具有至少兩個螺旋槳槳葉的螺旋槳組件的製作方法

2023-06-19 22:45:41 1

本發明涉及一種螺旋槳組件，該螺旋槳組件具有至少兩個螺旋槳槳葉，該至少兩個螺旋槳槳葉由相關聯的連接裝置互連，該相關聯的連接裝置限定該至少兩個螺旋槳槳葉在操作中的共用槳距軸線，且該至少兩個螺旋槳槳葉的每個槳葉均包括相關聯的前緣和尾緣，該相關聯的前緣和尾緣限定其相應的翼弦和四分之一翼弦線，且該螺旋槳組件包括如權利要求所述的特徵。本發明進一步涉及一種飛行器，該飛行器包括此種螺旋槳組件，且該飛行器包括如權利要求14所述的特徵。

背景技術：

螺旋槳組件通常實施為所謂的固定槳距螺旋槳，即螺旋槳所具有的螺旋槳槳葉無法圍繞這些螺旋槳槳葉的相應縱向軸線轉動來進行槳距調節。這些固定槳距螺旋槳在它們相關聯的螺旋槳平面之上產生均勻的升力分布，只要這些螺旋槳在軸向空氣入流場中操作即可。下文簡稱為「軸向入流場」的此種軸向空氣入流場通常在給定飛行器的懸停狀況期間產生。

然而，在給定飛行器的向前飛行狀況期間，這些固定槳距螺旋槳並不在它們的相關聯螺旋槳平面之上產生均勻的升力分布，而是在這些螺旋槳的相關聯螺旋槳平面的相對較大部分中產生不足量的阻力，因為空氣並非軸向地進入螺旋槳平面。換言之，在向前飛行狀況期間，固定槳距螺旋槳在下文也簡稱為「非軸向入流場」的非軸向空氣入流場中操作，這會引起不足量的阻力並且導致需要相對較大量的動力來推進給定飛行器。

例如，如果具有兩個直徑上相對的螺旋槳槳葉的基本上垂直安裝的固定槳距螺旋槳在非軸向入流場中，例如在向前飛行狀況期間操作，則相應的前行槳距會產生相當大量的升力、阻力和俯仰力矩，而相應的後行槳距也會產生相當大量的阻力，但由於該後行槳距的基礎固定螺旋槳槳距角而僅僅產生相對較低量的升力和俯仰力矩。更確切地說，通常將螺旋槳槳葉的翼型描述為翼弦c，該翼弦限定從螺旋槳槳葉的相應前緣至相應尾緣的距離。為了描述作用在給定翼型上的空氣動力學作用力和力矩，通常使用翼型的、偏離前緣的所謂c/4點。在該c/4點中，阻力和俯仰力矩作用在給定飛行器上，且由此在該點處給出所有的空氣動力學參數。因此，將c/4點命名為「翼型參照點」，該翼型參照點限定所謂的c/4線，即四分之一翼弦線，該四分之一翼弦線沿著螺旋槳的翼展並且用於允許大範圍的各種翼型相對於彼此的比較。這也適用於上述示例，其中，用作翼型的前行槳葉在該前行槳葉的相關聯四分之一翼弦線處產生較高的升力、較高的阻力以及較高的俯仰力矩，而後行槳葉在該後行槳葉的相關聯四分之一翼弦線處產生較低的升力、較高的阻力以及較低的俯仰力矩。

於是，相對的螺旋槳槳葉之間的相關聯力分布在作用力上還是在力矩上都是不平衡的。這附加地產生相對較大量的槳葉根部動量，這對於相應的螺旋槳槳葉設計是不利的。總是，由於傳統的固定槳距螺旋槳並不具有任何槳距調節裝置，因而這些螺旋槳在操作中的升力和阻力分布是極為不利的。

此種問題可通過應用具有旋翼槳葉的鉸接式旋翼組件來避免，其中每個旋翼槳葉鉸接並且在該旋翼槳葉的轉動方位角上單獨地控制。這通常稱為周期變距致動，該周期變距致動在當前的垂直的起飛和降落飛行器中實施並且通常需要複雜的、重型且成本密集的槳距調節裝置，該槳距調節裝置需要通過主動地致動每個旋翼槳葉來個別地調節每個旋翼槳葉。

更確切地說，鉸接式旋翼組件是主動致動的旋翼組件，該主動致動的旋翼組件通常不僅設有周期變距調節裝置而且設有總距調節裝置以對於升力和阻力都是有效的。因此，甚至在非軸向入流場中操作期間，也能實現在旋翼組件的轉動方位角上的均勻升力分布。該方位角相對於相應的前行旋翼槳葉限定為對於該旋翼槳葉的最後方位置是0°而在相應的前行槳葉一側上是90°。然而，周期變距調節裝置和總距調節裝置通常實施為主動致動裝置，該主動致動裝置具有相對較大的複雜度和重量，並且需要成本高、複雜控制機構和監視裝置。

文獻us2614637描述了一種直升飛機的旋翼組件，該旋翼組件設有基於節流設置和動力，即旋翼組件在操作中的轉動速度的自動旋翼槳距調節機構。更確切地說，旋翼組件包括多個旋翼槳葉，每個旋翼槳葉均附連於相關聯的短軸，該短軸能在直升飛機的輪轂結構中角向地調節以用於槳距變化。輪轂結構連結於垂直延伸的中空軸，該中空軸在操作中由直升飛機的合適動力源轉動。每一個旋翼槳葉經由相關聯的臂連接於軸環並且經由鐘形曲柄杆連接於配重，該軸環藉助施加於該軸環的彈性力而能主動地運動，而該鐘形曲柄軸能藉助在操作中作用在配重上的離心力運動。因此，每一個旋翼槳葉的槳距在操作中自動地並且獨立於所有其它旋翼槳葉的槳距來調節。因此，旋翼組件適合於對於迎風或rpm的突然改變做出積極地反應，並且通過減小/增大槳葉的入射角來抵消。

然而，由於所需的臂、軸環、杆件以及配重，此種自動旋翼槳距調節機構是相對複雜、重型且成本高的。此外，在旋翼組件的相對旋翼槳葉之間並不存在力和力矩的傳遞。

文獻wo2014160526描述了一種用於微型飛行器的被動旋翼控制機構。更確切地說，描述了一種欠致動被動機構，該欠致動被動機構適合於通過調節平均旋翼速度並且通過經由電動機扭矩的協調脈衝來產生控制力矩以維持此類飛行器的提升推力。電動機扭矩的快速脈衝引起旋翼槳葉的迎角發生振蕩，且由此導致「周期控制」，而無需傳統的輔助致動器和聯動件。換言之，槳距調節藉助這樣一種系統來執行，該系統藉助與電動機扭矩相連結的脈衝控制件來經由致動器主動地控制相關聯的單獨安裝的旋翼槳葉的相對運動。因此，此種主動控制系統至少設有處理器和存儲器。

然而，由於所需的處理器和存儲器，此種主動控制系統相對較為複雜和繁冗。此外，在旋翼組件的相對旋翼槳葉之間並不存在力和力矩的傳遞。

此外，應注意的是，rc直升飛機，即無線電控制的模型直升飛機對於本領域技術人員而言也是眾所周知的。此種rc直升飛機常常包括上部和下部旋翼平面，每一個旋翼平面均包括兩個在操作中直徑地相對的旋翼槳葉。上部旋翼平面進一步設有兩個直徑地相對的配重臂，這些配重臂相對於相關聯的直徑地相對的旋翼槳葉以大約30°至50°的角度設置並且在這些配重臂的自由端部處設有相應的配重。此外，直徑地相對的旋翼槳葉鉸接並且連接於配重臂，並且直徑地相對的旋翼槳葉和直徑地相對的配重臂兩者均單獨地鉸接並且連接於給定rc直升飛機的旋翼軸。在給定rc直升飛機的操作中，配重臂圍繞旋翼軸轉動，用以經由所鉸接的連接部來適當地調節上部旋翼平面相對於旋翼軸的定向，以實現穩定的目的。換言之，配重臂控制上部旋翼平面的旋翼槳葉的定向和槳距並且自然使得該上部旋翼平面穩定。

然而，具有直徑地相對的旋翼槳葉和直徑地相對的配重臂的上部旋翼平面的構造仍是相對複雜的，因為該上部旋翼平面需要多個鉸鏈來用於所有這些部件與彼此並且與旋翼軸的單獨鉸接連接。因此，需要相對較多數量的單獨部件。

文獻de962571描述了一種用於穩定直升飛機的鉸接式旋翼的裝置，該裝置主要吸收在沒有向前速度或者在較小飛行速度的飛行期間的不穩定性。萬向節鉸接部設置在旋翼桅杆和鉸接式旋翼之間。槳葉由四分之一翼弦線處的臂鉸接，該臂能繞萬向節鉸接部的轂轉動。此外，在角度上不同於槳葉翼展方向的剛性撐杆附連於萬向節鉸接部。球接頭位於每個剛性撐杆的外部徑向端部處，並且該球接頭承載穩定質塊。每個球接頭和對應的穩定質塊由可動和撓性的撐杆連接。該撓性撐杆呈金屬弦、鏈條、軸驅動件或球接頭或其它鉸接部的形式。在操作期間，穩定質塊趨於維持這些穩定質塊自身的轉動平面。因此，當鉸接式旋翼傾斜時，這些穩定質塊延遲地跟隨該傾斜。這在剛性撐杆上產生兩個穩定力，這兩個穩定力施加圍繞槳葉的四分之一翼弦線的斜率變化。

文獻fr932973描述了一種用於直升飛機的旋翼自動控制裝置。這些旋翼剛性地附連於環形外部轂。該環形外部轂經由對準軸線鉸接在內部環上，該對準軸線正交於槳葉的四分之一翼弦線。內部環經由橫向軸線安裝在旋翼桅杆的頂部端部處，用於相對可轉動的連接。因此，保持槳葉的環形外部轂相對於旋翼桅杆自由地傾斜。鄰抵件在外部轂和對應的槳葉之下設置在控制裝置的頂部處。當該鄰抵件向上到達外部轂時，所造成的接觸產生使得外部轂圍繞對準軸線彎曲的力。這使得保持槳葉的轂的轉動平面運動經過對應的斜度。因此，這些槳葉相對於整個直升飛機自平衡，以限制旋翼桅杆和槳葉中的應力。

考慮其它文獻、即ca2316418、us2684122以及us2724446。

技術實現要素：

因此，本發明的第一目的是提供一種新型的螺旋槳組件，該螺旋槳組件具有至少兩個螺旋槳槳葉並且適合於，尤其是在非軸向入流場中的操作期間產生改進的升力和阻力分布，並且該螺旋槳組件包括較傳統鉸接式旋翼組件簡化的構造。本發明的第二目的是提供一種飛行器，該飛行器包括新型的螺旋槳組件，該螺旋槳組件具有至少兩個螺旋槳槳葉，該螺旋槳組件適合於，尤其是在非軸向入流場中的操作期間產生改進的升力和阻力分布，並且該螺旋槳組件包括較傳統鉸接式旋翼組件簡化的構造。

第一目的通過具有至少兩個螺旋槳槳葉的螺旋槳組件來實現，且該螺旋槳組件包括獨立權利要求1所述的特徵。第二目的通過根據獨立權利要求14所述的飛行器來解決，該飛行器包括此種螺旋槳組件。

應注意的是，雖然本發明參照具有至少兩個螺旋槳槳葉的螺旋槳組件進行如上描述，但本發明的示教同樣適用於具有至少兩個旋翼槳葉的旋翼組件。因此，對於本說明書中螺旋槳組件或者對於螺旋槳槳葉和/或翼型的任何參照應類似地理解為對於旋翼組件或者對於旋翼槳葉和/或翼型的參照，以使得具有本發明螺旋槳組件的本發明飛行器能同樣地實施為具有旋翼組件的飛行器。此外，本發明的示教不僅能同樣地適用於旋翼槳葉，而且更普遍地適用於通常用在遙控飛行器玩具、無人機等中的任何其它空氣動力學提升表面，該遙控飛行器玩具、無人機等相對使用簡單的扭曲/彎曲片材材料來作為提升表面。

更具體地說，本發明的螺旋槳組件包括至少兩個螺旋槳槳葉，該至少兩個螺旋槳槳葉由相關聯的連接裝置互連。相關聯的連接裝置為至少兩個螺旋槳槳葉限定操作中的共用俯仰軸線。至少兩個螺旋槳槳葉的每一個均包括相關聯的前緣和後緣，該前緣和後緣限定該槳葉的相應的翼弦和四分之一翼弦線。該共用俯仰軸線設有相對於至少兩個螺旋槳槳葉的每一個的四分之一翼弦線的預定偏移。相關聯的連接裝置適合於使得至少在非軸向入流場中的操作中、響應於作用在至少兩個螺旋槳槳葉上的空氣動力學力來實現至少兩個螺旋槳槳葉圍繞共用俯仰槳葉的被動槳距調節。

根據本發明的一個方面，相關聯的連接裝置使得將來自至少兩個螺旋槳槳葉的相應前行槳葉的力矩傳遞至至少兩個螺旋槳槳葉的相應後行槳葉，以增大由螺旋槳組件產生的升力並且使得基礎的所產生升力分布均勻化。力矩沿其傳遞的相應連接軸線較佳地位於每個槳葉的四分之一翼弦線的上遊，即位於該槳葉的四分之一翼弦線和該槳葉的前緣之間的區域中，以接著槳葉的四分之一翼弦線力矩產生附加的動量，該四分之一翼弦線力矩會由於圍繞四分之一翼弦線的轉動而產生。

更具體地說，本發明的螺旋槳組件使得根據轉動螺旋槳槳葉的方位角來調節該螺旋槳槳葉的相應俯仰角度。較佳地，根據該方位角，每個螺旋槳槳葉均具有各自的俯仰角度以提供足夠的空氣動力學升力。更普遍地說，本發明的螺旋槳組件包括被動的，因而也是自動的周期變距調節，以在非軸向入流場中的操作期間，例如在飛行器的向前飛行狀況期間在螺旋槳組件的轉動平面上有益地分配所產生的升力和阻力。因此，本發明的螺旋槳組件放棄任何主動的致動裝置，這意味著每個螺旋槳的周期變距調節由空氣動力學效應自動地執行並且並非由相關聯的機械主動致動裝置來執行。

根據本發明的一個方面，本發明的螺旋槳組件產生較小的阻力，由此使得總體動力消耗減小。此外，無需主動致動裝置，就可減小螺旋槳槳葉上的對應負載。此外，放棄主動致動和/或鉸接裝置使得設計簡化，此種簡化的設計所需實施部件數量減少。另外，由於力和力矩的有益平衡，螺旋槳槳葉的經受非軸向入流場的相應拍動力矩能夠最小化。最後，通過實施根據本發明的被動周期變距調節，螺旋槳槳葉的俯仰姿態有效地由產生的空氣動力學力致動，而無需任何主動的致動和/或鉸接裝置。因此，由於具有較高俯仰力矩的相應前行槳葉作用在相應的後行槳葉上螺旋槳平面之上的基礎升力分布在非軸向入流場中有益地重新分布，以增大升力。根據槳葉相對於相關聯的連接裝置和/或給定旋翼軸的安裝角度，這也會減小所產生的阻力。

有利地是，實施被動周期變距調節允許減小基礎飛行器的總體重量，這是因為對應的被動周期變距調節系統由於需要較少的構成部件並且較不複雜而比主動致動槳距調節系統輕。這還會相應地縮短所需製造時間、降低成本和減少維護勞力。

然而，應注意的是，本發明的主要益處被認為在於，與用於操作傳統的固定槳距螺旋槳所需的動力相比，使得所需的動力顯著降低。這在多螺旋槳交通工具中是尤為有利的。具體地說，這在非軸向入流場中的操作期間獲得增大的耐久性、增大的動力可用性、減小發出的聲音以及減少負載。

根據較佳的實施例，該被動槳距調節適合於至少大致均勻化由至少兩個螺旋槳槳葉在操作中產生的基礎升力分布。

根據又一較佳實施例，該共用俯仰軸線設置成至少大致平行於至少兩個螺旋槳槳葉的每一個的四分之一翼弦線。

根據又一較佳實施例，該共用俯仰軸線設置在限定於至少兩個螺旋槳槳葉的每一個的前緣和四分之一翼弦線之間的區域中。

根據又一較佳實施例，該共用俯仰軸線相對於至少兩個螺旋槳槳葉的每一個的四分之一翼弦線的高度位置設置有預定高度偏移。

根據又一較佳實施例，設有俯仰力矩傳遞裝置，該俯仰力矩傳遞裝置適合於將被動槳距調節期間在至少兩個螺旋槳槳葉的一個上產生的俯仰力矩傳遞至至少兩個螺旋槳槳葉的另一個。

根據又一較佳實施例，該俯仰力矩傳遞裝置在至少兩個螺旋槳槳葉之間限定剛性連結部。

根據又一較佳實施例，該俯仰力矩傳遞裝置包括至少一個板狀支承件，該至少一個板狀支承件剛性地安裝於至少兩個螺旋槳槳葉的每一個。

根據又一較佳實施例，至少兩個螺旋槳槳葉在操作中的被動槳距調節通過至少兩個螺旋槳槳葉圍繞共用俯仰軸線的轉動來實現，其中，設有相關聯的轉動衰減裝置，用以衰減至少兩個螺旋槳槳葉圍繞共用俯仰軸線的轉動。

根據又一較佳實施例，相關聯的轉動衰減裝置包括貝爾希勒配重和空氣動力學槳的至少一個。

根據又一較佳實施例，相關聯的連接裝置以可轉動的方式安裝於相關聯的螺旋槳桅杆。

根據又一較佳實施例，設有軸承用以將相關聯的連接裝置安裝於相關聯的螺旋槳桅杆。

根據又一較佳實施例，共用俯仰軸線相對於至少兩個螺旋槳槳葉的每一個的四分之一翼弦線的預定偏移限定偏移角度。

根據又一較佳實施例，相關聯的連接裝置適合於互連至少四個螺旋槳槳葉。然而，應注意的是，相關聯的連接裝置可替代地用在同軸螺旋槳布置中。

附圖說明

通過參照附圖的下文描述藉助示例來描述本發明的較佳實施例。在這些附圖中，相同或功能上相同的部件和元件由相同的附圖標號和符號來標示，因此在以下描述中僅僅描述一次。

圖1示出處於非軸向入流場中的螺旋槳槳葉的剖視圖，

圖2示出具有兩個螺旋槳槳葉的螺旋槳組件的正視圖，

圖3示出圖2所示螺旋槳組件的俯視圖，其中轉動衰減裝置處於非軸向入流場中，

圖4示出具有相關聯軸承的、圖3所示螺旋槳組件的放大細節，

圖5示出具有俯仰力矩傳遞裝置的、圖3所示螺旋槳組件，

圖6示出圖5所示螺旋槳組件的立體圖，其中轉動限制裝置處於非軸向入流場中，

圖7示出圖6所示螺旋槳組件的前行槳葉的剖視圖，

圖8示出圖6所示螺旋槳組件的後行槳葉的剖視圖，

圖9示出具有替代轉動限制裝置的、圖6所示螺旋槳組件的立體圖，

圖10示出具有替代轉動衰減裝置的、圖3所示螺旋槳組件，

圖11示出具有替代俯仰力矩傳遞裝置的、圖5所示螺旋槳組件的示意俯視圖，

圖12示出具有替代螺旋槳布置的、圖11所示螺旋槳組件，

圖13示出具有替代螺旋槳布置的、圖3所示螺旋槳組件，

圖14示出圖13所示螺旋槳組件的示意正視圖，以及

圖15示出不具有轉動衰減裝置的、圖3所示螺旋槳組件。

具體實施方式

圖1示出根據本發明一方面的螺旋槳組件(圖2中以7示出)的螺旋槳槳葉1。螺旋槳槳葉1示例性地限定處於非軸向入流場中的前行槳葉1a並且包括翼型2。翼型關於翼型坐標系5來進行說明，該翼型坐標系具有示例性的x軸5a、y軸5b以及z軸5c。

翼型2由翼弦2c並且由四分之一翼弦線2e所限定，該翼弦由螺旋槳槳葉1的前緣2a和後緣2b之間的距離所限定，而該翼弦線位於距前緣2a四分之一翼弦距離2d處，該四分之一翼弦距離相當於翼弦2c的四分之一。在螺旋槳槳葉1的所說明二維剖視圖中，四分之一翼弦線2e僅僅限定一個位點，而該四分之一翼弦線在三維螺旋槳槳葉1中限定沿著y軸5b行進的線。

更具體地說，四分之一翼弦線2e限定用於由螺旋槳槳葉1在操作中於四分之一翼弦線2e處產生的升力3a、阻力3b以及力矩3c的參照線或參照點。通常，四分之一翼弦線2e處的升力3a、阻力3b以及力矩3c表示參照參數，這些參照參數用於允許不同翼型彼此間相比較。簡單地說，四分之一翼弦線2e處的升力3a之後也稱為升力l，四分之一翼弦線2e處的阻力3b也稱為阻力d，且四分之一翼弦線2e處的力矩3c也稱為力矩mc/4。該力矩mc/4限定俯仰力矩，該俯仰力矩說明性地示作關閉力矩，在非軸向入流場6中操作期間，該關閉力矩圍繞y軸5b而沿著z軸5c在負z方向上向下推動前行槳葉1a的前緣2a。

應注意的是，將俯仰力矩mc/4示例性地說明並且描述為關閉力矩，但該俯仰力矩也可替代地是打開力矩，在非軸向入流場中操作期間，該打開力矩圍繞y軸5b而沿著z軸5c在正z方向上向上推動前行槳葉1a的前緣2a。進一步應注意的是，在本申請的上下文中，對力和力矩的任何說明和描述的方向也可分別反向。具體地說，升力l、阻力d和力矩mc/4是在螺旋槳槳葉1的操作中基於翼型2的基礎形狀而由於槳葉響應於非軸向入流場6的性能所產生的力和力矩。

根據一個方面，螺旋槳槳葉1，即前行槳葉1a的俯仰軸線4限定在四分之一翼弦線2e前方，以產生附加的俯仰力矩。說明性地，俯仰軸線4設置成在x方向上相對於四分之一翼弦線2e具有預定偏移4b。因此，偏移4b在之後也稱為水平偏移ox。

關於前行槳葉1a的前緣2a，俯仰軸線4在四分之一翼弦線2e的方向上設置在距該前緣一定距離4a處，以使得將四分之一翼弦距離2d限定為距離4a和偏移4b的總和。較佳地是，距離4a小於四分之一翼弦距離2d。此外，說明俯仰軸線4和四分之一翼弦線2e之間在z方向上的偏移4c，該偏移之後稱為垂直偏移oz。

通過如上所述來定位俯仰軸線4，能實現產生增大的總體所得俯仰力矩3d，該總體所得俯仰力矩之後也稱為所得俯仰力矩mr。此種所得俯仰力矩mr相當於mr＝mc/4+l*ox+d*oz。在垂直偏移減小為零，即oz＝0的情形中，所得俯仰力矩mr僅僅相當於mr＝mc/4+l*ox。類似地，在水平偏移減小為零，即ox＝0的情形中，所得俯仰力矩mr僅僅相當於mr＝mc/4+d*oz。然而，應注意的是，較佳地是，ox和oz中的至少一個不等於零，即ox≠0或者oz≠0，並且mc、l、d、ox以及oz中的任何一個可包括正的或負的數值。

圖2示出具有兩個螺旋槳槳葉1的螺旋槳組件7，其中，其中一個螺旋槳槳葉1說明為圖1所示的前行螺旋槳槳葉1a，而另一個螺旋槳槳葉說明為後行槳葉1b。更具體地說，根據一個方面，螺旋槳組件7包括至少兩個螺旋槳槳葉1，即至少前行槳葉1a和後行槳葉1b，這些槳葉較佳地由相關聯的連接裝置1c來互連。根據一個方面，螺旋槳組件7進一步設有至少一個俯仰力矩傳遞裝置9。

較佳地是，前行槳葉1a和後行槳葉1b經由相關聯的連接裝置1c連接於螺旋槳桅杆7a。該螺旋槳桅杆說明性地限定轉動軸線7b，該轉動軸線示例性地對應於圖1所示坐標系5的z軸。

說明性地，螺旋槳組件7如圖所示具有來自前行槳葉1a的升力分布8a和來自後行槳葉1b的升力分布8b。將升力分布8a、8b設想為在圖1所示非軸向入流場6中產生。然而，如能容易地觀察到的是，升力分布8a、8b是不均勻的，即升力分布8a大於升力分布8b，這是因為這些升力分布針對具有兩個螺旋槳槳葉的固定槳距螺旋槳構造說明性地表示，其中這兩個槳葉並未利用相關聯的連接裝置1c互連並且並不設有俯仰力矩傳遞裝置9。換言之，相關聯的連接裝置1c和/或俯仰力矩傳遞裝置9根據本發明設置成用於使得升力分布8a、8b均勻化，例如下文參照圖3所描述地。

圖3示出具有相關聯連接裝置1c的圖2所示螺旋槳組件7，該螺旋槳組件限定圖1所示的俯仰軸線4，該俯仰軸線優選地對於前行槳葉1a和後行槳葉1b是共用的，且因此在下文也稱為用於前行槳葉1a和後行槳葉1b在操作中，即在圍繞圖2所示螺旋槳桅杆7a沿轉動方向7c的轉動期間的共用俯仰軸線4。相關聯連接裝置1c較佳地以可轉動的方式安裝於圖2所示的螺旋槳桅杆7a。

應注意的是，術語「前行」和「後行」槳葉1a、2b指代槳葉1a、1b的所說明操作狀態。更具體地說，在所說明的示例中，螺旋槳槳葉1a朝向所說明的非軸向入流場6行進，即對著該非軸向入流場的流動方向行進，且因此稱為「前行」槳葉1a，而螺旋槳槳葉1b從所說明的非軸向入流場6後行，即沿該非軸向入流場的流動方向行進，且因此稱為「後行」槳葉1b。換言之，螺旋槳槳葉1a、1b的每一個均周期性地限定前行槳葉或後行槳葉，且僅僅出於描述的簡單和清楚起見，僅僅將槳葉1a稱為前行槳葉而將槳葉1b稱為後行槳葉。

較佳地是，前行槳葉1a和後行槳葉1b至少具有類似的且優選地至少基本上對應的構造。在所說明的示例中，後行槳葉1b優選地包括前行槳葉1a例如上文參照圖1所描述的構造。換言之，前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個均包括相關聯的前緣2a和後緣2b，該前緣和後緣限定該槳葉的相應的翼弦2c和四分之一翼弦線2e。

如上文參照圖1所描述地，共用俯仰軸線4相對於前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的四分之一翼弦線2e設置有預定偏移4b、4c。說明性地，共用俯仰軸線4設置成至少大致平行於前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的四分之一翼弦線2e，且較佳地設置在限定於前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的前緣2a和四分之一翼弦線2e之間的區域中。此外，共用俯仰軸線4較佳地相對於前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的四分之一翼弦線2e的高度位置設置有預定高度偏移，即圖1所示的垂直偏移oz。

然而，應注意的是，上述構造僅僅藉助示例進行描述並且並不由此限制本發明。更具體地說，除了將共用俯仰軸線4設置成至少大致平行於前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的四分之一翼弦線2e以外，可實現這樣的構造，其中，設有一種弧形的四分之一翼弦線以及弧形前緣和後緣，該前緣和後緣通常描述為例如在所謂的藍緣(blue-edge)槳葉中實施的向前或向後掃掠部。在該情形中，在共用俯仰軸線4和前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的四分之一翼弦線2e之間的相應距離會隨著槳葉1a、1b的縱向延伸部而改變。

根據一個方面，相關聯的連接裝置1c適合於使得至少在圖1所示的非軸向入流場6中的操作中、響應於作用在前行槳葉1a和後行槳葉1b上的空氣動力學力而實現前行槳葉1a和後行槳葉1b圍繞共用俯仰軸線4的被動槳距調節。較佳地是，該被動槳距調節至少適合於至少大致使得通過前行槳葉1a和後行槳葉1b在圖1所示非軸向入流場6中操作時產生的基礎升力分布均勻化。

更具體地說，如圖2所示，由於前行槳葉1a和後行槳葉1b優選地至少基本上相對於彼此直徑地相對，因而前行槳葉1a通常，即在固定槳距的螺旋槳構造的情形中會比後行槳葉1b在非軸向入流場6中產生更大的升力分布。因此，根據本發明的一個方面，前行槳距1a的所得俯仰力矩mr(圖1中以3d示出)會繞共用俯仰軸線4轉動並且經由俯仰力矩傳遞裝置9傳遞至後行槳葉1b。

換言之，俯仰力矩傳遞裝置9適合於操作過程中的被動槳距調節期間將前行槳葉1a上產生的俯仰力矩mr傳遞至後行槳葉1b。然而，俯仰力矩傳遞裝置9會優選地不僅傳遞前行槳葉1a和後行槳葉1b之間的所得俯仰力矩mr，而且還會傳遞任何彎曲和擺振力矩。

於是，所傳遞的所得俯仰力矩mr作用在後行槳葉1b上並且增大後行槳葉1b的迎角(圖6中以15a所示)以產生更大的升力l。因此，所傳遞的俯仰力矩mr在量級上必須高於後行槳葉1b在操作中在該後行槳葉的四分之一翼弦線2e處產生的俯仰力矩3c。此外，雖然後行槳葉1b的迎角由於所傳遞的所得俯仰力矩mr而增大，但前行槳葉1a的迎角(圖6中以15b示出)會減小，由此引起對前行槳葉1a和後行槳葉1b的被動槳距調節，這示例性地通過前行槳葉1a和後行槳葉1b圍繞共用俯仰軸線4的累計俯仰轉動11來說明。

根據一個方面，由於前行槳葉1a和後行槳葉1b在操作中的被動槳距調節通過前行槳葉1a和後行槳葉1b圍繞共用俯仰軸線4的轉動來實現，因而設有相關聯的轉動衰減裝置12來衰減在此種轉動期間發生的振動。說明性地，相關聯的轉動衰減裝置12包括至少兩個、優選地直徑地相對的貝爾希勒配重12a、12b。這些貝爾希勒配重12a、12b較佳地相對於共用俯仰軸線4以從60°至90°範圍內的角度設置，圖示以90°的角度設置。

應注意的是，相關聯的轉動衰減裝置12適合於為螺旋槳組件7提供在操作中的補充穩定性。然而，這僅僅是可選的，因為螺旋槳組件7的安全和可靠的功能利用相關聯的旋轉衰減裝置12就已獲得。

藉助示例，螺旋槳組件7如圖所示安裝於具有縱向軸線10a的飛行器10。飛行器10較佳地是旋轉機翼飛行器，優選地是諸如四軸直升飛機之類的多螺旋槳飛行器。

圖4示出圖3的螺旋槳組件7，其中，基本上將前行槳葉1a和後行槳葉1b切除以簡化圖示。圖4說明前行槳葉1a和後行槳葉1b示例性地安裝於螺旋槳組件7的螺旋槳桅杆7a。

根據一個方面，圖3的相關聯連接裝置1c和/或圖3的俯仰力矩傳遞裝置9以可轉動的方式安裝於螺旋槳桅杆7a。這較佳地通過經由諸如球軸承、摩擦軸承、滑動軸承之類的合適軸承13將相關聯連接裝置1c和/或俯仰力矩傳遞裝置9結構地連接於螺旋槳桅杆7a來實現。

圖5示出圖2至圖4的螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b以及俯仰力矩傳遞裝置9。該俯仰力矩傳遞裝置較佳地限定前行槳葉1a和後行槳葉1b之間剛性連接部。

根據一個方面，俯仰力矩傳遞裝置9包括至少一個板狀支承件9a，該至少一個板狀支承件剛性地安裝於前行槳葉1a和後行槳葉1b的各個上。更具體地說，至少一個板狀支承件9a較佳地經由諸如螺釘、螺栓、鉚釘、膠水之類的合適附連裝置14連接於前行槳葉1a和後行槳葉1b。

圖6示出處於圖3所示的非軸向入流場6中、的圖5所示螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有圖5的前行槳葉1a和後行槳葉1b以及俯仰力矩傳遞裝置9，以進一步說明該俯仰力矩傳遞裝置的示例性實施方式。圖6還進一步說明俯仰力矩傳遞裝置9經由附連裝置14剛性地安裝於前行槳葉1a和後行槳葉1b。

如上所述，俯仰力矩傳遞裝置9較佳地包括板狀支承件9a和至少一個附加的板狀支承件9b，這兩個板狀支承件優選地剛性地連接於彼此。根據一個方面，板狀支承件9a、9b實施為單個部件，該單個部件較佳地剛性地連接於圖3至圖5的轉動衰減裝置12，即貝爾希勒配重12a、12b。

應注意的是，具有板狀支承件9a、9b的俯仰力矩傳遞裝置9較佳地包括相對較高的扭轉剛度並且適合於傳遞扭矩和慣性。根據一個方面，俯仰力矩傳遞裝置9能適合於替換轉動衰減裝置12，即貝爾希勒配重12a、12b。

如上所述，俯仰力矩傳遞裝置9操作以增大後行槳葉1b的相應迎角15a，同時減小前行槳葉1a的相應迎角15b，因此引起對前行槳葉1a和後行槳葉1b的被動槳距調節。此種被動槳距調節較佳地通過前行槳葉1a和後行槳葉1b圍繞共用俯仰軸線4的圖3所示累積俯仰轉動11來實現。

然而，由於前行槳葉1a和後行槳葉1b能圍繞共用俯仰軸線4自由地轉動，因而必須對這些槳葉進行限制，以確保所需的空氣動力學性能和操作安全性。因此，提供轉動限制裝置16。

更具體地說，根據一個方面，將轉動限定裝置安裝件17安裝於螺旋槳桅杆7a，並且優選地剛性地附連於該螺旋槳桅杆。替代地，螺旋槳桅杆7a和轉動限制裝置安裝件17能實施為單個部件。

轉動限制裝置安裝件17連接於轉動限制裝置16，該轉動限制裝置較佳地包括至少兩個靜態轉動限制器16a、16b。這些靜態轉動限制器16a、16b限定例如由迎角15a、15b所指示的、在負俯仰方向上的最大許可角向偏轉，以及最大許可正的角向俯仰偏轉18。然而，應注意的是，靜態轉動限制器16a、16b僅僅是可選的，因為轉動衰減裝置12，即貝爾希勒配重12a、12b也可經由其慣性來限制前行槳葉1a和後行槳葉1b的俯仰偏轉。

圖7示出處於圖6的非軸向入流場6中的、圖6所示螺旋槳槳葉7的前行槳葉1a。圖7進一步說明前行槳葉1a的減小迎角15b，該減小迎角通過前行槳葉1a在操作中的被動槳距調節來獲得。

圖8示出處於圖6的非軸向入流場6中的、圖6所示螺旋槳槳葉7的後行槳葉1b。圖8進一步說明前行槳葉1a的增大迎角15a，該增大迎角通過前行槳葉1a在操作中的被動槳距調節來獲得。

圖9示出圖6的螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b、俯仰力矩傳遞裝置9、轉動限制裝置安裝件17以及轉動限制裝置16。然而，與圖6不同，轉動限制裝置16現包括至少兩個致動器，即可變轉動限制器16c、16d而非靜態轉動限制器16a、16b。通過使用此類致動器，即可變轉動限制器16c、16d，可設定可變俯仰角度。更具體地說，在負俯仰方向上的最大許可角向偏轉(圖6中以15a、15b示出)以及最大許可正角向俯仰偏轉(圖6中以18示出)能在飛行操作期間得以調適，並且由此適合於相應的飛行情況和條件。

圖10示出圖5的螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b、俯仰力矩傳遞裝置9以及轉動衰減裝置12。然而，與圖5不同，轉動衰減裝置12現包括至少兩個空氣動力學槳12c、12d而非貝爾希勒配重12a、12b，以空氣動力學地平衡螺旋槳組件7。

圖11示出圖3的螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b、相關聯的連接裝置1c以及俯仰力矩傳遞裝置9。如上所述，前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個均具有該槳葉的相關聯四分之一翼弦線2e，該四分之一翼弦線具有共用俯仰軸線4的平行偏移(圖1中以4b、4c所示)，該平行偏移由相關聯的連接裝置1c所限定。

為了進一步說明本發明的基本原理，將俯仰力矩傳遞裝置9示意性地說明為圓形，且前行槳葉1a和後行槳葉1b連接於該俯仰力矩傳遞裝置。然而，應注意的是，圖6的俯仰力矩(傳遞)裝置9，即該俯仰力矩傳遞裝置的板狀支承件9a、9b自然可實施為圓形形狀，而非圖6中說明的矩形形狀。類似地，也可實施任何其它形狀，包括多邊形和橢圓形。

圖12示出圖11的螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b、相關聯的連接裝置1c以及說明為圓形的俯仰力矩傳遞裝置9。圖12說明螺旋槳組件11的替代實施方式，其中，共用俯仰軸線4相對於前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的四分之一翼弦線2e的圖1所示預定偏移4b限定偏移角度。

更具體地說，前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個的四分之一翼弦線2e相對於共用俯仰軸線4以預定角度α傾斜。換言之，水平偏移ox，即圖1所示偏移4b現由角度α所限定。

圖13示出圖3的螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b、限定共用俯仰軸線4的相關聯的連接裝置1c以及俯仰力矩傳遞裝置9。說明性地，前行槳葉1a和後行槳葉1b的每一個具有該槳葉的相關聯四分之一翼弦線2e，該四分之一翼弦線根據圖12相對於共用俯仰軸線4以預定角度α傾斜，即限定圖1所示偏移4b的水平偏移ox由角度α限定。然而，應注意的是，限定圖1所示偏移4b的水平偏移ox可替代地如圖3中所示實施，以使得前行槳葉1a和後行槳葉1b的四分之一翼弦線2e平行於共用俯仰軸線4設置。

根據一個方面，螺旋槳組件7現包括至少一個附加的螺旋槳槳葉1。藉助示例，設有第一附加的前行槳葉19a和第一附加的後行槳葉19b，兩者均說明為具有這些槳葉的相應四分之一翼弦線2e。因此，相關聯的連接裝置1c適合於互連至少四個螺旋槳槳葉。

第一附加的前行槳葉19a和第二附加的後行槳葉19b的每一個的四分之一翼弦線2e較佳地相對於共用俯仰軸線4以預定角度β傾斜。換言之，第一附加的前行槳葉19a和第一附加的後行槳葉19b的每一個的四分之一翼弦線2e的水平偏移ox，即圖1所示偏移4b優選地由角度β所限定。

圖14示出圖13的螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b以及第一附加的前行槳葉19a和第一附加的後行槳葉19b，所有這些槳葉均如上文參照前行槳葉1a和後行槳葉1b所描述地那樣，安裝於圖13的螺旋槳桅杆7a。根據一個方面，垂直偏移角度γ現實施在前行槳葉1a和第一附加的前行槳葉19a之間，並且類似地施加在後行槳葉1b和第一附加的後行槳葉19b之間。此種垂直偏移角度γ能與上文參照圖13所描述的實施方式附加地或者作為其替代而實施。

圖15示出根據一個方面的圖3所示螺旋槳組件7，該螺旋槳組件具有前行槳葉1a和後行槳葉1b、限定共用俯仰軸線4的相關聯的連接裝置1c、螺旋槳桅杆7a以及至少一個轉動鉸接裝置20。更具體地說，相關聯的連接裝置1c較佳地與螺旋槳桅杆7a相交。螺旋槳桅杆7a和相關聯的連接裝置1c之間的結構連接優選地經由至少一個轉動鉸接裝置20和/或僅僅經由摩擦裝置來實施，以調節基礎轉動角度，該至少一個轉動鉸接裝置較佳地使得前行槳葉1a和後行槳葉1b能圍繞共用俯仰軸線4進行俯仰轉動，由此提供作為衰減器或順槳(feather)或者兩者組合的功能。

應注意的是，圖15中說明的布置表示明顯簡化的布置。更確切地說，相對於設有俯仰力矩傳遞裝置9的上述布置，能省略轉動衰減裝置12、軸承13以及轉動限制裝置16。

進一步應注意的是，上述實施例的變化落在本領域技術人員的常識範疇內，因此也被認為是本發明的一部分。例如，根據上述圖3至圖6，轉動衰減裝置12藉助合適的貝爾希勒配重12a、12b來實施，並且根據圖10，這些轉動衰減裝置藉助合適的空氣動力學槳12c、12d來實施。然而，替代的相應轉動衰減裝置可作為扭矩衰減軸承的一部分整合到圖4所示軸承13中，作為例如藉助複合材料、金屬、塑料和/或橡膠材料實施的衰減構件的一部分結合到圖2至圖4所示的相關聯連接裝置1c中，或者作為例如藉助複合材料、金屬、塑料和/或橡膠材料實施的衰減元件的一部分結合到圖2至圖6所示的力矩傳遞裝置9中。最後，在設有一種弧形的四分之一翼弦線以及弧形的前緣和後緣的構造中，具體地說如果螺旋槳槳葉的基礎翼面並非是矩形的，則所描述的偏移角度能在徑向方向上改變，上述弧形的前緣和後緣通常描述為例如在所謂的藍緣槳葉中實施的向前或向後掃掠部。

附圖標記列表

1螺旋槳槳葉

1a前行螺旋槳槳葉

1b後行螺旋槳槳葉

1c槳葉連接裝置

2翼型

2a前緣

2b後緣

2c翼型翼弦

2d四分之一翼弦距離

2e四分之一翼弦線

3a翼型的升力

3b翼型的阻力

3c螺旋槳槳葉在四分之一翼弦線處的俯仰力矩

3d螺旋槳槳葉的所得俯仰力矩

4螺旋槳槳葉俯仰軸線

4a俯仰軸線至前緣的距離

4b俯仰軸線與四分之一翼弦線的偏移

4c俯仰軸線相對於四分之一翼弦線的z軸偏移

5翼型坐標系

5ax軸

5by軸

5cz軸

6自由流方向

7螺旋槳組件

7a螺旋槳桅杆

7b螺旋槳組件轉動軸線

7c螺旋槳組件轉動方向

8a前行螺旋槳槳葉在非軸向入流期間的升力分布

8b後行螺旋槳槳葉在非軸向入流期間的升力分布

9俯仰力矩傳遞裝置

9a上部板狀支承件

9b下部板狀支承件

10飛行器

10a飛行器縱向延伸部

11槳葉圍繞俯仰軸線的累積俯仰轉動

12轉動衰減裝置

12a、12b貝爾希勒配重

12c、12d空氣動力學槳

13軸承

14附連裝置

15a增大的迎角

15b減小的迎角

16轉動限制裝置

16a、16b靜態轉動限制器

16c、16d致動器/可變轉動限制器

17轉動限制裝置安裝件

18正的角向俯仰偏轉

19a附加的前行螺旋槳槳葉

19b附加的後行螺旋槳槳葉

20轉動鉸接裝置

α第一水平偏移角度

β第二水平偏移角度

γ垂直偏移角度