[發(fā)明專利]一種扭角分布可變的槳葉

無效

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• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102887222A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發(fā)明（設計）人: 項昌樂;楊興邦;徐彬
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: B64C11/16
• 分類號: B64C11/16;B64C27/46
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;郭德忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種扭角分布可變的槳葉，其應用于普通螺旋槳和涵道螺旋槳，或者直升機和自轉(zhuǎn)旋翼機的旋翼，屬于螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

模型飛機，模型飛行車船，或者飛機、飛行車船等亞音速飛行器，均使用螺旋槳或旋翼作為升力或推力裝置，螺旋槳或旋翼通常有兩片或多片槳葉。考慮飛行器的動力性、燃油經(jīng)濟性和典型任務剖面，飛行器應該有多個工作模式。不同工作模式下，除過發(fā)動機工況可控外，要求螺旋槳或者旋翼的效率保持在最高范圍內(nèi)。

螺旋槳（或旋翼）的前進比是前飛速度和槳尖轉(zhuǎn)速之比。在給定螺旋槳（或旋翼）槳距時，螺旋槳（或旋翼）的效率先是隨著前進比的增加而增大，當達到最大效率后，前進比繼續(xù)增加反而效率在減小。如果螺旋槳（或旋翼）是定距槳，只能在一種飛行狀態(tài)下性能較好；飛行狀態(tài)一變，不僅性能立即變壞，還會嚴重影響發(fā)動機的功率輸出。恒速變距槳可以根據(jù)不同需要，如起飛、爬升、巡航等分別設定發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。一旦轉(zhuǎn)速設定好，自控系統(tǒng)隨時調(diào)節(jié)槳距角，以達到螺旋槳吸收功率和發(fā)動機輸出功率之間的平衡。這樣在飛行狀態(tài)變更時，螺旋槳的效率都能維持在較高的范圍，并能始終保持發(fā)動機在最有力的工作狀態(tài)下。

通常螺旋槳（或旋翼）選定一種常用工況，槳葉的預扭角設定，使該工況下效率達到最高。實驗證明：改變螺旋槳（或旋翼）工況時，即使變距槳可以改變槳葉扭角，也并不能保證在新工況下其效率在較高范圍。變距后，槳尖和槳根處的扭角明顯不滿足較高功率需要的扭角。這個問題變距槳是無法解決的，因為變距機構(gòu)只能同等大小的改變不同槳葉半徑處的槳葉微段扭角。

這個問題因為現(xiàn)代飛行器典型人物剖面的不斷豐富變得日益尖銳起來。例如，V22魚鷹式傾斜旋翼機的常用工況有兩種：起飛或懸停時，安裝螺旋槳的懸臂垂直于固定翼，具有直升機的飛行性能；前飛時，安裝螺旋槳的懸臂平行于固定翼，具有推進式固定翼飛機的飛行性能。所以，設計制造一種槳葉扭角分布可變的槳葉及執(zhí)行機構(gòu)勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種扭角分布可變的槳葉，可以獨立改變不同槳葉微段的扭轉(zhuǎn)角度，近似于獨立地改變不同槳葉半徑的槳葉微元的扭角，有效地解決不同工作模式下螺旋槳（或旋翼）的效率工作在較高范圍內(nèi)的要求。

本發(fā)明的扭角分布可變的槳葉，包括槳葉、扭力套軸、高剛性軸和蒙皮，其中槳葉由若干槳葉微段組成，每個槳葉微段上有安裝孔；扭力套軸為空心圓柱形套；高剛性軸為圓柱形長軸；

其連接關(guān)系為：槳葉微段通過其上的安裝孔依次套接并固定在扭力套軸的外圓上，然后對組合后的槳葉微段蒙皮形成完整的槳葉，高剛性軸裝入扭力套軸內(nèi)部，在葉尖一端，扭力套軸的與高剛性軸對應的一端固定連接；在葉根一端，扭力套軸的另一端與飛行器上的施力機構(gòu)固定連接相連，高剛性軸的另一端固連在槳榖上。

其中，槳葉微段上的安裝孔位于翼型焦點處，各槳葉微段的翼型為一種或一種以上；各槳葉微段和扭力套軸固連的方式為粘接、銷連接或鍵連接；扭力套軸和高剛性軸的固連方式為銷連接、鍵連接或機米螺絲；整個槳葉形狀為矩形、馬刀形或梯形。

工作原理：扭力套軸在施力機構(gòu)對其施加扭轉(zhuǎn)力矩后，由于高剛性軸固定在槳榖上且扭力套軸另一端固定在高剛性軸上，扭力套軸與高剛性軸產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)，因此扭力套軸帶動每個槳葉微段繞高剛性軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)槳葉上的扭角分布變化；如果不同槳葉半徑處扭力套軸的抗扭剛度不同，且扭轉(zhuǎn)力矩大小不超過胡克剪切定律的適用范圍，那么可以得到確定的槳葉微段轉(zhuǎn)動的角度。如果扭轉(zhuǎn)力矩大小不在胡克定律適用范圍內(nèi)，依舊可以通過材料扭轉(zhuǎn)特性，得到每個槳葉微段轉(zhuǎn)動的角度。不同槳葉半徑處要求的不同抗扭剛度，可以通過合理地設計扭力套軸的壁厚等方法實現(xiàn)。

有益效果：本發(fā)明通過扭力軸套不同微段有不同抗扭剛度，實現(xiàn)所連接的槳葉微段有不同轉(zhuǎn)角，這種獨立改變扭角大小的方法，避免了飛行器在不同工作模式間切換時，變距機構(gòu)同等大小改變各槳葉半徑處的扭角，使螺旋槳（或旋翼）不同槳葉半徑處的效率不能保持在較高的范圍內(nèi)的問題，提高了飛行器的效率和動力性能。如果再配合變距控制，可以更好地改善螺旋槳的效率和控制飛行器的姿態(tài)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明槳葉發(fā)生扭轉(zhuǎn)后的右視圖；

圖3為本發(fā)明的槳葉去除蒙皮后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明扭力套軸的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明高剛性軸的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1—槳葉，2—扭力套軸，3—高剛性軸，4—圓柱銷。

具體實施方式