CN102285450A - 变桨距三轴飞行器 - Google Patents

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杨润
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Abstract

本发明的目的是提供一种变桨距三旋翼飞行器。变桨距三旋翼飞行器采用三轴结构，各轴采用大直径低转速的旋翼，转速设定为恒定值，通过改变旋翼的桨距，快速、精确的控制旋翼升力的变化，通过协调各个旋翼的桨距差控制飞行器的俯仰方向的平衡，在其中一轴旋翼下设计一个可变角度的导流叶片，在旋翼产生的下旋流作用下，通过改变导流片与下旋流的角度，改变下旋流对导流片的作用力，该作用力对重心的力矩抵消旋翼的反力矩。本发明包括变桨距旋翼，导流叶片，尾管，机身。该飞行器飞行稳定，抗干扰能力强，尤其适合于作为小型无人飞机，航拍飞机的空中平台。

Description

变桨距三轴飞行器
技术领域
本发明涉及一种新式飞行器，具体是变桨距三旋翼飞行器。 
背景技术
目前，多旋翼飞行器主要分为两类，偶数轴、奇数轴。偶数轴多旋翼飞行器特点是机身四周分布若干轴，每轴上由电机直接驱动固定桨距螺旋桨，其中一半电机正时针旋转，另一半电机逆时针旋转，通过协调各个电机的转速来控制飞行器俯仰平衡和反力矩平衡；奇数轴多旋翼飞行器的结构与偶数轴多旋翼一致，不同点在于多余的一轴螺旋桨的旋转面可以绕该轴旋转，该旋翼产生的拉力一部分作为升力，另一部分拉力用于抵消多余的反力矩。但是目前多旋翼飞行器有以下缺点， 
1、控制系统极为复杂。飞行控制问题是小型多旋翼飞行器的关键问题，主要由两个方面的困难。首先，对其进行精确建模非常困难。飞行过程中，它不但同时受到多种物理效应的作用，比如：空气动力、重力、陀螺效应等，他还很容易受到气流的等外环境的干扰。因此，很难获得准确的气动性能参数，难以建立有效、准确的动力学模型。其次，小型多旋翼飞行器是一个具有六个自由度，而只有四个控制输入的欠驱动系统，具有多变量、非线性、强耦合的特性，需要通过协调各旋翼的转速来控制飞行的姿态。例如改变其中一个旋翼转速，水平面将产生翻覆力矩，同时由于各旋翼反力矩不平衡，飞行器还会绕重心轴旋转。因此使其飞行控制系统设计变得非常困难。软件成本很高。 
2、易受外界干扰。目前市面的多旋翼飞行都是采用电机直驱固定桨距方式。遇到外界气流干扰，先由传感器测出飞行器的姿态，经滤波，A/D转换在经由飞行控制系统计算，产生相应的PWM控制型号，再由电子调速器改变电机转速，改变升力和反力矩，其中电机变速将会消耗大部分时间，如何设计高速电子调  速器来迅速改变电机转速，这是固定桨距飞行器设计又一难题。 
3、载重受限。目前的小型多旋翼飞行器不能通过增加螺旋桨的直径来增大升力，只能通过增加旋翼个数增大升力。其原因是螺旋桨越大转动的惯量也就越大，从而电机改变螺旋桨的转速也就越困难(尤其在下降过程中)。其实对于目前市面直驱的小型多旋翼飞行器螺旋桨越大，电机的kv就必须越低，电机转速变化也就越困难。 
4、电机功率无法完全发挥。目前市面的多旋翼飞行器是通过改变电机转速来控制飞行器的姿态，每个电机必须有富余的功率改变螺旋桨的转速来控制飞行器。因此电机的功率就不能完全发挥。 
发明内容
为了克服现有多轴飞行器抗干扰能力较差，耦合性大，辅助电子设备复杂，昂贵，与市面直升机飞控系统不兼容，载重有限，电机功率欠发挥等缺点。本发明所采用的技术方案是：采用三轴结构，各轴采用大直径低转速的旋翼，转速设定为恒定值，通过改变旋翼的桨距，快速、精确的控制旋翼升力的变化，通过协调各个旋翼的桨距差控制飞行器的俯仰方向的平衡，在其中一轴旋翼下设计一个可变角度的导流叶片，在旋翼产生的下旋流作用下，通过改变导流片与下旋流的角度，改变下旋流对导流片的作用力，该作用力对重心的力矩抵消旋翼的反力矩。本发明包括变桨距旋翼，导流叶片，尾管，机身。 
变桨距旋翼均匀分布并安装在每个尾管一端，旋翼面可适当倾斜，以抵消反力矩。变桨距旋翼包括桨夹、球头、球头扣、连杆、中联、推盘、限位轴、轴承座、双头摇臂、单头摇臂、连杆、主轴、舵盘、舵机、连杆、推盘外套、大齿轮、电机齿、电机座、电机、侧板、轴承座和大齿轮座。 
导流叶片是安装在其中一个或几个尾管上并能由舵机控制其倾转角度的变  化。 
尾管安装在机身上。 
本发明的有益效果是飞行稳定，抗干扰能力强。 
附图说明
图1为变桨距旋翼结构的主视图； 
图2为变桨距旋翼结构的侧视图； 
图3为变桨距旋翼结构的等轴侧视图；
图4为传动机构的等轴侧视图 
图5为传动机构和变桨距旋翼的主视图 
图6为导流叶片和飞行器整体结构等轴侧视图 
图中：1-桨夹，2-球头，3-球头扣，4-连杆，5-中联，6-推盘，7-限位轴，8-轴承座，9-双头摇臂，10-单头摇臂，11-连杆，12-主轴，13-舵盘，14-舵机，15-连杆，16-推盘外套，17-大齿轮，18-电机齿，19-电机座，20-电机，21-侧板，22-轴承座，，23-大齿轮座，24-导流叶片，25-机身，26-尾管。 
具体实施方式
结合附图对实施例做进一步的描述，本实施例是用来说明本发明的，而不是对本发明进行任何限制的。 
具体实施方式是，电机(20)通过电机齿(18)，大齿(17)，齿轮座(23)主轴(12)，中联(5)，桨夹(1)把动力传递给螺旋桨，产生升力；由舵机(14)通过舵盘(13)，连杆(11)，双头摇臂(9)，单头摇臂(10)，连杆(15)，推盘外套(16)，推盘(6)，连杆(4)，桨夹(1)控制旋翼升力快速精确变化。通过舵机控制安装在尾管(26)上导流叶片(24)的角度变化，在旋翼的下旋流作用下产生对重心的力矩，抵消旋翼的反力矩。在安装每轴时，旋翼可以适当倾斜，旋翼的部分拉力抵消反力矩，减轻导流叶片(24)负载。 

Claims (4)

1.变桨距三旋翼飞行器，其特征在于包括变桨距旋翼，导流叶片，尾管，机身。
2.根据权利要求1所述的变桨距三旋翼飞行器，其特征在于变桨距旋翼均匀分布并安装在每个尾管一端，旋翼面可适当倾斜，以抵消反力矩，变桨距旋翼包括桨夹、球头、球头扣、连杆、中联、推盘、限位轴、轴承座、双头摇臂、单头摇臂、连杆、主轴、舵盘、舵机、连杆、推盘外套、大齿轮、电机齿、电机座、电机、侧板、轴承座和大齿轮座。
3.根据权利要求1所述的变桨距三旋翼飞行器，其特征在于导流叶片是安装在其中一个或几个尾管上并能由舵机控制其倾转角度的变化。
4.根据权利要求1所述的变桨距三旋翼飞行器，其特征在于尾管安装在机身上。
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