旋翼装置和飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特别涉及一种旋翼装置和飞行器。

背景技术

现有的大多数小型多旋翼飞行器由于体积较小、重量轻且气动载荷不大，故其使用刚性桨毂的连接方式，即桨叶与电机通过螺栓直接固定连接，但该连接方式并不适用于中大型飞行器，因中大型载人飞行器飞行时所产生的振动和疲劳对桨叶、桨毂甚至电机等都有着很高的强度要求，容易造成桨叶根部疲劳破坏，缩短桨叶使用寿命的问题。

而跷跷板式旋翼由于桨叶与主轴之间为铰接，在飞行时可以出现周期性挥舞，可卸载大部分弯矩，能够降低桨叶、桨毂和电极的疲劳与振动，从而可以应用在中大型飞行器中。但是现有的跷跷板式旋翼因中大型飞行器的体积大，结构复杂，且会有更高的飞行要求，这就需要旋翼进行各种角度和间距的调节，导致该跷跷板式旋翼的安装结构较复杂，成本高，装配不方便。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种旋翼装置，旨在得到一种结构简单、方便装配且可实现挥舞降疲劳的中大型飞行器的旋翼结构。

为实现上述目的，本发明提出的旋翼装置包括：

桨毂组件，所述桨毂组件包括桨毂主体和两桨叶，两桨叶分别安装于所述桨毂主体轴线方向上的两端，并具有固定间距，所述桨毂主体的中部开设有沿径向方向的贯穿孔；

旋翼轴组件，所述旋翼轴组件包括主轴和轴固定件，所述主轴穿设于所述贯穿孔，所述轴固定件盖设于所述主轴穿出所述贯穿孔的端部；以及

挥舞铰组件，所述挥舞铰组件包括挥舞轴和锁固件，所述挥舞轴沿垂直于所述旋翼主轴的轴线方向依次穿设于所述桨毂主体、轴固定件以及主轴，并与所述锁固件锁固连接，以使所述桨毂主体相对于所述主轴可挥舞摆动。

可选地，所述桨毂主体于贯穿孔的开口边沿凸设有两相对的连接耳，每一所述连接耳开设有第一铰接孔，所述主轴的端部开设有第二铰接孔，所述轴固定件形成有固定槽，并于所述固定槽相对的两侧壁开设第三铰接孔，所述固定槽的槽壁与所述主轴的外周壁相贴合设置，所述轴固定件的外周侧与所述连接耳相抵接，所述挥舞轴间隙穿设于所述第一铰接孔、第三铰接孔以及第二铰接孔。

可选地，所述桨毂组件还包括两衬套，每一所述衬套的一端穿设于一所述第一铰接孔，另一端夹设于所述轴固定件与所述连接耳之间，所述挥舞轴间隙穿设于所述衬套内；

且/或，所述挥舞铰组件还包括套筒，所述套筒间隙套设于所述挥舞轴，并与两所述第二铰接孔的孔壁和所述第三铰接孔的孔壁均过盈配合。

可选地，所述挥舞轴为螺栓，所述锁固件为开槽螺母；

所述挥舞铰组件还包括止挡件，所述螺栓于尾端开设有止挡孔，所述止挡件穿设于所述止挡孔内，并抵接所述开槽螺母；

且/或，所述螺栓的固定端与所述连接耳之间夹设有垫片，所述开槽螺母与另一所述连接耳之间夹设有垫片。

可选地，所述主轴为圆柱体形状，所述轴固定件的外周侧的形状为正方体，所述固定槽的开口形状至少部分为圆弧形；

且/或，所述主轴的外侧面开设有两相对的抵接槽，所述第二铰接孔贯穿于两所述抵接槽的槽底，所述抵接槽的槽底为平面，并与所述轴固定件的内壁贴合抵接。

可选地，所述旋翼装置还包括缓冲套，所述缓冲套套设于所述主轴，所述缓冲套的一端抵接所述轴固定件的端面，另一端抵接于所述主轴远离所述轴固定件的一端的挡圈；

且/或，所述轴固定件背离所述主轴的端面形成有吊装部。

可选地，所述桨毂主体包括可拆卸连接的上桨毂和下桨毂，所述上桨毂和下桨毂围合形成有相对设置的两所述安装槽，每一所述桨叶的一端安装于一所述安装槽内，所述上桨毂开设第一通孔，所述下桨毂开设第二通孔，所述第一通孔和第二通孔共同形成所述贯穿孔，所述上桨毂与下桨毂连接以压合固定两所述桨叶于所述安装槽内。

可选地，所述上桨毂开设有多个间隔设置的第一连接孔，所述下桨毂开设有多个间隔设置的第二连接孔，所述第二连接孔，一连接件依次穿设于所述第二连接孔和所述第一连接孔，以螺纹连接所述上桨毂和所述下桨毂；

且/或，所述桨毂组件还包括定位销，所述上桨毂和下桨毂分别开设有定位孔，所述上桨毂的定位孔与所述下桨毂的定位孔对应设置，所述定位销的两端分别插设于两所述定位孔，以定位所述上桨毂和下桨毂。

可选地，所述安装槽的的槽壁形成有第一台阶面，所述台阶面朝向所述安装槽的槽底，每一所述桨叶的一端凸设有安装部，所述安装部与所述桨叶的端部之间形成有第二台阶面，所述第一台阶面抵接所述第二台阶面。

本发明还提出一种飞行器，所述飞行器包括机体和连接于所述机体的如上任一所述的旋翼装置。

本发明技术方案的旋翼装置包括桨毂组件、旋翼轴组件、挥舞铰组件，通过桨毂主体直接安装固定两桨叶，以形成固定桨距结构，无需增设其他调节间距的结构，结构简单，有效减轻整体重量。且该旋翼轴组件包括了主轴和轴固定件，轴固定件盖设在主轴的端部，挥舞轴穿设于桨毂主体后，再通过轴固定件穿设于主轴，不仅实现了桨毂组件的径向和轴向定位以及传力，还可以实现桨毂组件相对于主轴以挥舞轴为轴线挥舞摆动，从而可以卸载大部分弯矩，以降低桨叶、桨毂主体的疲劳和振动，提高旋翼装置的使用寿命。该结构中仅设置轴固定件和挥舞轴去实现主轴与桨毂主体的铰接，结构简单，在主轴进行旋转时，其通过轴固定件传递扭矩和拉力，使得桨毂组件可以稳定转动，还可以简化对主轴的外周面的加工工序，例如，花键等结构，如此可简化桨毂主体的贯穿孔结构，制造成本低，维护方便，有效节约成本。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明旋翼装置一实施例的结构示意图；

图2为图1所示旋翼装置的正视图；

图3为图1所示旋翼装置的爆炸图；

图4为图1所示旋翼装置的一剖视图；

图5为图4中A处的放大图；

图6为图1所述旋翼装置中桨毂组件的爆炸图；

图7为图1所示旋翼装置另一视角的剖视图；

图8为图7中B处的放大图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

因现有的小型飞行器的桨毂与主轴为刚性固定连接，从而使得桨毂和桨叶的端部易疲劳损坏，而现有的无人飞行器中的跷跷板式旋翼结构中，由于轴体尺寸较小，直接开孔会造成强度的大幅减小，故旋翼轴往往设置有花键结构，从而实现与桨毂之间的扭矩传递等。但该结构中，不仅轴体外侧的花键结构加工精度要求高，与之配合的内花键加工难度也高，导致制造件的成本很高；且桨毂结构通常为变桨距结构，从而使得桨毂的结构更加复杂，需要设置更多与之配合的部件，继而成本高且装配难。同时直升机的螺旋桨在具备变距等功能时，需要设置较多的匹配结构，导致部件较多，结构更复杂。故本发明提出一种旋翼装置，旨在解决现有技术中的至少一个问题，得到结构简单、固定桨距且方便装配的跷跷板式旋翼结构。

请结合参照图1至图8，在本发明的一实施例中，旋翼装置100包括：

桨毂组件10，所述桨毂组件10包括桨毂主体11和两桨叶12，两桨叶12分别安装于所述桨毂主体11轴线方向上的两端，并具有固定间距，所述桨毂主体11的中部开设有沿径向方向的贯穿孔111；

旋翼轴组件20，所述旋翼轴组件20包括主轴21和轴固定件22，所述主轴21穿设于所述贯穿孔111，所述轴固定件22盖设于所述主轴21穿出所述贯穿孔111的端部；以及

挥舞铰组件30，所述挥舞铰组件30包括挥舞轴31和锁固件32，所述挥舞轴31沿垂直于所述旋翼主轴21的轴线方向依次穿设于所述桨毂主体11、轴固定件22以及主轴21，并与所述锁固件32锁固连接，以使所述桨毂主体11相对于所述主轴21可挥舞摆动。

本实施例中，桨毂组件10包括桨毂主体11和桨叶12，该桨毂主体11与桨叶12的安装方式在此并不限定，例如，可以通过桨毂夹直接夹设桨叶12，或者使用螺纹直接螺纹连接桨叶12，或者通过槽体固定桨叶12等，且连接方式可以是可拆卸连接，从而方便进行更换桨叶12。桨叶12的形状可以为弯刀型，也即螺旋桨叶12，可以根据风洞实验从而具有较好的桨面曲线，实现更好的减阻增速的效果。当桨叶12安装于桨毂主体11时，两个桨叶12端部之间的距离已经确认，从而使得两者之间具有固定间距，结构简单，方便拆装。

桨毂主体11的中部开设有贯穿孔111，该贯穿孔111供主轴21穿设，为了方便桨毂主体11的挥舞摆动，该贯穿孔111与主轴21之间为间隙配合，或者贯穿孔111的开口尺寸大于主轴21的横截面尺寸。可选的，贯穿孔111的开口形状与主轴21的外周侧形状相适配，从而方便装配和实现挥舞摆动。主轴21一般为电机的驱动轴，在电机启动时进行高速旋转，从而带动桨毂主体11和桨叶12进行旋转，提供飞行所需的升力。该主轴21可为实心轴或空心轴，此处，为空心轴，可以进一步减轻旋翼轴组件20的重量，节约成本，提升飞行效果。主轴21的横截面一般为圆形，轴固定件22盖设于主轴21的端部，且横截面形状并不限定，可以是圆形、方形或者其他形状，保证与主轴21之间为过盈配合固定即可。

挥舞轴31为穿设桨毂主体11、轴固定件22以及主轴21的结构，其可以是螺栓、螺杆等，起到桨叶12进行挥舞的转动副，实现挥舞动作。通过锁固件32与挥舞轴31的配合连接，从而实现对桨毂主体11的固定，并通过挥舞轴31与上述三者之间为间隙配合，从而实现挥舞动作。

本发明技术方案的旋翼装置100包括桨毂组件10、旋翼轴组件20、挥舞铰组件30，通过桨毂主体11直接安装固定两桨叶12，以形成固定桨距结构，无需增设其他调节间距的结构，结构简单，有效减轻整体重量。且该旋翼轴组件20包括了主轴21和轴固定件22，轴固定件22盖设在主轴21的端部，挥舞轴31穿设于桨毂主体11后，再通过轴固定件22穿设于主轴21，不仅实现了桨毂组件10的径向和轴向定位以及传力，还可以在主轴21旋转时，来流方向的前行桨叶12相对气流速度高于后行桨叶12，导致桨叶12的启动载荷不均匀，使得桨叶12出现相对于主轴21以挥舞轴31为轴线的挥舞摆动，从而可以卸载大部分弯矩，以降低桨叶12、桨毂主体11的疲劳和振动，提高旋翼装置100的使用寿命。该结构中仅设置轴固定件22和挥舞轴31去实现主轴21与桨毂主体11的铰接，无需单独固定轴固定件22，结构简单，在主轴21进行旋转时，其通过轴固定件22传递扭矩和拉力，使得桨毂组件10可以稳定转动，还可以简化对主轴21的外周面的加工工序，例如，花键等结构，如此可简化桨毂主体11的贯穿孔111结构，制造成本低，维护方便，有效节约成本。

请参照图3，可选地，所述桨毂主体11于贯穿孔111的开口边沿凸设有两相对的连接耳112，每一所述连接耳112开设有第一铰接孔1121，所述主轴21的端部开设有第二铰接孔211，所述轴固定件22形成有固定槽221，并于所述固定槽221相对的两侧壁开设第三铰接孔222，所述固定槽221的槽壁与所述主轴21的外周壁相贴合设置，所述轴固定件22的外周侧与所述连接耳112相抵接，所述挥舞轴31间隙穿设于所述第一铰接孔1121、第三铰接孔222以及第二铰接孔211。

本实施例中，连接耳112设于桨毂主体11在其轴线方向上的中部，并且凸出于桨毂主体11的表面，从而可以使得桨毂主体11在挥舞摆动的过程中，可以通过穿出贯穿孔111的主轴21的端部对桨毂主体11进行限位，有效控制其挥舞角度，提高稳定性和飞行效果。第一铰接孔1121、第二铰接孔211以及第三铰接孔222的中心线在同一直线上，方便挥舞轴31的装配，并保证桨毂主体11的摆动挥舞方向的稳定性。

此处，固定槽221与主轴21的外周壁相贴合设置，从而能够使得周固定件与主轴21配合的更加稳定，提高轴固定件22的安装稳定性。同时，轴固定件22的外周侧与连接耳112的内壁面相抵接，从而可以为桨毂主体11的挥舞提供一定的导向作用，保证挥舞效果。

请继续参照图3，可选地，所述桨毂组件10还包括两衬套13，每一所述衬套13的一端穿设于一所述第一铰接孔1121，另一端夹设于所述轴固定件22与所述连接耳112之间，所述挥舞轴31间隙穿设于所述衬套13内；

且/或，所述挥舞铰组件30还包括套筒33，所述套筒33间隙套设于所述挥舞轴31，并与两所述第二铰接孔211的孔壁和所述第三铰接孔222的孔壁均过盈配合。

本实施例中，为了缓解挥舞轴31与桨毂主体11直接的磨损，在桨毂主体11的一第一铰接孔1121内安装有一衬套13，该衬套13的材质可以是弹性件或者为柔性件，如橡胶或硅胶垫等，其横截面大致呈T型，一端穿设于第一铰接孔1121内，并与第一铰接孔1121为过盈配合，实现固定，从而使得挥舞轴31穿设于该衬套13内，不与桨毂主体11直接接触，有效减少摩擦，可以延长挥舞轴31的使用寿命，并能够减少噪音的产生。此处，挥舞轴31与衬套13的内壁为间隙配合，从而使其保证转动副的作用。同时，衬套13的另一端夹设在轴固定件22与连接耳112之间，此处，夹设时轴固定件22与衬套13之间为间隙配合，也即两者之间保留一定的转动安全间隙，可以减少衬套13与轴固定件22之间的摩擦，保证挥舞特性。可选的，其他实施例中，该衬套13也可以是圆筒形，仅在第一铰接孔1121内穿设，以间隔挥舞轴31与桨毂主体11。

在有或没有衬套13的基础上，挥舞铰组件30还包括套筒33，该套筒33穿设于第二铰接孔211和第三铰接孔222，并与两者为过盈配合，从而保证其轴向位置，套筒33的材质可以是金属或陶瓷，例如，钢管等，有效减少挥舞轴31与主轴21和轴固定件22的磨损，提高使用性能。此处，挥舞轴31与套筒33的内壁配合为间隙配合，从而进一步保证其转动副的作用。可选的，套筒33的两端面与轴固定件22的外周侧相平齐，或者可以内陷于第三铰接孔222内，从而避免与衬套13的端面抵接，提高挥舞特性。

请结合图7和图8，可选地，所述挥舞轴31为螺栓，所述锁固件32为开槽螺母；

所述挥舞铰组件30还包括止挡件，所述螺栓于尾端开设有止挡孔，所述止挡件穿设于所述止挡孔内，并抵接所述开槽螺母；

且/或，所述螺栓的固定端与所述连接耳112之间夹设有垫片35，所述开槽螺母与另一所述连接耳112之间夹设有垫片35。

本实施例中，为了方便装配，挥舞轴31为螺栓，其一端为固定端，另一端为尾端，可以仅通过锁固件32锁固尾端即可。为了进一步保证锁固稳定性，还设置有止挡件，例如，开口销，或者螺杆等，在尾端开设止挡孔，在开槽螺母锁固在螺栓尾端时，将止挡件插设于止挡孔内，并抵接开槽螺母的槽位，从而可以有效防止开槽螺母的松动，可以承受来自桨毂组件10的离心力、挥舞以及摆振方向上的载荷，提高整体结构的稳定性。

在有无上述止挡件的基础上，在螺栓的固定端与连接耳112之间设置垫片35，开槽螺母与连接耳112之间设置垫片35，从而提高锁固的稳定性。

可选地，所述主轴21为圆柱体形状，所述轴固定件22的外周侧的形状为正方体，所述固定槽221的开口形状至少部分为圆弧形；

且/或，所述主轴21的外侧面开设有两相对的抵接槽212，所述第二铰接孔211贯穿于两所述抵接槽212的槽底，所述抵接槽212的槽底为平面，并与所述轴固定件22的内壁贴合抵接。

本实施例中，主轴21为圆柱体形状，结构简单，方便加工。而为了与主轴21相适配，固定槽221的开口形状为至少部分为圆弧形，例如，固定槽221的开口为圆形，或者，固定槽221的开口为弧形和直线型的组合，在此不做限定。轴固定件22的外周侧的形状为正方体，从而方便与两相对设置的平面状的连接耳112相适配，提高摆动和挥舞时的导向作用，保证挥舞特性。

可选的，为了防止主轴21与轴固定件22之间的周向位移滑动，在主轴21的外侧面开设有抵接槽212，该抵接槽212的槽底表面为平面，从而使得轴固定件22的内壁面也具有平面段，可与其进行完全贴合抵接，提高装配便利性的同时，可以防止其相对于主轴21滑动，保证结构稳定性。

请参照图4和图5，请结合图可选地，所述旋翼装置100还包括缓冲套40，所述缓冲套40套设于所述主轴21，所述缓冲套40的一端抵接所述轴固定件22的端面，另一端抵接于所述主轴21远离所述轴固定件22的一端的挡圈；

且/或，所述轴固定件22背离所述主轴21的端面形成有吊装部223。

本实施例中，旋翼装置100还包括缓冲套40，缓冲套40的材质可以是橡胶或硅胶，具有一定的柔韧性或弹性，套设在主轴21的周侧，可以减小贯穿孔111与主轴21之间的间距，从而防止桨毂组件10挥舞的角度过大，且根据其材料特性，可以减少在低速或静止状态时桨毂组件10与主轴21之间的碰撞，从而起到了保护主轴21的作用，延长该旋翼装置100的使用寿命。同时，缓冲套40的上端抵接轴固定件22的端面，下端抵接主轴21的挡圈，可以对其进行轴向上的限位，提高轴向稳定性。缓冲套40与主轴21为过盈配合，可与主轴21一同转动。

在有无缓冲套40的基础上，该轴固定件22背离主轴21的端面形成有吊装部223，该吊装部223为圆环结构，方便对旋翼装置100进行吊装，从而可以进行风洞实验，为提高挥舞特性的设计提供了便利性。于其他实施例中，吊装部223也可以是挂钩等结构。

可选地，所述桨毂主体11包括可拆卸连接的上桨毂113和下桨毂114，所述上桨毂113和下桨毂114围合形成有相对设置的两所述安装槽115，每一所述桨叶12的一端安装于一所述安装槽115内，所述上桨毂113开设第一通孔，所述下桨毂114开设第二通孔，所述第一通孔和第二通孔共同形成所述贯穿孔111，所述上桨毂113与下桨毂114连接以压合固定两所述桨叶12于所述安装槽115内。

本实施例中，为了简化结构，将桨毂主体11分为可拆卸连接的上桨毂113和下桨毂114，两者对接可以围合形成圆形开口的安装槽115，通过上桨毂113和下桨毂114的装配，可以实现桨叶12的安装固定，进一步简化组装步骤，提高效率。此处的可拆卸连接可以是螺纹连接，卡扣与螺纹连接的组合，或者插接等，在此不做限定。

请参照图6，可选地，所述上桨毂113开设有多个间隔设置的第一连接孔1131，所述下桨毂114开设有多个间隔设置的第二连接孔1141，所述第二连接孔1141，一连接件依次穿设于所述第二连接孔1141和所述第一连接孔1131，以螺纹连接所述上桨毂113和所述下桨毂114；

且/或，所述桨毂组件10还包括定位销14，所述上桨毂113和下桨毂114分别开设有定位孔1142，所述上桨毂113的定位孔1142与所述下桨毂114的定位孔1142对应设置，所述定位销14的两端分别插设于两所述定位孔1142，以定位所述上桨毂113和下桨毂114。

本实施例中，上桨毂113和下桨毂114之间为螺纹连接，从而保证连接结构的稳定性。可选的，第一连接孔1131设有多个，并沿上桨毂113的轴线方向间隔排布，第二连接孔1141与第一连接孔1131一一对应设置，此处的螺栓可与开槽螺母配合，并设置止挡件，以提高连接的稳定性，并同时对桨叶12起到较好的固定效果。

可选的，为了提高安装便利性，在上桨毂113和下桨毂114相对的端面开设有定位孔1142，将定位销14安装在两者的定位孔1142内，从而实现两者位置的相对定位，防止两者错位，提高桨叶12的同轴度，以保证桨叶12根部固定时的夹紧力的均匀性，提高桨毂组件10的使用寿命。定位销14的使用可以方便组装，降低桨毂主体11的加工成本。

请参照图6，可选地，所述安装槽115的的槽壁形成有第一台阶面116，所述台阶面朝向所述安装槽115的槽底，每一所述桨叶12的一端凸设有安装部121，所述安装部121与所述桨叶12的端部之间形成有第二台阶面122，所述第一台阶面116抵接所述第二台阶面122。

本实施例中，为了防止桨叶12从安装槽115内脱离，在安装槽115的槽壁形成有第一台阶面116，对应的，桨叶12也形成有第二台阶面122，在安装时，通过安装部121插入安装槽115内，第一台阶面116可以抵接第二台阶面122，从而对桨叶12在轴向上限位，防止发生松脱现象，有效保证结构稳定性。可选的，该第一台阶面116和第二台阶面122相对于安装槽115的槽底倾斜设置，从而方便桨叶12的装配。

本发明还提出一种飞行器(未图示)，所述飞行器包括机体和连接于所述机体的如上任一所述的旋翼装置100。由于飞行器的旋翼装置100采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述实施例的技术方案所带来的有益效果，在此不再一一赘述。

飞行器可以是直升机或飞行汽车等。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。