[发明专利]一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置及方法

权利要求书

1.一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：包括桨毂(3)、安装于桨毂(3)的桨叶(4)、与桨毂(3)固定连接的限位固定座(1)、变距机构；

变距机构包括：位于桨毂(3)内且沿着桨毂(3)转动轴线方向与桨毂(3)滑动连接的变距螺母(9)、连接于桨叶(4)根部的滑块(5)，变距螺母(9)通过滑块(5)驱动桨叶(4)旋转使桨叶(4)的桨距角改变；

限位固定座(1)上设置有测量变距螺母(9)直线位移的第一控制机构和对桨叶(4)桨距角范围进行电气限位和机械限位的第二控制机构。

2.根据权利要求1所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述第一控制机构包括：固定连接于变距螺母(9)的第一限位杆(16)、连接于限位固定座(1)的直线传感器(13)，直线传感器(13)的伸缩杆与第一限位杆(16)连接。

3.根据权利要求2所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述直线传感器(13)的伸缩杆与第一限位杆(16)之间连接有第二联轴器(15)。

4.根据权利要求1所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述第二控制机构包括：固定连接于变距螺母(9)的第二限位杆(17)、连接于限位固定座(1)上的限位开关(18)、连接于第二限位杆(17)上的限位装置，限位开关(18)位于限位装置移动方向的两侧，限位固定座(1)的上下两端开设有供限位开关(18)嵌入的凹槽。

5.根据权利要求4所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述限位装置包括下调节螺母(19)、下限位板(20)、弹簧(21)、上限位板(22)、上调节圆筒(23)，下限位板(20)和上限位板(22)与第二限位杆(17)滑动连接，弹簧(21)位于下限位板(20)和上限位板(22)之间，下调节螺母(19)和上调节圆筒(23)均与第二限位杆(17)螺纹连接，下调节螺母(19)位于下限位板(20)背离上限位板(22)的一侧，上调节圆筒(23)位于上限位板(22)背离下限位板(20)的一侧。

6.根据权利要求1所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述变距机构还包括变距电机(6)和丝杠(8)，桨毂(3)与限位固定座(1)之间连接有连接法兰(2)，变距电机(6)与连接法兰(2)固定，丝杠(8)与桨毂(3)转动连接，变距螺母(9)套设于丝杠(8)外且与丝杠(8)螺纹连接。变距电机(6)与丝杠(8)之间连接有第一联轴器(7)。

7.根据权利要求1所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述变距螺母(9)沿着自身移动方向的两端均设置有限位块，限位块套设于丝杠(8)的外部，限位块沿丝杠(8)的轴向与丝杠(8)滑动连接。

8.根据权利要求7所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述限位块限制的桨叶(4)桨距角运动范围上下极限位置大于直线位移传感器(13)设置的上下极限运动范围。

9.根据权利要求1所述的一种冗余设计的螺旋桨桨距角精确控制装置，其特征在于：所述滑块(5)连接于桨叶(4)根部偏离桨叶(4)轴线的位置，变距螺母(9)开设有供滑块(5)滑动的沟槽，桨叶(4)桨距角为0°时，滑块(5)中心线偏离桨叶轴线的距离为r,滑块(5)中心线与桨叶(4)轴线形成的平面与水平面的夹角为θ0，此时对应直线传感器(13)输出电压标定基准值U0。如果桨叶(4)桨距角旋转i°时，则滑块(5)推动变距螺母(9)运动位移Li＝rsin(θ0)-rsin(θ0-i)，直线传感器(13)输出电压为Ui，|Ui-U0|＝|Li|。

10.一种冗余设计的螺旋桨桨距角实时精确控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)在飞行器发动机驱动下，螺旋桨进行的旋转，螺旋桨的桨叶(4)桨距角角度由直线位移传感器实时采集并监测；

(2)当飞行工况变化时，给定螺旋桨预设转速，发动机接收指令加油门或减油门，驱动螺旋桨转速增加或减小以靠近预设转速，如增速超过或未达预设转速，则变距电机(6)收到变距控制系统反馈信号后，驱动变距机构增加或减少桨距角角度；

(3)当桨距角转动到达最大极限桨距角或最小极限桨距角时，上限位板或下限位板触碰限位开关(18)对电路通断进行切换，变距控制系统获取信息后发指令驱动变距电机(6)反向转动，同时直线位移传感器实时采集和监测桨距角角度变化；

(4)当限位开关(18)等导致电气限位失效时，即直线位移传感器检测桨距角达到最大或最小极限桨距角时，变距控制系统获取电路通断的切换信息，此时变距控制系统切换采信直线位移传感器的信息工作，实现控制冗余设计；

(5)当电气限位及直线位移传感器均失效极端情况，当变距螺母(9)运动与限位块(11-12)挤压时，变距电机(6)的电流增大到某定值时，变距控制系统获取信息后发指令驱动变距电机(6)反向转动，实现机械限位设计；

(6)飞行器飞行过程中，飞行高度和温湿度等飞行工况结合桨叶(4)桨距角角度、发动机转速等实时采集信息融入到飞控程序中，形成飞行状态信息数据库，并供飞行器智能控制。