CN105235900B - 一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统 - Google Patents
一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统 Download PDFInfo
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Abstract
一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统，它包括下旋翼总距和周期变距操纵系统和上旋翼总距和周期变距操纵系统；下旋翼总距和周期变距操纵系统位于下旋翼轴上，上旋翼总距和周期变距操纵系统位于上旋翼轴上，两套系统相互独立。本发明采用上旋翼进行航向操纵的方式，简化了常规共轴直升机下旋翼操纵系统的机械结构，同时上旋翼操纵系统机械结构和航向操纵系统机械结构也较简单，缩短了上旋翼轴和下旋翼轴长度，充分利用了上旋翼和下旋翼系统之间的空间，使得结构紧凑，空间利用率高，也使得上旋翼轴和下旋翼轴作为细长轴可能面临的动力学问题风险大大减小。
Description
技术领域
本发明涉及航空技术领域，特别是涉及一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统。
背景技术
与单旋翼直升机靠尾桨进行航向操纵不同，共轴式直升机通过上下旋翼桨距差动来进行航向操纵，即一副旋翼总距增加，另一副旋翼总距减小，两副旋翼产生反扭矩差以提供航向操纵的扭矩。上下旋翼总距的变化同时会带来各自升力的变化，为保证航向操纵时升力旋翼总升力不变，两副旋翼的升力增加和减小的量需保持相等。根据航向操纵的不同结构形式，常规形式共轴式直升机操纵系统可分为全差动操纵系统(如图1所示)和半差动操纵系统(如图2所示)。
如图1，共轴直升机全差动操纵系统航向操纵原理为，通过差动操纵上旋翼和下旋翼总距(即一副旋翼总距增加的同时另一幅旋翼总距以相等的操纵量减小)改变其反扭矩以产生航向操纵力，此时旋翼系统总升力不会随之发生改变。全差动操纵系统需要上旋翼系统和下旋翼系统在总距操纵和周期变距操纵机构之外，另增加航向操纵机构，因此机械结构复杂。
如图2和图3，常规形式共轴直升机半差动操纵系统航向操纵原理为，通过操纵航向杠杆4和航向摇臂3，控制下旋翼系统2的总距改变其反扭矩以产生航向操纵力，此时上旋翼系统1和下旋翼系统2总升力会随之发生改变，因此需要同时操纵总距以补偿升力的改变量。对于常规形式共轴直升机半差动操纵系统，由于其航向操纵部分需要与下旋翼总距和周期变距操纵结合，机械结构仍然非常复杂，且增加了下旋翼系统2以下的高度空间，使得内旋翼轴6和外旋翼轴7的长度均增加，容易产生结构动力学问题，且不能充分利用上下旋翼之间的空间。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统，以解决常规半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统机械结构复杂，上旋翼和轴下旋翼轴较长，容易产生结构动力学问题，且不能充分利用上下旋翼之间的空间等缺点。
本发明所采用的技术方案是：一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统，主要包括下旋翼总距和周期变距操纵系统和上旋翼总距和周期变距操纵系统。下旋翼总距和周期变距操纵系统位于下旋翼轴上，上旋翼总距和周期变距操纵系统位于上旋翼轴上，两套系统相互独立。
所述下旋翼总距和周期变距操纵系统，包括连接下旋翼变距摇臂的下旋翼变距拉杆，下旋翼自动倾斜器，以及带动下旋翼自动倾斜器做上下滑动和纵横向倾斜运动的伺服舵机操纵拉杆和伺服舵机，各部分通过杆端轴承连接。该下旋翼变距拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，主要功能为带动下旋翼变距摇臂操纵下旋翼的桨距；该下旋翼自动倾斜器是包含和外轴一起旋转的下旋翼自动倾斜器内环以及不随旋翼轴旋转的下旋翼自动倾斜器外环。通过下旋翼自动倾斜器内环扭力臂机构传递的扭矩，带动下旋翼自动倾斜器内环与外轴一起旋转；通过下旋翼自动倾斜器外环扭力臂机构，下旋翼自动倾斜器外环与机体相连，使其不随外轴一起旋转；该伺服舵机操纵拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，主要功能为传递伺服舵机的操纵运动；该伺服舵机带有可旋转摇臂，通过遥控信号控制其旋转运动，从而产生操纵运动。
所述上旋翼总距和周期变距操纵系统，包括连接上旋翼变距摇臂的上旋翼变距拉杆、上旋翼自动倾斜器、上旋翼航向控制系统，以及连接上旋翼变距拉杆、上旋翼自动倾斜器和上旋翼航向控制系统的上旋翼剪型摇臂，各部分通过杆端轴承连接。该上旋翼变距拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，主要功能为带动下旋翼变距摇臂操纵下旋翼的桨距；该上旋翼自动倾斜器，包含和内轴一起旋转的上旋翼自动倾斜器内环以及不随旋翼轴旋转的上旋翼自动倾斜器外环。通过上下倾斜器连杆组成的平行四边形机构和下旋翼自动倾斜器连接，并最终通过主伺服舵机的作动操纵进行上下滑动和纵横向倾斜运动，并通过上旋翼剪型摇臂传递给上旋翼，转化为上旋翼总距操纵和周期变距操纵。该上旋翼航向控制系统，包含航向长拉杆、航向滑套、航向杠杆、航向支撑、航向伺服舵机连杆以及航向伺服舵机，各部分通过杆端轴承连接。该航向长拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，主要功能为将航向操纵传递给航向滑套；该航向滑套是圆筒状结构，主要功能为为将航向操纵传递给上旋翼剪型摇臂；该航向杠杆为Y型结构，主要功能为将航向操纵传递给航向长拉杆；该航向支撑是H型结构，主要功能为支撑航向杠杆进行杠杆的运动；该航向伺服舵机连杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，主要功能为将航向操纵传递给航向杠杆；该航向伺服舵机为带有旋转摇臂的作动装置，主要功能为接受遥控信号产生航向操纵。该上旋翼航向控制系统通过航向伺服舵机的作动操纵进行上下滑动，并通过航向长拉杆和上旋翼剪型摇臂传递给上旋翼，转化为上旋翼总距操纵，产生偏航运动所需的反扭矩。该上旋翼剪型摇臂为长条形状，主要功能为将航向操纵传递给上旋翼。
与现有技术相比，本发明的有益效果是解决了常规半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统机械结构复杂，上旋翼和轴下旋翼轴较长，容易产生结构动力学问题，且不能充分利用上下旋翼之间的空间等缺点。
附图说明
图1全差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统示意图。
图2常规形式半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统示意图。
图3常规形式半差动航向控制的共轴式无人直升机传动操纵系统示意图。
图4上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统示意图。
图5上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机传动操纵系统示意图。
图6上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统示意图。
图7为本发明外形示意图。
图中符号说明如下：
1、上旋翼系统；2、下旋翼系统；3、航向摇臂；4、航向杠杆；5、上旋翼扭力臂；6、内旋翼轴；7、外旋翼轴；8-上旋翼系统；9-下旋翼系统；10-内轴；11-外轴；12-上旋翼变距拉杆；13-上旋翼剪型摇臂；14-航向滑套；15-上旋翼自动倾斜器内环；16-上旋翼自动倾斜器外环；17-上下倾斜器连杆；18-下旋翼变距拉杆；19-下旋翼自动倾斜器内环；20-下旋翼自动倾斜器外环；21-下旋翼变距拉杆；22-航向操纵拉杆；23-航向杠杠；24-航向支撑；25-航向长拉杆。
具体实施方式
见图1—图7，下面结合附图对本发明进一步说明。为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统，以解决常规共轴式无人直升机机械结构较复杂，旋转阻力大等缺点。
参见图5，与本实施例的上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统相关的共轴式无人直升机旋翼和旋翼轴主要构成如下：
内轴10顶端连接上旋翼系统8，带动上旋翼进行顶视逆时针旋转运动；外轴11顶端连接下旋翼系统9，带动下旋翼进行顶视顺时针旋转运动；上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统附着于旋翼轴上，分别对上下旋翼桨距进行控制，以操控整个直升机的运动。参见图5和图6，本实施例的上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统主要构成如下：
上旋翼变距拉杆12分别连接上旋翼系统8和上旋翼剪型摇臂13；上旋翼剪型摇臂13与上旋翼自动倾斜器相连；上旋翼自动倾斜器包含上旋翼自动倾斜器内环15和上旋翼自动倾斜器外环16；内轴10和上旋翼自动倾斜器内环15一起做旋转运动；上旋翼自动倾斜器外环16、上下倾斜器连杆17和下旋翼自动倾斜器内环19共同组成平行四边形机构；
下旋翼变距拉杆21操纵下旋翼自动倾斜器外环20和下旋翼自动倾斜器内环19做上下滑动和纵横向倾斜运动，再经过下旋翼变距拉杆18传递给下旋翼系统9，产生下旋翼系统9的总距和周期变距运动；与此同时，该运动通过平行四边形机构，再经过上旋翼剪型摇臂13和上旋翼变距拉杆12传递给上旋翼系统8，产生上旋翼系统8的总距和周期变距运动。
航向操纵拉杆22操纵航向杠杠23以航向支撑24为支点进行杠杆运动，通过航向长拉杆25，再经过上旋翼剪型摇臂13和上旋翼变距拉杆12传递给上旋翼系统8，产生上旋翼系统8的变距运动，从而使共轴直升机产生航向运动。
通过上下旋翼的总距和周期变距操纵以及上旋翼系统8的航向操纵之间的配合，可形成共轴式无人直升机纵向、横向、总距和偏航的四个控制。
当上下旋翼进行横向操纵形成共轴式无人直升机的横向操纵。
上下旋翼进行纵向操纵形成共轴式无人直升机的纵向操纵。
上下旋翼进行总距的增加或减小操纵形成共轴式无人直升机总距的增加或减小操纵。
进行偏航操纵时，上旋翼系统8总距改变带来反扭矩变化的同时，也造成了总升力的变化，产生了航向-总距运动耦合。为解除该耦合，需要在偏航操纵的同时增加一个上下旋翼的总距操纵，以抵消航向运动带来的航向-总距运动耦合。
本发明提供的上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统，简化了常规共轴式无人直升机机械结构，减小了操纵系统的旋转阻力大，增加了系统的可靠性。
Claims (1)
1.一种上旋翼半差动航向控制的共轴式无人直升机操纵系统，其特征在于：它包括下旋翼总距和周期变距操纵系统和上旋翼总距和周期变距操纵系统；下旋翼总距和周期变距操纵系统位于下旋翼轴上，上旋翼总距和周期变距操纵系统位于上旋翼轴上，两套系统相互独立；
所述下旋翼总距和周期变距操纵系统，包括连接下旋翼变距摇臂的下旋翼变距拉杆，下旋翼自动倾斜器，以及带动下旋翼自动倾斜器做上下滑动和纵横向倾斜运动的伺服舵机操纵拉杆和伺服舵机，下旋翼变距摇臂、下旋翼变距拉杆、下旋翼自动倾斜器、伺服舵机操纵拉杆和伺服舵机通过杆端轴承连接；该下旋翼变距拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，其功能为带动下旋翼变距摇臂操纵下旋翼的桨距；该下旋翼自动倾斜器是包含和外轴一起旋转的下旋翼自动倾斜器内环以及不随外轴旋转的下旋翼自动倾斜器外环，通过下旋翼自动倾斜器内环扭力臂机构传递的扭矩，带动下旋翼自动倾斜器内环与外轴一起旋转；通过下旋翼自动倾斜器外环扭力臂机构，下旋翼自动倾斜器外环与机体相连，使其不随外轴一起旋转；该伺服舵机操纵拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，其功能为传递伺服舵机的操纵运动；该伺服舵机带有可旋转摇臂，通过遥控信号控制其旋转运动，从而产生操纵运动；
所述上旋翼总距和周期变距操纵系统，包括连接上旋翼变距摇臂的上旋翼变距拉杆、上旋翼自动倾斜器、上旋翼航向控制系统，以及连接上旋翼变距拉杆、上旋翼自动倾斜器和上旋翼航向控制系统的剪型摇臂，上旋翼变距摇臂、上旋翼变距拉杆、上旋翼自动倾斜器、上旋翼航向控制系统和剪型摇臂通过杆端轴承连接；该上旋翼变距拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，其功能为带动下旋翼变距摇臂操纵下旋翼的桨距；该上旋翼自动倾斜器，包含和内轴一起旋转的上旋翼自动倾斜器内环以及不随内轴旋转的上旋翼自动倾斜器外环，通过上下倾斜器连杆组成的平行四边形机构和下旋翼自动倾斜器连接，并最终通过主伺服舵机的作动操纵进行上下滑动和纵横向倾斜运动，并通过剪型摇臂传递给上旋翼，转化为上旋翼总距操纵和周期变距操纵；该上旋翼航向控制系统，包含航向长拉杆、航向滑套、航向杠杆、航向支撑、航向伺服舵机连杆以及航向伺服舵机，航向长拉杆、航向滑套、航向杠杆、航向支撑、航向伺服舵机连杆以及航向伺服舵机通过杆端轴承连接；该航向长拉杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，其功能为将航向操纵传递给航向滑套；该航向滑套是圆筒状结构，其功能为将航向操纵传递给上旋翼剪型摇臂；该航向杠杆为Y型结构，其功能为将航向操纵传递给航向长拉杆；该航向支撑是H型结构，其功能为支撑航向杠杆进行杠杆的运动；该航向伺服舵机连杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，其功能为将航向操纵传递给航向杠杆；该航向伺服舵机为带有旋转摇臂的作动装置，其功能为接受遥控信号产生航向操纵；该上旋翼航向控制系统通过航向伺服舵机的作动操纵进行上下滑动，并通过航向长拉杆和剪型摇臂传递给上旋翼，转化为上旋翼总距操纵，产生偏航运动所需的反扭矩；该剪型摇臂为长条形状，其功能为将航向操纵传递给上旋翼。
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