摺疊式共軸旋翼槳葉操縱機構設計背景
從古至今，人類對飛天夢一直都有著濃厚的興趣。繼萊特兄弟成功實現人類歷史上的第一次飛行試驗以來，歷經百年的發展，航空科技取得了極大的進步與發展，人類開始設計並製造各種類型的飛行器，並將其用於不同的航空領域。隨著社會的進步，飛行器的種類和使用範圍也大大增加，飛行器先後出現了用於軍用的戰鬥機、轟炸機、偵察機等；用於民用的運輸機、林業機等。除了這些常見大型飛行器以外，更多的微小型飛行器也被研製和使用，廣泛套用於無人偵察、現代救援、玩具等領域。飛行器也發展出了不同的形式，有固定翼型飛行器、旋翼型飛行器、變形翼型飛行器。其中旋翼型飛行器又分為單旋翼加尾槳型飛行器、共軸式旋翼無尾槳型飛行器、多旋翼型飛行器等。共軸雙旋翼型飛行器與其他類型飛行器相比，具有操縱性能好、飛行安全可靠性高、可進行懸停飛行並且飛行效率高、機動性能優越、有效載荷能力強、自身結構緊湊等特點。
圖1因此，共軸式結構在飛行器設計中被廣泛採用，國內外對共軸雙旋翼飛行器開展過許多研究。槳葉的翼展大小直接決定飛行器的升力大小，為了儘可能在增大旋翼槳葉翼展的同時不增加飛行器的尺寸，特將摺疊翼的設計引入，與共軸雙旋翼相結合，以滿足升力提升和結構尺寸緊湊的設計要求。
槳葉是飛行器的關鍵部件，它既是飛行器的升力面，同時也是主要的操縱面。隨著理論分析方法、加工技術和工藝、材料的進步，槳葉形狀已經由簡單的矩形槳葉發展為複雜的扭轉槳葉。不同的旋翼槳葉形狀與不同的飛行器結構，需要不同的操縱機構。槳葉作為飛行器升力提供部件，其操縱機構負責飛行器升力大小的調整與飛行器航向的控制。它被分為全差動操縱方式、半差動操縱方式、磁粉控制器操縱方式、翼尖氣動控制操縱方式等類型。槳葉操縱機構設計的優劣對飛行器的飛行性能有著至關重要的影響。
摺疊式槳葉操縱機構的工作原理
圖2在飛行狀態下，對旋翼槳葉的操縱主要包括改變旋翼槳葉所產生的拉力大小、拉力的作用線或者同時改變二者。改變拉力的作用線，理論上，相對機身通過傾斜旋轉軸或者槳轂來實現。由於大多數飛行器的旋轉軸是固定的，傾斜槳轂所需要的驅動力較大，因此常採用變距裝置。整體性或者周期性地改變槳葉槳距角，就能有效地改變空氣動力，從而最終改變旋翼拉力的大小和方向。
圖1所示為最常採用的由自動傾斜器改變總距的原理。圖2所示為自動傾斜器周期變距的原理。自動傾斜器由上下兩個平行的星型盤組成。一個星型盤不隨轉動軸旋轉，但其可以相對旋轉軸上下移動或者傾斜；另一個星型盤隨著旋轉軸旋轉，並且通過操縱桿與槳葉鉸接。這兩個星型盤通過軸承連線，始終保持平行的位置關係。當操縱機構使不旋轉的星型盤整體上升或者下降時，所有槳葉同時增大或者減小相同傾角，由此改變旋翼的氣動特性最終改變旋翼產生的拉力大小；當操縱機構使不旋轉的星型盤相對旋轉軸傾斜一定角度時，槳葉周期性變距（前行槳葉與後行槳葉一個增加 B，一個減少 B）。
摺疊式槳葉操縱機構的工作過程
圖3驅動電機固定於飛行器的外殼體上，驅動左右兩個電機反向等速旋轉，兩個電機分別帶動各自連線的電機轉動桿轉動。電機轉動桿帶動轉動桿運動，使得下支撐盤相對旋轉軸整體上升或者下降。上下聯軸器分別與內軸、外軸固定連線。下支撐盤通過軸承與下轉動盤連線，可相對於旋轉軸整體上升或者下降，通過下轉動盤上的下固定板、下固定件帶動下變距搖桿運動。下變距搖桿與下槳葉轉動件鉸接。下槳葉固定件固定於下聯軸器上。下槳葉轉動件連線槳葉，可相對於下槳葉固定件轉動。這樣，一對下槳葉便完成了對槳距角的改變（同時增大或者同時減小）。同理，上支撐盤在上下盤連線棒的帶動下隨下支撐盤整體上升或者下降，使上槳葉操縱部件完成相同的動作，一對上槳葉隨之實現槳距角的相同變化。因此，旋 翼飛行器的拉力大小可被改變。
驅動左右兩個電機同向等速旋轉，兩個電機分別帶動各自連線的轉動桿轉動，使得下支撐盤相對於旋轉軸傾斜，通過下支撐板、下固定件，帶動下變距搖桿運動。下槳葉固定件固定於下聯軸器上。下槳葉轉動件連線槳葉，相對於下槳葉固定件轉動。由於下支撐盤發生相對於旋轉軸的傾斜，其左右兩側的下變距搖桿發生反向運動，因此一對下槳葉的旋轉方向相反。在上下盤連線棒的作用下，上漿葉操縱部件完成與下槳葉操縱部件相同的動作，一對上槳葉也進行方向相反的旋轉。旋翼的上、下槳 盤相對於旋轉軸完成了向某一方向的傾斜，即拉力作用線發生改變，飛行器的飛行方向也隨之發生改變。考慮到共軸雙旋翼槳葉扭轉和摺疊翼安裝的角度要求，該槳葉操縱機構應該具有較大的角度變化範圍。
