[发明专利]一种可变直径螺旋桨

说明书

技术领域

本发明涉及一种对高、低空飞行环境具有很强适应性和可靠性的，可用于低动态飞行器推进系统的具有可变直径机构的新型高性能螺旋桨装置。 

背景技术

随着现代科学技术的进步，临近空间独特的资源优势已成为各国关注的热点。近年来，在区域防灾减灾、环境监测、通信等需求的驱动下，美欧等军事强国都在努力对临近空间资源进行开发，结合材料、能源和推进等技术取得的重大进步，临近空间低动态飞行器成为当今研究最为活跃的飞行器之一，它主要包括高空无人机和高空飞艇。由国外先进高空无人机和高空飞艇设计方案可看出，临近空间低动态飞行器推进系统大多采用大功率直流电机驱动的螺旋桨推进系统。 

螺旋桨是一种把发动机的动力变成拉力或推力的装置，因其在经济和安全方面的优势，使得它在低动态飞行器设计中成为首选的推进系统。然而，高空大气密度小、气压低，低动态飞行器在高空飞行时，按照低空设计的螺旋桨推力小、效率偏低。同时在低动态飞行器起飞、降落过程中，气动参数的较大变化，也将直接影响到通过螺旋桨平面的空气质量流量、推力、效率等气动参数，从而影响了螺旋桨在高、低空整个飞行过程中的工作性能。因此，开展适应于大跨度飞行高度(从低空到高空)飞行相适应的高性能螺旋桨研究，在当前能源、环境问题日趋严峻的形势下，对充分利用发动机或电机功率，减少能源需求和飞行负载，促进推进系统轻型化具有特别重大的意义。同时，这也为传统意义上的螺旋桨设计与制造技术提出了新的挑战。 

螺旋桨几何特性中最重要的参数是其直径D，即叶尖旋转所扫掠的圆周直径。螺旋桨直径D的大小，通常由空气动力学计算和比较综合确定，螺旋桨的 直径D与发动机的功率和转速、额定速度和飞行高度、桨叶数目及宽度皆有直接的关系。根据螺旋桨气动理论，随着螺旋桨桨叶直径的增大/减小，不仅会增加/减少螺旋桨的拉力或推力，也会提高/降低螺旋桨效率。为减少制造和装配难度，在螺旋桨其他几何特性不变的情况下，高空空气密度低，为了提供足够的推力，螺旋桨直径越大越好；低空空气密度大，为了避免产生多余推力而造成螺旋桨气动性能下降，螺旋桨直径相对高空螺旋桨直径适当减小。 

目前，为了充分利用发动机或电机功率，降低能源消耗，并适应高、低空大气环境特点，平流层低动态飞行器螺旋桨推进系统常常采用变转速或变桨距的方式去尽可能提高其工作性能。变桨距是根据高度或推力要求调整桨距，然后锁定桨距，这些需要变距调节装置和桨距锁定装置进行闭环控制，这些调节机构通常在结构上独立于螺旋桨驱动装置，这样以来不但增加螺旋桨控制系统的复杂性，更重要的是增加了螺旋桨的整体重量，这对本来要求就很高的重量要求来说是非常不利的。结合平流层高空气象变化小，工况少，有些高空低动态飞行器从经济性和控制系统的角度也考虑采用变转数方式，但是这种方式会对电机的高低空工作性能和散热提出更高要求。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可变直径的螺旋桨，该螺旋桨可兼容高、低空飞行环境的变化。 

本发明的技术解决方案是：一种可变直径螺旋桨，包括桨叶、桨毂；连杆机构、驱动机构、桨帽、滑动支撑机构和锁紧释放机构；桨帽安装在桨毂上，并为连杆机构、驱动机构、滑动支撑机构和锁紧释放机构提供安装空间和顶部支撑；驱动机构、滑动支撑机构固定在桨毂上，驱动机构的输出轴连接连杆机构，桨叶固定在连杆机构的导向输出端，连杆机构的导向输出端底部连接滑动支撑机构，由滑动支撑机构实现对连杆机构的支撑和导向；驱动机构驱动连杆机构沿着滑动支撑机构带动桨叶沿螺旋桨直径方向伸缩，进而改变整个螺旋桨桨盘直径的大小，桨叶伸缩到位后通过锁紧释放机构对连杆机构进行锁紧。 

所述的驱动机构包括电机、蜗杆、蜗杆固定座、蜗轮、蜗轮固定轴、差速齿轮、上端锥齿轮、旋转臂、旋转轴和齿轮支撑座；电机固定安装在桨毂内部底面上，电机的输出轴连接蜗杆，蜗杆两端安装在蜗杆固定座上，蜗杆固定座安装在桨毂内部底面上；蜗轮通过轴承安装在蜗轮固定轴上，与蜗杆啮合，绕蜗轮固定轴轴心转动；齿轮支撑座固定安装在蜗轮上端平面上，带动两个对称安装在齿轮支撑座上的差速齿轮一起转动；差速齿轮上端啮合上端锥齿轮；上端锥齿轮与旋转臂连成一体，通过轴承安装在旋转轴上；旋转轴上端通过上轴承安装在桨帽固定座上，旋转轴下端通过下轴承安装在蜗轮固定座上。