一种螺旋桨自动折叠装置、螺旋桨及飞行器

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种螺旋桨自动折叠装置、螺旋桨及飞行器。

背景技术

复合翼飞机凭借兼顾垂直起降和水平飞行的能力，成为了工业无人机中非常受欢迎的机型，现在民用市场中复合翼飞机的保有量非常巨大。但是复合翼飞机的缺点也很明显，水平飞行状态中，垂直升降螺旋桨带来的空气阻力非常大，严重影响了飞行航程，降低了飞行的经济性。因此，如何降低垂直升降螺旋桨的空气阻力，成为了飞机设计师们最关心的技术问题之一。

常用无人机领域中，通常采用铰链将桨叶安装在桨盘上，使得桨叶一直处于自由态，利用桨盘旋转的离心力将桨叶展开。但是该技术只能保证桨盘转动时桨叶展开到位，却不能保证桨盘停转时桨叶折叠到位，无法满足复合翼飞机降低空气阻力的实际需求，同时一直处于自由态的桨叶具有很大的不稳定性和安全隐患，无法应用在载人飞机或货运飞机等对安全性要求较高的机型和场景上。

因此，需要开发一种可自动折叠的螺旋桨，以解决上述问题。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供一种螺旋桨自动折叠装置、螺旋桨及飞行器，以减小复合翼飞机在水平飞行状态时，螺旋桨带来的空气阻力，增加飞行航程。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种螺旋桨自动折叠装置，包括第一桨盘、第二桨盘、复位组件和离合装置，所述第一桨盘上具有第一桨叶，所述第二桨盘与所述第一桨盘同轴设置并可转动连接，所述第二桨盘上具有第二桨叶；所述复位组件设置在所述第一桨盘和第二桨盘之间，所述离合装置设置在所述第一桨盘与所述第二桨盘之间；当所述第一桨盘的转速大于设定阈值时，所述离合装置自行将所述第一桨盘和所述第二桨盘相对解锁，所述第一桨叶和所述第二桨叶相对展开；当所述第一桨盘的转速小于或等于所述设定阈值时，所述第二桨盘通过所述复位组件复位至所述第二桨叶和第一桨叶相对折叠的状态，并通过所述离合装置与所述第一桨盘自行锁定。

在本发明一示例中，所述离合装置包括单向离合器和离心离合器，所述单向离合器、离心离合器与所述第一桨盘和所述第二桨盘同轴设置。

在本发明一示例中，所述离心离合器包括内齿轮、外齿条和弹簧，所述单向离合器的内圈与所述第二桨盘固定连接，所述内齿轮设置在所述单向离合器的外侧并与所述单向离合器的外圈固定连接，所述外齿条转动安装在所述第一桨盘上，所述弹簧安装在所述第一桨盘上，并可将所述外齿条抵紧在所述内齿轮上，所述外齿条在离心力与所述弹簧的作用下，与所述内齿轮啮合或分离。

在本发明一示例中，所述外齿条背离所述内齿轮的一侧设有弹簧凹槽，所述弹簧安装在所述弹簧凹槽内，其一端与所述第一桨盘连接，另一端与所述弹簧凹槽连接。

在本发明一示例中，所述第一桨盘和第二桨盘之间设有止转限位器和推转限位器，当所述第一桨盘转动时，所述推转限位器推动所述第二桨盘同步转动；当所述第一桨盘停转时，所述止转限位器限制所述第二桨盘转动。

在本发明一示例中，所述止转限位器和所述推转限位器分别包括若干凸起，所述若干凸起对应设置在所述第一桨盘和所述第二桨盘上，所述止转限位器内的所述凸起相互配合以限制所述第二桨盘的转动，所述推转限位器内的所述凸起相互配合以推动所述第二桨盘的转动。

在本发明一示例中，所述第二桨盘通过转轴与所述第一桨盘连接，所述转轴的一端与所述第二桨盘固定连接，所述转轴的另一端与所述第二桨盘转动连接。

在本发明一示例中，所述复位组件包括复位扭簧，所述复位扭簧与所述第一桨盘和第二桨盘同轴设置，所述复位扭簧的一端与所述第一桨盘连接，所述复位扭簧的另一端与所述第二桨盘或所述转轴连接。

本发明另一方面提供一种螺旋桨，该螺旋桨包括驱动装置和上述螺旋桨自动折叠装置；所述螺旋桨自动折叠装置的第一桨盘固定安装在所述驱动装置的输出轴上。

本发明还提供一种飞行器，该飞行器包括机身、安装在所述机身上的机翼及安装在所述机翼上的螺旋桨，所述螺旋桨包括驱动装置和上述螺旋桨自动折叠装置，所述驱动装置驱动所述螺旋桨自动折叠装置内的第一桨盘转动；当所述第一桨盘的转速大于设定阈值时，离合装置自行将所述第一桨盘和第二桨盘相对解锁，第一桨叶和第二桨叶相对展开呈交叉状态；当所述第一桨盘的转速小于或等于设定阈值时，所述第二桨盘通过复位组件复位至所述第二桨叶和所述第一桨叶相对折叠的状态，并通过所述离合装置与所述第一桨盘自行锁定。

本发明的螺旋桨自动折叠装置，在第一桨盘和第二桨盘之间设置离合装置和复位组件，在离合装置和复位组件的作用下，第一桨盘和第二桨盘可发生相对转动，使得第一桨叶和第二桨叶在展开状态和折叠状态之间自动切换。当第一桨盘的转速大于设定阈值时，离合装置自行将所述第一桨盘和所述第二桨盘相对解锁，第一桨叶和第二桨叶相对展开，使螺旋桨处于工作状态，可以有效执行垂直升降任务；当第一桨盘的转速小于或等于设定阈值时，第二桨盘通过复位组件复位至第二桨叶和第一桨叶相对折叠的状态，并通过所述离合装置与所述第一桨盘自行锁定，可有效减少飞行时的空气阻力，增加飞机平飞状态时的航程和经济性。第一桨盘和第二桨盘之间的位置关系由离合装置和复位组件确定，使其一直处于约束状态其工作过程稳定可靠，安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明螺旋桨自动折叠装置的结构示意图；

图2为本发明的螺旋桨自动折叠装置于一实施例中的局部剖视示意图；

图3为本发明的螺旋桨于一实施例中折叠时的结构示意图；

图4为本发明的螺旋桨于一实施例中展开时的结构示意图；

图5为本发明的螺旋桨处于待命状态的结构示意图；

图6为本发明的螺旋桨启动瞬间的结构示意图；

图7为本发明的螺旋桨转动状态的结构示意图；

图8为本发明的螺旋桨停转瞬间的结构示意图；

图9为本发明的螺旋桨收桨状态的结构示意图。

元件标号说明

100、第一桨盘；110、第一桨叶；120、第一止转限位器；130、第一推转限位器；200、第二桨盘；210、第二桨叶；220、第二止转限位器；230、第二推转限位器；240、转轴；300、离合装置；310、单向离合器；311、外圈；312、内圈；320、离心离合器；321、内齿轮；322、外齿条；323、弹簧；324、铰链；400、复位组件；410、复位扭簧。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

请参阅图1至图4，本发明提供一种螺旋桨自动折叠装置，该螺旋桨自动折叠装置包括第一桨盘100、第二桨盘200、离合装置300及复位组件400，第一桨盘100上具有第一桨叶110，第二桨盘200上具有第二桨叶210，第二桨盘200与第一桨盘100同轴设置可转动连接，所述第二桨盘200可在第一桨盘100的第一位置与第二位置之间往复转动；请具体参阅图5，第二桨盘200在第一桨盘100的第一位置时，第二桨叶210与第一桨叶110折叠；请具体参阅图7，第二桨盘200在第一桨盘100的第二位置时，第二桨叶210与第一桨叶110展开呈交叉状态。离合装置300设置在第一桨盘100与第二桨盘200之间，复位组件400设置在第一桨盘100与第二桨盘200之间；其中，在第一桨盘100加速旋转的过程中，当第一桨盘100的转速大于设定阈值时，离合装置300内的解锁部件（外齿条322）受到的离心力大于离合装置300的设定解锁力（弹簧323对外齿条322的压力），离合装置300自行将第一桨盘100和第二桨盘200相对解锁，第一桨叶110和第二桨叶210相对展开，即第一桨盘100与第二桨盘200发生相对转动，使得第一桨叶110与第二桨叶210处于交叉状态（例如呈90°交叉状态），此时，螺旋桨转动可为飞行器的垂直升降提供动力，使得螺旋桨可有效执行垂直升降任务；在第一桨盘100受到的驱动力停止后，当第一桨盘100的转速小于或等于设定阈值时，离合装置300内的解锁部件受到的离心力开始逐渐小于离合装置300的设定解锁力，此时离合装置300将第一桨盘和第二桨盘单向锁定，（即第二桨盘200由第一桨盘100第一位置到第二位置的方向锁止，只允许第二桨盘200由第一桨盘100的第二位置到第一位置）第二桨盘200通过复位组件400复位至第二桨叶210和第一桨叶110相对折叠的状态，此时第一桨盘100和第二桨盘200通过离合装置300与第一桨盘100自行锁定，也就是说，第二桨盘200在复位组件400的作用下由第一桨盘100的第二位置转动至第一位置，第一桨叶110和第二桨叶210由交叉状态恢复至相互重叠的“一”字型折叠状态，这样可以将第一桨叶110与第二桨叶210的延伸方向设置为与飞行器航向一致，以有效减少飞行器在水平飞行时的螺旋桨的空气阻力。

请参阅图2，在一实施例中，第一桨盘100固定安装在驱动装置的输出轴上，第二桨盘200通过转轴240与第一桨盘100转动连接，具体地，转轴240的一端与第二桨盘200固定连接，另一端与第一桨盘100转动连接。较佳的，第二桨盘200与转轴240为一体式结构，例如，第二桨盘200的中部朝向第一桨盘100的方向凹陷形成转轴240，第一桨盘100对应转轴240的位置设有安装孔，转轴240的另一端可转动地安装在第一桨盘100的安装孔内。

请参阅图2和图4，在一实施例中，离合装置300包括单向离合器310和离心离合器320，单向离合器310和离心离合器320与第一桨盘100及第二桨盘200同轴设置。单向离合器包括同心设置的内圈312和外圈311，且单向离合器310的内圈312相较于外圈311单向转动。本实施例中，单向离合器 310的内圈312套装在转轴240上，并随转轴240转动。第一桨盘100在驱动装置的驱动下沿Z向的正方向转动，内圈312相较于外圈311只能逆时针转动（即从第一桨盘的第二位置转动至第一桨盘的第一位置，图中Z向的正方向）。当然，在其他实施例中，若第一桨盘100在驱动装置的驱动下沿Z向的负方向转动，也可以根据展开和折叠的需要设置为内圈312只能相较于外圈311顺时针转动（即图中Z向的负方向），内圈312与外圈311之间的相对转动方向与单向离合器310的转矩传递机构相关。需要说明的是，上述单向离合器310的结构可以参照单向轴承结构或超越离合器结构，在此不再赘述。

请参阅图2、图5和图6，离心离合器320包括内齿轮321、外齿条322及弹簧323，内齿轮321与单向离合器310的外圈311同心配置，内齿轮321位于外圈311的外围并与其固接；外齿条322设置在内齿轮321的外侧并与第一桨盘100转动连接，所述弹簧323安装在所述第一桨盘100上，并可将所述外齿条322抵紧在所述内齿轮321上，当第一桨盘100的转速大于设定阈值时，外齿条322受到的离心力大于弹簧323的挤压力，外齿条322转离所述内齿轮321，从而将离合装置300解锁。当第一桨盘100的转速小于或等于设定阈值时，外齿条322受到的离心力小于或等于弹簧323的挤压力，在第一桨盘100逐渐减速的过程中外齿条322逐渐转向所述内齿轮321，直至与内齿轮321啮合，从而将第一桨盘100与内齿轮321单向锁定。因此，本发明在离心力和弹簧323压力的作用下，外齿条322可与内齿轮321啮合或分离，实现内齿轮321与第一桨盘100的锁止或解锁。具体的，外齿条322为一圆弧形结构，外齿条322的一端通过铰链324安装在第一桨盘100上，另一端为自由端，例如，外齿条322的一端设有连接孔，第一桨盘100的对应位置设有连接孔，销轴依次穿过外齿条322与第一桨盘100上的连接孔实现两者的铰接，外齿条322可绕该销轴转动。外齿条322朝向内齿轮321的一侧设有与内齿轮321啮合的轮齿，外齿条322背离内齿轮321的一侧设有弹簧凹槽，弹簧323安装在弹簧凹槽内，其一端与第一桨盘100相连，另一端与弹簧凹槽相连。第一桨盘100上可设置数个通过铰链安装的外齿条322，优选地，第一桨盘100上设有两个外齿条322，两个外齿条322关于第一桨盘100的转动中心对称设置，每个外齿条322均通过铰链324和弹簧323安装在第一桨盘100上。当第一桨盘100处于停转状态或者第一桨盘100的转速小于或等于设定阈值时，弹簧323的弹力大于外齿条322的转动离心力，弹簧323的弹力使得外齿条322向第一桨盘100的轴心挤压，外齿条322与内齿轮321啮合，此时，内齿轮321与第一桨盘100锁止；当第一桨盘100的转速大于设定阈值时，外齿条322的转动离心力大于弹簧323的压力时，外齿条322绕销轴向偏离第一桨盘100轴心的方向转动，外齿条322与内齿轮321脱开，内齿轮321与第一桨盘100解锁。

请参阅图4至图6，第一桨盘100外圆周上设有两个第一桨叶110，两个第一桨叶110呈“一”字型延伸；第二桨盘200对应设置两个第二桨叶210，两个第二桨叶210也呈“一”字型延伸；第一桨盘100和第二桨盘200之间设有止转限位器和推转限位器，当第二桨盘200转动至第一桨盘100的第二位置，此时推转限位器推动第二桨盘200与第一桨盘100同步转动；当第二桨盘200转动至第一桨盘100的第一位置时，止转限位器限制第二桨盘200转动。在一实施例中，推转限位器和止转限位器均包括若干凸起，所述的若干凸起对应设置在第一桨盘100和第二桨盘200上，第一桨盘100上的凸起与第二桨盘200上的凸起交错设置，以限制第二桨盘200在第一桨盘100的第一位置与第二位置之间相对转动。例如，第一桨盘100朝向第二桨盘200的一侧间隔设有突出桨盘上表面的两个第一凸起，分别记为第一止转限位器120和第一推转限位器130，第一止转限位器120和第一推转限位器130关于第一桨盘100的中心对称设置；第二桨盘200朝向第一桨盘100的一侧设有突出桨盘下表面的两个第二凸起，两个第二凸起关于第二桨盘200的中心对称设置，第一桨盘100和第二桨盘200安装时，第一凸起与第二凸起交错设置，即，两个第一凸起分别位于两个第二凸起之间的凹槽内，第二凸起对应第一止转限位器120的一侧记为第二止转限位器220，对应第一推转限位器130的一侧记为第二推转限位器230。随着第一桨盘100和第二桨盘200之间的相对转动，第一凸起在两个第二凸起之间转动或第二凸起在两个第一凸起之间转动，请具体参阅图5，在第二桨盘200处于第一桨盘100的第一位置时，第一止转限位器120与第二止转限位器220接触，第一推转限位器130与第二推转限位器230分离，第一桨盘100通过第一止转限位器120和第二止转限位器220阻止第二桨盘200相较于第一桨盘100转动，此时，第一桨叶110与第二桨叶210处于重叠状态，即第一桨叶110与第二桨叶210之间的夹角为0°；请参阅图6，在第二桨盘200处于第一桨盘100的第二位置时，第一止转限位器120与第二止转限位器220分离，第一推转限位器130与第二推转限位器230接触时，第一桨盘100通过第一推转限位器130与第二推转限位器230推动第二桨盘200同步转动，此时，第一桨叶110与第二桨叶210处于十字交叉状态，即第一桨叶110与第二桨叶210之间具有夹角，夹角的角度可以根据需要进行选择，较佳地，本实施例中，第一桨叶110与第二桨叶210之间的夹角为90°。

当然，也可将第二桨盘200上的两个第二凸起分别记为第二止转限位器220和第二推转限位器230，第一凸起对应第二止转限位器220的一侧为第一止转限位器120，对应第二推转限位器230的一侧为第一推转限位器130。在其他实施例中，推转限位器和止转限位器也可采用其他合适的结构。

请参阅图2，在一实施例中，复位组件400包括复位扭簧410，复位扭簧410与第一桨盘100和第二桨盘200同轴设置，第一桨盘100转动时，第二桨盘200由第一桨盘100的第一位置转动至第二位置的过程中，复位扭簧410逐渐压缩，在第一桨盘100逐渐停止转动的过程中，当第二转盘相对于第一转盘的周向惯性力小于复位扭簧410的复位扭力时，复位扭簧410可驱动第二桨盘200由第一桨盘100的第二位置复位至第一位置，即第一桨叶110与第二桨叶210重叠的位置。具体的，复位扭簧410的一端与第一桨盘100连接，另一端与第二桨盘200或转轴240连接。较佳的，复位扭簧410的两端分别与第一桨盘100和第二桨盘200可拆卸固定连接，例如，在第一桨盘100和第二桨盘200分别设置复位扭簧410的安装结构，该安装结构上设有与扭簧端部相匹配的限位槽，复位扭簧410安装时，可先套装在转轴240上，再将两端分别从限位槽的侧面卡入。本领域技术人员可以理解的是，只要能够实现在第二桨盘由第一位置转动至第二位置的过程压缩，在第二转盘相对于第一转盘的周向惯性力较小时释放并驱动第二桨盘由第二位置复位至第一位置，复位组件也可以为其它元件，例如：橡胶弹性体、液压或气压弹性体等其他具有弹性的零件。

本发明另一方面提供一种螺旋桨，该螺旋桨包含驱动装置和上述螺旋桨自动折叠装置，螺旋桨自动折叠装置的第一桨盘100固定安装在驱动装置的输出轴上，驱动装置驱动第一桨盘100转动。本发明的螺旋桨具有以下几种状态。

请参阅图3和图5，当驱动装置停转后第一桨盘100处于停转状态时，第一止转限位器120与第二止转限位器220接触，离心离合器320的弹簧323向靠近第一桨盘100的轴心挤压外齿条322，使外齿条322与内齿轮321啮合，内齿轮321和外圈311无法相对于第一桨盘100转动；又因为单向离合器310的内圈312不能相对于外圈311向Z负方向转动，此时第二桨盘200不能相对于第一桨盘100向Z负方向转动，同时因为第一止转限位器120对第二止转限位器220的限制，第二桨盘200也不能相对于第一桨盘100向Z正方向转动，故，此时第一桨盘100和第二桨盘200相对固定，两者无法发生相对转动，第一桨叶110和第二桨叶210重叠在一起并沿航向方向延伸，这样在飞机处于平飞状态时，可以有效减少空气阻力。

如图6所示，当驱动装置带动第一桨盘100向Z正方向转动时，离心离合器的外齿条322在转动离心力的作用下挤压弹簧323，当第一桨盘100的转速大于设定阈值时，外齿条322受到的离心力大于弹簧323的压力外齿条322向偏离第一桨盘100轴心的方向转动，外齿条322与内齿轮321脱开，由于惯性，内齿轮321具有相对于第一桨盘100向Z负方向转动趋势，由于内齿轮321与单向离合器310的外圈311固连，此时单向离合器310的外圈311、内圈312及第二桨盘200具有相对于第一桨盘100向Z负方向转动的条件。

请参阅图4和图7，当驱动装置带动第一桨盘100向Z正方向持续转动时，第一桨盘100相对于第二桨盘200向Z正方向转动，复位扭簧410被压缩，第一止转限位器120和第二止转限位器220分离，第一推转限位器130与第二推转限位器230接触，第一推转限位器130给第二推转限位器230施加Z正方向的转矩，驱动第二桨盘200与第一桨盘100以相同的速度向Z正方向转动，此时第一桨叶110和第二桨叶210处于十字交叉的（即90°）展开状态并以相同的速度转动，螺旋桨处于工作状态，可以执行垂直升降任务。

请参阅图8，当驱动装置停止工作后，第一桨盘100的转速逐渐降低，当转速小于或等于设定的速度阈值时，弹簧的挤压力大于外齿条322的离心力，外齿条322逐渐靠近内齿轮321，直至与内齿轮321啮合在一起，此时第二桨盘200不能相对于第一桨盘100向Z负方向转动，但是第二桨盘200具有相对于第一桨盘100向Z正方向转动的条件。

请参阅图9，当驱动装置持续停止转动时，当第二桨盘200相对于第一桨盘100的周向惯性力小于复位扭簧410的扭力时，复位扭簧410的复位弹力使第二桨盘200、单向离合器310的内圈312相对于第一桨盘100转动，第一推转限位器130与第二推转限位器230分离，第一止转限位器120和第二止转限位器220接触，由于单向离合器310的内圈312不能相对于外圈311向Z负方向转动，第二桨盘200不能相对于第一桨盘100向Z负方向转动，且由于第一止转限位器120对第二止转限位器220的限制，第二桨盘200也不能相对于第一桨盘100向Z正方向转动，因此，此时第一桨盘100和第二桨盘200再次相对固定，无法发生相对转动，第一桨叶110和第二桨叶210重叠在一起。

请参阅图3和4，本发明还提供一种飞行器，该飞行器包括机身、安装在机身上的机翼及安装在机翼上的螺旋桨，其中，螺旋桨包括驱动装置和上述螺旋桨自动折叠装置，采用螺旋桨自动折叠装置可在螺旋桨转动时，将第一桨盘100相对于第二桨盘200自动偏转一定角度，例如偏转90°，使得第一桨叶110与第二桨叶210处于垂直交叉展开状态，为飞行器垂直升降提供动力，可以有效执行垂直升降任务；在螺旋桨停转时，复位组件400的复位弹力带动第二桨盘200相较于第一桨盘100转动相同的角度，即转动90°，使得第一桨叶110与第二桨叶210重叠在一起，有效减少飞行器飞行时的空气阻力，增加飞机平飞状态时的航程和经济性。

本发明螺旋桨自动折叠装置，利用离合装置和复位组件控制第一桨盘和第二桨盘之间的相对位置，使得螺旋桨在转动时，第一桨盘上的第一桨叶与第二桨盘上的第二桨叶处于展开状态，为飞行器的垂直升降提供动力；在螺旋桨停转时，第一桨盘上的第一桨叶与第二桨盘上的第二桨叶自动重合，有效减少飞行器飞行时的空气阻力，增加飞机平飞状态时的航程和经济性。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。