变直径桨叶结构

1.本发明涉及直升机桨叶结构设计领域，具体是一种变直径桨叶结构。


背景技术：

2.倾转旋翼机既具有直升机的垂直起降和悬停能力，又具有固定翼飞机的高速巡航能力，因而具有良好的任务灵活性和十分广泛的用途，是当今航空领域研究和应用的重点之一。然而，为兼顾悬停/垂直飞行与前飞性能，不得不以牺牲倾转旋翼机在悬停和巡航的气动性能为代价。
3.一种变直径桨叶能够很好地满足气动要求。倾转旋翼机在悬停时采用大直径状态，从而降低桨盘载荷、减小悬停下洗流、降低噪音和改进自转下滑性能等；在巡航时采用小直径状态，提高推进效率、减少内部和外部的噪音，因而其在倾转旋翼机上具有很好的应用潜力。
4.目前国内外变直径旋翼形式主要有三种：一采用伸缩式桨叶；二采用柔性桨叶；三采用可折叠式桨叶。伸缩式桨叶国外一般利用丝杠螺母的传递方式拉动桨叶在扭矩管上滑动实现变直径运动；折叠桨叶有两种基本形式：一是桨叶折叠在旋翼平面内；二是桨叶折叠在平面外；柔性桨叶的形式包括可折褶的桨叶和可卷起的桨叶，后者采用的是充气膨胀桨叶或卷起卷盘上的薄实心的桨叶。而上述三种变直径旋翼形式真正进入试验的是第一种方式：伸缩桨叶。
5.采用丝杠螺母形式的变直径驱动机构以牺牲结构复杂性、重量增加和维护成本高为代价得到更多的性能优势。采用折叠桨叶方式，就不得不在折叠桨叶之前停转旋翼，但是停转旋翼过程中，由于离心刚度的降低和严重的气弹耦合行为限制，苛刻的操纵要求很难满足。


技术实现要素：

6.本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种变直径桨叶结构，可以实现倾转旋翼机在悬停和巡航状态下桨盘载荷不同的要求，从而提高气动效率。
7.本发明提供了一种变直径桨叶结构，包括桨毂以及安装在桨毂上的复合材料桨叶。
8.所述复合材料桨叶通过电动变直径推杆和扭矩管与桨毂连接，复合材料桨叶一端预留通道并预埋连接头，另一端完全封闭；预留的通道是与扭矩管外表面形成配合面，实现外部桨叶在扭矩管的滑动；预埋的连接头是为了将电动变直径推杆与外端桨叶固定连接，电动变直径推杆与外端桨叶固定连接，为外部桨叶伸缩运动提供线性运动，从而达到变直径目的。
9.所述扭矩管一端与外部桨叶搭接，一端与桨毂机构连接。扭矩管不仅为外部桨叶提供了一个轨道，还将桨叶上的挥舞力矩传递给桨毂结构，并传递桨叶的俯仰运动。此外扭矩管的形状是一个椭圆形的筒状结构，电动变直径推杆从中穿过。
10.所述电力装置为安装在桨毂上的发电机，发电机随着桨毂的转动而转动。通过电线与电动变直径推杆连接，为后者提供动力。
11.扭矩管内侧设置压力传感器，当扭矩管内侧与复合材料桨叶接头相碰时，桨叶收缩完毕，传感器将信号传递给电动变直径推杆内部的限位器，自动断电。
12.电动变直径推杆最大行程与桨叶伸缩量一致，当推杆到顶时，自动断电。
13.因此，当电动变直径推杆通过沿着扭管内部及桨毂空隙与发电机相连，在通过电线与驾驶舱内部控制控制面板相连，驾驶员只需通过手动操作，改变电流方向，实现变直径方向的改变。
14.本发明有益效果在于：
15.1、经济性好：采用的机械部件在市面上普遍存在，采购简单，质量保证，性价比高，具有良好的经济性。
16.2、结构简单：采用电动变直径推杆，将旋转运动变为线性往复运动，简化了变直径机构的部件。
17.3、可控性高：打破了传统的使用弹簧等依靠离心力及回复力进行改变直径时不可控的限制。通过笔式电动推杆的限位开关可以做到有效地控制旋翼直径的改变。
附图说明
18.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。
19.图1为本发明旋翼收缩后电动变直径推杆示意图；
20.图2为本发明旋翼收缩后桨叶结构示意图；
21.图3为本发明旋翼收缩后桨叶内部剖视图；
22.图4为本发明旋翼伸长后电动变直径推杆示意图；
23.图5为本发明旋翼伸长后桨叶结构示意图；
24.图6为本发明旋翼伸长后桨叶内部剖视图；
25.图7为本发明连接头示意图；
26.图8为本发明扭矩管示意图。；
27.图9为本发明旋翼伸长后桨叶结构俯视图；
28.图10为本发明旋翼收缩后桨叶结构俯视图。
29.图中，1-复合材料桨叶、2-扭矩管、3-桨毂、4-发电机、5-连接头、6-电动变直径推杆。
具体实施方式
30.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。
31.本发明设计的一种变直径桨叶结构，如图1-8所示，主要包括：复合材料桨叶1、扭矩管2、桨毂3、发电机4、连接头5、电动变直径推杆6。
32.本发明所述的复合材料桨叶1外端完全封闭的，另一端则预埋了连接头5，通过连接头5与电动变直径推杆6固定连接。
33.预埋的连接头如图7所示，是为了将电动变直径推杆与外端桨叶固定连接，电动变直径推杆与外端桨叶固定连接，为外部桨叶伸缩运动提供线性运动，从而达到变直径目的。旋翼伸长和收缩后的结构分别如图9和图10所示。
34.所述的扭矩管2如图8所示，为一椭圆形套筒状，外表面光滑处理，与复合材料桨叶1内腔形成配合面，实现桨叶在扭矩管2的滑动；扭矩管2左右两侧开一贯通孔，一端与桨毂3生根，电动变直径推杆6从中穿过，扭矩管2一头与复合材料桨叶1连接，一头与桨毂3连接。
35.所述的电动变直径推杆6如图1、图4所示，分别为收缩和伸长的状态，外管直径为20毫米，为实现桨叶伸缩比达到30％的要求，设置该电动变直径推杆6最大行程为315mm。
36.所述的发电机4如图2、图4所示，安装在桨毂中央件上，随着桨毂的转动而转动。通过电线与电动变直径推杆6连接，为后者提供动力。
37.如图3所示，扭矩管2内侧设置压力传感器，当扭矩管2内侧与复合材料桨叶接头3相碰时，桨叶收缩完毕，传感器将信号传递给电动变直径推杆6内部的限位器，自动断电。
38.如图6所示，电动变直径推杆最大行程与桨叶伸缩量一致，当推杆到顶时，自动断电。
39.因此，当电动变直径推杆6通过沿着扭管内部及桨毂空隙与发电机相连，在通过电线与驾驶舱内部控制控制面板相连，驾驶员只需通过手动操作，改变电流方向，实现变直径方向的改变。
40.本发明一种具体实施方式如下：
[0041][0042]
桨叶各部分材料及工艺简略说明：
[0043][0044]
*质量单位kg，重心(mm)以0.25c为参考，偏后缘为 ，偏前缘为-。
[0045]
*碳纤维材料牌号有待考证，材料特性如下：
[0046][0047][0048]
桨叶总重约2.3kg，伸长后桨叶长1.365m，收缩后桨叶长1.05m。
[0049]
电动变直径推杆：
[0050]
外径：19mm；最大行程：345mm；最小安装孔距：416mm。
[0051]
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。