CN105270618B - 一种油动变距共轴六旋翼直升机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油动变距共轴六旋翼直升机，它包括共轴旋翼‑操纵系统、动力系统‑传动系统和机架系统；共轴旋翼‑操纵系统和动力系统‑传动系统安装于机架系统上。本发明主要解决了常规电动多旋翼载荷小、航时短和抗风性较差等问题，以及常规直升机由于机械结构、结构动力学特性、飞行动力学特性、气动特性和飞行控制系统复杂而带来的采购、使用和维护成本高，使用维护技术门槛高等问题。

Description

一种油动变距共轴六旋翼直升机
技术领域
本发明涉及航空技术领域，特别是涉及一种油动变距共轴六旋翼直升机。
技术背景
常见的垂直起降无人机主要有油动直升机(如图1所示)、电动直升机(如图2所示)以及电动多旋翼直升机(如图4所示)等类型。
如图1和图2，常规直升机按动力系统的不同可分为油动直升机和电动直升机，其机械系统主要包含动力子系统、传动子系统、操纵子系统和旋翼子系统，其机械结构复杂，尤其是传动子系统和操纵子系统。传动子系统通常包含复杂的闭式齿轮系以及密封装置，结构复杂且加工制造成本高，装配工艺要求高。操纵子系统中最重要的部件为自动倾斜器(如图3所示)，自动倾斜器主要包含外环(不动环)、内环(动环)和关节轴承，结构复杂且加工制造成本高，装配工艺要求高。一般来说，直升机靠1个自动倾斜器进行旋翼的总距和周期变距等各通道的操纵，以实现其飞行的控制，因而其飞行动力学耦合严重，带来的直升机的手动飞行操纵和飞行控制系统技术门槛均较高。
如图4，常规电动多旋翼主要机械结构为机架(或机架加可折叠机臂)，主要元器件为电池、电调、电机、飞控和螺旋桨等，通过改变各螺旋桨的转速实现飞行器的控制。其最大的优势为系统简单，成本低廉，手动飞行操纵和飞行控制系统技术门槛均较低。但是由于受电池能量密度的限制，其航时一般仅为10-30分钟，且通过单纯增加电池数量来增长其航时的方式会大大降低其负载能力。因而，相对于油动直升机，电动多旋翼(也包括电动直升机)，其最大的问题是续航性能较差。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种油动变距共轴六旋翼直升机，它具有大载荷、长航时和方便折叠携带等优点，同时降低采购、使用和维护成本以及使用维护技术门槛。
本发明所采用的技术方案是：一种油动变距共轴六旋翼直升机，主要包括共轴旋翼-操纵系统、动力系统-传动系统和机架系统。它们之间的位置连接关系是：共轴旋翼-操纵系统和动力系统-传动系统安装于机架系统上。
所述共轴旋翼-操纵系统，包括安装于旋翼座上的三套关于旋翼座水平中面上下对称的旋翼-操纵系统，三套旋翼-操纵系统同轴，旋转方向相反，产生升力的同时，其反扭矩的相互作用还能起到航向稳定及航向操纵作用。该旋翼-操纵系统，包括连接旋翼轴和桨夹的旋翼头，连接变距摇臂和桨叶的桨夹，连接变距外环、变距滑环、变距内环和变距摇臂的变距拉杆，以及连接变距外环和舵机盘的舵机操纵拉杆。舵机连接舵机盘和旋翼座，舵机的旋转操纵通过舵机盘、舵机操纵拉杆、变距外环、变距滑环、变距内环、变距拉杆、变距摇臂以及桨夹传到桨叶上，从而使桨叶迎角改变，桨叶升力大小改变，实现了旋翼的操纵。旋翼轴通过轴承连接于旋翼座上，旋翼座的作用为支撑旋翼系统的旋转运动、传递动力和升力。
所述动力-传动系统，包括动力系统、一级圆柱齿轮传动系统、二级锥齿轮传动系统、三级锥齿轮传动系统以及连接一级圆柱齿轮传动系统、二级锥齿轮传动系统和三级锥齿轮传动系统的传动轴。该一级圆柱齿轮传动系统包含一级小圆柱齿轮、一级大圆柱齿轮。发动机输出轴连接一级小圆柱齿轮，通过连接一级圆柱齿轮传动系统、二级锥齿轮传动系统和三级锥齿轮传动系统的传动轴，将动力分别传递到三个共轴旋翼-操纵系统上，实现动力的传递。
所述机架系统，作为整个系统在地面的支撑，机架系统可折叠，以减小总体尺寸，便于运输携带。它包括机臂、机身压板以及位于机身压板间的机臂支座和起落架；机臂连接机臂支座和起落架，该机身压板呈菱形板料，该机臂支座呈圆筒状，该机臂呈圆杆状，该起落架呈支撑状。
优点及功效：与现有技术相比，本发明的有益效果是解决了常规电动多旋翼(或电动直升机)载荷小和航时短等问题，以及常规直升机由于机械结构、结构动力学特性、飞行动力学特性、气动特性和飞行控制系统复杂而带来的采购、使用和维护成本高，使用维护技术门槛高等问题。
附图说明
图1常规油动直升机典型结构图。
图2常规电动直升机典型结构图。
图3常规油动/电动直升机自动倾斜器典型结构图。
图4常规电动多旋翼典型结构图。
图5油动变距共轴六旋翼结构图。
图6油动变距共轴六旋翼(折叠状态)结构图。
图7油动变距共轴六旋翼共轴旋翼-操纵系统。
图8油动变距共轴六旋翼工作原理图。
图9油动变距共轴六旋翼动力-传动系统。
图10油动变距共轴六旋翼动力-传动系统局部放大图1。
图11油动变距共轴六旋翼动力-传动系统局部放大图2。
图12油动变距共轴六旋翼机架系统。
图13油动变距共轴六旋翼机架系统(折叠状态)。
图中符号标记如下：
1-共轴旋翼-操纵系统；2-动力系统-传动系统；3-机架系统。
4-旋翼轴；5-旋翼头；6-桨夹；7-桨叶；8-变距摇臂；9-变距拉杆；10-变距滑环；11-变距内环；12-变距外环；13-舵机操纵拉杆；14-舵机盘；15-舵机；16-旋翼支座；17-发动机；18-一级小圆柱齿轮；19-一级大圆柱齿轮；20-传动轴；21-二级小锥齿轮；22-二级大锥齿轮；23-三级小锥齿轮；24-三级大锥齿轮；25-机身压板；26-机臂支座；27-机臂；28-起落架；M1、M2、M3、M4、M5、M6表示六副旋翼-操纵系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
见图1—图13，为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种油动变距共轴六旋翼直升机，解决了常规电动多旋翼(或电动直升机)载荷小和航时短等问题，以及常规直升机由于机械结构、结构动力学特性、飞行动力学特性、气动特性和飞行控制系统复杂而带来的采购、使用和维护成本高，使用维护技术门槛高等问题。
参见图7，与本实施例的油动变距共轴六旋翼直升机相关的共轴旋翼-操纵系统主要构成如下：旋翼头5连接旋翼轴4和桨夹6，桨夹6连接变距摇臂8和桨叶7，变距拉杆9连接变距外环12、变距滑环10、变距内环11和变距摇臂8，舵机操纵拉杆13连接变距外环12和舵机盘14。舵机15连接舵机盘14和旋翼支座16，舵机15的旋转操纵通过舵机盘14、舵机操纵拉杆13、变距外环12、变距滑环10、变距内环11、变距拉杆9、变距摇臂8以及桨夹6传到桨叶7上，从而使其迎角改变，升力大小改变，实现了旋翼的操纵。旋翼轴4通过轴承连接于旋翼支座16上，旋翼支座16的作用为支撑旋翼系统的旋转运动。通过三套共轴旋翼-操纵系统总距操纵之间的配合，可形成油动变距共轴六旋翼直升机纵向、横向、总距和偏航的四个通道的控制。
参见图8，本实施例的油动变距共轴六旋翼直升机的飞行模式和常规电动共轴六旋翼直升机的模式类似。其操纵控制原理如下：
分别用M1、M2、M3、M4、M5、M6表示六副旋翼-操纵系统，其旋向如图所示，其中M1-M4、M2-M5以及M3-M6分别两两配对，构成三副独立的共轴旋翼-操纵系统。
三副共轴旋翼-操纵系统同时进行总距增加或减小操纵形成了油动变距共轴六旋翼直升机的总距操纵。共轴旋翼-操纵系统M2-M5进行总距增加/减小操纵，共轴旋翼-操纵系统M3-M6进行反向的总距操纵，油动变距共轴六旋翼直升机将形成横向操纵。共轴旋翼-操纵系统M1-M4进行总距增加/减小操纵，共轴旋翼-操纵系统M2-M5和M3-M6进行反向的总距操纵，油动变距共轴六旋翼直升机将形成纵向操纵。M1、M2和M3进行总距增加/减小操纵，M4、M5和M6进行等量反向的总距操纵，油动变距共轴六旋翼将形成偏航操纵。
参见图9、图10和图11，本实施例的油动变距共轴六旋翼直升机的动力-传动系统构成包括动力系统和传动子系统，发动机17的输出轴连接一级小圆柱齿轮18，一级小圆柱齿轮18与接一级大圆柱齿轮19啮合，一级大圆柱齿轮19与二级小锥齿轮21通过传动轴20相连，将动力从一级圆柱齿轮传动系统传递到二级锥齿轮传动系统。二级锥齿轮传动系统通过二级大锥齿轮22将动力分流到三个二级小锥齿轮21上，并进一步的通过传动轴20将动力传递到三级锥齿轮传动系统。动力分别通过每个三级小锥齿轮23传给各自对应的两个三级大锥齿轮24，最终实现动力的传递分配。
参见图12和图13，与本实施例的油动变距共轴六旋翼直升机相关的机架系统主要构成如下：机臂支座26连接机身压板25和机臂27，起落架28连接于机臂27下方，作为整个系统在地面的支撑，机架系统可折叠，以减小总体尺寸，便于运输携带。
本发明的有益效果是解决了常规电动多旋翼(或电动直升机)载荷小和航时短等问题，以及常规直升机由于机械结构、结构动力学特性、飞行动力学特性、气动特性和飞行控制系统复杂而带来的采购、使用和维护成本高，使用维护技术门槛高等问题。

Claims (1)

1.一种油动变距共轴六旋翼直升机，其特征在于：它具有六副旋翼，分为三对，其中每对旋翼上下共轴布置，三对旋翼分别设置在三个机臂上，它还包括共轴旋翼-操纵系统、动力系统-传动系统和机架系统；共轴旋翼-操纵系统和动力系统-传动系统安装于机架系统上；
所述共轴旋翼-操纵系统，包括安装于旋翼座上的三套关于旋翼座水平中面上下对称的旋翼-操纵系统，三套旋翼-操纵系统同轴，旋转方向相反，产生升力的同时，其反扭矩的相互作用还能起到航向稳定及航向操纵作用；该旋翼-操纵系统，包括连接旋翼轴和桨夹的旋翼头，连接变距摇臂和桨叶的桨夹，连接变距外环、变距滑环、变距内环和变距摇臂的变距拉杆，以及连接变距外环和舵机盘的舵机操纵拉杆；舵机连接舵机盘和旋翼座，舵机的旋转操纵通过舵机盘、舵机操纵拉杆、变距外环、变距滑环、变距内环、变距拉杆、变距摇臂以及桨夹传到桨叶上，从而使桨叶迎角改变，桨叶升力大小改变，实现了旋翼的操纵；旋翼轴通过轴承连接于旋翼座上，旋翼座的作用为支撑旋翼系统的旋转运动、传递动力和升力；
所述动力-传动系统，包括动力系统、一级圆柱齿轮传动系统、二级锥齿轮传动系统、三级锥齿轮传动系统以及连接一级圆柱齿轮传动系统、二级锥齿轮传动系统和三级锥齿轮传动系统的传动轴；该一级圆柱齿轮传动系统包含一级小圆柱齿轮、一级大圆柱齿轮；发动机输出轴连接一级小圆柱齿轮，通过连接一级圆柱齿轮传动系统、二级锥齿轮传动系统和三级锥齿轮传动系统的传动轴，将动力分别传递到三个共轴旋翼-操纵系统上，实现动力的传递；
所述机架系统，作为整个系统在地面的支撑，机架系统能折叠，以减小总体尺寸，便于运输携带；它包括机臂、机身压板以及位于机身压板间的机臂支座和起落架；机臂连接机臂支座和起落架，该机身压板呈菱形板料，该机臂支座呈圆筒状，该机臂呈圆杆状，该起落架呈支撑状。
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