CN103935511A - 一种倾转三旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

一种倾转三旋翼飞行器，包括机身、对称的设置在机身的两侧的一副机翼以及设置在机身上的三组旋翼系统，机翼内设置用于带动旋翼系统进行倾转运动的前旋翼倾转轴，前旋翼倾转轴的两端各设置一组旋翼系统，机身的后端设置一组旋翼系统。本发明既可以实现传统直升机的垂直起降功能，又可以将三副旋翼倾转到水平位置来实现飞行器的高速巡航功能；本发明的飞行器采用三个倾转旋翼，具有很好的对称性，其安全性和可靠性更高；且三旋翼具有更大的升力，从有效载荷、飞行半径以及飞行稳定性上来说，都有了很大的提高。本发明具有结构简单、强度高，功能实现可靠等特点。

Description

一种倾转三旋翼飞行器

技术领域

本发明属于无人航空技术领域，具体涉及一种倾转三旋翼飞行器。

背景技术

改革开放以来我国航空工业得到了快速发展，已经跻身于世界前列，但是在某些重大领域还有待进一步发展，最典型的就是先进的无人机技术。当前对于像美国“鱼鹰”直升机那样的既能像直升机一样可以实现垂直起降，又能像固定翼飞机一样能够实现高速巡航的先进的飞行器，具有极其重要的战略地位。倾转旋翼机是目前研究的盲区，其具有很高的研究价值。目前比较盛行对四旋翼飞行器的研究，但是这种四旋翼飞行器不能进行倾转，不能实现水平高速巡航功能，并且设计复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种倾转三旋翼飞行器，其设计简单、结构强度高，可以通过简单的机械传动来实现旋翼系统的倾转。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：包括机身、对称的设置在机身的两侧的一副机翼以及设置在机身上的三组旋翼系统，机翼内设置穿过机身并用于带动旋翼系统进行倾转运动的前旋翼倾转轴，前旋翼倾转轴的两端各设置一组旋翼系统，机身的后端设置有用于带动旋翼系统进行倾转运动的后旋翼倾转轴，后旋翼倾转轴上设置一组旋翼系统。

每组旋翼系统包括一个直流无刷电机和一个设置于直流无刷电机上的螺旋桨；前旋翼倾转轴的两端各设置一个直流无刷电机，后旋翼倾转轴上设置一个直流无刷电机。

所述每组旋翼系统还包括电机安装座，电机安装座设置在前旋翼倾转轴以及后机翼倾转轴上，直流无刷电机安装于电机安装座上。

所述机身上安装有蜗杆轴和用于给蜗杆轴提供动力的第一步进电机，蜗杆轴上安装有蜗杆，前旋翼倾转轴上设置有蜗轮，蜗杆和蜗轮相啮合。

所述前旋翼倾转轴和蜗杆轴上均安装有轴承，轴承通过轴承座安装在机身上。

所述第一步进电机通过轴联器连接到蜗杆轴的一端。

所述后旋翼倾转轴上还安装有第二齿轮；机身上安装有第二步进电机，第二步进电机上安装有第一齿轮，第二步进电机带动第一齿轮转动，第一齿轮通过传动链条带动第二齿轮转动。

所述机翼和机身通过机翼加强杆相连接。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过在机身上设置相互对称的机翼，每个机翼内设置用于带动旋翼系统进行倾转运动的前旋翼倾转轴并且在机身上设置三组旋翼系统，既可以实现传统直升机的垂直起降功能，又可以将三副旋翼倾转到水平位置来实现飞行器的高速巡航功能；同时相比于目前著名的美国贝尔直升机公司的具有双旋翼倾转功能的“鱼鹰”直升机，本发明的飞行器采用三个倾转旋翼，具有很好的对称性，当旋翼处于水平位置时前面两个旋翼产生的气流不对后面旋翼气动力产生干扰，其安全性和可靠性更高；且三旋翼具有更大的升力，从有效载荷、飞行半径以及飞行稳定性上来说，都有了很大的提高。因此它特别适合于大批量装备运输、战斗搜寻和救援、后勤医疗、反潜等任务。本发明可以实现三种飞行模式，即直升机模式、过渡模式和水平推进模式，具有结构简单、强度高，功能实现可靠等特点。

进一步的，本发明通过采用蜗轮蜗杆传动来实现飞行器左右两副旋翼系统的倾转动作，传动过程平稳且具有很强的自锁性，避免飞行器在水平推进模式下因受到外力的作用旋翼产生误动作，又保证了前旋翼倾转轴上一对旋翼系统倾转动作的一致性；同时后旋翼倾转轴上安装有第二齿轮，第二步进电机带动安装在其上的第一齿轮通过链条传动的形式带动后旋翼倾转轴上的第二齿轮进行传动，这样就实现了机身上后端部的后旋翼系统的倾转运动。并且机械传动是通过步进电机驱动的，通过步进电机对步距的可控性即可以实现对旋翼系统的倾转角度实现精确控制。

本发明采用与轴承相匹配的轴承座，解决了蜗轮蜗杆在机身中的定位安装问题等，飞行器采用巧妙的装配，使得各个部件之间的连接强度很高；

附图说明

图1是本发明的倾转三旋翼飞行器结构示意图。

其中，1-机身；2-机翼；3-直流无刷电机；4-螺旋桨；5-前旋翼倾转轴；6-轴承；7-前旋翼倾转轴安装轴承座；8-蜗杆轴安装轴承座；9-蜗杆轴；10-蜗杆；11-蜗轮；12-机翼加强杆；13-联轴器；14-第一步进电机；15-第一齿轮；16-第二步进电机；17-传动链条；18-后机翼倾转轴；19-电机安装座；20-第二齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括机身1、一副机翼2以及设置在机身1上的三组结构相同的旋翼系统，一副机翼2对称的设置在机身1的两侧，每个机翼2和机身1通过机翼加强杆12相连接，机翼加强杆12能够增强稳固性；两个对称设置的机翼2内设置用于带动旋翼系统进行倾转运动的前旋翼倾转轴5，前旋翼倾转轴5穿过机身1且安装在两侧的机翼2内部，起到一定的支撑作用，前旋翼倾转轴5的两端各设置一组旋翼系统。本发明机身1的后端设置有后机翼倾转轴18，后机翼倾转轴18设置一组旋翼系统，其中，每组旋翼系统包括直流无刷电机3、螺旋桨4和电机安装座19，三组旋翼系统共包括3个电机安装座19，其中两个电机安装座19分别设置在前旋翼倾转轴5的两端，另外一个电机安装座19安装在后机翼倾转轴18上，直流无刷电机3安装于电机安装座19上，直流无刷电机3上设置螺旋桨4，直流无刷电机3带动螺旋桨4旋转产生飞行器飞行的升力；机翼两端的旋翼系统通过电机安装座19与前旋翼倾转轴5相连，机翼后端的旋翼系统通过电机安装座19与后旋翼倾转轴18相连。

后机翼倾转轴18上设置第二齿轮20；机身1上安装有第二步进电机16，第二步进电机16上安装有第一齿轮15，第二步进电机16带动第一齿轮15转动，第一齿轮15通过传动链条17带动第二齿轮20运动。

所述机身1上还安装有蜗杆轴9和用于给蜗杆轴9提供动力的第一步进电机14，第一步进电机14通过轴联器13连接到蜗杆轴9的一端；蜗杆轴9上安装有蜗杆10，前旋翼倾转轴5上设置有蜗轮11，蜗杆10和蜗轮11相啮合。

所述前旋翼倾转轴5和蜗杆轴9上均安装有轴承6，轴承6通过与轴承6自身相匹配的前旋翼倾转轴安装轴承座7、蜗杆轴安装轴承8安装在机身1上。

如图1所示，机身两侧的两组旋翼系统安装在前旋翼倾转轴5的两端，一组前旋翼倾转轴作为左右两组旋翼系统的倾转轴，其穿过机翼内部，左右两组旋翼系统安装在前旋翼倾转轴的两端，通过前旋翼倾转轴的转动实现左右旋翼系统的倾转。后旋翼系统安装在后旋翼倾转轴18的中间部位，同时后旋翼倾转轴18上安装有第二齿轮20，第二步进电机16带动安装在其上的第一齿轮15，第一齿轮15通过传动链条17的传动形式带动后旋翼倾转轴18上的第二齿轮20进行运动，这样就实现了后旋翼系统的倾转运动。蜗轮11固联在前旋翼倾转轴5上，蜗杆10固联在蜗杆轴9上，并且前旋翼倾转轴5和蜗杆轴9上均安装有轴承6，轴承6通过与轴承座进行安装，既起到了径向和轴向的定位作用，又可以将前旋翼倾转轴5和蜗杆轴9固定在机身上；第一步进电机14安装在机身1上，通过联轴器13连接到蜗杆轴9的一端，为蜗杆10的运动提供动力，蜗杆10通过与蜗轮11的啮合传动作用使得前旋翼倾转轴5带动左右两副旋翼系统进行倾转运动。本发明通过左右旋翼以及后旋翼的同时倾转即实现了飞行器飞行模式的转换。

本发明的工作过程为：在直升机模式下只需要打开三个旋翼系统，即开启无刷电机带动螺旋桨转动产生升力，飞行器就可以运动了；当倾转三旋翼飞行器进入过渡模式下，开启第一步进电机和第二步进电机，第一步进电机带动蜗杆轴进行旋转，蜗杆轴带动蜗杆进行旋转，与蜗杆啮合的蜗轮带动穿过机身的前旋翼倾转轴进行旋转，同时机翼两端的旋翼系统进行旋转；第二步进电机带动第一齿轮进行转动，第一齿轮通过链条传动将运动传递给第二齿轮，第二齿轮带动设置在后机翼倾转轴进行旋转，进而带动设置在机身后端的旋翼系统进行旋转，实现飞行器的可倾转运动；当飞行器进入水平推进模式时，旋翼倾转到水平位置，步进电机关闭，此时只需要三个旋翼系统工作即可。

本发明的倾转三旋翼飞行器可以实现三种飞行模式，即直升机模式、过渡模式和水平推进模式，具有结构简单、强度高，功能实现可靠等特点。

倾转三旋翼无人飞行器的旋翼可倾转功能主要是由第一步进电机和第二步进电机提供动力，左右两组旋翼系统通过一组蜗轮蜗杆传动来实现倾转功能，这样既保证了旋翼系统在倾转过程中保持平稳且具有自锁功能，避免了旋翼系统受到外力作用产生回旋的误动作，又保证了前旋翼倾转轴上一对旋翼系统倾转动作的一致性。

本发明采用步进电机为旋翼系统的倾转提供动力，由于步进电机可以精确的控制步距大小，这样就可以保证旋翼系统倾转角度的精确性，而不需要采用像编码器、旋转变压器等测试工具，简化了飞行器的复杂程度。一定程度上克服了由于左右两个旋翼系统独自倾转时倾转角度误差过大而引起的升力分配不均，导致飞行器失稳甚至发生重大事故。

作为左右两副旋翼倾转轴的前旋翼倾转轴以及传动用的蜗杆轴上均安装有轴承，使得旋翼倾转过程流畅、平稳，轴承通过与相应的轴承座进行配合安装，既起到了径向和轴向的定位作用，又满足飞行器对蜗轮蜗杆的位置设计要求，同时解决了前旋翼倾转轴和蜗杆轴在机身上的安装问题。

Claims (8)

1.一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，包括机身（1）、对称的设置在机身（1）两侧的一副机翼（2）以及设置在机身（1）上的三组旋翼系统，机翼（2）内设置穿过机身（1）并用于带动旋翼系统进行倾转运动的前旋翼倾转轴（5），前旋翼倾转轴（5）的两端各设置一组旋翼系统，机身（1）的后端设置有用于带动旋翼系统进行倾转运动的后旋翼倾转轴（18），后旋翼倾转轴（18）上设置一组旋翼系统。

2.根据权利要求1所述的一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，每组旋翼系统包括一个直流无刷电机（3）和一个设置于直流无刷电机（3）上的螺旋桨（4）；前旋翼倾转轴（5）的两端各设置一个直流无刷电机（3），后旋翼倾转轴（18）上设置一个直流无刷电机（3）。

3.根据权利要求2所述的一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，所述每组旋翼系统还包括电机安装座（19），电机安装座（19）设置在前旋翼倾转轴（5）以及后机翼倾转轴（18）上，直流无刷电机（3）安装于电机安装座（19）上。

4.根据权利要求1所述的一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，所述机身（1）上安装有蜗杆轴（9）和用于给蜗杆轴（9）提供动力的第一步进电机（14），蜗杆轴（9）上安装有蜗杆（10），前旋翼倾转轴（5）上设置有蜗轮（11），蜗杆（10）和蜗轮（11）相啮合。

5.根据权利要求4所述的一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，所述前旋翼倾转轴（5）和蜗杆轴（9）上均安装有轴承（6），轴承（6）通过轴承座安装在机身（1）上。

6.根据权利要求4所述的一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，所述第一步进电机（14）通过轴联器（13）连接到蜗杆轴（9）的一端。

7.根据权利要求1所述的一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，所述后旋翼倾转轴（18）上还安装有第二齿轮（20）；机身（1）上安装有第二步进电机（16），第二步进电机（16）上安装有第一齿轮（15），第二步进电机（16）带动第一齿轮（15）转动，第一齿轮（15）通过传动链条（17）带动第二齿轮（20）转动。

8.根据权利要求1所述的一种倾转三旋翼飞行器，其特征在于，所述机翼（2）和机身（1）通过机翼加强杆（12）相连接。