一种摆线桨和螺旋桨组合推进结构的制作方法

本实用新型涉及动力机械技术领域，尤其涉及一种摆线桨和螺旋桨组合推进结构。

背景技术：

摆线桨，亦称为直翼推进器，是一种能够提供瞬间可变全向矢量推力的推进装置，它具有效率高，矢量推力变化快等特点。

摆线桨的研究可以说已经有很长时间了，国内外的相关研究人员更是执着于将其应用于未来飞行器的动力装置之上，但由于摆线桨叶片在旋转的时候产生的气动力是一个复杂的非定常过程，所以使得国内外的研究人员一直以来都没有成熟的分析方法，整个研究始终处于探索阶段。但是摆线桨具有可按需要产生360度的全矢量推力、摆线桨比常规螺旋桨和涡轮发动机有更高的推力水平、摆线桨有很多种安装方法可以替代常规飞机平尾、方向舵和升降舵的作用以及摆线桨的推力垂直于螺旋桨转动轴线，当改变推力矢量的方向时摆线桨飞机物理位置不会改变等优点；理论上讲，滚翼方式动能效率更高，功耗更小，同时会更安静，更节省空间，更稳定，在速度上跟直升机也相差无几。

近来在摆线桨应用于飞行器上取得了一定的研究成果，研究人员发现单纯的摆线桨所产生的气动力使得飞行器控制相对复杂而且飞行也不稳定，主要问题有两个，分别是：1.桨叶俯仰振荡产生非定常升力，摆线桨桨叶运动规律为绕圆周的周期性俯仰振荡，桨叶剖面迎角按照近似正弦规律变化，这导致了很强的非定常流动状态，可能出现动态失速现象，带来非定常动态升力。2.桨叶之间非定常干扰严重，常规的桨叶非定常运动产生的尾流会对其他桨叶气动性能产生很大的影响。摆线桨每个桨叶都在作周期性振荡运动，使得桨叶之间的干扰成为更加复杂的非定常干扰问题。而且单纯的摆线桨只能提供二维平面360度的全向矢量推力。

现有技术下对这种传统结构的摆线桨没有很好的应用方案，不仅在很大程度上限定了摆线桨的适用性，使其暂时无法广泛应用于各种飞行器上，而且给用户造成了很大的研究和使用障碍，限制了整个飞行器行业的快速发展。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种摆线桨和螺旋桨组合推进结构，该摆线桨和螺旋桨组合推进结构相对单独摆线桨在X轴和Y轴组成的二维平面360度的矢量推力，增加了Z轴方向的推力，形成三维立体球形360度的全向矢量推力，简单方便，运行稳定。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种摆线桨和螺旋桨组合推进结构，包括主驱动轴以及套设在主驱动轴上的摆线桨组件和螺旋桨组件；主驱动轴与主动力驱动装置连接由主动力驱动装置驱动转动；摆线桨组件包括至少两个摆线桨叶，多个摆线桨叶的俯仰角可统一调整；螺旋桨组件包括至少两个旋翼叶片，多个旋翼叶片的俯仰角可统一调整。

其中，所述摆线桨组件还包括两摆线桨驱动连接件和两摆线桨偏心圆控制机构，两摆线桨驱动连接件平行间隔设置且固定连接在主驱动轴上，两摆线桨偏心圆控制机构分别设置在两摆线桨驱动连接件的外侧且与主驱动轴的轴心偏心设置，多个摆线桨叶均匀设置在两摆线桨驱动连接件和两摆线桨偏心圆控制机构外侧，摆线桨叶的近轴侧转动连接在两摆线桨驱动连接件上，摆线桨叶的远轴侧转动连接在两摆线桨偏心圆控制机构上，摆线桨偏心圆控制机构在主驱动轴的径向上的位置可调，从而统一调整全部摆线桨叶的俯仰角。

其中，所述摆线桨驱动连接件包括摆线桨驱动底座、若干摆线桨驱动连接杆和桨叶近轴侧支架；摆线桨驱动底座固定套设在主驱动轴上，若干摆线桨驱动连接杆均匀设置在摆线桨驱动底座外侧，摆线桨驱动连接杆一端固定连接在摆线桨驱动底座的侧边，另一端固定连接带通孔的桨叶近轴侧支架，摆线桨叶的近轴侧转动连接在桨叶近轴侧支架上。

其中，所述摆线桨偏心圆控制机构包括偏心圆环、若干偏心圆连接杆和桨叶远轴侧支架，偏心圆环与主驱动轴的轴心偏心设置，若干偏心圆连接杆均匀设置在偏心圆环的外侧，偏心圆连接杆的数量与摆线桨叶的数量相同，偏心圆连接杆一端转动连接在偏心圆环上，另一端固定连接桨叶远轴侧支架，摆线桨叶的远轴侧转动连接在两桨叶远轴侧支架上。

其中，所述螺旋桨组件还包括与主驱动轴固定连接的螺旋桨驱动连接件和与主驱动轴直线滑动连接的螺旋桨螺距控制机构，多个旋翼叶片均匀设置在螺旋桨驱动连接件外侧，旋翼叶片近轴侧转动连接在螺旋桨驱动连接件上，螺旋桨螺距控制机构在主驱动轴的轴向上的位置可调，从而统一调整全部旋翼叶片的俯仰角。

其中，所述螺旋桨驱动连接件包括旋翼驱动底座和若干旋翼驱动连接杆，旋翼驱动底座固定套设在主驱动轴上，旋翼驱动连接杆的数量与旋翼叶片的数量相同，旋翼驱动连接杆的一端转动连接在旋翼驱动底座的侧边，另一端与旋翼叶片的侧边固定连接。

其中，所述螺旋桨螺距控制机构包括旋翼螺距控制底座、若干旋翼螺距控制横杆、旋翼螺距控制纵杆和旋翼远轴侧支架，旋翼螺距控制横杆、旋翼螺距控制纵杆和旋翼远轴侧支架的数量均与旋翼驱动连接杆的数量相同；旋翼螺距控制底座内固定嵌设有直线轴承，旋翼螺距控制底座通过直线轴承套设在主驱动轴上，若干旋翼螺距控制横杆均匀设置在旋翼螺距控制底座的外侧且位于同一竖直面上，旋翼螺距控制横杆一端固定连接在旋翼螺距控制底座外周侧壁上，另一端与旋翼螺距控制纵杆一端固定连接，旋翼螺距控制纵杆水平设置，旋翼螺距控制纵杆另一端与旋翼远轴侧支架的一端转动连接，旋翼远轴侧支架的另一端固定连接在旋翼叶片靠近旋翼驱动底座的一端。

其中，所述螺旋桨组件的数量为一套，旋翼驱动底座位于两摆线桨驱动连接件之间。

其中，所述螺旋桨组件的数量为多套，全部旋翼驱动底座均位于两摆线桨驱动连接件之间；或者部分旋翼驱动底座位于两摆线桨驱动连接件之间，部分位于两摆线桨驱动连接件外侧；或者全部旋翼驱动底座位于两摆线桨驱动连接件的外侧。

其中，所述摆线桨叶为弧形。

本实用新型具有如下有益效果：

1）本实用新型提供的摆线桨和螺旋桨组合推进结构合理，实用性强，适合各种需要采用推进器的被驱动设备上，用于提供前后左右上下共计六个方向的三维立体球形360度的全向矢量推力，从二维平面360度的全向矢量推力升级到三维立体球形360度的全向矢量推力。本实用新型通过合理的结构设计，通过实时地改变摆线桨叶圆周各方向上的螺距变化可提供四个方向的矢量推力（即X轴和Y轴构成的二维平面即主驱动轴径向360度的矢量推力），改变旋翼叶片的螺距变化再提供另外两个方向的矢量推力变化（即Z轴上的主驱动轴轴向正反方向的矢量推力），在他们共同作用下，可形成三维立体空间的全向矢量推力变化，可以在运动过程中动态调整被驱动装置的姿态，增加了被驱动装置的姿态调节手段。

2）本实用新型通过合理的设计，充分发挥摆线桨和螺旋桨组合推进结构联合的优势，可以提供更多维度的矢量推力，很大程度上提高了被驱动装置的整体功能性，为开发各种新型被驱动装置提供了更多的选择空间。

3）本实用新型通过合理的结构设计，各摆线桨叶和旋翼叶片与各驱动及控制调节机构通过机械结构连接，相互作用，经济实用，耐用性强。通过螺旋桨和摆线桨的组合使用，既充分发挥摆线桨高效的优势，又拓宽了矢量推力的变化范围，从二维平面360度的全向矢量推力升级为三维立体球形360度的全向矢量推力，很大程度上提高了被驱动装置的整体功能性，为开发各种新型被驱动装置提供了更多的选择空间。

4）本实用新型通过多组摆线桨和螺旋桨组合推进结构的组合使用，在各个方向的平移过程中可保持飞行器始终处于水平状态，不必像直升机和多旋翼飞行器那样在平飞时旋翼或机身处于倾斜状态；也可以在飞行器因为重心偏移等原因造成不平衡从而处于倾斜状态时，依然能够保持物理位置不偏移，始终保持定点悬停不动。可低成本地设计出平稳可靠、安全舒适，还能高速飞行的垂直升降飞行器。为使用者提供了很大的便利，具有很强的实用性。

5）本实用新型可以应用于各种垂直起降的飞行器，可满足其姿态调整和平移等各种操作，为使用者提供了很大的便利。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的摆线桨组件的结构示意图；

图3为本实用新型的螺旋桨组件的结构示意图。

附图标记说明：

3、螺旋桨驱动连接件；4、螺旋桨螺距控制机构；5、旋翼叶片；6、摆线桨驱动连接件；7、摆线桨偏心圆控制机构；8、摆线桨叶；9、主驱动轴；31、旋翼驱动底座；32、旋翼驱动连接杆；41、旋翼螺距控制底座；42旋翼螺距控制横杆；43旋翼螺距控制纵杆；44、旋翼远轴侧支架；61、摆线桨驱动底座；62、摆线桨驱动连接杆；63、桨叶近轴侧支架；71、偏心圆环；72、偏心圆连接杆；73、桨叶远轴侧支架；81、直线轴承。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

参见图1至图3，一种摆线桨和螺旋桨组合推进结构，包括主驱动轴9以及套设在主驱动轴9上的摆线桨组件和螺旋桨组件。

所述摆线桨组件包括至少两个摆线桨叶8（N为自然数）、与主驱动轴9固定连接的两摆线桨驱动连接件6和两摆线桨偏心圆控制机构7，两摆线桨驱动连接件6平行间隔设置，两摆线桨偏心圆控制机构7分别设置在两摆线桨驱动连接件6的外侧。

所述摆线桨驱动连接件6包括摆线桨驱动底座61、若干摆线桨驱动连接杆62和桨叶近轴侧支架63；摆线桨驱动底座61固定套设在主驱动轴9上，若干摆线桨驱动连接杆62均匀设置在摆线桨驱动底座61外侧，摆线桨驱动连接杆62一端固定连接在摆线桨驱动底座61的侧边，另一端固定连接带通孔的桨叶近轴侧支架63。

所述摆线桨偏心圆控制机构7包括偏心圆环71、若干偏心圆连接杆72和桨叶远轴侧支架73，偏心圆环71与主驱动轴9的轴心偏心设置，若干偏心圆连接杆72均匀设置在偏心圆环71的外侧，偏心圆连接杆72的数量与摆线桨驱动连接杆62的数量相同，偏心圆连接杆72一端通过轴承转动连接在偏心圆环71上，另一端固定连接桨叶远轴侧支架73。

多个摆线桨叶8均匀设置在两摆线桨驱动连接件6和两摆线桨偏心圆控制机构7外侧，摆线桨叶8的近轴侧通过转轴和轴承转动连接在两桨叶近轴侧支架63上，摆线桨叶8的远轴侧通过转轴和轴承转动连接在两桨叶远轴侧支架73上。本实施例中，摆线桨叶8的数量为四个。

所述摆线桨叶8的形状为平板状、弧形或者其他形状，优选为弧形。

所述螺旋桨组件包括至少两个旋翼叶片5、与主驱动轴9固定连接的螺旋桨驱动连接件3和与主驱动轴9直线滑动连接的螺旋桨螺距控制机构4，旋翼叶片5转动连接在螺旋桨驱动连接件3上。

所述螺旋桨驱动连接件3包括旋翼驱动底座31和若干旋翼驱动连接杆32，旋翼驱动底座31固定套设在主驱动轴9上，旋翼驱动连接杆32的数量与旋翼叶片5的数量相同，旋翼驱动连接杆32的一端转动连接在旋翼驱动底座31的侧边，另一端与旋翼叶片5的侧边固定连接。

所述旋翼叶片5的数量不少于两个，均匀设置在旋翼驱动底座31的外周侧壁上。本实施例中，旋翼叶片5的数量为四个，四个旋翼叶片5通过旋翼驱动连接杆32均匀的转动连接在旋翼驱动底座31上。

所述螺旋桨螺距控制机构4包括旋翼螺距控制底座41、若干旋翼螺距控制横杆42、旋翼螺距控制纵杆43和旋翼远轴侧支架44，旋翼螺距控制横杆42、旋翼螺距控制纵杆43和旋翼远轴侧支架44的数量均与旋翼驱动连接杆32的数量相同；旋翼螺距控制底座41内固定嵌设有直线轴承81，旋翼螺距控制底座41通过直线轴承81套设在主驱动轴9上，若干旋翼螺距控制横杆42均匀设置在旋翼螺距控制底座41的外侧且位于同一竖直面上，旋翼螺距控制横杆42呈“L”型，一端固定连接在旋翼螺距控制底座41外周侧壁上，另一端与旋翼螺距控制纵杆43一端固定连接，旋翼螺距控制纵杆43水平设置，旋翼螺距控制纵杆43另一端与“L”型的旋翼远轴侧支架44的一端转动连接，旋翼远轴侧支架44的另一端固定连接在旋翼叶片5靠近旋翼驱动底座31的一端。

所述主驱动轴9与主动力驱动装置连接由主动力驱动装置驱动转动，提供螺旋桨和摆线桨旋转的动力；螺旋桨螺距控制机构与旋翼调节动力连接，旋翼调节动力连接通过直线轴承81控制螺旋桨螺距控制机构在主驱动轴9上直线运动，从而控制全部旋翼叶片5的俯仰角，改变螺旋桨的螺距变化；摆线桨偏心圆控制机构与摆线桨调节动力连接，摆线桨偏心圆控制机构调整偏心圆环71在主驱动轴9径向上的位置，调整偏心圆环71的偏心距，从而控制全部摆线桨叶8的俯仰角，改变摆线桨在二维平面360度各方向上的螺距变化。

本实施例中，所述螺旋桨组件为一套，螺旋桨组件的旋翼驱动底座31固定套设在主驱动轴9上且位于两摆线桨驱动底座61之间。进一步的，螺旋桨组件可以为多套，旋翼驱动底座3的安装方式可以是全部旋翼驱动底座31均位于两摆线桨驱动连接件6之间；或者是部分旋翼驱动底座31位于两摆线桨驱动连接件6之间，部分位于两摆线桨驱动连接件6外侧；或者是全部旋翼驱动底座31位于两摆线桨驱动连接件6的外侧。多套螺旋桨组件可同步调整螺距或者不同步调节螺距均可，需根据实际应用场景设置。

本实用新型的工作原理为：

主动力驱动装置驱动主驱动轴9转动，从而通过驱动摆线桨驱动连接件6带动摆线桨叶8的近轴侧转动，摆线桨叶8的近轴侧通过摆线桨驱动连接件6绕着主驱动轴9做圆周转动；摆线桨叶8的远轴侧通过摆线桨偏心圆控制机构7绕着偏心圆环71的中心圆周转动，摆线桨调节动力通过控制偏心圆环71在X轴和Y轴构成的二维平面（即主驱动轴径向360度）各方向上的移动，从而改变摆线桨叶8的螺距在X轴和Y轴所构成的二维平面（即主驱动轴径向360度）方向上产生动态连续变化，可按需产生X轴和Y轴构成的二维平面360度连续变化的全向矢量推力。

同时，与主动力驱动装置相连的主驱动轴9驱动螺旋桨驱动连接件，螺旋桨驱动连接件带动旋翼叶片5的近轴侧转动，旋翼叶片5的近轴侧通过螺旋桨驱动连接件绕着主驱动轴9做圆周转动；旋翼叶片5的远轴侧通过螺旋桨螺距控制机构绕着主驱动轴9做圆周转动，也可以根据需求在主驱动轴9上通过直线轴承做轴向滑动，旋翼调节动力通过控制旋翼叶片5的远轴侧在Z轴方向上的移动，从而改变旋翼叶片5的螺距在Z轴方向上产生变化，可按需产生Z轴正负方向上180度的推力变化。

通过摆线桨偏心圆控制机构控制偏心圆环71的中心在X轴和Y轴构成的二维平面位置变化从而改变摆线桨叶8在X轴和Y轴构成的二维平面各方向的螺距变化，同时螺旋桨螺距控制机构控制旋翼叶片5在Z轴正负两个方向的螺距变化，在他们共同的作用下，可产生三维立体球形360度的全向矢量推力，大大增加了被驱动装置的动作灵活性。

动作分解示例：如果在偏心圆环71仅仅进行Y轴方向的平移，可调节摆线桨在Y轴方向摆线桨叶8的螺距变化，Y轴两侧摆线桨叶8的螺距同时增加或者同时减少，可用于调整摆线桨整体的升力变化（升降运动）；如果偏心圆环71仅仅进行X轴方向的平移，可用于调节摆线桨X轴方向摆线桨叶8的螺距变化，产生X轴方向的拉力变化（左右平移运动）；仅仅只是螺旋桨螺距控制机构进行Z轴方向的平移，可用于调节旋翼叶片5发生Z轴方向的螺距变化，产生Z轴方向的拉力变化（前后平移运动）；大大增加了被驱动装置操作的可控性和灵活性，使得这种摆线桨和螺旋桨组合推进结构的应用范围大大拓宽，在大多数情况下可替代单独使用的螺旋桨。

本实用新型也可以通过部分结构的重构和拓展，替换某些传统的驱动方案，其中之一是替代传统的的固定涵道风扇，采用固定螺距的螺旋桨配合同向旋转利用摆线桨原理的可变形涵道，整体上可升级为能够提供额外矢量变向推力的涵道风扇，拓宽了涵道风扇的应用空间，提升了涵道风扇的功能性；其中之二是替代传统的矢量喷嘴，采用内置螺旋结构的喷嘴喷射的旋转尾流替代了螺旋桨，配合利用摆线桨原理的可变形涵道替代传统的矢量喷嘴，通过旋转喷射尾流带动此涵道同向旋转，同时改变偏心圆的圆心位置，从而动态调整喷射尾流矢量推力的方向，增加了被驱动设备的灵活性；同时，由于在炙热尾流周围增加了一圈冷却气体，有利于降低涵道承受的温度和喷射尾流的温度，增加了涵道的使用寿命，提高整体飞行器的隐身性能。可考虑应用于的喷气式飞行器、喷水动力船和喷水动力的潜艇等被驱动装置上面。

本实用新型通过多组轴承的配合使用，不仅能够使整体结构的稳定性和实用性得到提高，而且能够避免出现大量的工作噪音，实用性很强。

本实用新型通过合理的结构设计，各摆线桨叶和旋翼叶片与各驱动及控制调节机构通过机械结构连接，相互作用，经济实用，耐用性强。通过螺旋桨和摆线桨的组合使用，既充分发挥摆线桨高效的优势，又拓宽了矢量推力的变化范围，从平面二维的矢量推力升级为立体三维的矢量推力，很大程度上提高了被驱动装置的整体功能性，为开发各种新型被驱动装置提供了更多的选择空间。

本实用新型通过多组摆线桨和螺旋桨组合推进结构的组合使用，在各个方向的平移过程中可保持飞行器始终处于水平状态，不必像直升机和多旋翼飞行器那样在平飞时旋翼或机身处于倾斜状态；也可以在飞行器因为重心偏移等原因造成不平衡从而处于倾斜状态时，依然能够保持物理位置不偏移，始终保持定点悬停不动。可低成本地设计出平稳可靠、安全舒适，还能高速飞行的垂直升降飞行器。为使用者提供了很大的便利，具有很强的实用性。

本实用新型不仅仅可以用于飞行器领域，也可以应用在各种涉及到使用推进器的各个领域，包括但不限于各种飞行器、船舶、潜艇等空中和水中需要采用推进器的被驱动设备上，用于提供各方向的矢量推力。

以上仅为本实用新型的具体实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。