本發(fā)明涉及螺旋槳飛行器領(lǐng)域。更具體地涉及一種自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置及具有這種自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置的飛行器。

背景技術(shù)：

螺旋槳飛機(jī)在進(jìn)行大跨度飛行時(shí)，螺旋槳所工作的環(huán)境變化很大，容易出現(xiàn)螺旋槳效率降低，負(fù)載不匹配等的情況，從而產(chǎn)生使飛行器載重能力降低，飛行時(shí)間縮短等問(wèn)題，大大的限制了飛行器性能的提升。

目前解決的辦法主要有采用螺旋槳變距技術(shù)和多級(jí)減速器技術(shù)，螺旋槳變距技術(shù)根據(jù)飛行器的飛行速度、飛行高度和推力需求來(lái)實(shí)現(xiàn)功率匹配，但這樣往往帶來(lái)螺旋槳效率降低等問(wèn)題；多級(jí)減速器技術(shù)通過(guò)改變動(dòng)力系統(tǒng)的額定輸出轉(zhuǎn)速和額定輸出轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)螺旋槳與動(dòng)力裝置的功率匹配，但是這種減速器往往傳動(dòng)效率低，重量大，可靠性差，對(duì)飛行器的飛行性能帶來(lái)一些不利的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置，該裝置效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使得飛行器飛行在一定的工況范圍內(nèi)都具有較佳氣動(dòng)性能和較高效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明根據(jù)螺旋槳的工作環(huán)境，通過(guò)自適應(yīng)柔性機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)螺旋槳扭角和翼型等參數(shù)的調(diào)節(jié)，解決螺旋槳與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置的匹配問(wèn)題，使螺旋槳在整個(gè)飛行器飛行任務(wù)過(guò)程中都有較佳的氣動(dòng)性能。該目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置，該自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置包括：

半柔性翼面結(jié)構(gòu)，所述半柔性翼面結(jié)構(gòu)構(gòu)成螺旋槳各個(gè)槳葉截面的葉素翼型，所述半柔性翼面結(jié)構(gòu)包括剛性翼面結(jié)構(gòu)、柔性翼面結(jié)構(gòu)和柔性翼面限位部件，其中，沿螺旋槳槳葉的長(zhǎng)度方向間隔地布置有多個(gè)剛性翼面結(jié)構(gòu)，所述柔性翼面限位部件的一端固定在所述剛性翼面結(jié)構(gòu)上，另一端可滑動(dòng)地連接在所述柔性翼面結(jié)構(gòu)上，從而對(duì)所述柔性翼面結(jié)構(gòu)的變形起到限位作用；

主支撐桿，所述主支撐桿貫穿各個(gè)剛性翼面結(jié)構(gòu)并且在螺旋槳槳葉的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸；

多個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)，所述多個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)連接在所述柔性翼面結(jié)構(gòu)上，基于柔性翼面上所受力的不同并且結(jié)合所述柔性翼面結(jié)構(gòu)自身的可變形性，所述多個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)能夠自適應(yīng)地發(fā)生變形，使得柔性翼面的形態(tài)能夠改變，由此實(shí)現(xiàn)螺旋槳飛行過(guò)程中氣動(dòng)力和功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整；

各個(gè)剛性翼面結(jié)構(gòu)位于螺旋槳的葉素翼型的位于上翼面和下翼面之間的前緣段并且在所述下翼面的一側(cè)進(jìn)一步向后延伸，所述剛性翼面結(jié)構(gòu)為主支撐桿提供安裝基座，所述剛性翼面結(jié)構(gòu)和所述柔性翼面結(jié)構(gòu)為一體連接，從而保證螺旋槳槳葉平滑的上下翼面氣動(dòng)特性。

進(jìn)一步地，所述自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)是由柔性材料制成的柔性鉸鏈，所述柔性鉸鏈為一體形成的長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)并且在其非端部的位置設(shè)置有至少一個(gè)切口部。

進(jìn)一步地，所述柔性鉸鏈具有至少兩種形式的切口部，包括環(huán)形切口和側(cè)部切口。

進(jìn)一步地，所述多個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)的變形包括偏轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)和拉伸。

進(jìn)一步地，當(dāng)柔性翼面受到的氣動(dòng)力發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)的各個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)內(nèi)部彈性勢(shì)能發(fā)生變化，受力發(fā)生變形，從而改變翼型的形狀，由此實(shí)現(xiàn)螺旋槳飛行過(guò)程中氣動(dòng)力和功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

優(yōu)選地，所述柔性翼面限位部件包括能夠彈性拉伸的彈性繩索和能夠在所述柔性翼面結(jié)構(gòu)上滑動(dòng)的柔性翼面連接部，所述彈性繩索的一端連接至所述剛性翼面結(jié)構(gòu)，另一端連接至所述柔性翼面連接部。

優(yōu)選地，所述自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)由柔性材料構(gòu)成，該柔性材料從包括形狀記憶合金、形狀記憶合金聚合物、聚丙烯、壓塑性塑料的組合中選擇。

另外，本發(fā)明還涉及具有上述自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置的飛行器。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置結(jié)合自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)的可變形性的特點(diǎn)和螺旋槳的氣動(dòng)外形要求，使螺旋槳槳葉翼型能根據(jù)外部所受氣動(dòng)力的變化實(shí)時(shí)地進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整改變，使得螺旋槳具有更高的氣動(dòng)性能，能夠更好地結(jié)合動(dòng)力裝置實(shí)現(xiàn)功率和負(fù)載的匹配。而且因?yàn)樽赃m應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、免裝配和摩擦等特點(diǎn)，使得本發(fā)明的自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，重量輕。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置的翼型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了具有根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置的螺旋槳的外形示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置的螺旋槳槳葉截面葉素分布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開(kāi)的示例性實(shí)施方式。雖然附圖中顯示了本公開(kāi)的示例性實(shí)施方式，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施方式所限制。相反，提供這些實(shí)施方式是為了能夠更透徹地理解本公開(kāi)，并且能夠?qū)⒈竟_(kāi)的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提出一種自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置，如圖1所示，該自適應(yīng)螺旋槳槳葉裝置包括半柔性翼面結(jié)構(gòu)、主支撐桿5和多個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)3。半柔性翼面結(jié)構(gòu)包括剛性翼面結(jié)構(gòu)1、柔性翼面結(jié)構(gòu)2和柔性翼面限位部件4，圖1所示的半柔性翼面結(jié)構(gòu)構(gòu)成螺旋槳各個(gè)槳葉截面的葉素翼型。其中，剛性翼面結(jié)構(gòu)1并非整體地貫穿螺旋槳槳葉的整個(gè)長(zhǎng)度，而是有多個(gè)剛性翼面結(jié)構(gòu)1沿螺旋槳槳葉的長(zhǎng)度方向間隔地布置，由此可以減輕螺旋槳的重量。柔性翼面限位部件4的一端固定在剛性翼面結(jié)構(gòu)1上，另一端可滑動(dòng)地連接在柔性翼面結(jié)構(gòu)2上，從而對(duì)柔性翼面結(jié)構(gòu)2的變形起到限位作用，以防止由于特殊工況使得柔性翼面結(jié)構(gòu)2的變形過(guò)大而影響螺旋槳槳葉的正常工作。根據(jù)基于特定工況的具體設(shè)計(jì)，可以在不同的位置設(shè)置多個(gè)柔性翼面限位部件，從而共同地對(duì)柔性翼面結(jié)構(gòu)的變形起到限位作用。柔性翼面限位部件4可以由能夠彈性拉伸的彈性繩索和柔性翼面連接部構(gòu)成，彈性繩索的一端連接至剛性翼面結(jié)構(gòu)，另一端連接至柔性翼面連接部。柔性翼面連接部例如可以是設(shè)置在柔性翼面結(jié)構(gòu)2的滑軌中的滑環(huán)結(jié)構(gòu)，或者可以與柔性翼面結(jié)構(gòu)2形成拉鎖結(jié)構(gòu)。主支撐桿5貫穿各個(gè)剛性翼面結(jié)構(gòu)1并且在螺旋槳槳葉的整個(gè)長(zhǎng)度上延伸，從而加強(qiáng)螺旋槳槳葉整體的剛度，使得螺旋槳槳葉能夠承受翼面?zhèn)鱽?lái)的氣動(dòng)力，并且為槳葉截面提供初始的安裝扭角和固定安裝的位置；剛性翼面結(jié)構(gòu)1為主支撐桿5提供安裝基座，例如，主支撐桿5與各個(gè)剛性翼面結(jié)構(gòu)1可以通過(guò)軸套連接固定，在初始安裝時(shí)半柔性翼面結(jié)構(gòu)即按設(shè)計(jì)設(shè)有一定的安裝角?？蓮椥宰冃蔚亩鄠€(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)3按特定的設(shè)計(jì)分布連接在所述柔性翼面結(jié)構(gòu)上，例如，根據(jù)螺旋槳工作狀況對(duì)其進(jìn)行氣動(dòng)分析，計(jì)算出自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)在柔性翼面結(jié)構(gòu)上的分布以及需要使用的自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)的形式，使翼面的剛度合理分布，當(dāng)翼面受到的氣動(dòng)力或力矩發(fā)生改變時(shí)，相應(yīng)的各個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)內(nèi)部彈性勢(shì)能發(fā)生變化，受力發(fā)生變形，從而改變翼型的形狀，包括改變螺旋槳槳葉葉素的攻角、彎度、厚度等參數(shù)，由此實(shí)現(xiàn)螺旋槳飛行過(guò)程中氣動(dòng)力和功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整，進(jìn)而改善螺旋槳的工況。因此，基于翼面上所受力的不同并且結(jié)合柔性翼面結(jié)構(gòu)自身的可變形性，多個(gè)自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)3能夠自適應(yīng)地發(fā)生變形，使得翼面的形態(tài)能夠改變，由此實(shí)現(xiàn)螺旋槳飛行過(guò)程中氣動(dòng)力和功率的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

如圖1所示，各個(gè)剛性翼面結(jié)構(gòu)1位于螺旋槳的葉素翼型的位于上翼面和下翼面之間的前緣段并且在下翼面的一側(cè)進(jìn)一步向后延伸；優(yōu)選地，剛性翼面結(jié)構(gòu)在下翼面的一側(cè)占整個(gè)翼面長(zhǎng)度的60％至80％。相應(yīng)地，自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)3分布在位于上翼面的除前緣段外的大部分以及下翼面的后尾段的柔性翼面結(jié)構(gòu)上。剛性翼面結(jié)構(gòu)1與柔性翼面2結(jié)構(gòu)為一體連接，從而保證螺旋槳槳葉平滑的上下翼面氣動(dòng)特性。

所述自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)是由柔性材料制成的柔性鉸鏈，柔性鉸鏈為一體形成的長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)并且在其非端部的位置設(shè)置有相對(duì)較薄或橫截面積相對(duì)較小的至少一個(gè)切口部。該長(zhǎng)條狀結(jié)構(gòu)的非切口部的位置的橫截面可以呈圓形、橢圓形或矩形。相應(yīng)地，可以沿柔性鉸鏈的縱向或軸向設(shè)置有多個(gè)相同形式或不同形式的切口部。例如對(duì)于圓形橫截面的柔性鉸鏈，切口部可以從一側(cè)沿徑向向內(nèi)形成，優(yōu)選地從兩側(cè)沿徑向向內(nèi)對(duì)稱(chēng)地形成，從而有助于柔性鉸鏈?zhǔn)芰Πl(fā)生彎曲變形；或者，切口部可以是在整個(gè)圓周上、即360°形成的環(huán)形切口，從而有助于柔性鉸鏈?zhǔn)芰Πl(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。該柔性材料從包括形狀記憶合金、形狀記憶合金聚合物、聚丙烯、壓塑性塑料的組合中選擇。另外，該柔性材料也可以適用于半柔性翼面結(jié)構(gòu)。

半柔性翼面結(jié)構(gòu)需要具有足夠的剛度和強(qiáng)度，從而保證螺旋槳能夠承受飛行過(guò)程中產(chǎn)生的氣動(dòng)載荷。自適應(yīng)柔順機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要保證在翼面上的氣動(dòng)載荷傳遞至其自身的情況下不被破壞。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。