CN104908936A - 一种无人直升机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人直升机，具体地说是一种具有两对共轴主旋翼和水冷散热器系统的大功率、高载重量无人直升机，包括发动机、主承重架、起落架、减速器、尾翼机构、控制舵机系统、倾斜盘机构、主旋翼机构、散热器系统和同步带传动机构，其中发动机和散热器系统均设置于主承重架的前端，所述散热器系统与发动机上的冷却系统相连，且散热器系统中的散热片倾斜设置，所述主旋翼机构上的旋翼形状均相同且旋翼的脊线位于同一平面上，即两对旋翼均为主翼，在减速器的主旋翼输出轴上安装有倾斜盘机构，控制舵机系统通过所述倾斜盘机构控制两对主翼。本发明重量达200公斤，最大载荷重量达25公斤，在发动机功率增大的同时依然能够有效散热。

Description

一种无人直升机

技术领域

本发明涉及一种无人直升机，具体地说是一种具有两对共轴主旋翼和水冷散热器系统的大功率、高载重量无人直升机。

背景技术

现有技术中，民用无人直升机由于受发动机功率、机身结构以及发动机散热等诸多因素的限制，往往重量较轻，载重量较小，另外，现有技术中的民用无人直升机关于旋翼部分通常采用共轴正交异面主翼加小翼的主旋翼模式，这也影响到了民用无人直升机的重量和载重量，通常民用无人直升机的重量小于100公斤，载重量小于10公斤，这极大限制了民用无人直升机的使用范围，影响了无人直升机的推广和应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有两对共轴主旋翼和水冷散热器系统的无人直升机，其重量达200公斤，载荷重量可达25公斤，在发动机功率增大的同时依然能够有效散热。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种无人直升机，包括发动机、主承重架、起落架、减速器、尾翼机构、控制舵机系统、倾斜盘机构、主旋翼机构、散热器系统和同步带传动机构，其中发动机和散热器系统均设置于主承重架的前端，所述散热器系统与发动机上的冷却系统相连，且所述散热器系统中的散热片相对于水平面倾斜设置，发动机通过同步带传动机构与减速器相连，所述减速器安装在主承重架上，减速器上设有主旋翼输出轴和尾翼输出轴，所述主旋翼输出轴与机身上方的主旋翼机构相连，所述尾翼输出轴与机身尾部的尾翼机构相连，在所述减速器上安装有控制舵机系统，在主旋翼机构与减速器之间的主旋翼输出轴上安装有倾斜盘机构，所述倾斜盘机构包括上盘和下盘，所述倾斜盘机构的上盘通过连杆与主旋翼机构上的桨夹相连，所述倾斜盘机构的下盘通过连杆与所述控制舵机系统中的舵机相连，所述主旋翼机构上的旋翼形状均相同且旋翼的脊线位于同一平面上；起落架安装在主承重架的下方，在所述主承重架两侧设有用于悬挂各种载荷的承重杆。

所述主承重架包括两侧的支撑架，在所述支撑架的前端设有支撑块，所述支撑块上安装有螺母杆和固定架，发动机设置于散热器系统下方，所述发动机即安装在所述螺母杆上，所述散热器系统即安装在所述固定架上。

所述主承重架上设有尾梁前支撑、尾梁中支撑、尾梁后支撑、尾梁托架和电池架，尾梁托架设置于所述支撑架的后端，所述尾梁托架通过基座安装在所述支撑架上，在所述基座上设置有尾梁前支撑，在尾梁托架远离所述支撑架的一端设有尾梁后支撑，在尾梁托架的中部安装有用于放置电路电源的电池架，且在靠近所述支撑架的电池架上设有尾梁中支撑。

所述主承重架上安装有尾梁，所述尾梁通过所述尾梁前支撑、尾梁中支撑和尾梁后支撑安装在所述主承重架上，所述减速器的尾翼输出轴由所述尾梁中穿过并与尾翼机构相连。

所述散热器系统除散热片外还包括水管和缓冲容器，散热片通过水管与发动机上的冷却系统进水端相连，发动机上的冷却系统出水端与缓冲容器相连，所述散热片、发动机上的冷却系统以及所述缓冲容器一起构成了一个完整的冷却水循环管路，发动机的缸头排气管与所述缓冲容器相连。

所述减速器内设有输入锥齿轮、传动锥齿轮和输出锥齿轮，所述输入锥齿轮、传动锥齿轮和输出锥齿轮依次啮合，减速器的输入轴与所述输入锥齿轮固连，减速器的主旋翼输出轴与所述传动锥齿轮固连，减速器的尾翼输出轴与所述输出锥齿轮固连。

所述同步带传动机构包括主动同步带轮、从动同步带轮和同步带，所述主动同步带轮安装在发动机的输出轴上，从动同步带轮安装在减速器的输入轴上，所述主动同步带轮和从动同步带轮通过所述同步带相连。

所述主旋翼机构包括桨夹基座和桨夹，其中桨夹基座固定安装在减速器的主旋翼输出轴上，桨夹分别可转动地安装在所述桨夹基座上，桨夹上设有桨夹连接件，所述桨夹上的桨夹连接件通过连杆与所述倾斜盘机构的上盘相连。

所述尾翼机构包括齿轮箱、舵机架和尾部旋翼机构，减速器的尾翼输出轴与所述齿轮箱的输入轴相连，所述齿轮箱的输出轴与尾部旋翼机构相连，舵机架安装在所述齿轮箱上，在所述舵机架上安装有控制尾部旋翼机构倾角的舵机。

所述齿轮箱内设有互相啮合的输入锥齿轮和输出锥齿轮，齿轮箱的输入轴与所述输入锥齿轮固连，齿轮箱的输出轴与所述输出锥齿轮固连。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明的发动机功率大，机身重量达200公斤，载荷重量达25公斤，在发动机功率增大的同时依然能够有效散热。

2、本发明为两对共轴主旋翼模式，即主旋翼机构中的两对旋翼皆是主翼，这有别于通常的共轴正交异面主翼加小翼的主旋翼模式，保证了飞机的有效飞行。

附图说明

图1为本发明的结构侧视图，

图2为图1中本发明的结构立体图，

图3为图1中本发明主承重架和起落架的结构示意图，

图4为图1中本发明去掉主旋翼机构、尾翼机构和尾梁后的结构示意图，

图5为图4中发动机和散热系统连接示意图，

图6为图4中减速器和同步带传动机构的结构示意图，

图7为图6中减速器的剖视图，

图8为图1中主旋翼、倾斜盘和控制舵机系统结构示意图，

图9为图8中主旋翼的结构示意图，

图10为图8中倾斜盘和控制舵机系统结构立体图，

图11为图1中尾翼结构示意图，

图12为图11中齿轮箱剖视图。

其中，1为发动机，101为输出轴，102为冷却进水端口，103为冷却出水端口，104为缸头排气管，2为主承重架，201为支撑架，202为支撑块，203为螺母杆，204为基座，205为尾梁前支撑，206为尾梁中支撑，207为尾梁后支撑，208为尾梁托架，209为电池架，210为承重杆，3为起落架，301为连接板，4为减速器，401为输出锥齿轮，402为尾翼输出轴，403为主旋翼输出轴，404为输入轴，405为输入锥齿轮，406为传动锥齿轮，5为尾翼机构，501为齿轮箱，502为舵机架，503为尾部旋翼，504为输入轴，505为输出轴，506为输入锥齿轮，507为输出锥齿轮，6为控制舵机系统，601为舵机，602为舵机连接件，603为舵机安装板，7为倾斜盘机构，701为上盘，702为下盘，703为铰接块，8为主旋翼机构，801为桨夹基座，802为桨夹，803为桨夹连接件，804为旋翼，9为散热器系统，901为散热片，902为水管，903为缓冲容器，904为回流阀，905为溢流管，906为溢流瓶，10为同步带传动机构，11为从动同步带轮，12为同步带，13为主动同步带轮，14为连杆，15为连杆，16为固定架，17为尾梁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～2所示，本发明包括发动机1、主承重架2、起落架3、减速器4、尾翼机构5、控制舵机系统6、倾斜盘机构7、主旋翼机构8、散热器系统9和同步带传动机构10，其中发动机1和散热器系统9均设置于无人直升机机身的前端，在主承重架2的前端设有固定架16，所述散热器系统9即安装在所述固定架16上，发动机1安装在主承重架2上并设置于散热器系统9的下方，所述散热器系统9与发动机1上的冷却系统相连并通过冷却水循环带走发动机1多余的热量，使发动机1得到冷却，所述发动机1通过同步带传动机构10与减速器4相连，所述减速器4安装在主承重架2上，所述减速器4设有主旋翼输出轴403和尾翼输出轴402两个输出轴，所述主旋翼输出轴403垂直于无人直升机机身的长度方向设置并与主旋翼机构8相连，所述尾翼输出轴402平行于无人直升机机身的长度方向设置并与尾翼机构5相连，在主旋翼机构8与减速器4之间的主旋翼输出轴403上安装有倾斜盘机构7，所述倾斜盘机构7包括上盘701和下盘702，在所述减速器4的上端安装有控制舵机系统6，所述倾斜盘机构7的上盘701通过连杆与主旋翼机构8相连，所述倾斜盘机构7的下盘702通过连杆与所述控制舵机系统6相连，在所述主承重架2的下方安装有起落架3，在所述主承重架2的后端安装有尾梁17，减速器4的尾翼输出轴402由所述尾梁17中穿过并与尾翼机构5相连。

如图3所示，所述主承重架2包括两侧的支撑架201、螺母杆203、尾梁前支撑205、尾梁中支撑206、尾梁后支撑207、尾梁托架208、电池架209和承重杆210，在支撑架201的前端设有支撑块202，螺母杆203即安装在所述支撑块202上，发动机1即安装在所述螺母杆203上，在支撑架201的后端设有尾梁托架208，所述尾梁托架208通过基座204安装在支撑架201上，所述尾梁托架208上可安装各种必要的电子元器件，在所述基座204上设置有尾梁前支撑205，在尾梁托架208远离支撑架201的一端安装有尾梁后支撑207，在尾梁托架208的中部安装有用于放置支持整个无人直升机电路电源的电池架209，在靠近支撑架201的电池架209上设有尾梁中支撑206，尾梁17通过所述尾梁前支撑205、尾梁中支撑206和尾梁后支撑207安装在主承重架2上，在主承重架2的两侧分别设有用于悬挂各种载荷的承重杆210，所述起落架3通过连接板301安装在支撑架201的下方。

如图4～5所示，固定架16安装在所述支撑架201前端的支撑块202上，散热器系统9安装在所述固定架16上，所述散热器系统9包括散热片901、水管902、缓冲容器903和过压回流装置，散热片901通过水管902与发动机1上的冷却系统进水端102相连，发动机1上的冷却系统出水端103与缓冲容器903相连，所述散热片901、发动机1上的冷却系统以及所述缓冲容器903一起构成了一个完整的冷却水循环管路，发动机1的缸头排气管104与所述缓冲容器903相连，发动机1由所述缸头排气管104排出的气体即为驱动冷却水循环的动力源，所述过压回流装置与所述缓冲容器903相连，所述过压回流装置包括回流阀904、溢流管905和溢流瓶906，所述缓冲容器903通过溢流管905与溢流瓶906相连，在所述溢流管905与缓冲容器903的连接处设有一个回流阀904，所述过压回流装置为系统自带装置，作用在于过压保护。如图4所示，所述散热器系统9中的散热片901整体为长方形结构，且与水平面呈一定倾角设置，本实施例中，所述倾角为16度，这使得所述散热片901的前表面不仅能接收到由飞行引起的风，而且还能够接收到来自主旋翼机构8的下降气流，增强了散热片901中的水在无人直升机的飞行过程中的冷却效果，另外，在散热片901上自带有双风扇，当无人机低速前行或悬停状态下，此时散热片901接收到飞机向前飞行和旋翼带来的风较小，依靠自然风冷却效果较差，此时散热片901上双风扇发生作用，保证散热片901中的水有效冷却。本实例中，所述发动机1的型号为582ul型，生产厂家为rotax公司，所述散热片901的型号为翼神MN156092型，生产厂家为三菱公司。

如图4和图6所示，发动机1通过同步带传动机构10与减速器4相连，所述减速器4安装在主承重架2的支撑架201上，同步带传动机构10包括主动同步带轮13、从动同步带轮11和同步带12，所述主动同步带轮13安装在发动机1的输出轴101上，从动同步带轮11安装在减速器4的输入轴404上，所述主动同步带轮13和从动同步带轮11通过同步带12相连。如图7所示，所述减速器4内设有输入锥齿轮405、传动锥齿轮406和输出锥齿轮401，所述输入锥齿轮405、传动锥齿轮406和输出锥齿轮401依次啮合，减速器4的输入轴404与所述输入锥齿轮405固连，减速器4的主旋翼输出轴403与所述传动锥齿轮406固连，减速器4的尾翼输出轴402与所述输出锥齿轮401固连。

如图8～10所示，控制舵机系统6安装在所述减速器4上，在所述减速器4的主旋翼输出轴403上安装有倾斜盘机构7。所述控制舵机系统6包括三个舵机601，三个舵机601通过舵机安装板603安装在所述减速器4上，本实施中，所述舵机的型号为ps105，生产厂家为日本精工精密机械有限公司。主旋翼机构8安装在减速器4的主旋翼输出轴403的端部，所述主旋翼机构8包括桨夹基座801和四个桨夹802，其中桨夹基座801固定安装在减速器4的主旋翼输出轴403上，四个桨夹802分别可转动地安装在所述桨夹基座801上，每个桨夹802上均设有一个桨夹连接件803，所述倾斜盘机构7包括上盘701和下盘702，在所述上盘701和下盘702的外缘上均布设置有铰接块703，所述桨夹802上的桨夹连接件803通过连杆14与倾斜盘机构7的上盘701上相应的铰接块703相连，在每个舵机601上均设有舵机连接件602，所述舵机连接件602通过连杆15与倾斜盘机构7的下盘702上相应的铰接块703相连，倾斜盘机构7的上盘701和下盘702绕减速器4的主旋翼输出轴403同步转动，舵机601即通过所述倾斜盘机构7的传动控制主旋翼机构8的桨夹802倾角。所述主旋翼机构8上的旋翼804安装在所述桨夹802上，所述主旋翼机构8上的旋翼804形状、材质均相同，且所述旋翼804的脊线位于同一平面上，即本发明两对共轴的旋翼804皆为主翼，这有别于常见的主翼加小翼的主旋翼模式，所述倾斜盘机构7即保证了舵机601能够有效控制两对主翼。

如图11～12所示，尾翼机构5包括齿轮箱501、舵机架502和尾部旋翼503，所述减速器4的尾翼输出轴402与所述齿轮箱501的输入轴504相连，所述齿轮箱501的输出轴505与尾部旋翼503固连，如图12所示，所述齿轮箱501内设有互相啮合的输入锥齿轮506和输出锥齿轮507，齿轮箱501的输入轴504与所述输入锥齿轮506固连，齿轮箱501的输出轴505与所述输出锥齿轮507固连，所述齿轮箱501安装在尾梁17上，舵机架502安装在所述齿轮箱501上，在所述舵机架502上安装有控制尾部旋翼503倾角的舵机，本实施例中，所述控制尾部旋翼503倾角的舵机型号为BLS157HV，生产厂家为Futaba集团。

本发明的工作原理为：

本发明的发动机1功率较大，本实施中，发动机1的功率为48kw,整个机身的重量为200公斤，最大载重量为25公斤，由于发动机1的功率较大，转速较高，需要及时冷却，本发明将发动机1前置，并且在机身前端，在所述发动机1的上方设置有散热器系统9，所述散热器系统9通过水冷却循环解决了发动机1的散热问题，散热器系统9中的散热片901与水平面呈一定倾角设置，使得所述散热片901的前表面不仅能接收到由飞行引起的风，而且还能够接收到来自主旋翼机构8的下降气流，另外，在散热片901上自带有双风扇，当无人机低速前行或悬停状态下依然能够有效散热。由于发动机1功率较大，如果主旋翼机构8采用传统的共轴正交异面主翼加小翼的主旋翼模式，将难以保证直升飞机的有效运行，本发明的主旋翼机构8中，安装在桨夹802上的旋翼804形状、材质均相同，即两对旋翼804皆为主翼，这有别于常见的主翼加小翼的主旋翼模式，在减速器4的主旋翼输出轴403上设有倾斜盘机构7，所述倾斜盘机构7即保证了舵机601有效控制两对主翼。

Claims (10)

1.一种无人直升机，其特征在于：包括发动机（1）、主承重架（2）、起落架（3）、减速器（4）、尾翼机构（5）、控制舵机系统（6）、倾斜盘机构（7）、主旋翼机构（8）、散热器系统（9）和同步带传动机构（10），其中发动机（1）和散热器系统（9）均设置于主承重架（2）的前端，所述散热器系统（9）与发动机（1）上的冷却系统相连，且所述散热器系统（9）中的散热片（901）相对于水平面倾斜设置，发动机（1）通过同步带传动机构（10）与减速器（4）相连，所述减速器（4）安装在主承重架（2）上，减速器（4）上设有主旋翼输出轴（403）和尾翼输出轴（402），所述主旋翼输出轴（403）与机身上方的主旋翼机构（8）相连，所述尾翼输出轴（402）与机身尾部的尾翼机构（5）相连，在所述减速器（4）上安装有控制舵机系统（6），在主旋翼机构（8）与减速器（4）之间的主旋翼输出轴（403）上安装有倾斜盘机构（7），所述倾斜盘机构（7）包括上盘（701）和下盘（702），所述倾斜盘机构（7）的上盘（701）通过连杆（14）与主旋翼机构（8）上的桨夹（802）相连，所述倾斜盘机构（7）的下盘（702）通过连杆（15）与所述控制舵机系统（6）中的舵机（601）相连，所述主旋翼机构（8）上的旋翼（804）形状均相同且旋翼（804）的脊线位于同一平面上；起落架（3）安装在主承重架（2）的下方，在所述主承重架（2）两侧设有用于悬挂各种载荷的承重杆（210）。

2.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于：所述主承重架（2）包括两侧的支撑架（201），在所述支撑架（201）的前端设有支撑块（202），所述支撑块（202）上安装有螺母杆（203）和固定架（16），发动机（1）设置于散热器系统（9）下方，所述发动机（1）即安装在所述螺母杆（203）上，所述散热器系统（9）即安装在所述固定架（16）上。

3.根据权利要求2所述的无人直升机，其特征在于：所述主承重架（2）上设有尾梁前支撑（205）、尾梁中支撑（206）、尾梁后支撑（207）、尾梁托架（208）和电池架（209），尾梁托架（208）设置于所述支撑架（201）的后端，所述尾梁托架（208）通过基座（204）安装在所述支撑架（201）上，在所述基座（204）上设置有尾梁前支撑（205），在尾梁托架（208）远离所述支撑架（201）的一端设有尾梁后支撑（207），在尾梁托架（208）的中部安装有用于放置电路电源的电池架（209），且在靠近所述支撑架（201）的电池架（209）上设有尾梁中支撑（206）。

4.根据权利要求3所述的无人直升机，其特征在于：所述主承重架（2）上安装有尾梁（17），所述尾梁（17）通过所述尾梁前支撑（205）、尾梁中支撑（206）和尾梁后支撑（207）安装在所述主承重架（2）上，所述减速器（4）的尾翼输出轴（402）由所述尾梁（17）中穿过并与尾翼机构（5）相连。

5.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于：所述散热器系统（9）除散热片（901）外还包括水管（902）和缓冲容器（903），散热片（901）通过水管（902）与发动机（1）上的冷却系统进水端（102）相连，发动机（1）上的冷却系统出水端（103）与缓冲容器（903）相连，所述散热片（901）、发动机（1）上的冷却系统以及所述缓冲容器（903）一起构成了一个完整的冷却水循环管路，发动机（1）的缸头排气管（104）与所述缓冲容器（903）相连。

6.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于：所述减速器（4）内设有输入锥齿轮（405）、传动锥齿轮（406）和输出锥齿轮（401），所述输入锥齿轮（405）、传动锥齿轮（406）和输出锥齿轮（401）依次啮合，减速器（4）的输入轴（404）与所述输入锥齿轮（405）固连，减速器（4）的主旋翼输出轴（403）与所述传动锥齿轮（406）固连，减速器（4）的尾翼输出轴（402）与所述输出锥齿轮（401）固连。

7.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于：所述同步带传动机构（10）包括主动同步带轮（13）、从动同步带轮（11）和同步带（12），所述主动同步带轮（13）安装在发动机（1）的输出轴（101）上，从动同步带轮（11）安装在减速器（4）的输入轴（404）上，所述主动同步带轮（13）和从动同步带轮（11）通过所述同步带（12）相连。

8.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于：所述主旋翼机构（8）包括桨夹基座（801）和桨夹（802），其中桨夹基座（801）固定安装在减速器（4）的主旋翼输出轴（403）上，桨夹（802）分别可转动地安装在所述桨夹基座（801）上，桨夹（802）上设有桨夹连接件（803），所述桨夹（802）上的桨夹连接件（803）通过连杆（14）与所述倾斜盘机构（7）的上盘（701）相连。

9.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于：所述尾翼机构（5）包括齿轮箱（501）、舵机架（502）和尾部旋翼机构（503），减速器（4）的尾翼输出轴（402）与所述齿轮箱（501）的输入轴（504）相连，所述齿轮箱（501）的输出轴（505）与尾部旋翼机构（503）相连，舵机架（502）安装在所述齿轮箱（501）上，在所述舵机架（502）上安装有控制尾部旋翼机构（503）倾角的舵机。

10.根据权利要求9所述的无人直升机，其特征在于：所述齿轮箱（501）内设有互相啮合的输入锥齿轮（506）和输出锥齿轮（507），齿轮箱（501）的输入轴（504）与所述输入锥齿轮（506）固连，齿轮箱（501）的输出轴（505）与所述输出锥齿轮（507）固连。