CN102963526A

CN102963526A - 一种摆线桨飞行器

Info

Publication number: CN102963526A
Application number: CN2012103202468A
Authority: CN
Inventors: 张明明; 吕敬; 李龙; 张志成; 张永威
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2013-03-13

Abstract

本发明涉及一种无人飞行器，特别是一种摆线桨飞行器。该摆线桨飞行器包括机身、舵面系统、动力装置、能源系统、控制系统。其主要特征是动力装置由两个摆线桨结构和两个螺旋桨结构组成，两种结构相互作用使该飞行器进行多个飞行姿态。机身是一个球形框架，由八根半圆形的纵向框架以及横向框架组合而成，纵向框架之间的夹角为45°。舵面系统位于机身内部偏上。能源系统为氢燃料电池且位于机身内部底端。控制系统由两个位于横向框架内成对称分布的子控制系统组成。本发明的新型飞行器具有目标小，噪音低，高度灵活性，生存环境广等优点，具有非常广泛应用前景。

Description

一种摆线桨飞行器

技术领域

本发明提出一种新型飞行器，特别是一种安装了摆线桨的飞行器。

背景技术

摆线桨的研究可以说已经有很长时间了，国内外的相关研究人员更是执着于将其应用于未来飞行器的动力装置之上，但由于摆线桨叶片在旋转的时候产生的气动力是一个复杂的非定常过程，所以使得国内外的研究人员一直以来都没有成熟的分析方法，整个研究始终处于探索阶段。但是摆线桨具有可按需要产生360度的全矢量推力、摆线桨比常规螺旋桨和涡轮发动机有更高的推力水平、摆线桨有很多种安装方法可以替代常规飞机平尾、方向舵和升降舵的作用以及摆线桨的推力垂直于螺旋桨转动轴线，当改变推力矢量的方向时摆线桨飞机物理位置不会改变等优点使得国内的研究人员依然沉迷于其研究之上。

近来在摆线桨应用于飞行器上取得了一定的研究成果，研究人员发现单纯的采用摆线桨结构所产生的气动力使得飞行器控制相对复杂而且飞行也不稳定，但是将摆线桨结构与螺旋桨结构相结合作为飞行器的动力装置，其结果是可控而且可行的。例如西工大研制的“风火轮”滚翼机是世界上第一架成功飞起来并稳定可控的滚翼机，该飞行器就是采用的螺旋桨与摆线桨相结合的方式来弥补单纯的采用摆线桨的不足，“风火轮”滚翼机的成果可以说为以后国内外相关人员的研究提供了一个不错的方案。本发明为采用新型的机身布局，以摆线桨与螺旋桨组合作为动力的一款新型摆线桨飞行器。

发明内容

本发明设计的目的在于提供一种结构简单，可靠性高，可实现性以及实用价值高的新型飞行器。

本发明的技术方案为：该飞行器包括机身、舵面系统、动力装置、能源系统、控制系统。所述的机身是一个球形框架，由八根半圆形的纵向框架以及横向框架组合而成，所述的纵向框架之间的夹角为45°。所述的舵面系统位于机身内部偏上。所述的动力装置由两个摆线桨结构和两个螺旋桨结构组成，所述的摆线浆结构位于所述的横向框架内部，所述的螺旋桨结构位于所述的舵面系统中间位置。所述的能源系统位于机身内部底端。所述的控制系统由两个子控制系统组成，所述的子控制系统位于横向框架内部，成对称分布。

所述的摆线桨结构包括控制杆、偏心轮、叶片、驱动轴、叶片驱动杆(如图2)。

所述的螺旋桨结构包括三叶桨以及螺旋桨发动机。

所述能源装置为氢燃料电池。

所述的框架采用碳纤维复合材料。

所述的舵面系统包括展向与摆线浆转轴垂直的1号舵面和展向与摆线浆转轴平行的2号舵面两组共四片舵面、舵机、舵面转轴、固定结构。

本发明新型飞行器具有如下的优点：1、该飞行器采用摆线桨和螺旋桨组合形式，噪音小；2、采用新型的机身设计，整个机身起到支撑的作用，使该飞行器可以在任何地方起飞降落。

附图说明

下面结合附图对本发明一种新型飞行器作进一步详细地说明；

图1为本发明一种新型飞行器的结构示意图；

图2为本发明一种新型飞行器的摆线桨示意图；

图3为本发明一种新型飞行器的螺旋桨以及舵面系统示意图；

图1-3中，1子控制系统；2、1号舵面；3、2号舵面；4、螺旋桨发动机；5、三叶桨；6、横向框架；7、氢燃料电池；8、纵向框架；9、叶片；10、固定结构；11、子控制系统；12、偏心轮；13、叶片驱动杆；14、控制杆；15、驱动轴；16、舵面转轴；17、舵机。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明包括机身、舵面系统、动力装置、能源系统、控制系统。所述的机身由横向框架6以及纵向框架8组成，所述的纵向框架8之间的夹角为45°。所述的舵面系统包括包括展向与摆线浆转轴垂直的1号舵面2和展向与摆线浆转轴平行的2号舵面3两组共四片舵面、舵机17、舵面转轴16、固定结构10，所述的固定结构10与所述的纵向框架8固定连接，所述的舵机17位于固定结构10的内部，所述的舵面转轴16由所述的舵机17带动进行旋转运动，所述的1号舵面2以及所述的2号舵面3由所述的舵面转轴16带动以改变迎角大小。所述的动力装置由两个摆线桨结构和一个螺旋桨结构组成。所述的螺旋桨结构由三叶桨5以及螺旋桨发动机4构成，所述的摆线桨由叶片9、偏心轮12、控制杆14、叶片驱动杆13、驱动轴15构成。所述的摆线桨结构的驱动轴15共轴且运动方向相反，进而使机身受到的附加转矩平衡，抵消当机身绕纵向转动时的陀螺力矩。所述的能源系统为氢燃料电池7。所述的控制系统由子控制系统1和子控制系统11组成，所述子控制系统1控制相邻的一个摆线桨转速大小，同时还控制所述的1号舵面2的迎角大小，所述子控制系统11控制相邻的一个摆线桨和螺旋桨的转速大小，同时还控制所述的2号舵面3的迎角大小。

所述纵向框架8以及所述横向框架6采用碳纤维复合材料使得机身具有重量轻，强度高的优点。

所述的两个摆线桨结构首先由驱动轴15带动叶片驱动杆13，最后叶片驱动杆13带动叶片9进行相应的旋转运动，同时驱动轴15带动偏心轮12运动，偏心轮12带动控制杆14运动，控制杆14带动叶片9，进而改变所述叶片9的迎角值，故所述的摆线桨时刻进行变化攻角的旋转运动，以达到较大的升力的目的。

工作原理及过程：举例一：飞行器进行垂直起降，子控制系统11控制螺旋桨发动机4，螺旋桨发动机4带动三叶桨5进行转动，同时子控制系统1控制舵机17，舵机17控制舵面旋转轴16，舵面旋转轴16带动1号舵面2偏转以调节适当迎角，从而使1号舵面2产生气动力平衡三叶桨5转动所产生的附加扭矩，另外子控制系统1和子控制系统11分别控制相应摆线桨结构驱动轴15进行不同方向的同速转动，驱动轴15带动叶片驱动杆13，叶片驱动杆13带动叶片9进行相应的旋转运动，同时驱动轴15带动偏心轮12运动，偏心轮12带动控制杆14运动，控制杆14带动叶片9，进而改变所述叶片9的迎角值，因为两个驱动轴15的转速相同，所以两个摆线桨结构转动产生的扭矩相互抵消，从而保持飞行器进行垂直升降。举例二：飞行器进行水平飞行，控制系统1和子控制系统11分别控制相应摆线桨结构驱动轴15进行不同方向的差速转动，驱动轴15带动叶片驱动杆13，叶片驱动杆13带动叶片9进行相应的旋转运动，同时驱动轴15带动偏心轮12运动，偏心轮12带动控制杆14运动，控制杆14带动叶片9，进而改变所述叶片9的迎角值，因为两个驱动轴15的转速不同，故两个摆线桨结构因旋转产生的扭矩无法抵消，则该飞行器受到一个扭矩的作用使飞行器具有翻转的趋向，若向前飞行，则子控制系统1和子控制系统11控制相应摆线桨结构的转速大小，使飞行器慢慢低头令机身轴线与地平面呈锐角，同时子控制系统11控制螺旋桨结构的螺旋桨发动机4转速大小，此时螺旋桨发动机4带动三叶桨5产生的一部分动力变为推力，另外子控制系统11控制舵机17，舵机17控制舵面旋转轴16，舵面旋转轴16带动2号舵面3偏转以调节适当迎角以产生升力，从而最终使得飞行器向前飞行。举例三：飞行器进行滚转飞行，子控制系统1控制舵机17，舵机17控制舵面旋转轴16，舵面旋转轴16带动1号舵面2偏转以调节适当迎角，使飞行器绕机身转动，当飞行器偏离之前的航线时，再令子控制系统1控制舵机17，舵机17控制舵面旋转轴16，舵面旋转轴16带动1号舵面2偏转到原来的迎角，使飞行器恢复正常飞行。

Claims

1.本次发明的一种摆线桨飞行器包括机身、舵面系统、动力装置、能源系统、控制系统。所述的机身是一个球形框架，由八根半圆形的纵向框架以及横向框架组合而成，所述的纵向框架之间的夹角为45°。所述的舵面系统位于机身内部偏上。所述的动力装置由两个摆线桨结构和两个螺旋桨结构组成，所述的摆线浆结构位于所述的横向框架内部，所述的螺旋桨结构位于所述的舵面系统中间位置。所述的能源系统位于机身内部底端。所述的控制系统由两个子控制系统组成，所述的子控制系统位于横向框架内部，成对称分布。

2.根据权利要求1所述的一种摆线桨飞行器，其特征在于：采用新型动力系统摆线桨结构和螺旋桨结构相组合形式，摆线桨结构驱动轴带动驱动支架以及偏心轮，驱动支架带动叶片进行旋转运动，偏心轮带动控制杆，控制杆带动叶片改变迎角的大小，进而改变动力的大小。

3.根据权利要求1或2所述的一种摆线桨飞行器，其特征在于：所述两个摆线桨共轴，且驱动杆的驱动方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种摆线桨飞行器，其特征在于：所述的机身是一个球形框架，由八根半圆形的纵向框架以及横向框架组合而成，所述的纵向框架之间的夹角为45°。