飞机螺旋桨电动叶片螺距的改变和控制的制作方法

飞机螺旋桨电动叶片螺距的改变和控制


背景技术：

[0001]
示例性实施方案涉及螺旋桨系统领域。更具体地，本公开涉及飞机螺旋桨系统的叶片螺距控制系统。
[0002]
飞机的螺旋桨系统通常利用某种形式的机构来改变围绕轮毂布置的螺旋桨叶片的螺距，以稳定或改善螺旋桨操作的性能和/或效率。这样的系统通常是液压驱动的，从而需要高压油流以及相关的阀和密封件。利用油压来致动螺距改变机构，以改变螺旋桨叶片的螺距。
[0003]
一些螺距改变机构是电动的，利用大型、笨重、位于中心位置的马达驱动中心螺距改变机构来共同改变螺旋桨叶片的螺距。


技术实现要素：

[0004]
在一个实施方案中，一种飞机的螺旋桨组件包括轮毂、从轮毂延伸并固定到轮毂的多个螺旋桨叶片，以及位于多个螺旋桨叶片中的至少一个螺旋桨叶片处的螺旋桨叶片螺距改变系统。螺旋桨叶片螺距改变系统包括位于螺旋桨叶片中的螺距改变致动器，以及可操作地连接到螺距改变致动器和螺旋桨叶片以推动螺旋桨叶片绕螺旋桨叶片轴旋转的驱动机构。
[0005]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，螺距改变致动器位于螺旋桨叶片的叶片凹穴中。
[0006]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，螺距改变致动器经由一个或多个防旋转特征件连接到轮毂。
[0007]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，螺距改变致动器是闭环伺服马达或步进马达中的一个。
[0008]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，驱动机构是谐波齿轮系或行星齿轮系中的一个。
[0009]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，一个或多个叶片螺距传感器检测螺旋桨叶片的螺距角。
[0010]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，一个或多个叶片螺距传感器可操作地连接到螺距改变控制器，以将螺旋桨叶片螺距的反馈提供给螺距改变控制器。
[0011]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，电源被配置为经由轮毂向螺距改变致动器提供电力。
[0012]
在另一个实施方案中，一种螺旋桨叶片螺距改变系统包括：螺距改变致动器，其设置在螺旋桨叶片的叶片凹穴中；以及驱动机构，其可操作地连接到螺距改变致动器和螺旋桨叶片以推动螺旋桨叶片绕螺旋桨叶片轴旋转。
[0013]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，螺距改变致动器配置成用于经由一个或多个防旋转特征件连接到螺旋桨轮毂。
[0014]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，螺距改变致动器是闭环伺服马达或
步进马达中的一个。
[0015]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，驱动机构是谐波齿轮系或行星齿轮系中的一个。
[0016]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，一个或多个叶片螺距传感器检测螺旋桨叶片的螺距角。
[0017]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，一个或多个叶片螺距传感器可操作地连接到螺距改变控制器，以将螺旋桨叶片螺距的反馈提供给螺距改变控制器。
[0018]
在又一个实施方案中，一种改变螺旋桨的螺旋桨叶片的螺距的方法，包括：激活螺距改变致动器，所述螺距改变致动器位于螺旋桨叶片的螺旋桨叶片凹穴中。经由激活螺距改变致动器来驱动可操作地连接到螺距改变致动器的驱动机构，并且经由驱动机构的驱动来改变螺旋桨叶片的螺距，所述驱动机构可操作地连接到螺旋桨叶片。
[0019]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，螺距改变致动器是伺服马达或步进马达中的一个。
[0020]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，驱动机构是谐波齿轮系或行星齿轮系中的一个。
[0021]
另外地或替代地，在这个或其他实施方案中，经由一个或多个叶片螺距传感器来检测螺旋桨叶片的螺距。
附图说明
[0022]
以下描述不应被视为以任何方式限制。参考附图，相似元件用相似数字编号：
[0023]
图1是飞机的一个实施方案的平面图；
[0024]
图2是螺旋桨组件的一个实施方案的平面图；并且
[0025]
图3是螺旋桨叶片螺距系统的一个实施方案的截面图。
具体实施方式
[0026]
本文中参考附图以举例而非限制的方式呈现了所公开的设备和方法的一个或多个实施方案的详细描述。
[0027]
参考图1，示出了飞机10的实施方案。飞机包括动力系统12，所述动力系统12驱动螺旋桨14绕螺旋桨轴16旋转。动力系统12通过例如螺旋桨轴16可操作地连接到螺旋桨14。尽管在图1的实施方案中示出了一个螺旋桨14和一个动力系统12，但是本领域的技术人员将容易理解，本公开可以类似地应用于具有两个或更多个螺旋桨14和/或两个或更多个动力系统12的飞机10。在一些实施方案中，动力系统12包括内燃机或燃气涡轮发动机。在一些实施方案中，动力系统12是混合动力系统12，其包括至少在一些工况下驱动螺旋桨的电力。
[0028]
参考图2，示出了螺旋桨14的实施方案。螺旋桨14包括位于螺旋桨轴80处的轮毂18，以及从轮毂18径向向外延伸的多个螺旋桨叶片20。尽管在图2的实施方案中示出了四个螺旋桨叶片20，但是螺旋桨14的其他实施方案可包括两个、三个、五个或更多个螺旋桨叶片20。每个螺旋桨叶片20从叶片根部22延伸到叶片尖端24。
[0029]
现在参考图3，螺旋桨叶片20包括位于叶片根部22处或附近的叶片保持部分26。叶片保持部分26被接纳在轮毂18的轮毂保持部分28处。包括一个或多个保持轴承32的叶片保
持装置30用于将螺旋桨叶片20保持在轮毂18处。
[0030]
螺旋桨叶片20形成有叶片凹穴34，所述叶片凹穴34从叶片根部22至少部分地延伸到叶片尖端24。螺距改变致动器36设置在叶片凹穴34中。螺距改变致动器36经由附接机构38(诸如板40和一个或多个紧固件42)可操作地连接到螺旋桨叶片20，从而将螺距改变致动器36保持在叶片凹穴34中。螺距改变致动器36包括致动器外壳44，诸如高扭矩伺服马达或步进马达的马达46定位在所述致动器外壳44中。此外，马达46经由诸如谐波齿轮系或紧凑型行星齿轮系的传动系50连接到驱动轴48。传动系50提供输出到传动轴48的马达46的速度降低和扭矩增加。传动系50在例如叶片根部22处可操作地连接到螺旋桨叶片20，使得螺距改变致动器36的操作使螺旋桨叶片20绕螺旋桨叶片轴52旋转，从而改变螺旋桨叶片20的螺距。在一些实施方案中，螺距改变致动器36可与一个或多个隔振和/或环境密封件54一起位于叶片凹穴34中，以将螺距改变致动器36支撑在叶片凹穴34中。
[0031]
桨距改变致动器36配置成提供在每秒20度和30度之间的螺旋桨叶片20的螺距改变率。此外，当传动系50没有驱动螺旋桨叶片20的螺距改变时，传动系50用作制动器以防止螺旋桨叶片20的螺距改变。
[0032]
在这个描绘中，螺距改变致动器36连接到圆顶结构的防旋转特征件56，该圆顶结构的防旋转特征件56在结构上接地到轮毂18。类似的结构接地实施方案可以通过集成到轮毂18的中心并且从轮毂18的中心延伸的特征件来实现。防旋转特征件56确保螺距改变致动器36的扭矩经由传动系50传递到螺旋桨叶片20。一个或多个叶片角度传感器60例如位于轮毂18与螺旋桨叶片20之间。可以通过定位由58所描绘的叶片角度传感器来实现类似的实施方案。叶片角度传感器58或60被配置为检测螺旋桨叶片20的螺距角，以将反馈提供给螺距改变致动器36和/或螺距改变控制器(未示出)，所述螺距改变控制器可以是安装在圆顶上(与螺旋桨一起旋转)或安装在推进系统的固定发动机侧的螺旋桨。螺距改变控制器连接到螺距改变致动器36，所述螺距改变致动器36对螺距改变致动器36的操作进行供电和控制。在一些实施方案中，叶片角度传感器58被固定在轮毂18和螺旋桨叶片20之间的轮毂面62处。
[0033]
这个实施方案示出了螺距改变致动器，所述螺距改变致动器附接到叶片(以叶片螺距旋转)并且针对结构防旋转接地到轮毂而致动。另一个实施方案可以将螺距改变致动器附接到轮毂的结构接地并且致动叶片的结构特征件(螺距改变致动器/马达不会在叶片中心线上旋转)。
[0034]
在一些实施方案中，经由例如滑环或其他系统(未示出)，从飞机电源64通过轮毂18向螺距改变致动器36和叶片角度传感器58或60提供电力。在其他实施方案中，螺距改变致动器36由电池供电，并且还可以经由无线连接而连接到螺距改变控制器和/或叶片角度传感器58或60。
[0035]
螺距改变致动器36被配置为允许大约每秒25度的螺距改变速度。此外，螺距改变致动器36根据螺旋桨应用提供输出扭矩，所述输出扭矩可以高达15,000in-lbs。谐波传动系50可以具有约200∶1的非常高的减速比，而行星传动系50提供约15∶1的减速比。为了获得每秒25度的螺距改变率，即大约840rpm。因此，“高速”闭环步进马达或伺服马达将在12,000到50,000rpm的范围内。然而，这将是包装减速齿轮或调整减速齿轮的尺寸之前基本马达的扭矩输出能力的函数。
[0036]
在螺旋桨14的螺旋桨叶片20中并入有诸如本文所述的螺距改变机构允许对每个螺旋桨叶片20的螺距角进行紧凑和单独的控制。可以利用对螺旋桨叶片20的螺距角的单独控制来校正螺旋桨14的空气动力不平衡，并提供螺旋桨的周期性螺距控制。
[0037]
术语“约”旨在包括基于提交本申请时可用的设备的与特定量的测量相关联的误差程度。
[0038]
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在作为对本公开的限制。如本文所用，除非在上下文另外明确指出，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该/所述”也意图包括复数形式。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件部件和/或它们的组。
[0039]
虽然已经参考一个或多个示例性实施方案描述了本公开，但本领域技术人员应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可进行各种改变并可用等效物替代本公开的元件。另外，在不脱离本公开实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，希望本公开不限于公开作为预期用于实施本公开的最佳模式的特定实施方案，而是本公开将包括落在权利要求范围内的所有实施方案。

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