共轴对旋螺旋桨飞行器的单驱动桨距同步调节装置及方法

本发明涉及航空航天领域，具体是共轴对旋螺旋桨飞行器的单驱动桨距同步调节装置及方法。

背景技术：

1、共轴对旋螺旋桨飞行器由于不需要尾桨提供平衡扭矩，相比单旋翼直升机具有较小的体积，相比多旋翼飞行器，除了体积小之外，还具有较高的能量利用率，因此在航空拍摄、空中监视等多种应用领域中日益占据重要的地位。

2、现有共轴对旋螺旋桨飞行器的对转螺旋桨由同一轴线的内外轴上分别安装的转向相反、转速相同的螺旋桨构成。由于前后螺旋桨的转向相反，后桨可部分吸收由前桨引起的尾涡能量损失，这种对转螺旋桨可以平衡扭矩，提高推进效率。

3、但是，共轴对旋螺旋桨飞行器在工作过程中需要不断改变桨叶的桨距使对转螺旋桨在任何工况下都能以最佳桨叶角度工作。

4、现有技术通过三个作动器实现改变上下桨叶的桨叶角度的移动自由度以及其他两个转动自由度的调节，或者采用双驱动方式分别对前桨叶和后桨叶的桨叶角度进行单独调整。

5、这些方案难以实现通过单驱动或者单作动器的方式对共轴对转螺旋桨的前后桨叶的同步调整。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供共轴对旋螺旋桨飞行器的单驱动桨距同步调节装置，包括主调整座、前滑环、基座、前桨毂、前桨叶、后桨叶、前调整基座、后滑环、后调整基座、后桨毂、电机支架、第一转轴、第二转轴、前导向杆、后导向杆、变桨套、圆柱销、调整推杆、限位钢套。

2、所述主调整座的端面开设有螺纹孔，所述螺纹孔与丝杠的外螺纹配合，从而将丝杠连接在主调整座上。

3、所述主调整座和前滑环之间通过滚动轴承连接。

4、所述主调整座和前滑环在轴线方向可以共同移动，所述主调整座和前滑环可绕轴线相互转动。

5、所述主调整座的端面上开设有导向杆安装孔，所述导向杆安装孔用于安装导向杆。

6、所述基座与前桨毂同轴线。

7、所述基座内圆柱面与前桨毂外圆柱面之间安装有一组滚动轴承，滚动轴承之间装有钢套。

8、所述基座与前桨毂之间的滚动轴承的内圈通过两个锁紧螺母进行轴向限位，轴承外圈通过电机支架进行限位。

9、所述前桨毂上开设有若干第一通孔，所述第一通孔用于安装前桨叶。

10、所述前桨毂垂直于轴线的平面上开设有若干前导向杆安装孔。

11、所述前桨毂和第一转轴键连接。

12、所述前调整基座和后滑环之间通过滚动轴承连接。

13、所述前调整基座和后滑环在轴线方向可共同移动。所述前调整基座和后滑环可绕轴线相互转动。

14、所述前调整基座和后调整基座上均开设有调整推杆安装孔。

15、所述后桨毂上开设有若干第二通孔，所述第二通孔用于安装后桨叶。

16、所述后桨毂垂直于轴线的平面上开设有若干后导向杆安装孔。

17、所述后桨毂和第二转轴键连接。

18、所述电机支架用于安装伺服电机。

19、所述电机支架的端面开设有第三通孔，所述第三通孔与导向套配合，所述导向套与主调整座上安装的导向杆相配合，使主调整座仅能沿轴线方向滑动。

20、所述前导向杆穿过前桨毂上的前导向杆安装孔后与前调整基座连接，另一端与前滑环连接。

21、所述后导向杆的一端穿过后桨毂上的后导向杆安装孔后与后调整基座连接，另一端与后滑环连接。

22、所述变桨套与调整推杆通过销轴连接，并用卡圈防止销轴脱出。

23、所述变桨套与前桨叶、后桨叶通过圆柱销固定连接。

24、所述调整推杆的一端穿过前调整基座和后调整基座上的调整推杆安装孔，通过螺纹销与前调整基座和后调整基座连接；调整推杆另一端与前桨叶、后桨叶中的变桨套连接。

25、所述限位钢套分别安装在前桨叶、后桨叶与变桨套之间，限位钢套外凸部分与前桨毂、后桨毂内表面圆形平面接触，用于防止桨叶脱出。

26、进一步，调节装置工作时，伺服电机驱动丝杠转动，使主调整座移动，进而令前调整基座和后调整基座同步移动，实现前桨毂、后桨毂上的前桨叶、后桨叶同步转动。

27、进一步，所述前桨毂的外圆柱面沿圆周均布有多个相同尺寸的叶片组件安装孔，即第一通孔。

28、所述后桨毂外圆柱面沿圆周均布有多个相同尺寸的叶片安装孔，即第二通孔。

29、进一步，还包括花键套。

30、花键套与前桨毂固定，花键套内花键与

31、第一转轴外花键相配合，限制前桨毂和第一转轴周向相互转动，并通过卡圈对前桨毂和第一转轴的轴线方向限位。

32、所述前桨毂与第二转轴之间通过轴承连接，轴承起支撑作用。

33、所述后桨毂通过内花键与第二转轴上外花键配合。所述内花键用于限制后桨毂、第二转轴的相互转动。

34、所述前桨毂和后桨毂之间装有轴套，第二转轴尾部装有锁紧螺母，对后桨毂轴线位置限位。其中轴套一侧与支撑前桨毂的轴承内圈端面接触，另一侧与后桨毂内部端面接触，前桨毂和后桨毂互不干涉。

35、进一步，所述后导向杆两端分别与后滑环和后调整基座连接并通过内六角螺钉和六角螺母固连。

36、进一步，还包括弹性挡圈。

37、所述弹性挡圈对滚动轴承的轴线方向限位。

38、进一步，所述调整推杆安装孔形状包括直边椭圆。

39、进一步，所述调整推杆的一端通过螺纹销与前调整基座和后调整基座连接，另一端通过销轴、卡圈与前桨叶组件上的变桨套连接。

40、进一步，所述第一通孔、第二通孔周向均布。

41、共轴对旋螺旋桨飞行器的单驱动桨距同步调节装置的使用方法，包括以下步骤：

42、1)测量获得前桨叶、后桨叶的初始角度θ1、变桨套的长度l1、调整推杆的长度l2。

43、2)确定所需的调整后的叶片角度θ2。

44、3)计算调整前、后的前桨叶转轴轴线与前调整基座上安装螺纹销的圆孔轴线之间的距离，或者计算调整前、后的后桨叶转轴轴线与后调整基座上安装螺纹销的圆孔轴线之间的距离，即：

45、

46、

47、4)计算前调整基座的移动距离l1和后调整基座的移动距离l2，即：

48、l1＝l2＝x2-x1(3)

49、5)计算伺服电机应转动圈数n，即：

50、

51、式中，p为丝杠导程。距离l＝l1＝l2；

52、6)根据伺服电机应转动圈数n控制伺服电机转动，从而使主调整座移动，进而令前调整基座和后调整基座同步移动，实现前桨毂、后桨毂上的前桨叶、后桨叶同步转动。本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明的优点如下：

53、1)用于驱动角度调整装置的原动件只有一个，耗能低，可靠性高；

54、2)装置结构简单，可实现对同轴心的不同转轴或固定支座上叶片类部件角度的同步微调；

55、3)机构整体对称，前后角度调整装置的各零件尺寸相同，角度调整的同步性好；

56、4)机构导向性能好，调整精度高，转轴即使在高速旋转仍能保持良好的稳定性；

57、5)本装置占用空间小，调节方便，可适用于多种复杂工况；

58、6)本发明可以将叶片替换为刀具等零件，装置通用性更强，使用范围更广。