CN104943859A - 无人直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人直升机，该无人直升机包括：主旋翼(1)、机身(2)、机尾(3)和多个水平设置的副旋翼(4)；所述机尾(3)连接于所述机身(2)，所述主旋翼(1)通过主旋翼(1)轴可旋转地设置于所述机身(2)上，多个所述副旋翼(4)通过副旋翼(4)轴可旋转地设置于所述机尾(3)上；多个所述副旋翼(4)对称设置于所述机身(2)的两侧。该无人直升机克服了现有技术中的无人直升机的稳定性仍然不佳的现状，提高了无人直升机的升力效率和稳定性。

Description

无人直升机

技术领域

本发明涉及无人飞行器设计与控制领域，具体地，涉及一种无人直升机。

背景技术

机动性较高的直升机，目前主要有单旋翼带尾桨直升机和双旋翼直升机，双旋翼直升机又包括共轴式、纵列式和并列式。这些直升机的技术都已经很成熟，但各有优缺点。

单旋翼带尾桨直升机构造简单，操纵系统也较简单，成本低。但是必须消耗10％左右的动力来驱动尾桨进行平衡主旋翼反扭矩。而且重心定位范围较窄，尾部较长，使直升机的尺寸增大。

纵列式或并列式直升机通常有两个安装在机身前后或左右的升力螺旋桨，转速相同，方向相反，从而平衡它们的反作用扭力矩。其纵向或横向稳定性较好，重心定位范围较广，机身的容积较大。但是缺点主要在于传动系统和操纵系统较为复杂，升力螺旋桨的旋转必须保持可靠的协调。

共轴式双旋翼直升机同样也是用两个转速相同、方向相反的螺旋桨来平衡反作用扭力矩。其机身较短，正面阻力较小。但是一方面操纵和传动系统较为复杂，尤其在设计大型直升机时这一问题更加突出；另一方面方向稳定性较差，且两个螺旋桨有相碰的危险。

而无人直升机无需专用机场、专业飞行员、维护成本低，同时又具有传统直升机机动灵活，作业地形适应性广等优点，在农林植保、管道电缆巡线等等领域有广泛的应用价值。

当设计无人直升机时，最常用的通常是结构简单的单旋翼带尾桨直升机。然而由于自身设计原理的缺陷，尾桨使得升力效率较低；主旋翼进动性使得不易稳定悬停，容易产生水平横向飘移。而无人直升机虽然市场广阔，但是有效载荷低、续航时间短大大限制了其进一步发展，稳定性仍然不佳的现状也制约了其应用在许多更高要求的领域。

因此需要结合双旋翼直升机设计的优点，改进现有常用的单旋翼带尾桨式无人直升机，提高升力效率和稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人直升机，该无人直升机克服了现有技术中的无人直升机的稳定性仍然不佳的现状，提高了无人直升机的升力效率和稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种无人直升机，该无人直升机包括：主旋翼、机身、机尾和多个水平设置的副旋翼；所述机尾连接于所述机身，所述主旋翼通过主旋翼轴可旋转地设置于所述机身上，多个所述副旋翼通过副旋翼轴可旋转地设置于所述机尾上；多个所述副旋翼对称设置于所述机身的两侧。

优选地，该无人直升机还包括：动力系统和传动系统；

所述动力系统连接于所述传动系统，以给所述传动系统提供动力；

所述传动系统被配置成分别连接于所述主旋翼轴和副旋翼轴，以驱动所述主旋翼和所述副旋翼旋转。

优选地，所述传动系统包括：主减速器、主减速器输入轴、副减速器和副传动轴，所述主减速器输入轴的一端连接于所述动力系统，另一端连接于所述主减速器的一端，所述主减速器的另一端连接于所述主旋翼轴；

所述副传动轴的一端连接于所述动力系统，另一端连接于所述副减速器的一端，所述副减速器的另一端连接于所述副旋翼轴。

优选地，所述动力系统为内燃机或电动机。

优选地，该无人直升机还包括：操纵系统和飞行控制系统，所述飞行控制系统连接于所述操纵系统和所述动力系统，按指令进行起降、飞行和悬停。

优选地，所述操纵系统包括：设置于所述主旋翼轴处的周期变距系统，所述周期变距系统改变主旋翼前后或左右桨距；

设置于所述副旋翼轴处的总距变距系统，所述总距变距系统改变所述副旋翼轴的副旋翼轴的总距；

设置于所述桨毂处的挥舞摆振装置。

优选地，所述周期变距系统包括：设置于所述主旋翼轴处的倾斜盘。

优选地，所述副旋翼旋转方向与所述主旋翼的旋转方向相反，且在飞行的情况下，多个所述副旋翼的旋转力等于所述主旋翼的旋转反作用力。

通过上述的实施方式，本发明的无人直升机中央主旋翼尺寸较大，各副旋翼较小，主副旋翼都可以提供升力；相较于传统双旋翼或多旋翼拥有较大主桨，相较于单旋翼带尾桨拥有可提升辅助升力的副旋翼；从而具有较高的升力效率，具有较强的负载能力。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是说明本发明的优选实施方式的一种无人直升机的俯视图；以及

图2是图1所示的一种无人直升机的主视图。

附图标记说明

1    主旋翼          2      机身

3    机尾            4      副旋翼

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指如图2所示的上下左右。“内、外”是指具体实施方式的内与外。“远、近”是指相对于某个部件的远与近。

本发明提供一种无人直升机，该无人直升机包括：主旋翼1、机身2、机尾3和多个水平设置的副旋翼4；

所述机尾3连接于所述机身2，所述主旋翼1通过主旋翼1轴可旋转地设置于所述机身2上，多个所述副旋翼4通过副旋翼4轴可旋转地设置于所述机尾3上；

多个所述副旋翼4对称设置于所述机身2的两侧。

通过上述的技术方案，本发明的无人直升机中央主旋翼1尺寸较大，各副旋翼4较小，主副旋翼4都可以提供升力；相较于传统双旋翼或多旋翼拥有较大主桨，相较于单旋翼带尾桨拥有可提升辅助升力的副旋翼4；从而具有较高的升力效率，具有较强的负载能力。具有多旋翼结构，除主旋翼1周期变距系统外，还可以通过改变主副旋翼4推力比例实现姿态控制，响应更快。通过两种途径控制姿态，提高悬停稳定性，增加抗湍流转捩风和侧风的能力。兼顾以往不同无人直升机的特点，具有载荷大、升限高、航时长、悬停稳定，大大提高机动性和抗风性。

以下结合附图1和附图2对本发明进行进一步的说明，在本发明中，通过多个副旋翼4对称的设置使得无人直升机可以平衡的移动，大大增加了向上的动力。

在本发明的一种具体实施方式中，该无人直升机还包括：动力系统和传动系统；

所述动力系统连接于所述传动系统，以给所述传动系统提供动力；

所述传动系统被配置成分别连接于所述主旋翼1轴和副旋翼4轴，以驱动所述主旋翼1和所述副旋翼4旋转。

通过上述的实施方式，让主旋翼1轴和副旋翼4轴随着动力系统自由旋转。

在本发明的一种具体实施方式中，所述传动系统可以包括：主减速器、主减速器输入轴、副减速器和副传动轴，所述主减速器输入轴的一端连接于所述动力系统，另一端连接于所述主减速器的一端，所述主减速器的另一端连接于所述主旋翼1轴；

所述副传动轴的一端连接于所述动力系统，另一端连接于所述副减速器的一端，所述副减速器的另一端连接于所述副旋翼4轴。

通过上述的实施方式从而驱动主副旋翼4旋转。

为了让本发明的无人直升机可以通过多种动力系统运动，在该种实施方式中，所述动力系统为内燃机或电动机。

在本发明的一种具体实施方式中，该无人直升机还可以包括：操纵系统和飞行控制系统，所述飞行控制系统连接于所述操纵系统和所述动力系统，按指令进行起降、飞行和悬停。

在该种实施方式中，所述操纵系统包括：设置于所述主旋翼1轴处的周期变距系统，所述周期变距系统改变主旋翼1前后或左右桨距；

设置于所述副旋翼4轴处的总距变距系统，所述总距变距系统改变所述副旋翼4轴的副旋翼4轴的总距；

设置于所述桨毂处的挥舞摆振装置。

在该种实施方式中，所述周期变距系统可以包括：设置于所述主旋翼1轴处的倾斜盘。

通过分别改变主旋翼1和副旋翼4的总距使无人直升机升降、悬停和航向偏转，通过倾斜盘改变主旋翼1前后或左右桨距使无人直升机前后或左右移动；挥舞、摆振装置使旋翼可以进行挥舞和摆振动作，从而增加机身2稳定性。

在该种实施方式中，所述副旋翼4旋转方向与所述主旋翼1的旋转方向相反，且在飞行的情况下，多个所述副旋翼4的旋转力等于所述主旋翼1的旋转反作用力。

实际上，在无人直升机实际飞行中，旋翼系统通过动力系统经传动系统驱动，通过飞行控制系统协调控制中央主旋翼1和2个副旋翼4的桨距以及发动机油门，可以实现直升机的姿态和轨迹控制。

其原理如下：

1)航向扭矩平衡。2个副旋翼4与主旋翼1的桨型相反，转向相反，通过协调主副旋翼4的转速和桨距，可以使主旋翼1产生的反扭矩与2个副旋翼4产生的反扭矩相互平衡。

2)升力控制。主旋翼1用于提供飞行时的主要升力；2个副旋翼4提供飞行时的辅助升力，通过同比改变主旋翼1和2个副旋翼4的总距，使主旋翼1和2个副旋翼4等比例改变各自提供的升力，从而在保持机身2平衡的情况下改变无人直升机的总升力，实现直升机垂直方向上的悬停和升降控制。

3)姿态控制和轨迹控制

改变主旋翼1周期变距系统，使主旋翼1的倾斜盘向前倾斜，从而使主旋翼1向前倾斜，产生向前的力，同时通过飞行控制系统协同增加主旋翼1总距，使得无人直升机在保持机身2平衡的情况下前倾并向前飞行；反之改变主旋翼1周期变距系统，使主旋翼1的倾斜盘向后倾斜，从而使主旋翼1向后倾斜，产生向后的力，同时通过飞行控制系统协同增加主旋翼1总距，使得无人直升机在保持机身2平衡的情况下后仰并向后飞行。

改变主旋翼1周期变距系统，使主旋翼1的倾斜盘向左倾斜，从而使主旋翼1向左倾斜，产生向左的力，同时通过飞行控制系统协同改变主副旋翼4总距，使得无人直升机在保持机身2平衡的情况下左倾并向左飞行；反之改变主旋翼1周期变距系统，使主旋翼1的倾斜盘向右倾斜，从而使主旋翼1向右倾斜，产生向右的力，同时通过飞行控制系统协同改变主副旋翼4总距，使得无人直升机在保持机身2平衡的情况下后仰并向右飞行。

控制航向

a.增大2个副旋翼4转速，并降低2个副旋翼4桨距，通过飞行控制系统协同控制转速和桨距并保持副旋翼4升力不变，从而在保持主副旋翼4升力不变的情况产生与主旋翼1旋转方向相同的偏航控制力矩；反之降低2个副旋翼4转速，并增大2个副旋翼4桨距，通过飞行控制系统协同控制转速和桨距并保持副旋翼4升力不变，从而在保持主副旋翼4升力不变的情况产生与主旋翼1旋转方向相反的偏航控制力矩；从而控制无人直升机的航向。

b.降低主旋翼1转速，并增大主旋翼1桨距，通过飞行控制系统协同控制转速和桨距并保持主旋翼1升力不变，从而在保持主副旋翼4升力不变的情况产生与主旋翼1旋转方向相同的偏航控制力矩；反之增大主旋翼1转速，并降低主旋翼1桨距，通过飞行控制系统协同控制转速和桨距并保持主旋翼1升力不变，从而在保持主副旋翼4升力不变的情况产生与主旋翼1旋转方向相反的偏航控制力矩；从而控制无人直升机的航向。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种无人直升机，其特征在于，该无人直升机包括：主旋翼(1)、机身(2)、机尾(3)和多个水平设置的副旋翼(4)；

所述机尾(3)连接于所述机身(2)，所述主旋翼(1)通过主旋翼(1)轴可旋转地设置于所述机身(2)上，多个所述副旋翼(4)通过副旋翼(4)轴可旋转地设置于所述机尾(3)上；

多个所述副旋翼(4)对称设置于所述机身(2)的两侧。

2.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，该无人直升机还包括：动力系统和传动系统；

所述动力系统连接于所述传动系统，以给所述传动系统提供动力；

所述传动系统被配置成分别连接于所述主旋翼(1)轴和副旋翼(4)轴，以驱动所述主旋翼(1)和所述副旋翼(4)旋转。

3.根据权利要求2所述的无人直升机，其特征在于，所述传动系统包括：主减速器、主减速器输入轴、副减速器和副传动轴，所述主减速器输入轴的一端连接于所述动力系统，另一端连接于所述主减速器的一端，所述主减速器的另一端连接于所述主旋翼(1)轴；

所述副传动轴的一端连接于所述动力系统，另一端连接于所述副减速器的一端，所述副减速器的另一端连接于所述副旋翼(4)轴。

4.根据权利要求2所述的无人直升机，其特征在于，所述动力系统为内燃机或电动机。

5.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，该无人直升机还包括：操纵系统和飞行控制系统，所述飞行控制系统连接于所述操纵系统和所述动力系统，按指令进行起降、飞行和悬停。

6.根据权利要求5所述的无人直升机，其特征在于，所述操纵系统包括：设置于所述主旋翼(1)轴处的周期变距系统，所述周期变距系统改变主旋翼(1)前后或左右桨距；

设置于所述副旋翼(4)轴处的总距变距系统，所述总距变距系统改变所述副旋翼(4)轴的副旋翼(4)轴的总距；

设置于所述桨毂处的挥舞摆振装置。

7.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，所述周期变距系统包括：设置于所述主旋翼(1)轴处的倾斜盘。

8.根据权利要求1所述的无人直升机，其特征在于，所述副旋翼(4)旋转方向与所述主旋翼(1)的旋转方向相反，且在飞行的情况下，多个所述副旋翼(4)的旋转力等于所述主旋翼(1)的旋转反作用力。