夹式推进器安装件的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2018年4月27日提交的美国临时申请第62/663,500号的权益，该美国临时申请通过引用全文合并于此。本申请也与和本申请同日提交的名称为“用于减少阻力的被动折叠推进器叶片”代理人案号为xcom-1-65753的美国申请有关。

本公开总体上涉及推进器叶片安装件，具体地但非排他地，涉及用于无人飞行器的推进器叶片安装件。

背景技术：

无人运载工具，其也可称为自主运载工具，是能够在没有实际存在的人类操作者的情况下行驶的运载工具。无人运载工具可以以遥控模式、自主模式或部分自主模式操作。

当无人运载工具以遥控模式操作时，位于远程位置的飞行员或驾驶员可以通过经由无线链路发送到无人运载工具的命令来控制无人运载工具。当无人运载工具以自主模式操作时，无人运载工具通常基于预编程的导航航点、动态自动化系统或这些的组合来移动。此外，一些无人运载工具可以以遥控模式和自主模式两者来操作，并且在一些情况下可以同时以两种模式操作。例如，作为示例，远程飞行员或驾驶员可能希望在手动执行另一任务(诸如操作用于拾取物体的机械系统)的同时将导航交托给自主系统。

各种类型的无人运载工具针对各种不同的环境而存在。例如，无人运载工具针对在空中、在地面上、在水下或在太空中的操作而存在。总体来说，无人飞行器(uav)或无人机正越来越受欢迎。随着其设计完善和其功能扩展，期望其在商业上的适用性扩展。提高uav的效率和耐久性的设计将扩展其任务能力。

附图说明

本发明的非限制和非穷举的实施方式参照附图被描述，其中，贯穿各个视图，相同的附图标记表示相同的部分，除非另外指明。并非元件的所有实例都有必要被标记，从而在适当的地方不使附图混乱。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在示出所描述的原理上。

图1是根据本公开的一实施方式的具有处于展开位置的垂直推进单元的推进器叶片的飞行器的透视图图示。

图2是根据本公开的一实施方式的具有处于收起位置的垂直推进单元的推进器叶片的飞行器的俯视图图示。

图3是根据本公开的一实施方式的用于将推进器叶片联接到电动机转子的子组件的透视图图示，该电动机转子包括与夹入式基座安装件配合的夹入式转子盖。

图4是根据本公开的一实施方式的子组件的透视图图示，其包括夹入式转子盖的底视图。

图5是根据本公开的一实施方式的包括夹入式转子盖的子组件的分解视图图示。

图6a是根据本公开的一实施方式示出如何将夹入式转子盖附接到夹入式基座安装件的透视图图示。

图6b是根据本公开的一实施方式的夹入式基座安装件的透视图图示。

图7是根据本公开的一实施方式的用于将推进器叶片联接到电动机转子的子组件的透视图图示。

图8a和图8b是根据本公开的一实施方式的保持器盖的透视图图示。

具体实施方式

这里描述了用于被动地折叠推进器叶片以减小阻力的操作的装置、系统和方法的实施方式。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施方式的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，这里描述的技术可以在没有一个或更多个具体细节的情况下、或者在利用其它方法、部件、材料等的情况下被实践。在其它情况下，众所周知的结构、材料或操作未被详细描述或示出，以避免混淆某些方面。

贯穿本说明书对“一个实施方式”或“一实施方式”的引用意思是结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，贯穿本说明书在各个位置的短语“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”的出现并不一定都指同一实施方式。此外，在一个或更多个实施方式中，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。

这里公开的实施方式描述了用于将推进器叶片枢轴安装到电动机转子的机械结构和技术，该机械结构和技术能够实现将推进器叶片从使用时的展开位置被动折叠到闲置时的收起位置。在向前飞行期间，收起位置提供减小的阻力。推进器叶片折叠到收起位置通过风阻被动地实现，而枢转回展开位置通过由枢轴安装件偏离电动机转子的中心旋转轴线定位而导致的离心力实现。

虽然推进器叶片安装件适用于各种运载工具应用，但是所描述的技术在具有用于水平推进和垂直推进的分离的推进单元的应用中特别有用，在所述应用中垂直起降推进在水平巡航期间是闲置的。

图1和图2示出了根据本公开的一实施方式的飞行器100。飞行器100的所示实施方式是垂直起降(vtol)无人飞行器(uav)，其包括分别用于提供水平推进和垂直推进的分离的推进单元106和112。飞行器100是固定机翼飞行器，顾名思义，它具有机翼组件102，该机翼组件102可以基于机翼形状产生升力，并且可以在由推进单元106水平推进时产生运载工具的前进空速。图1是在其中垂直推进单元112的推进器叶片被展开以提供垂直推进的垂直起降期间操作的飞行器100的透视图图示。图2是在其中垂直推进单元112的推进器叶片闲置(即，不旋转)并被收起以减小向前运动期间的剖面阻力(dragprofile)的水平巡航模式下操作的飞行器100的俯视图图示。如图所示，由于飞行器100的向前运动导致的风阻，垂直推进单元112的推进器叶片被收起并被动地排列减小阻力。相比之下，当垂直推进单元112旋转时，由于离心力，垂直推进单元112的推进器叶片在图1中被展开。

飞行器100的所示实施方式具有机架，该机架包括机身104和机翼组件102。在一个实施方式中，机身104是模块化的，并且包括电池模块、航空电子设备模块和任务有效载荷模块。这些模块可以是彼此可分离的和彼此可机械固定的，以连续形成机身或主体的至少一部分。

电池模块包括用于容纳一个或更多个电池的腔，所述一个或更多个电池用于为飞行器100供电。航空电子设备模块容纳飞行器100的飞行控制电路，该飞行控制电路可以包括处理器和存储器、通信电子设备和天线(例如，蜂窝收发器、wifi收发器等)以及各种传感器(例如，全球定位传感器、惯性测量单元(imu)、磁罗盘等)。任务有效载荷模块容纳与飞行器100的任务相关联的设备。例如，任务有效载荷模块可以包括用于保持和释放附接在外部的有效载荷的有效载荷致动器。在另一实施方式中，任务有效载荷模块可以包括用于承载相机/传感器设备(例如，相机、透镜、雷达、激光雷达、污染监测传感器、天气监测传感器等)的相机/传感器设备支架。

如图所示，飞行器100包括位于机翼组件102上的水平推进单元106，水平推进单元106可以各自包括用于水平地推进飞行器100的电动机、具有轴的电动机转子和推进器叶片。飞行器100的所示实施方式还包括两个固定到机翼组件102的吊杆组件110。垂直推进单元112安装到吊杆组件110。垂直推进单元112还可以各自包括用于提供垂直推进的电动机、具有轴的电动机转子和推进器叶片。如上所述，垂直推进单元112可以在飞行器100正在下降(例如，到达递送位置)、上升(例如，在递送之后)或保持恒定高度的悬停模式期间使用。稳定器108(或尾翼)可以被包括在飞行器100中，以在巡航期间控制俯仰并稳定飞行器的偏航(左转或右转)。在一些实施方式中，在巡航模式期间，垂直推进单元112被禁用，在悬停模式期间，水平推进单元106被禁用。在其它实施方式中，在巡航模式期间，垂直推进单元112仅被提供低电力，和/或在悬停模式期间，水平推进单元106仅被提供低电力。

在飞行期间，飞行器100可以通过控制其俯仰、滚转、偏航和/或高度来控制其运动的方向和/或速度。来自水平推进单元106的推力用于控制空气速度。例如，稳定器108可以包括用于控制飞行器的偏航的一个或更多个方向舵108a，机翼组件102可以包括用于控制飞行器的俯仰的升降舵和/或用于控制飞行器的滚转的副翼102a。作为另一示例，同时增大或减小所有推进器叶片的速度可以分别导致飞行器100增大或减小其高度。

示出的固定机翼飞行器的许多变化是可能的。例如，具有更多机翼(例如，具有四个机翼的“x-机翼”构造)的飞行器也是可能的。尽管图1和图2示出了一个机翼组件102、两个吊杆组件110、两个水平推进单元106、以及每个吊杆组件110有六个垂直推进单元112，但是应理解，可以以更多或更少的这些部件来实现飞行器100的其它变型。

应理解，这里对“无人”飞行器或uav的引用可以等同地应用于自主和半自主飞行器。在完全自主的实施例中，飞行器的所有功能是自动化的；例如，通过实时计算机功能进行预编程或控制，该实时计算机功能响应来自各种传感器和/或预定信息的输入。在半自主的实施例中，飞行器的一些功能可以由人类操作者控制，而其它功能自主地执行。此外，在一些实施方式中，uav可以配置为允许远程操作者接管原本可由uav自主控制的功能。此外，给定类型的功能可以在一个抽象级别上被远程控制，而在另一抽象级别上自主执行。例如，远程操作者可以控制针对uav的高级导航决策，诸如指定uav应从一个位置行进到另一位置(例如，从郊区的仓库到附近城市的递送地址)，而uav的导航系统可以自主控制更细粒度的导航决策，诸如在两个位置之间采取的特定路线、用于实现路线的特定飞行控制以及在导航路线的同时避开障碍物等。

图3、图4、图5、图6a和图6b是示出根据本公开的一实施方式的推进单元(例如，垂直推进单元112)的子组件300的各方面的不同视图，该子组件300用于将推进器叶片联接到电动机转子。图3和图6a是顶部透视图，图4是底部透视图，图5是子组件300的分解图。子组件300的所示实施方式包括电动机转子305、夹入式基座安装件310、保持器基座315、保持器盖320、枢轴安装件325、止动块330、推进器叶片335和机械紧固件317。夹入式基座安装件310的所示实施方式包括凸起的对准环340、凸轮槽345和制动件(detent)350(见图6b)。保持器基座315的所示实施方式包括保持凸轮355、弹簧腔360和弹簧365(见图4)。推进器叶片335的所示实施方式包括近侧基座370、近侧基座370中的孔375和远侧末端380(见图3和图5)。电动机转子305包括连接到轴309的盖板307，两者一起旋转。

参照图5，枢轴安装件325被实现为轴承326，其滑动穿过推进器叶片335中的孔375并与保持器盖320中的凹陷510配合。轴承326将推进器叶片335的运动限制为绕偏置枢转轴线505的旋转。偏置枢转轴线505基本上平行于但物理上偏离中心旋转轴线306，电动机转子305绕该中心旋转轴线306旋转。轴承326沿着偏置枢转轴线505在保持器基座315与保持器盖320之间延伸。近侧基座370中的孔375滑过轴承325并围绕轴承325装配。在所示实施方式中，轴承326是附接到保持器基座315的圆柱形凸台，该圆柱形凸台固定到保持器盖320中的凹陷510。在一个实施方式中，保持器基座315与轴承326一起由金属(例如，铝)制造，而推进器叶片335由塑料制造。在一个实施方式中，保持器基座315与轴承326一起被阳极氧化和/或涂覆有聚四氟乙烯(ptfe)以改善磨损特性。在其他实施方式中，所述部件中的一个或更多个可以由碳纤维增强的聚合物制造。

保持器盖320不仅操作用于支撑轴承326的顶侧，而且将推进器叶片335夹持在保持器基座315与保持器盖320之间。在所示实施方式中，单个机械紧固件317沿着中心旋转轴线306拧入到保持器盖320上的单个内螺纹凸台中以提供夹持力。在其它实施方式中，轴承326可以被实现为内螺纹凸台，并且一对机械紧固件可以沿着偏置枢转轴线505穿过保持器盖320拧入到螺纹凸台中(例如，见图7)。相对于推进器叶片335的近侧基座370的厚度的轴承326的长度被选择，以允许推进器叶片335绕偏置枢转轴线505自由地枢转而不容许过度的倾斜或二面弯曲(dihedralbending)。

当电动机转子305绕中心旋转轴线306旋转时，推进器叶片335绕偏置枢转轴线505枢转到其展开位置。止动块330在不同的周向位置安装在推进器叶片335之间，以限制推进器叶片335绕偏置枢转轴线505在任一旋转方向上的枢转量。当电动机转子305在初始转动开始旋转时，止动块330推抵于推进器叶片335的后缘以开启其绕中心旋转轴线306的旋转运动。一旦推进器叶片335旋转，离心力就接管并且推进器叶片335由于枢轴安装件325的偏移位置而枢转到其展开位置。在所示实施方式中，止动块330的接触推进器叶片335的表面具有与推进器叶片335的局部曲率匹配的曲率，以将推进器叶片335上的力分布在较大的区域上。在一个实施方式中，止动块330的接触表面由比推进器叶片335更软的材料制造，以减少推进器叶片335上的凹痕或减小对推进器叶片335的损坏。例如，止动块330可以具有覆盖橡胶的涂层、塑料涂层等。

当电动机转子305在飞行器100的巡航期间闲置(即，不旋转)时，风阻使推进器叶片335绕偏置枢转轴线505枢转到收起位置。风阻和推进器叶片335在枢轴安装件325处的自由旋转运动允许推进器叶片335被动地与风对准，以减小其前进到风中的截面面积，从而减小其剖面阻力。止动块330被设定尺寸使得在顺风位置不发挥作用的给定止动块330还用于防止推进器叶片335的空气动力学表面(例如，升力表面、后缘、前缘等)在收起位置彼此接触。这防止推进器叶片335上的空气动力学表面的结合、毁损或其它损坏。尽管图4和图5示出了被集成到保持器基座315中的止动块330，但是在其它实施方式中，止动块可以被集成到保持器盖中(例如，见图8a和图8b)。在另外的实施方式中，止动块可以被形成到推进器叶片335的近侧基座370中(未示出)。

子组件300的所示实施方式是夹入式实施方式，其在实地用手将推进器叶片335附接到电动机转子305而不需要工具。因此，保持器基座315也称为夹入式转子盖315，因为其夹在电动机转子305上并盖在其上。参照图4、图6a和图6b，夹入式转子盖315(也称为保持器基座315)包括与设置在夹入式基座安装件310中的凸轮槽345配合的保持凸轮355。保持凸轮355是在凸轮槽345中滑动的机械联动装置。在所示实施方式中，每个保持凸轮355是一种脚或l形托架，其从夹入式转子盖315的面对夹入式基座安装件310的背面突出。如图6a所示，夹入式转子盖315通过三部运动可拆卸地夹入(配合)到夹入式基座安装件310中：(1)将保持凸轮355对准凸轮槽345并将部件推到一起以克服来自弹簧365的排斥力，(2)相对于夹入式基座安装件310扭转夹入式转子盖315，以及(3)释放夹入式转子盖315使得弹簧365迫使保持凸轮355进入到制动件350中。参照图4和图5，弹簧365设置在弹簧腔360内，并在弹簧365的绷紧的卷曲端通过机械紧固件317固定在适当位置。对准环340(图6b)围绕夹入式基座安装件310的周边延伸，并提供针对夹入式转子盖315的对准结构和剪切力保持。

在一个实施方式中，夹入式转子盖315和夹入式基座安装件310被设计为在推进器叶片与具有阈值质量的物理物体碰撞的情况下提供自动“弹出”分离。例如，在一个实施方式中，制动件350具有斜角止动件(仅示出了突然的90度的止动件351)，并且弹簧365的弹簧系数被选择使得足够的旋转力将使夹入式转子盖315与推进器叶片335一起从电动机转子305和夹入式基座安装件310分离。保持凸轮355旋转分离出槽345的方向被选择为与电动机转子305在操作期间的旋转方向相反。以这种方式，推进器叶片335与静止的物理物体的撞击可以提供用于分离夹入式转子盖315的正确的冲击力和旋转方向。斜角止动件的角度(及其倾斜方向)和弹簧系数可以被选择使得弹出发生在推进器叶片335被撞击损坏之前，或者如果被撞击的物理物体是手或手指则发生在对人的手造成严重伤害之前。如图6a和图6b的实施方式所示，夹入式基座安装件310通过穿过螺钉孔605的机械紧固件(例如，四个)固定到电动机转子305。

图7是根据本公开的一实施方式的用于将推进器叶片335联接到电动机转子705的另一子组件700的透视图图示。子组件700的所示实施方式包括电动机转子705、保持器基座715、保持盖720、枢轴安装件725以及机械紧固件717和718。子组件700以与子组件300类似的方式操作，以使用在偏置枢转轴线730处的枢轴安装件725将推进器叶片335固定到电动机转子705，偏置枢转轴线730基本上平行于但偏离中心旋转轴线740。然而，枢轴安装件725是由从保持器基座715延伸的内螺纹凸台制造的轴承。保持器盖720通过机械紧固件717固定在内螺纹凸台上，该机械紧固件717穿过保持器盖720拧入到内螺纹凸台中。尽管电动机转子705被示出为具有轮毂、轮辐和轮辋盖板，但是应理解，电动机转子305或705的盖板可以采用该形状或其它形状。

图8a和图8b是根据本公开的一实施方式的保持器盖800的透视图图示。保持器盖800包括集成的止动块805。保持器盖800可以与子组件300或700中的任何一个结合使用，以分别替换其示出的保持器盖320或720。

本发明的所示实施方式的以上描述，包括摘要中描述的内容，不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然这里出于说明目的描述了本发明的特定实施方式和示例，但是相关领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内可以进行各种修改。

可以根据以上详细描述对本发明进行这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制为说明书中公开的特定实施方式。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，所附权利要求将根据权利要求解释的既定原则来解释。

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