采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置

1.本发明涉及旋翼设计领域，具体是一种采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置。


背景技术：

2.直升机具有垂直起降、悬停等能力，较大的旋翼面积能够保证直升机在低速状态下具有良好的飞行性能，但是在高速状态下则会带来较大的阻力。传统的直升机需要适应多种任务工况（如兼顾高速巡航与低空低速飞行），此时固定直径的旋翼已经不能适应该类飞行器设计的要求，这就需要一种可以改旋翼直径、兼顾不同速度需求的旋翼设计。在起降时具有较大直径的旋翼以提供较大的桨盘面积并降低桨盘载荷，来保证其低速性能，在直升机高速飞行时具有较小的直径以降低桨盘面积、减少飞行阻力，保证高速性能。
3.同样的，在倾转旋翼机上，一种可伸缩的旋翼装置可使得飞行器在垂直起降阶段以较大的旋翼获得足够的升力，在前飞时以较小的旋翼减少飞行阻力。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，通过连杆结构传动完成对桨叶进行伸缩的控制，可根据飞行状态改变桨叶直径从而使得飞行器处于最佳飞行状态。
5.本发明提供了一种采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，包括传动件、旋翼轴、桨毂、变距拉杆、驱动结构、连杆传动结构、可伸缩桨叶，传动件置于旋翼轴内部通过轴承与旋翼轴连接，桨毂与旋翼轴连接。
6.所述可伸缩桨叶包括桨毂、扭矩杆和桨叶，扭矩杆内侧与桨毂连接，外侧通过花键与桨叶连接。
7.变距拉杆一端连接在扭矩杆和桨毂之间，另一端通过动环连接在旋翼轴外缘。桨叶的变距操纵可通过变距拉杆传递给扭矩杆，再递给桨叶，完成周期变距与总距操纵。
8.所述连杆传动结构包括第一连杆、第二连杆，第一连杆与中心轴固连，第一连杆和第二连杆连接，第二连杆与桨叶连接，连杆传动结构将传动件的转动转化成桨叶在扭矩杆上的伸缩运动。桨叶的气动载荷通过花键槽与连杆传递给桨毂，离心力由传动件承受，桨叶的伸缩也由传动件驱动。
9.进一步改进，所述的第一连杆和第二连杆通过万向铰连接，第二连杆通过球铰与桨叶连接，驱动桨叶伸缩的同时，不会限制桨叶挥舞、摆阵、扭转的运动。
10.进一步改进，所述的第一连杆和第二连杆通过转动副连接，第二连杆与桨叶通过转动副连接，可用于一种可变直径的螺旋桨结构，并在扭距杆与桨叶间设置限动结构，可将桨叶离心力传递给桨毂。
11.进一步改进，所述的驱动结构为齿轮驱动结构，包括动力输入轴、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述传动件为中心轴，第一传动齿轮套在动力输入轴外缘，第二传动齿轮套在中心轴底部外缘上，第一传动齿轮和第二传动齿轮配合连接。
12.进一步改进，所述的驱动结构为驱动电机，所述传动件为滑环结构，驱动电机置于桨毂内，驱动电机通过滑环结构供能驱动连杆结构完成桨叶的伸缩运动。同时可设置限动结构限制电机的非操作转动，以承受桨叶旋转时的离心力。
13.本发明有益效果在于：1、通过对连杆结构的控制，可控制旋翼的直径。该结构使得当直升机起降时提供较大直径的旋翼，从而提供最大的桨盘面积并降低桨盘载荷，当直升机高速飞行时提供较小直径的旋翼以减少飞行阻力。该结构亦可用于使得倾转旋翼带来类似的增益。
14.2、通过动环的动作，带动变距拉杆连接的扭矩杆通过花键结构可将变距动作传递给桨叶，实现桨叶的总距和周期变距操纵。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。
16.图1为本发明主视图；图2为机构运动简图；图3为连杆结构俯视图；图4为连杆结构示意图；图5为旋翼伸长过程中齿轮结构运动示意图；图6为旋翼伸长过程中连杆结构与桨叶结构运动示意图。
17.图中，1-中心轴 2-第一连杆 3-第二连杆 4-万向铰 5-球铰 6-桨叶 7-扭矩杆 8-变距拉杆 9-旋翼轴 10-桨毂 11-滚动轴承 12-第一传动齿轮 13-第二传动齿轮 14-动力输入轴。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.实施例1本发明提供了一种采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，如图1所示，包括中心轴1、旋翼轴9、桨毂10、变距拉杆8、齿轮驱动结构、连杆传动结构、可伸缩桨叶，中心轴1置于旋翼轴9内部通过滚动轴承11与旋翼轴9连接，桨毂10套在旋翼轴9外缘。
20.所述可伸缩桨叶包括扭矩杆7和桨叶6，扭矩杆7内侧与桨毂10连接，外侧通过花键与桨叶6连接。
21.所述连杆传动结构如图3所示，包括第一连杆2、第二连杆3，第一连杆2与中心轴1固连，第一连杆和第二连杆通过万向铰4连接，第二连杆通过球铰5与桨叶连接，驱动桨叶伸缩的同时，不会限制桨叶挥舞、摆阵、扭转的运动，如图2所示。连杆传动结构将中心轴的转
动转化成桨叶在扭矩杆上的伸缩运动；桨叶的气动载荷通过花键槽与连杆传递给桨毂，离心力由传动件承受，桨叶的伸缩也由传动件驱动。
22.所述变距拉杆一端连接在扭矩杆上，另一端通过动环连接在旋翼轴外缘。桨叶的变距操纵可通过变距拉杆传递给扭矩杆，再递给桨叶，完成周期变距与总距操纵。
23.所述的齿轮驱动结构，包括动力输入轴14、第一传动齿轮12和第二传动齿轮13，第一传动齿轮12套在动力输入轴14外缘，第二传动齿轮13套在中心轴1底部外缘上，第一传动齿轮12和第二传动齿轮13配合连接。
24.本发明由正常状态切换至大直径模式的过程如图5和图6所示。
25.实施例2将实施例1中的万向铰与球铰替换为转动副，本装置可用于一种可变直径的螺旋桨结构，并且扭距杆与桨叶间设置有限动结构，可将桨叶离心力通过扭矩杆传递给桨毂。将实施例1中的齿轮驱动结构替换为滑环与驱动电机，将中心轴替换为旋翼轴内的滑环，驱动电机置于桨毂内，电力通过滑环结构为驱动电机提供能量，驱动电机驱动连杆结构完成桨叶的伸缩运动，同时可设置限动结构限制电机的非操作转动，以承受桨叶旋转时的离心力。
26.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，其特征在于：包括传动件、旋翼轴、桨毂、变距拉杆、驱动结构、连杆传动结构、可伸缩桨叶，传动件置于旋翼轴内部通过轴承与旋翼轴连接，桨毂与旋翼轴连接；所述可伸缩桨叶包括桨毂、扭矩杆和桨叶，扭矩杆内侧与桨毂连接，外侧通过花键与桨叶连接；所述变距拉杆一端连接在扭矩杆上；所述连杆传动结构包括第一连杆、第二连杆，第一连杆与中心轴固连，第一连杆和第二连杆连接，第二连杆与桨叶连接，连杆传动结构将传动件的转动转化成桨叶在扭矩杆上的伸缩运动。2.根据权利要求1所述的采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，其特征在于：所述的第一连杆和第二连杆通过万向铰连接，第二连杆通过球铰与桨叶连接。3.根据权利要求1所述的采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，其特征在于：所述的第一连杆和第二连杆通过转动副连接，第二连杆与桨叶通过转动副连接，扭距杆与桨叶间设置有限动结构。4.根据权利要求1所述的采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，其特征在于：所述的驱动结构为齿轮驱动结构，包括动力输入轴、第一传动齿轮和第二传动齿轮，所述传动件为中心轴，第一传动齿轮套在动力输入轴外缘，第二传动齿轮套在中心轴底部外缘上，第一传动齿轮和第二传动齿轮配合连接。5.根据权利要求1所述的采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，其特征在于：所述的驱动结构为驱动电机，所述传动件为滑环结构，驱动电机置于桨毂内，驱动电机通过滑环结构驱动连杆结构完成桨叶的伸缩运动。

技术总结
本发明提供了一种采用连杆驱动机构的变直径旋翼装置，包括传动件、旋翼轴、桨毂、变距拉杆、驱动结构、连杆传动结构、可伸缩桨叶，传动件置于旋翼轴内部通过轴承与旋翼轴连接，桨毂与旋翼轴连接；所述可伸缩桨叶包括桨毂、扭矩杆和桨叶，扭矩杆内侧与桨毂连接，外侧通过花键与桨叶连接；所述变距拉杆一端连接在扭矩杆上；所述连杆传动结构包括第一连杆、第二连杆，第一连杆与中心轴固连，第一连杆和第二连杆连接，第二连杆与桨叶连接，连杆传动结构将传动件的转动转化成桨叶在扭矩杆上的伸缩运动。本发明通过连杆结构传动完成对桨叶进行伸缩的控制，可根据飞行状态改变桨叶直径从而使得飞行器处于最佳飞行状态。得飞行器处于最佳飞行状态。得飞行器处于最佳飞行状态。


技术研发人员：高亚东 徐孟雨 黄大伟 徐阳
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.06.20
技术公布日：2022/11/29