一种折叠展开装置及螺旋桨的制作方法

本发明涉及航空动力技术领域，尤其涉及一种折叠展开装置及具有其的螺旋桨。

背景技术：

螺旋桨通过旋转把围绕桨叶周围的空气排开而产生驱动力，从而满足飞行器的动力需求。目前各类飞行器螺旋桨大多不可折叠，装备这类普通螺旋桨时为方便运输须将螺旋桨拆卸，在飞行前再安装螺旋桨；而且飞行器在滑翔状态下普通停转或处于自转或风车状态的螺旋桨会产生额外的阻力，降低飞行器总体气动性能。目前各类可折叠螺旋桨采用转轴折叠，其折叠展开不受控制，收起和展开依靠外部控制，且可靠性不能保证。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种折叠展开可控、安全可靠性高的折叠展开装置及螺旋桨。

根据本发明的一方面，提供了一种折叠展开装置，包括连接叉、折叠轴和扭力弹簧，所述的连接叉两臂上分别加工通孔二，通孔二内加工弹簧孔二，所述的扭力弹簧的安装在通孔二内，桨叶轴安装在连接叉两臂中间，折叠轴穿过扭力弹簧将桨叶轴和连接叉连接，所述的扭力弹簧一端固定在弹簧孔二内，另一端固定在桨叶轴上。

所述的连接叉通过其上的安装柱面安装固定于桨毂内。

根据本发明的另一方面，提供了一种螺旋桨，包括：整流罩、桨毂、至少两个桨叶和至少两个折叠展开装置；所述的桨叶包括桨叶叶片和桨叶轴，所述的折叠展开装置包括连接叉、折叠轴和扭力弹簧，所述的整流罩安装在桨毂上方，所述的连接叉周向均布安装在桨毂的侧面，所述的桨叶轴与所述的连接叉通过折叠轴连接，可实现相对转动。

所述的扭力弹簧在安装扭矩的作用下，使桨叶折叠，在桨叶速度达到设计转速时桨叶旋转的离心力驱动折叠展开装置转动，实现桨叶的展开；

进一步地，还包括至少两个桨叶自锁机构，每个桨叶自锁机构包括连接叉上的销孔二、销孔二内的拉力弹簧和滑动销以及桨叶轴上的销孔一，所述的弹簧一端固定在销孔二的底部，所述的拉力弹簧另一端固定在滑动销的一端，滑动销的另一端为自由端，滑动销可以在拉力弹簧弹力及螺旋桨旋转时滑动销的离心力综合约束下在桨叶轴和连接叉的销孔中滑动，当螺旋桨达到一定转速时滑动销的离心力克服拉力弹簧拉力使滑动销滑出连接叉的销孔二，并滑入桨叶轴的销孔一，但尾端不脱离连接叉的销孔二，实现螺旋桨展开状态的锁定；当飞行器需要保持高气动效率下滑时，发动机转速减小，螺旋桨退出自锁状态，在更低的转速下桨叶折叠收起，减小飞行器附加气动阻力。

进一步地，桨叶由桨叶叶片和桨叶轴组成，桨叶叶片和桨叶轴固定连接，桨叶轴带动桨叶叶片一起折叠展开。

应用本发明的技术方案，达到的有益效果：

1、利用扭力弹簧力矩与桨叶离心力矩综合作用实现螺旋桨在不同状态下的折叠与展开，利用拉力弹簧拉力与滑动销的离心力综合作用实现螺旋桨在工作状态下的展开锁定，由此实现螺旋桨根据需要的折叠与展开，使螺旋桨的折叠和展开处于可控的状态。

2、本发明使用了自锁机构，通过弹簧带动滑动销在销孔内滑动，当桨叶展开时，滑动销滑入桨叶轴的销孔一内，处于连接叉的销孔二与桨叶轴的销孔一之间，对桨叶在展开状态的运行起稳定作用，不会因桨叶碰触到障碍物而折叠。

3、本发明通过利用弹簧和螺旋桨本身旋转的能量驱动，实现螺旋桨折叠展开和自锁操作，此种方式结构简单、操作容易且成本低。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。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他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨折叠状态示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨展开状态示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨折叠状态下折叠展开装置示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨展开状态下折叠展开装置示意图；

图5示出了根据本发明的具体实施例提供的折叠展开装置扭力弹簧安装示意图；

图6示出了根据本发明的具体实施例提供的螺旋桨桨叶示意图；

图7示出了根据本发明的具体实施例提供的连接叉示意图；

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、整流罩；20、桨毂；30、桨叶；31、桨叶叶片；32、桨叶轴；33、通孔一；34、弹簧孔一；35、销孔一；40、折叠展开装置；41、连接叉；42、折叠轴；43、扭力弹簧；44、通孔二；45、弹簧孔二；46、弹簧槽；47、销孔二；48、安装柱面；49、螺钉；50、自锁机构；51、拉力弹簧；52、滑动销。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图5所示，根据本发明的具体实施例提供了一种折叠展开装置，包括连接叉41、折叠轴42和两个扭力弹簧43组成，如图7所示，所述的连接叉41两臂上分别加工通孔二44，通孔二44内加工弹簧孔二45，所述的扭力弹簧43安装在通孔二44内，桨叶轴32安装在连接叉41两臂中间，折叠轴42穿过扭力弹簧43将桨叶轴32和连接叉41连接，所述的扭力弹簧43一端固定在弹簧孔二45内，另一端固定在桨叶轴上。

连接叉41的安装柱面48安装于桨毂20的安装孔内，将折叠展开装置40固定在桨毂20上。

优选的在一个实施例中，连接叉41与折叠轴42之间通过螺钉49固定，固定方法不限于螺钉，可为现有的任意可以实现固定的方式。

在飞行器运输状态中，螺旋桨处于收起状态，收起状态中拉力弹簧处于松弛状态，扭力弹簧43的安装扭矩提供桨叶折叠的扭矩，此时两个扭力弹簧扭矩qs1主要用来克服静止状态的转动部件的摩擦力等产生的阻力力矩q0，为了实现螺旋桨桨叶叶片31能够在特定转速状态下展开，根据桨叶叶片31展开状态绕折叠轴42的转动力矩设计扭力弹簧43的弹性系数和在折叠状态下的安装扭转角度，根据设计的合适的弹性系数和安装扭转角度以实现桨叶叶片31在加速到安全转速ω0时，桨叶在离心力矩作用下能够顺利展开。

此时扭力弹簧43扭矩不能过大，以防止在螺旋桨旋转状态时桨叶30不能顺利打开，即两个扭力弹簧43在张开到θ2的扭矩要小于安全转速ω0下桨叶30展开时其离心力产生的转矩。

扭力弹簧的弹性系数和安装的张开角度的选取方法如下：

式中，ks1为扭力弹簧43的弹性系数，θ1为折叠状态下扭力弹簧43的张开角度，每个桨叶质量为mprop，桨叶叶片31的质心相对桨毂平面距离为rprop。

根据公式(1)到(5)可以在安全转速ω0确定后，确定扭力弹簧的弹性系数和安装角度的选取。

如图1至图7所示，根据本发明的具体实施例提供了一种螺旋桨，该螺旋桨包括整流罩10、桨毂20、至少两个桨叶30、至少两个折叠展开装置40、至少两个自锁机构50，其中，桨叶30包括桨叶叶片31和桨叶轴32，桨叶轴32上有通孔二33、弹簧孔一34和销孔一35，螺旋桨折叠展开装置40包括连接叉41、折叠轴42和扭力弹簧43组成。

如图1和图2所示，整流罩10选用通用的整流罩，安装在桨毂20上方，桨毂20周向均匀留与桨叶数目相同的安装孔，螺旋桨折叠展开装置40通过连接叉41的安装柱面48安装于桨毂20的安装孔内，如图5所示，螺旋桨折叠展开装置40的连接叉41的通孔二44通过折叠轴42和桨叶轴32上的通孔一33相连，折叠轴42上套装两个扭力弹簧43，扭力弹簧43的两端分别安装在弹簧孔一34和弹簧孔二45中；如图3和图4所示，桨叶自锁机构包括连接叉上的销孔二4、销孔二4内的拉力弹簧和滑动销52以及桨叶轴上的销孔一，拉力弹簧一端固定在销孔二的底部，拉力弹簧另一端固定在滑动销52的一端，滑动销52的另一端为自由端，所述滑动销52可以在销孔一35和销孔二47中沿其轴向方向滑动。

应用此种装配方式，桨叶30与螺旋桨折叠展开装置40能够绕折叠轴42进行相对转动，是桨叶30的折叠和展开的基础，再者螺旋桨折叠展开装置40内有两个扭力弹簧43，扭力弹簧43的安装扭矩作用于桨叶轴32和连接叉41之间能够使得桨叶30在静止状态和桨叶旋转速度小于安全转速时保持在折叠状态。

滑动销52可以在销孔一35和销孔二47中受拉力弹簧51弹力及离心力的约束下沿其轴向方向滑动。在螺旋桨静止时，滑动销52在拉力弹簧51的约束下全部收缩到销孔一35中，此时桨叶叶片31处于折叠状态，自锁机构不起作用。

为了实现螺旋桨桨叶叶片31能够在大于安全转速状态下展开并实现锁定，根据安全转速设计拉力弹簧51的弹性系数和滑动销52的质量，在该安全转速下使滑动销52的离心力与弹簧拉力实现平衡。

在展开状态时，拉力弹簧51被滑动销52的离心力拉伸，小于等于安全转速ω0下，滑动销52位于销孔一35内，大于安全转速ω0时滑动销滑入销孔二47。拉力弹簧51弹性系数ks2和滑动销52质量mpin的选择可以根据如下公式计算：

式中，mpin为滑动销52质量，ks2为拉力弹簧51弹性系数，rpin为滑动销52初始位置与发动机转动轴距离，l1为销孔一35内安全长度，l2为销孔二47长度。

在大于安全转速ω0时滑动销52滑入销孔二47中，在更大的转速下滑向销孔二47的底部，但滑动销52的尾端不能离开销孔一35，为达到此目的，可使滑动销52的长度大于销孔二47或者使最大转速下产生的离心力不能使滑动销52的尾端离开销孔一35，从而通过滑动销52实现桨叶30与折叠展开机构40在展开位置的固定，增加桨叶叶片31在展开状态的工作稳定性。当飞行器需要保持高气动效率下滑时，桨叶30转速减小到安全转速ω0时，拉力弹簧51拉动滑动销52缩回销孔一35，螺旋桨退出自锁状态，在小于安全转速ω0下桨叶折叠收起，减小桨叶叶片31带来的飞行器附加气动阻力。

综上所述，本发明的螺旋桨折叠展开装置及具有其的螺旋桨能够实现多个桨叶叶片31的同步折叠与展开。利用扭力弹簧43的力矩与桨叶叶片31的离心力矩综合作用实现螺旋桨桨叶30在不同状态下的折叠与展开，利用拉力弹簧51拉力与滑动销52的离心力综合作用实现螺旋桨在工作转动状态下的展开状态锁定保障展开工作可靠性，由此实现螺旋桨根据需要的折叠与展开。再者，此种方式在进行螺旋桨折叠展开操作时，利用扭力弹簧43和螺旋桨本身旋转的能量驱动即可实现，此种方式结构简单、操作容易且成本低，满足螺旋桨在旋转、下滑和静止状态下的各种需求。

由于本发明的折叠展开装置能够实现多个螺旋桨桨叶的折叠展开，且结构简单、成本低，因此，将折叠展开装置运用到螺旋桨中，能够极大地提高螺旋桨的工作性能，使得该螺旋桨根据飞机的工况而调整桨叶的折叠展开状态，使螺旋桨在运输状态时自行折叠减小空间，在旋转时自行展开正常产生拉力，在旋转时自锁以确保螺旋桨在突然撞击等情况下不会折叠，在飞行器处于滑翔状态时再次折叠以减小飞行器阻力的目的。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“一”、“二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。