺旋桨的开发流程示意图。
32.附图标注：1、螺栓一，2、螺栓二，3、螺栓孔二，4、定位块，5、配合面，6、限位面，7、桨叶，8、桨夹上板，9、桨夹下板，10、定位转轴，11、环形凹槽，12、半圆槽，13、螺栓孔一，14、定位孔,15、定位凸起。
具体实施方式
33.以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。
35.此外，如有术语“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隐含指明技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”特征可以明示或者隐含包括一个或者多个该特征，在本发明描述中，“数个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
36.在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。
37.实施例1
38.本发明的具体实施例如附图所示，一种螺旋桨构造，包括桨叶7和桨夹；还包括若干具有不同倾斜角度的配合面5的定位块4；
39.所述桨夹两侧设有用于容纳所述桨叶7的容纳孔，所述桨夹上设有用于安装所述定位块4的定位孔14，所述定位孔14与所述容纳孔相连通，所述定位块4可拆卸设置在所述定位孔14内；
40.所述桨夹与容纳孔配合的一端设有定位转轴10，所述定位转轴10上设有与所述定位块4的配合面5配合从而实现定位转轴的径向定位(限制定位转轴转动)的限位面6。
41.进一步的，在本实施例中，所述桨夹包括桨夹上板8和桨夹下板9，所述桨夹上板8和桨夹下板9上均设有螺栓孔一13，所述螺栓孔一13内设有用于连接桨夹上板8和桨夹下板9的螺栓一1。
42.进一步的，在本实施例中，所述定位孔14设置在所述桨夹上板8的上端面，所述定位块4和桨夹下板9上设有螺栓孔二3，所述螺栓孔二3内设有用于连接定位块4和桨夹下板9的螺栓孔二3。
43.进一步的，在本实施例中，所述定位转轴10为圆柱状，所述限位面6设置在所述定位转轴10的外圆周面上。
44.进一步的，在本实施例中，所述定位转轴10的圆周面上设有定位凸起，所述容纳孔包括设置在桨夹上板下端面和桨夹下板上端面的的半圆槽12，所述半圆槽12内设有与所述
定位凸起配合的环形凹槽11。
45.实施例2
46.一种螺旋桨构造进行开发定型的方法，所述方法包括以下步骤
47.1.在项目初期的制造阶段，准备好至少2至3套桨叶方案并制作样品(几款方案为优选的主要方案，使用不同的局部翼型，弦长分布、桨尖设计)，每种方案都预先在根部集成了相同的定位转轴构造，做好几套不同安装长度的桨夹和若干套不同角度的定位块。不同长度的桨夹使用相同的桨叶组装后可以调节桨叶最大直径，可以短期快速实现不同桨叶长度的方案验证。不同角度的定位块可以快速实现桨叶不同螺距的安装定位。两者都可以调节相应的桨叶性能，包括不同转速下的拉力、扭矩特性。
48.2.项目进入实测阶段，首先是电机(发动机)匹配不同的桨叶方案在风洞中的性能测试。获取不同桨叶方案在相应的各安装长度、不同安装螺距下各自的不同转速-不同来流速度下的性能包线。
49.3.到了搭建好验证机并可以实测飞行的阶段，分别用不同桨叶方案样品、以及根据之前风洞测试的性能包线数据，选取几个优先测试的安装配置(比如某几个安装长度下，某几个安装螺距下的的配置)，进行整机的实际飞行测试。记录并分析对比飞行测试数据。飞行完成后，如果发现有必要调整桨叶安装参数，可以立马在现场进行更换，然后再补充新配置的飞行测试。全部需要的配置完成测试后，再进行充分的数据对比分析，评估出最适合原型机各飞行工况的桨叶配置。
50.4.然后根据常用飞行工况下的参数以及风洞中的各配置下的桨叶性能包线，针对已经评估出最优的桨叶配置设计固定螺距版本的桨叶方案，这里包括翼型-迎角-弦长-桨尖设计的调整等。因为之前已经有实际样品的测试，后续新优化的方案最终验证的性能已经基本接近最终的设计需求，大大降低了研发的风险。
51.带来的改进效果如下。
52.1.帮助开发人员在初步的原型机测试中更快的验证飞行器和桨叶的性能，桨叶的迎角-弦长设计允许在更宽广的工作范围内有更佳的表现。桨叶螺距可调，本方案的特别构造允许在测试现场手动调节桨叶螺距，快速测试出不同螺距下的桨叶性能，进而测试出不同桨叶性能下驱动电机(或发动机)的匹配性，以及飞行器在不同螺距下的飞行特性。螺距调节构造允许桨叶不用从驱动电机(或发动机)上拆下，也不需要特定大尺寸定位工装，只需要一个很小的定位块(预先根据不同角度做好相应的定位块，成本极低)选用指定螺距角度的规格装上去就行。这样以前可能需要开发5-10款方案并制作样品，现在只需要1-2款方案和相应的额样品就可以实现最终方案的定型，不论是模具加工成本，样品制作的成品以及实验测试的时间成本，都显著减小，其中，模具加工成不减少50至90％，样品加工时间减少80％以上，实验测试时间减少30％-50％。
53.2.现有技术已经有可以使用连续变距机构(比如液压或者舵机驱动)实现飞行测试中的螺距调节，但是那样需要一整套变距桨毂，这要求驱动螺旋桨的发动机或者电机必须是空心轴，且发动机舱或者电机舱内部须有足够容纳驱动机构和管路的空间。这对于某些较小尺寸的飞行器而言很困难实现，对于大型飞行器而言又成本非常高昂。而本方案的手动调节构造可以快速实现变距且定位准确，不需要额外的定位工装设计。
54.3.螺旋桨在不同海拔高度，不同温湿度环境下，会有较大的性能差异，通过可调螺
距功能，可以更容易适应不同环境。尤其高海拔情况下，不需要另外准备针对高海拔工况下的大螺距设计桨叶，只需要更换定位块调节更大螺距后即可满足新工况要求。
55.以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。