用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳及無(wú)人機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳及無(wú)人機(jī)，屬于航空技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高空長(zhǎng)航無(wú)人機(jī)的巡航高度為20千米，巡航時(shí)間超過(guò)24小時(shí)，在這種高空環(huán)境下大氣密度較低(約為地面空氣密度的1/14)，因此要求無(wú)人機(jī)的螺旋槳具有質(zhì)量輕的特點(diǎn)并且在巡航階段其氣動(dòng)效率高。并且，由于高空無(wú)人機(jī)的爬升時(shí)間長(zhǎng)(美國(guó)“全球鷹”無(wú)人機(jī)爬升到19千米需要約115分鐘)，爬升過(guò)程中所需拉力較大(一般為巡航時(shí)的3-4倍)，此時(shí)需要提高螺旋槳的轉(zhuǎn)速。但是，螺旋槳轉(zhuǎn)速提高使得螺旋槳的前進(jìn)比(前進(jìn)比用于表示飛行速度與旋轉(zhuǎn)速度的相對(duì)大小)變小，也即降低了螺旋槳的氣動(dòng)效率。
[0003]為了提高小前進(jìn)比大拉力情況下螺旋槳的氣動(dòng)效率，現(xiàn)有技術(shù)中的高空無(wú)人機(jī)螺旋槳多采用變槳距形式，即根據(jù)前進(jìn)比利用位于槳轂內(nèi)的變距機(jī)構(gòu)將槳葉的安裝角調(diào)整至最佳位置，以此提高螺旋槳的氣動(dòng)效率。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的變距螺旋槳共有兩類，一類是在大型飛機(jī)上使用的變距螺旋槳，這類變距螺旋槳一般變距速度和頻率都較低，加上大型螺旋槳變距所需力矩較大，所以這類變距螺旋槳往往采用的是液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)變距機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)螺旋槳的變距；另一類是中小型飛機(jī)上的變距螺旋槳，這類變距螺旋槳使用減速電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)變距機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)螺旋槳的變距。以上變距方法雖然能產(chǎn)生較大的變距力矩，但是整個(gè)變距系統(tǒng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，不僅導(dǎo)致成本較高而且重量較大，只適用于一些速度較高、功率較大的飛機(jī)，而不適用于高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)對(duì)螺旋槳的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳及無(wú)人機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的變距螺旋槳機(jī)構(gòu)復(fù)雜不適宜于高空無(wú)人機(jī)使用的問(wèn)題。
[0006]一種用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳，包括槳轂、固定在槳轂上的轉(zhuǎn)軸以及套裝在轉(zhuǎn)軸上且表面連續(xù)的槳葉；槳葉包含有可動(dòng)槳片，可動(dòng)槳片可在該可動(dòng)槳片的前緣和尾緣的氣壓差下繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；可動(dòng)槳片與轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有復(fù)位結(jié)構(gòu)，該復(fù)位結(jié)構(gòu)用于將旋轉(zhuǎn)的可動(dòng)槳片復(fù)位。
[0007]上述變距螺旋槳的進(jìn)一步改進(jìn)，復(fù)位結(jié)構(gòu)設(shè)置為扭轉(zhuǎn)彈簧，該扭轉(zhuǎn)彈簧套裝在轉(zhuǎn)軸上且連接可動(dòng)槳片。優(yōu)選的，扭轉(zhuǎn)彈簧在初始的狀態(tài)下設(shè)置有一個(gè)初始的扭矩，也即該扭轉(zhuǎn)彈簧的初始狀態(tài)為具有一定扭矩的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0008]上述變距螺旋槳的進(jìn)一步改進(jìn)，槳葉上設(shè)置有限位結(jié)構(gòu)，該限位結(jié)構(gòu)用于限制可動(dòng)槳片的旋轉(zhuǎn)角度；該限位結(jié)構(gòu)為在可動(dòng)槳片的下翼面下方設(shè)置的限位桿，且限位桿距可動(dòng)槳片前緣的距離小于限位桿距可動(dòng)槳片尾緣的距離。
[0009]上述變距螺旋槳的進(jìn)一步改進(jìn)，槳葉和轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有相互配合的限位結(jié)構(gòu)，該限位結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)軸上設(shè)置的凹槽與可動(dòng)槳片上設(shè)置的與凹槽相配合的凸起，該凸起可在凹槽內(nèi)沿可動(dòng)槳片的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)。
[0010]上述變距螺旋槳的進(jìn)一步改進(jìn)，可動(dòng)槳片為一個(gè)或者兩個(gè)以上。優(yōu)選的，槳葉還包括根部槳片以及尖部槳片，該根部槳片固定連接槳轂，尖部槳片固定連接轉(zhuǎn)軸，可動(dòng)槳片設(shè)置于根部槳片和尖部槳片之間。
[0011]上述變距螺旋槳的進(jìn)一步改進(jìn)，該變距螺旋槳還包括:柔性連接件，該柔性連接件覆蓋于相鄰兩個(gè)槳片接觸位置處的環(huán)狀縫隙，柔性連接件將相鄰兩個(gè)槳片連接在一起以使相鄰兩個(gè)槳片具有在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的相對(duì)位移量。優(yōu)選的，該柔性連接件為彈性薄膜。
[0012]一種高空無(wú)人機(jī)，包括機(jī)身和如上所述的變距螺旋槳，該變距螺旋槳的槳轂固定在機(jī)身上。
[0013]本發(fā)明用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳及無(wú)人機(jī)采用將套裝在與槳轂固定的轉(zhuǎn)軸上的變距螺旋槳表面連續(xù)的槳葉設(shè)置成具有可動(dòng)槳片的結(jié)構(gòu)，使得飛機(jī)在飛行過(guò)程中時(shí)，可動(dòng)槳片可在前緣和尾緣的氣壓差下繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并在無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)速變化或者前緣和尾緣氣壓差變化時(shí)通過(guò)可動(dòng)槳片與轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置的復(fù)位結(jié)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)的可動(dòng)槳片復(fù)位。這樣的結(jié)構(gòu)使得高空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)的螺旋槳，在爬升過(guò)程中小前進(jìn)比工況下，不用在增加動(dòng)力傳輸結(jié)構(gòu)來(lái)對(duì)螺旋槳進(jìn)行變距就可在可動(dòng)槳片自身前緣和尾緣的壓力差所產(chǎn)生的扭矩下自行調(diào)節(jié)槳葉迎角，從而合理優(yōu)化載荷分布提高氣動(dòng)效率，簡(jiǎn)化了螺旋槳變距結(jié)構(gòu)，提高了螺旋槳在該使用條件下的推進(jìn)效率，適應(yīng)了高空長(zhǎng)航無(wú)人機(jī)對(duì)螺旋槳的要求。而具有柔性連接件的變距螺旋槳?jiǎng)t能保證槳葉具有更好的氣動(dòng)外形。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例所給出的用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳等測(cè)圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例所給出的用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳俯視圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例所給出的復(fù)位結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例所給出的可動(dòng)槳片的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:
[0019]10、槳轂；20、轉(zhuǎn)軸；
[0020]30、槳葉；31、根部槳片；
[0021]32、可動(dòng)槳片；321、前緣；
[0022]322、尾緣；33、尖部槳片；
[0023]34、復(fù)位結(jié)構(gòu)；341、扭轉(zhuǎn)彈簧；
[0024]35、限位結(jié)構(gòu)；351、限位桿；
[0025]352、凹槽；353、凸起；
[0026]36、環(huán)狀縫隙；37、彈性薄膜。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，本發(fā)明不局限于下述的【具體實(shí)施方式】。
[0028]在發(fā)明中，為便于理解和描述，在未作相反說(shuō)明的情況下，使用的方位詞如“上、下、左、右”通常是指參考附圖所示的上、下、左、右；“前、后”是指參考附圖所示的紙面的前、后；“內(nèi)、外”是指相對(duì)于各部件本身的輪廓的內(nèi)、外，但上述方位詞并不用于限制本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明的第一方面提供一種用于高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳，如圖1-2所示，變距螺旋槳包括槳轂10、轉(zhuǎn)軸20和表面連續(xù)的槳葉30。槳葉30包含有可動(dòng)槳片32，該可動(dòng)槳片32可以繞轉(zhuǎn)軸20轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)在可動(dòng)槳片32的前緣321和尾緣322的氣壓差下進(jìn)行的?？蓜?dòng)槳片32與轉(zhuǎn)軸20之間還設(shè)置有復(fù)位結(jié)構(gòu)34，該復(fù)位結(jié)構(gòu)34用于將在前緣321和尾緣322的氣壓差下旋轉(zhuǎn)的可動(dòng)槳片32回復(fù)到初始位置，即減小可動(dòng)槳片32槳葉角的方向。
[0030]其中，轉(zhuǎn)軸20的一端固定在槳轂10上，槳葉30通過(guò)軸套套裝在轉(zhuǎn)軸20上?？蛇x地，為了保證螺旋槳具有較優(yōu)異的功能，轉(zhuǎn)軸20的下端不應(yīng)超出槳葉30的下端。
[0031]具體的，可動(dòng)槳片32的前緣321和尾緣322是由螺旋槳安裝的初始狀態(tài)確定的，這屬于現(xiàn)有技術(shù)。如圖1所示，前緣321位于可動(dòng)槳片32的左側(cè)，尾緣322位于可動(dòng)槳片32的右側(cè)。
[0032]在實(shí)際使用過(guò)程中，高空無(wú)人機(jī)在爬升時(shí)，調(diào)整螺旋槳的轉(zhuǎn)速，可動(dòng)槳片32的前緣321和尾緣322之間會(huì)受到不同的氣流壓力，也即，在前緣321和尾緣322上產(chǎn)生壓力差，產(chǎn)生一個(gè)繞轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)的扭矩?？蓜?dòng)槳片32則在這個(gè)扭矩下做不同程度的旋轉(zhuǎn)從而改變了螺旋槳槳葉30的槳葉角，提高了螺旋槳的氣動(dòng)效率。通過(guò)復(fù)位結(jié)構(gòu)34給可動(dòng)槳片32提供一個(gè)復(fù)位力，始終使前緣321和后緣322為可動(dòng)槳片32提供的扭力大小與復(fù)位結(jié)構(gòu)34的復(fù)位力大小平衡，從而能夠使得高空無(wú)人機(jī)螺旋槳在爬升等飛行過(guò)程中的槳葉角始終處于最佳位置，螺旋槳的氣動(dòng)效率最高。
[0033]需指出的是，該復(fù)位結(jié)構(gòu)34并不表示每時(shí)每刻都將可動(dòng)槳片32完全恢復(fù)到初始位置，而是指復(fù)位結(jié)構(gòu)34至少能夠使可動(dòng)槳片32朝著初始位置方向運(yùn)動(dòng)到初始位置的能力，在某些情況下，能夠?qū)⒖蓜?dòng)槳片32完全恢復(fù)到初始位置。初始位置即表示該變距螺旋槳未變距時(shí)的位置，也即可動(dòng)槳片32剛剛安裝完畢時(shí)的位置。
[0034]采用將套裝在轉(zhuǎn)軸20上的螺旋槳槳葉30設(shè)置成具有可動(dòng)槳片32并在可動(dòng)槳片32和轉(zhuǎn)軸20之間設(shè)置復(fù)位結(jié)構(gòu)34的方式，不僅滿足了螺旋槳在爬升過(guò)程中的調(diào)整槳葉角的功能，而且還精簡(jiǎn)了變距螺旋槳的動(dòng)力輸出和傳遞結(jié)構(gòu)，使高空無(wú)人機(jī)的變距螺旋槳的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，重量也更加輕，更符合高空無(wú)人機(jī)對(duì)螺旋槳重量的要求。
[0035]上述變距螺旋槳的一種優(yōu)選實(shí)施方式，復(fù)位結(jié)構(gòu)34可以采取連接可動(dòng)槳片32與轉(zhuǎn)軸20的彈簧、高彈性材料(比如橡膠)或者如圖4中示出的扭轉(zhuǎn)彈簧341。例如，將彈簧的一端固定在可動(dòng)槳片32上，另一端固定在轉(zhuǎn)軸20上。當(dāng)可動(dòng)槳片32轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)拉伸，或者壓縮彈簧，則彈簧會(huì)對(duì)可動(dòng)槳片32產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力。作為一種優(yōu)選方式，將扭轉(zhuǎn)彈簧341套裝在轉(zhuǎn)軸20上并與可動(dòng)槳片32連接。這樣的扭轉(zhuǎn)彈簧341在安裝時(shí)可以是處于非變形狀態(tài)，但為了在高空無(wú)人