[实用新型]折叠桨机构和无人飞行器

说明书

本实用新型公开了一种折叠桨机构和无人飞行器，折叠桨机构包括桨夹上盖、桨夹底座以及两桨叶，桨夹底座上凸设有两凸柱，所述桨叶具有固定端和自由端，所述桨叶的固定端上开设有第一通孔，所述桨夹上盖上对应每个所述转轴均开设有一第二通孔，所述转轴穿过所述第一通孔与所述第二通孔连接，所述折叠桨机构还包括嵌设于所述第一通孔内且套设于所述转轴外的套筒，所述套筒可在所述桨叶展开后体积变大，以使所述桨叶、所述套筒和所述转轴三者实现紧配合。本实用新型在非工作状态下桨叶与转轴配合间隙较大，摩擦较小，能轻松折叠展开，而工作时桨叶与转轴配合间隙减小，甚至是变成过盈配合，消除桨叶与桨夹间的动摩擦，消除电机加减速过程中伴随的后掠现象。

技术领域

本实用新型涉及无人机领域，尤其涉及一种折叠桨机构。

背景技术

螺旋桨是多旋翼无人机动力系统的重要组成部分，早期多旋翼无人机的旋翼是一体成型的固定式双叶桨，后期出于对运输及存放的安全和空间考虑，开始采用目前主流的便携式可折叠桨设计。

一般折叠桨通常以桨夹作为连接件，以旋转副的形式将两片单边桨叶进行连接，再将桨夹固定在外转子电机的转动部分。其基本工作原理如下：起飞时电机的转动通过惯性作用使桨叶从双叶重叠的状态甩开，足够大的转速使桨叶在离心力的作用下展开后正常工作，为飞机提供动力。旋翼螺旋桨产生动力的原理与水泵相似，高速旋转的桨叶带动流体流动，桨叶两侧的流体压差作用在桨叶曲面上进而产生动力。

虽然折叠桨大幅减小了所需要的运输及存储空间，提升了便携性，但同时也带来了以下相应的缺陷：

1、折叠桨降低了动力系统的整体效率。其一，相较于一体成型的固定式双叶桨完整的近似刚体力传递方式，可折叠桨单边桨叶的运动则由两种方式组成：桨叶在自身的旋转平面内的转动是由与桨夹的上下接触表面及旋转副的接触表面的摩擦力驱动，而在垂直于自身旋转平面方向的移动，则是由两刚体的接触力传递实现，两种桨的力传递效率有所不同。其二，桨叶的可活动性意味着，在正常运转过程中无法保证双边桨叶间夹角维持180度的理想值，电机的加减速动作将会伴随桨叶后掠现象(即桨叶间夹角动态变化)，这将影响桨叶推动流体流动的速度，进而影响桨叶两侧的流体压差，降低动力系统的效率。

2、折叠桨提高了桨叶的设计、制造难度及维护成本(合适的夹紧力设计、动摩擦、磨损)，可折叠桨的结构设计及制造过程中需要严格保证桨夹对桨叶的夹紧力适中。过大的夹紧力会导致飞机在起飞时无法正常展开桨叶，夹紧力如果过松，一方面如前所述，桨叶的轴向和径向跃动会降低整个动力系统的效率。另一方面由于多旋翼飞行器在飞行过程时刻在进行姿态的调整，以实现平衡或移动，相应带来了电机频繁的加减速过程。在此种情况下，两片存在旋转折叠自由度的桨叶间夹角会不断变化，也意味着桨叶根部与桨夹接触的上下表面，以及旋转副的接触面，长时间处于与上下桨夹(或垫片)相对动摩擦的状态。高频的动摩擦过程会加剧接触区域的材料磨损，增大桨夹与桨叶间的间隙，导致桨叶的性能下降，缩短折叠桨的使用寿命，提高维护成本。而想在设计及制造过程中做到夹紧力合适绝非易事，所需要的设计及试制工艺迭代次数不可控。

综合以上两点，理想的可折叠桨应具备如下特性：在非工作状态下配合间隙较大，摩擦较小，能轻松折叠展开，而工作时配合间隙减小，甚至是变成过盈配合，消除桨叶与桨夹间的动摩擦，无限近似一体成型的固定式双叶桨的工作状态。

为了实现这个目标，目前提出的技术方案多是基于增加能实现自锁的机械结构的思路，但复杂的机械结构设计一方面增加了制造难度及成本，另一方面也降低了动力系统的可靠性。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种以特殊材料的可控形变实现折叠桨桨叶旋转副间隙变化的折叠桨机构。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：