可變幾何形狀的提升螺旋槳機構的制作方法
【專利說明】可變幾何形狀的提升螺旋槳機構
[0001]有關申請的交叉引用
[0002]本申請要求2012年8月24日提交的、美國臨時專利申請N0.61/693，172的優先權，其全文引入以供參考。
技術領域
[0003]描述的實施方式涉及一種用于動力提升飛行器的可變幾何形狀的提升螺旋槳機構。
【背景技術】
[0004]飛行器可使用固定翼，例如在常規飛機上，使用旋翼，例如在直升飛機上，或者使用固定翼和旋翼的組合。在某些飛行狀態下從旋翼以及在其他狀態下從固定翼得到升力的動力提升飛行器是希望的，因為它們能夠執行非常短或者豎直的起飛和降落。動力提升飛行器具有提供豎直和水平推力的旋翼或轉子。其他類型的動力提升飛行器具有一種或多個豎直推力轉子(提升螺旋槳)和一種或多個水平推力轉子(推進器)。在某些動力提升飛行器中，提升螺旋槳在向前飛行期間是不起作用的。
[0005]在具有提升螺旋槳的動力提升飛行器中，螺旋槳具有四個或更多葉片以提供仍舊允許安靜操作的轉速所需的升力。螺旋槳葉片可具有大弦長并且高度絞緊。當螺旋槳葉片靜止時，由于氣流分離和距離葉片的大正面迎風面積(frontal area)，這類螺旋槳產生大量的氣動阻力。這會降低飛行器的性能。如果各個螺旋槳葉片與飛行器上的空氣流動方向對齊，正面迎風面積和氣流分離減少，形成低阻力。雖然雙葉螺旋槳可利用在流動方向上對準的葉片停止，這對多于兩葉的螺旋槳是不可能的。
【發明內容】
[0006]實施方式在此公開了一種動力提升飛行器的提升螺旋槳的實施方式。飛行器的提升螺旋槳可被配置為從展開結構轉變為折疊結構和從折疊結構轉變為展開結構。在一種實施方式中，提升螺旋槳的展開結構與用于產生推力的、提升螺旋槳的螺旋槳葉片的最佳方向對應。例如，四葉螺旋槳葉片之間的90度間隔可與提升螺旋槳的展開結構對應。提升螺旋槳的折疊結構表示不再需要推力時提升螺旋槳的螺旋槳葉片的方向。根據一種實施方式，折疊結構通過將提升螺旋槳的螺旋槳葉片定位成彼此之間成一條直線來減少提升螺旋槳的正面迎風面積和向前飛行時提升螺旋槳產生的阻力。另外，折疊結構可減少允許更容易運輸和存儲的飛行器的總寬度。
[0007]在一種實施方式中，采用一機構來使用驅動提升螺旋槳的馬達在展開結構和折疊結構之間移動提升螺旋槳的葉片，不需要額外的馬達和/或作動器。在某些實施方式中，驅動提升螺旋槳的馬達是電動馬達。可替換地，驅動提升螺旋槳的馬達是汽油馬達。在這些實施方式中，電動馬達的扭矩可精確控制并被用來在展開和折疊結構之間移動提升螺旋槳葉片。機械擋塊可結合到提升螺旋槳的葉片上。機械擋塊的位置可被用來限定提升螺旋槳的葉片彼此之間旋轉的角度，以便將螺旋槳設置為展開結構或者折疊結構。葉片間的摩擦和阻尼可被用來影響展開和折疊動作的動力學和/或阻止葉片從折疊結構或展開結構中旋出。同時包括制動器來機械或者磁性地阻止葉片從折疊結構或展開結構中旋出。
[0008]
【發明內容】
中描述的特征和優勢以及隨后的詳細說明都不意味著限制。考慮到附圖、說明書和權利要求書，許多附加特征和優勢對本領域普通技術人員是顯而易見的。
【附圖說明】
[0009]圖1圖示出根據一種實施方式的、處于展開結構的提升螺旋槳。
[0010]圖2圖示出根據一種實施方式的、處于折疊結構的提升螺旋槳。
[0011]圖3A和3B分別圖示出處于折疊結構和展開結構的提升螺旋槳展開機構的詳圖，根據一種實施方式使用磁性制動器。
[0012]圖4圖示出根據一種實施方式的提升螺旋槳展開機構的詳圖。
[0013]圖5圖示出連接到根據一種實施方式的提升螺旋槳驅動葉片組的一部分展開機構的詳圖。
[0014]圖6A和6B圖不出結合有根據一種實施方式的展開機構的提升螺旋槳。圖6A圖不出包括處于折疊結構的葉片的螺旋槳，而圖6B圖示出沒有處于折疊結構的葉片的螺旋槳。圖6C圖示出包括處于展開結構的葉片的螺旋槳，而圖6D圖示出沒有處于展開結構的葉片的螺旋槳。
[0015]圖7A和7B分別圖示出處于折疊結構和展開結構的提升螺旋槳展開機構的詳圖，根據一種實施方式使用機械插銷制動器。
[0016]圖8是磁性制動器扭矩和從動葉片組和隨動(following)葉片組之間相對角度的曲線圖。
[0017]圖9是處于折疊結構的提升螺旋槳展開機構的橫截面視圖，顯示出根據一種實施方式的摩擦環。
[0018]附圖和詳細說明僅僅出于圖示目的描述各種非限制性實施方式。本領域普通技術人員很容易從接下來的論述中認識到，在此圖示的結構和方法的替換實施方式均可使用而不脫離在此描述的原則。
【具體實施方式】
[0019]圖1圖示出根據一種實施方式的動力提升飛行器的提升螺旋槳。在圖示實施方式中，提升螺旋槳包括大量的兩組或更多組單葉螺旋槳葉片或雙葉螺旋槳葉片，其中葉片的總數等于基準固定葉片螺旋槳所需的數目。特別是，圖1圖示出兩個一堆的雙葉片組，總共有四個螺旋槳葉片。圖1中所示結構被認為是展開結構。在一種實施方式中，當提升螺旋槳產生推力時，葉片組轉至其理想的推力產生方向，如圖1所示。在圖1中，葉片組1lA代表為連接到例如電動馬達的驅動源的從動葉片組，而葉片組1lB代表為一個或多個另外的隨動葉片組，其通過允許繞旋轉軸轉動的機構連接到從動葉片組上。葉片組的隨動組可包括一組額外葉片或者兩組或更多組額外葉片。在展開結構中，90度間隔配置在具有一組隨動葉片組1lB的四葉螺旋槳系統的每個螺旋槳葉片之間。然而，在備選實施方式中，其中葉片間的角度可為大于與折疊結構有關的堆放角度的任意角度，并且可包括多于一個的隨動葉片組。
[0020]當不再需要推力時，例如在巡航飛行或者飛行器存儲期間，隨動葉片組1lB轉動到圖2所示的折疊結構的實施方式。因為折疊結構的位置與圖2中箭頭所示的飛行器行進反向成一直線，折疊結構減少螺旋槳的正面迎風面積和氣動阻力。另外，折疊結構可減少允許更容易運輸和存儲的飛行器總寬度。在折疊位置，從動葉片組1lA和隨動葉片組設置成從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB的螺旋槳葉片彼此成一直線。也就是說，在折疊結構中基本零度間隔(即堆放角度)配置在提升螺旋槳的一對螺旋槳葉片之間。
[0021]展開結構到折疊結構或者反過來折疊結構到展開結構的變化可由幾個機構完成。在一種實施方式中，使用驅動提升螺旋槳的馬達，一機構使隨動葉片組1lB在展開結構和折疊結構之間移動，反之亦然，不需要使用額外的馬達和/或作動器。在一種實施方式中，提升螺旋槳的隨動葉片組1lB在由機械擋塊限定的相對運動范圍內繞從動葉片組1lA的轉動軸線旋轉，這些擋塊接合在折疊和展開結構中。在一種實施方式中，機械擋塊結合到從動葉片組1lA和隨動葉片組101B。可施加保持扭矩以將隨動葉片組1lB固定在這些機械擋塊上，因此空氣動力學或者其他干擾不會造成隨動葉片組1lB在擋塊上的反彈或者從要求結構，例如展開結構或折疊結構，中移出。保持扭矩可由多種裝置產生。
[0022]在一種實施方式中，增加摩擦來阻止從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB之間的相對運動產生保持扭矩。摩擦可以是要求用來從提升螺旋槳產生完全推力的扭矩的一部分或者更大的量。除了提供使隨動葉片組1lB保持在展開或折疊結構的保持扭矩之外，摩擦扭矩在減少機械擋塊接合時的沖擊方面是有利的。
[0023]圖9圖示出產生保持摩擦扭矩的摩擦環900或墊。摩擦環900位于從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB之間。當馬達901加速提升螺旋槳時，由隨動葉片組1lB產生的軸向推力施加到摩擦環900上，這增加了由摩擦環900產生的摩擦并傾向于阻止從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB之間的相對運動。該機構被設計成要求用來克服由摩擦環900產生的摩擦的扭矩大于提升螺旋槳在其正常工作范圍內旋轉時馬達能夠施加的最大扭矩。在這種情況下，當摩擦扭矩足夠低以允許相對運動時，機構的展開和收縮必須以低速發生。
[0024]另一種實施方式與上述機構類似，但是包括位于從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB之間的緩沖。緩沖可來自粘性流體緩沖器或者任何其他緩沖方法(磁性渦流緩沖等等)。緩沖被選擇用來加速或者減速展開過程并且減小隨動葉片組撞擊機械擋塊的速度以及減弱擋塊上的反沖。
[0025]在一種實施方式中，保持扭矩是使用處于展開和/或折疊結構的制動器產生的。在一種實施方式中，制動器是用來機械阻止隨動葉片組1lB相對于從動葉片組1lA轉動的裝置。一種制動器是磁性制動器，其使用了結合到從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB內的兩個磁體的吸力。圖3A圖示了根據一種實施方式的處于折疊結構的從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB的磁體位置的細節圖。請注意，從動葉片組1lA和隨動葉片組1lB可具有比圖3A中示出的更多或更少的磁體。也就是說