用于高空無人機的變距螺旋槳及無人機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種用于高空無人機的變距螺旋槳及無人機，屬于航空技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]高空長航無人機的巡航高度為20千米，巡航時間超過24小時，在這種高空環(huán)境下大氣密度較低(約為地面空氣密度的1/14)，因此要求無人機的螺旋槳具有質(zhì)量輕的特點并且在巡航階段其氣動效率高。并且，由于高空無人機的爬升時間長(美國“全球鷹”無人機爬升到19千米需要約115分鐘)，爬升過程中所需拉力較大(一般為巡航時的3-4倍)，此時需要提高螺旋槳的轉(zhuǎn)速。但是，螺旋槳轉(zhuǎn)速提高使得螺旋槳的前進比(前進比用于表示飛行速度與旋轉(zhuǎn)速度的相對大小)變小，也即降低了螺旋槳的氣動效率。
[0003]為了提高小前進比大拉力情況下螺旋槳的氣動效率，現(xiàn)有技術(shù)中的高空無人機螺旋槳多采用變槳距形式，即根據(jù)前進比利用位于槳轂內(nèi)的變距機構(gòu)將槳葉的安裝角調(diào)整至最佳位置，以此提高螺旋槳的氣動效率。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的變距螺旋槳共有兩類，一類是在大型飛機上使用的變距螺旋槳，這類變距螺旋槳一般變距速度和頻率都較低，加上大型螺旋槳變距所需力矩較大，所以這類變距螺旋槳往往采用的是液壓系統(tǒng)驅(qū)動變距機構(gòu)，實現(xiàn)螺旋槳的變距；另一類是中小型飛機上的變距螺旋槳，這類變距螺旋槳使用減速電動機帶動蝸輪蝸桿機構(gòu)運動，進而驅(qū)動變距機構(gòu)，實現(xiàn)螺旋槳的變距。以上變距方法雖然能產(chǎn)生較大的變距力矩，但是整個變距系統(tǒng)機構(gòu)復(fù)雜，不僅導(dǎo)致成本較高而且重量較大，只適用于一些速度較高、功率較大的飛機，而不適用于高空長航時無人機對螺旋槳的要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種用于高空無人機的變距螺旋槳及無人機，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的變距螺旋槳機構(gòu)復(fù)雜不適宜于高空無人機使用的問題。
[0006]一種用于高空無人機的變距螺旋槳，包括槳轂、固定在槳轂上的轉(zhuǎn)軸以及套裝在轉(zhuǎn)軸上且表面連續(xù)的槳葉；槳葉包含有可動槳片，可動槳片可在該可動槳片的前緣和尾緣的氣壓差下繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；可動槳片與轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置有復(fù)位結(jié)構(gòu)，該復(fù)位結(jié)構(gòu)用于將旋轉(zhuǎn)的可動槳片復(fù)位。
[0007]上述變距螺旋槳的進一步改進，復(fù)位結(jié)構(gòu)設(shè)置為扭轉(zhuǎn)彈簧，該扭轉(zhuǎn)彈簧套裝在轉(zhuǎn)軸上且連接可動槳片。優(yōu)選的，扭轉(zhuǎn)彈簧在初始的狀態(tài)下設(shè)置有一個初始的扭矩，也即該扭轉(zhuǎn)彈簧的初始狀態(tài)為具有一定扭矩的扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。
[0008]上述變距螺旋槳的進一步改進，槳葉上設(shè)置有限位結(jié)構(gòu)，該限位結(jié)構(gòu)用于限制可動槳片的旋轉(zhuǎn)角度；該限位結(jié)構(gòu)為在可動槳片的下翼面下方設(shè)置的限位桿，且限位桿距可動槳片前緣的距離小于限位桿距可動槳片尾緣的距離。
[0009]上述變距螺旋槳的進一步改進，槳葉和轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有相互配合的限位結(jié)構(gòu)，該限位結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)軸上設(shè)置的凹槽與可動槳片上設(shè)置的與凹槽相配合的凸起，該凸起可在凹槽內(nèi)沿可動槳片的旋轉(zhuǎn)方向運動。
[0010]上述變距螺旋槳的進一步改進，可動槳片為一個或者兩個以上。優(yōu)選的，槳葉還包括根部槳片以及尖部槳片，該根部槳片固定連接槳轂，尖部槳片固定連接轉(zhuǎn)軸，可動槳片設(shè)置于根部槳片和尖部槳片之間。
[0011]上述變距螺旋槳的進一步改進，該變距螺旋槳還包括:柔性連接件，該柔性連接件覆蓋于相鄰兩個槳片接觸位置處的環(huán)狀縫隙，柔性連接件將相鄰兩個槳片連接在一起以使相鄰兩個槳片具有在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)的相對位移量。優(yōu)選的，該柔性連接件為彈性薄膜。
[0012]一種高空無人機，包括機身和如上所述的變距螺旋槳，該變距螺旋槳的槳轂固定在機身上。
[0013]本實用新型用于高空無人機的變距螺旋槳及無人機采用將套裝在與槳轂固定的轉(zhuǎn)軸上的變距螺旋槳表面連續(xù)的槳葉設(shè)置成具有可動槳片的結(jié)構(gòu)，使得飛機在飛行過程中時，可動槳片可在前緣和尾緣的氣壓差下繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)并在無人機轉(zhuǎn)速變化或者前緣和尾緣氣壓差變化時通過可動槳片與轉(zhuǎn)軸之間設(shè)置的復(fù)位結(jié)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)的可動槳片復(fù)位。這樣的結(jié)構(gòu)使得高空長航時無人機的螺旋槳，在爬升過程中小前進比工況下，不用在增加動力傳輸結(jié)構(gòu)來對螺旋槳進行變距就可在可動槳片自身前緣和尾緣的壓力差所產(chǎn)生的扭矩下自行調(diào)節(jié)槳葉迎角，從而合理優(yōu)化載荷分布提高氣動效率，簡化了螺旋槳變距結(jié)構(gòu)，提高了螺旋槳在該使用條件下的推進效率，適應(yīng)了高空長航無人機對螺旋槳的要求。而具有柔性連接件的變距螺旋槳則能保證槳葉具有更好的氣動外形。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型實施例所給出的用于高空無人機的變距螺旋槳等測圖；
[0015]圖2為本實用新型實施例所給出的用于高空無人機的變距螺旋槳俯視圖；
[0016]圖3為本實用新型實施例所給出的復(fù)位結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0017]圖4為本實用新型實施例所給出的可動槳片的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:
[0019]10、槳轂；20、轉(zhuǎn)軸；
[0020]30、槳葉；31、根部槳片；
[0021]32、可動槳片；321、前緣；
[0022]322、尾緣；33、尖部槳片；
[0023]34、復(fù)位結(jié)構(gòu)；341、扭轉(zhuǎn)彈簧；
[0024]35、限位結(jié)構(gòu)；351、限位桿；
[0025]352、凹槽；353、凸起；
[0026]36、環(huán)狀縫隙；37、彈性薄膜。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行詳細說明，應(yīng)當理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本實用新型，本實用新型不局限于下述的【具體實施方式】。
[0028]在實用新型中，為便于理解和描述，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下、左、右”通常是指參考附圖所示的上、下、左、右；“前、后”是指參考附圖所示的紙面的前、后；“內(nèi)、外”是指相對于各部件本身的輪廓的內(nèi)、外，但上述方位詞并不用于限制本實用新型。
[0029]本實用新型的第一方面提供一種用于高空無人機的變距螺旋槳，如圖1-2所示，變距螺旋槳包括槳轂10、轉(zhuǎn)軸20和表面連續(xù)的槳葉30。槳葉30包含有可動槳片32，該可動槳片32可以繞轉(zhuǎn)軸20轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動時在可動槳片32的前緣321和尾緣322的氣壓差下進行的?？蓜訕?2與轉(zhuǎn)軸20之間還設(shè)置有復(fù)位結(jié)構(gòu)34，該復(fù)位結(jié)構(gòu)34用于將在前緣321和尾緣322的氣壓差下旋轉(zhuǎn)的可動槳片32回復(fù)到初始位置，即減小可動槳片32槳葉角的方向。
[0030]其中，轉(zhuǎn)軸20的一端固定在槳轂10上，槳葉30通過軸套套裝在轉(zhuǎn)軸20上?？蛇x地，為了保證螺旋槳具有較優(yōu)異的功能，轉(zhuǎn)軸20的下端不應(yīng)超出槳葉30的下端。
[0031]具體的，可動槳片32的前緣321和尾緣322是由螺旋槳安裝的初始狀態(tài)確定的，這屬于現(xiàn)有技術(shù)。如圖1所示，前緣321位于可動槳片32的左側(cè)，尾緣322位于可動槳片32的右側(cè)。
[0032]在實際使用過程中，高空無人機在爬升時，調(diào)整螺旋槳的轉(zhuǎn)速，可動槳片32的前緣321和尾緣322之間會受到不同的氣流壓力，也即，在前緣321和尾緣322上產(chǎn)生壓力差，產(chǎn)生一個繞轉(zhuǎn)軸20旋轉(zhuǎn)的扭矩。可動槳片32則在這個扭矩下做不同程度的旋轉(zhuǎn)從而改變了螺旋槳槳葉30的槳葉角，提高了螺旋槳的氣動效率。通過復(fù)位結(jié)構(gòu)34給可動槳片32提供一個復(fù)位力，始終使前緣321和后緣322為可動槳片32提供的扭力大小與復(fù)位結(jié)構(gòu)34的復(fù)位力大小平衡，從而能夠使得高空無人機螺旋槳在爬升等飛行過程中的槳葉角始終處于最佳位置，螺旋槳的氣動效率最高。
[0033]需指出的是，該復(fù)位結(jié)構(gòu)34并不表示每時每刻都將可動槳片32完全恢復(fù)到初始位置，而是指復(fù)位結(jié)構(gòu)34至少能夠使可動槳片32朝著初始位置方向運動到初始位置的能力，在某些情況下，能夠?qū)⒖蓜訕?2完全恢復(fù)到初始位置。初始位置即表示該變距螺旋槳未變距時的位置，也即可動槳片32剛剛安裝完畢時的位置。
[0034]采用將套裝在轉(zhuǎn)軸20上的螺旋槳槳葉30設(shè)置成具有可動槳片32并在可動槳片32和轉(zhuǎn)軸20之間設(shè)置復(fù)位結(jié)構(gòu)34的方式，不僅滿足了螺旋槳在爬升過程中的調(diào)整槳葉角的功能，而且還精簡了變距螺旋槳的動力輸出和傳遞結(jié)構(gòu)，使高空無人機的變距螺旋槳的結(jié)構(gòu)更加簡單，重量也更加輕，更符合高空無人機對螺旋槳重量的要求。
[0035]上述變距螺旋槳的一種優(yōu)選實施方式，復(fù)位結(jié)構(gòu)34可以采取連接可動槳片32與轉(zhuǎn)軸20的彈簧、高彈性材料(比如橡膠)或者如圖4中示出的扭轉(zhuǎn)彈簧341。例如，將彈簧的一端固定在可動槳片32上，另一端固定在轉(zhuǎn)軸20上。當可動槳片32轉(zhuǎn)動時，會拉伸，或者壓縮彈簧，則彈簧會對可動槳片32產(chǎn)生一個回復(fù)力。作為一種優(yōu)選方式，將扭轉(zhuǎn)彈簧341套裝在轉(zhuǎn)軸20上并與可動槳片32連接。這樣的扭轉(zhuǎn)彈簧341在安裝時可以是處于非變形狀態(tài)，但