CN106081094B - 一种共轴直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轴直升机，包括旋翼、旋翼作动系统、旋翼变距系统、整体增稳机架。所述的旋翼变距系统包括下旋翼变距舵机、下旋翼舵机支架、下旋翼变距传动机构、上旋翼变距舵机、上旋翼舵机支架、上旋翼变距传动机构和联动变距机构。其中，下旋翼舵机安装在下旋翼下方的支架上，上旋翼舵机安装在上旋翼上方的支架上。旋翼变距系统可实现上、下旋翼桨距的联动调节和上旋翼桨距的独立调节。整体增稳机架由竖直面内的经线环式结构和水平面内的纬线环式结构组成。本方案避免传统变距系统中的压杆失稳、疲劳断裂问题，结构紧凑，重量轻，效率高。整体增稳机架为传动轴分担载荷，增加刚度，减小振动，提高寿命，且为布线提供空间，提高防护安全性。

Description

一种共轴直升机

技术领域

本发明涉及飞行器领域，特别涉及一种共轴直升机。

背景技术

共轴反转旋翼直升机与单旋翼直升机相比，其旋翼臂展短、功率消耗低、不需安装尾桨来平衡旋翼旋转产生的反力矩、结构设计更灵活。俄罗斯卡莫夫设计局设计制造的卡50共轴反转直升机是该类直升机的典型代表。现有技术中的共轴直升机通常采用半径大小不同的套筒式传动轴为传动部件，两根传动轴的轴线重合且能进行周向旋转，半径较大的传动轴安装下旋翼桨叶，半径较小的传动轴安装上旋翼桨叶。上、下旋翼的桨距通过变桨距装置控制，无法进行单桨独立变距，此类直升机在实现升降、滚转、俯仰、偏航和倒飞等机动时除了桨距调节之外还需要依赖旋翼的转速调节，无法通过直接改变桨距来进行机动，由于惯量影响而导致机动缓慢，效率较低。专利201510097444.6中提出了一种四个舵机混合控制的变距方案，有效解决了直升机的机动效率低下的问题。但其四个舵机均布置于旋翼下方的变桨距方案存在改进空间，其中，上旋翼桨距调节部件含有一根穿过主旋翼传动轴的细长轴，在传动过程中其自身可能会出现压杆失稳、疲劳断裂的问题，导致桨距调节功能的丧失甚至灾难性的后果；此外，该细长轴还会影响主旋翼传动轴的设计，削弱主旋翼传动轴的刚度和强度，额外增加飞机的重量，导致飞行效率的降低。

现有技术中的共轴直升机通常采用较长的内外共轴传动轴进行旋翼作动，其结构刚度较弱，在作动器带动旋翼周期旋转过程中会产生的较强的周期振动，该振动会对其强度产生不良影响，导致疲劳失效，缩短许用寿命。传统不带整体增稳机架的直升机在飞行过程中旋翼上的受力完全被上、下旋翼传动轴单独承担，没有外围结构进行分担，这对上、下旋翼传动轴的刚度和强度都是严峻的考验。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种共轴直升机。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种共轴直升机，包括旋翼、旋翼作动系统、旋翼变距系统、整体增稳机架。其特征在于：所述的旋翼包括上旋翼和下旋翼，所述的旋翼作动系统包括上旋翼作动器、下旋翼作动器、上旋翼传动轴、下旋翼传动轴、上旋翼固定连接件和下旋翼固定连接件；其中，所述的上旋翼与上旋翼固定连接件固定连接，所述的上旋翼固定连接件与上旋翼传动轴固定连接，所述的下旋翼与下旋翼固定连接件固定连接，所述的下旋翼固定连接件与下旋翼传动轴固定连接。所述的旋翼变距系统包括下旋翼变距舵机、下旋翼舵机支架、下旋翼变距传动机构、上旋翼变距舵机、上旋翼舵机支架、上旋翼变距传动机构和联动变距机构；其中，所述的下旋翼舵机支架安装在下旋翼下方，与所述的下旋翼传动轴通过轴承铰接，所述的下旋翼变距舵机固定安装于下旋翼舵机支架上，所述的上旋翼舵机支架安装在上旋翼上方，与所述的上旋翼传动轴通过轴承铰接，所述的上旋翼变距舵机固定安装于上旋翼舵机支架上。所述的旋翼变距系统可以对下旋翼桨距进行调节，进而实现上旋翼和下旋翼桨距的联动调节，还可以对上旋翼桨距进行独立调节，实现上、下旋翼独立变距的差异性和周期变距的一致性。所述的整体增稳机架采用经纬环式结构，由竖直面内布置的经线环式结构和水平面内布置的纬线环式结构组成。

作为本发明的优选，所述的上旋翼变距传动机构包括舵机输出连杆、水平横连杆、角形连杆、支架连杆、水平纵连杆、一级竖直连杆、滑动环、旋转环、水平侧连杆、二级竖直连杆和Z形连杆。其中，舵机输出连杆和水平横连杆铰接，水平横连杆和角形连杆一端铰接，角形连杆另一端和水平纵连杆铰接，角形连杆的角点与支架连杆铰接，支架连杆与上旋翼舵机支架铰接，水平纵连杆和一级竖直连杆固定连接，一级竖直连杆和滑动环固定连接，滑动环通过轴承与上旋翼传动轴配合，只沿上旋翼传动轴轴向竖直运动，旋转环与滑动环轴向固连，跟随滑动环沿上旋翼传动轴轴向竖直运动，通过轴承与上旋翼传动轴配合，还可沿上旋翼传动轴周向转动，旋转环和水平侧连杆铰接，水平侧连杆和二级竖直连杆铰接，二级竖直连杆和Z形连杆铰接。Z形连杆和上旋翼固定连接件固定连接。上旋翼变距舵机输出旋转运动经过上旋翼变距传动机构的传动转化为上旋翼桨距变化。

作为本发明的优选，所述的整体增稳机架由若干条竖直布置的经线环和若干条水平布置的纬线环组成。其中经线环上部与上旋翼舵机支架固定连接，下部与下旋翼舵机支架固定连接，中部与纬线环固定连接。

作为本发明的优选，所述的上旋翼作动器安装在在上旋翼的上侧，所述的下旋翼作动器安装在在下旋翼的下侧。所述的上旋翼传动轴与下旋翼传动轴共轴，且与下旋翼传动轴上下依次放置。

作为本发明的优选，仅采用一个旋翼作动器带动上旋翼和下旋翼同步反向旋转，所述的上旋翼传动轴和下旋翼传动轴通过传动比为负数的齿轮机构连接。

有益效果：

本发明技术方案相比传统方案，实现了上旋翼和下旋翼独立变距的差异性和周期变距的一致性，在进行升降、滚转、俯仰、偏航和倒飞等机动时不需要调节旋翼转速，直接通过变桨距操作进行机动，进而提高了共轴直升机的机动性能和飞行效率。更重要的是，本方案取消了现有方案中对上旋翼进行变桨距操作的细长轴，一方面避免了传动过程中会出现压杆失稳、疲劳断裂的问题，另一方面使得结构更加紧凑，提高了结构的刚度和强度，减小了结构的质量，提高了飞行效率。此外，本方案中的整体增稳机架为上、下旋翼传动轴分担载荷，增加了结构刚度，减小了结构振动，可大大提高结构的疲劳特性和使用寿命。本方案中的经纬环式结构机架还为直升机电传系统的布线提供了有利的空间条件，且对直升机的内部结构、操作人员的安全具有良好的保护效果，提高了直升机的防护安全性。

附图说明

图1为共轴直升机整体结构示意图；

图2为共轴直升机内部主要系统结构示意图；

图3为共轴直升机上旋翼变距传动机构示意图；

图4为共轴直升机整体增稳机架结构示意图。

图1至图4中所示，1、旋翼，2、旋翼作动系统，3、旋翼变距系统，4、整体增稳机架，1a、上旋翼，1b下旋翼，2a、上旋翼作动器，2b、下旋翼作动器，2c、上旋翼传动轴，2d、下旋翼传动轴，2e、上旋翼固定连接件，2f、下旋翼固定连接件，3a、下旋翼变距舵机，3b、下旋翼舵机支架，3c、下旋翼变距传动机构，3d、上旋翼变距舵机，3e、上旋翼舵机支架，3f、上旋翼变距传动机构，3g、联动变距机构，3fa、舵机输出连杆，3fb、水平横连杆，3fc、角形连杆，3fd、支架连杆，3fe、水平纵连杆，3ff、一级竖直连杆，3fg、滑动环，3fh、旋转环，3fi、水平侧连杆，3fj、二级竖直连杆，3fk、Z形连杆，4a、经线环式结构，4b、纬线环式结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

如图1所示为本实施例公开的一种共轴直升机整体结构示意图。本实施例公开的共轴高速直驱直升机主要包括旋翼1、旋翼作动系统2、旋翼变距系统3、整体增稳机架4。

如图2所示为本实施例公开的共轴直升机内部主要系统结构示意图，所述的旋翼1包括上旋翼1a和下旋翼1b，所述的旋翼作动系统2包括上旋翼作动器2a、下旋翼作动器2b、上旋翼传动轴2c、下旋翼传动轴2d、上旋翼固定连接件2e和下旋翼固定连接件2f；其中，所述的上旋翼1a与上旋翼固定连接件2e固定连接，所述的上旋翼固定连接件2e与上旋翼传动轴2c固定连接，所述的下旋翼1b与下旋翼固定连接件2f固定连接，所述的下旋翼固定连接件2f与下旋翼传动轴2d固定连接，所述的下旋翼传动轴2d为空心管状轴，所述的上旋翼传动轴2c沿轴向穿过下旋翼传动轴2d。所述的旋翼变距系统3包括下旋翼变距舵机3a、下旋翼舵机支架3b、下旋翼变距传动机构3c、上旋翼变距舵机3d、上旋翼舵机支架3e、上旋翼变距传动机构3f和联动变距机构3g；其中，所述的下旋翼舵机支架3b安装在下旋翼1b下方，与所述的下旋翼传动轴2d通过轴承铰接，所述的下旋翼变距舵机3a固定安装于下旋翼舵机支架3b上，所述的上旋翼舵机支架3e安装在上旋翼1a上方，与所述的上旋翼传动轴2c通过轴承铰接，所述的上旋翼变距舵机3d固定安装于上旋翼舵机支架3e上。所述的旋翼变距系统3可以对下旋翼1b桨距进行调节，进而实现上旋翼1a和下旋翼1b桨距的联动调节，还可以对上旋翼1a桨距进行独立调节，实现上旋翼1a和下旋翼1b独立变距的差异性和周期变距的一致性。所述的整体增稳机架4采用经纬环式结构，由竖直面内布置的经线环式结构4a和水平面内布置的纬线环式结构4b组成。

如图3所示为本实施例公开的一种共轴直升机上旋翼变距传动机构3f示意图，主要包括舵机输出连杆3fa、水平横连杆3fb、角形连杆3fc、支架连杆3fd、水平纵连杆3fe、一级竖直连杆3ff、滑动环3fg、旋转环3fh、水平侧连杆3fi、二级竖直连杆3fj和Z形连杆3fk。其中，舵机输出连杆3fa和水平横连杆3fb铰接，水平横连杆3fb和角形连杆3fc一端铰接，角形连杆3fc另一端和水平纵连杆3fe铰接，角形连杆3fc的角点与支架连杆3fd铰接，支架连杆3fd与上旋翼舵机支架3e铰接，水平纵连杆3fe和一级竖直连杆3ff固定连接，一级竖直连杆3ff和滑动环3fg固定连接，滑动环3fg通过轴承与上旋翼传动轴2c配合，只沿上旋翼传动轴2c轴向竖直运动，旋转环3fh与滑动环3fg轴向固连，跟随滑动环3fg沿上旋翼传动轴2c轴向竖直运动，通过轴承与上旋翼传动轴2c配合，还可沿上旋翼传动轴2c周向转动，旋转环3fh和水平侧连杆3fi铰接，水平侧连杆3fi和二级竖直连杆3fj铰接，二级竖直连杆3fj和Z形连杆3fk铰接。Z形连杆3fk和上旋翼固定连接件2e固定连接。上旋翼变距舵机3d输出旋转运动经过上旋翼变距传动机构3f的传动转化为上旋翼1a桨距变化。

如图4所示为本实施的共轴直升机整体增稳机架4结构示意图，所述的整体增稳机架4由若干条（图示为三条）竖直布置的经线环4a和若干条（图示为两条）水平布置的纬线环4b组成。其中经线环4a上部与上旋翼舵机支架3e固定连接，下部与下旋翼舵机支架3b固定连接，中部与纬线环4b固定连接。

实施例2:

本实施例公开的一种共轴直升机整体结构，与实施例1的主要区别在于：

所述的上旋翼作动器2a安装在在上旋翼1a的上侧，所述的下旋翼作动器2b安装在在下旋翼1b的下侧。所述的上旋翼传动轴2c与下旋翼传动轴2d共轴，且与下旋翼传动轴2d上下依次放置。

实施例3：

本实施例公开的一种共轴直升机整体结构与实施例1和实施例2的主要区别在于：

仅采用一个旋翼作动器带动上旋翼1a和下旋翼1b同步反向旋转，所述的上旋翼传动轴2c和下旋翼传动轴2d通过传动比为负数的齿轮机构连接。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种共轴直升机，包括旋翼、旋翼作动系统、旋翼变距系统、整体增稳机架，其特征在于：所述的旋翼包括上旋翼和下旋翼；所述的旋翼作动系统包括上旋翼作动器、下旋翼作动器、上旋翼传动轴、下旋翼传动轴、上旋翼固定连接件和下旋翼固定连接件；其中，所述的上旋翼与上旋翼固定连接件固定连接，所述的上旋翼固定连接件与上旋翼传动轴固定连接，所述的下旋翼与下旋翼固定连接件固定连接，所述的下旋翼固定连接件与下旋翼传动轴固定连接；所述的旋翼变距系统包括下旋翼变距舵机、下旋翼舵机支架、下旋翼变距传动机构、上旋翼变距舵机、上旋翼舵机支架、上旋翼变距传动机构和联动变距机构；其中，所述的下旋翼舵机支架安装在下旋翼下方，与所述的下旋翼传动轴通过轴承铰接，所述的下旋翼变距舵机固定安装于下旋翼舵机支架上，所述的上旋翼舵机支架安装在上旋翼上方，与所述的上旋翼传动轴通过轴承铰接，所述的上旋翼变距舵机固定安装于上旋翼舵机支架上；所述的旋翼变距系统可以对下旋翼桨距进行调节，进而实现上旋翼和下旋翼桨距的联动调节，还可以对上旋翼桨距进行独立调节，实现上、下旋翼独立变距的差异性和周期变距的一致性；所述的整体增稳机架采用经纬环式结构，由竖直面内布置的经线环式结构和水平面内布置的纬线环式结构组成。

2.根据权利要求1所述的一种共轴直升机，其特征在于：所述的上旋翼变距传动机构包括舵机输出连杆、水平横连杆、角形连杆、支架连杆、水平纵连杆、一级竖直连杆、滑动环、旋转环、水平侧连杆、二级竖直连杆和Z形连杆；其中，舵机输出连杆和水平横连杆铰接，水平横连杆和角形连杆一端铰接，角形连杆另一端和水平纵连杆铰接，角形连杆的角点与支架连杆铰接，支架连杆与上旋翼舵机支架铰接，水平纵连杆和一级竖直连杆固定连接，一级竖直连杆和滑动环固定连接，滑动环通过轴承与上旋翼传动轴配合，只沿上旋翼传动轴轴向竖直运动，旋转环与滑动环轴向固连，跟随滑动环沿上旋翼传动轴轴向竖直运动，通过轴承与上旋翼传动轴配合，沿上旋翼传动轴周向转动，旋转环和水平侧连杆铰接，水平侧连杆和二级竖直连杆铰接，二级竖直连杆和Z形连杆铰接；Z形连杆和上旋翼固定连接件固定连接，上旋翼变距舵机输出旋转运动经过上旋翼变距传动机构的传动转化为上旋翼桨距变化。

3.根据权利要求1所述的一种共轴直升机，其特征在于：所述的整体增稳机架的经线环上部与上旋翼舵机支架固定连接，下部与下旋翼舵机支架固定连接，中部与纬线环固定连接。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种共轴直升机，其特征在于：所述的上旋翼作动器安装在在上旋翼的上侧，所述的下旋翼作动器安装在在下旋翼的下侧；所述的上旋翼传动轴与下旋翼传动轴共轴，且与下旋翼传动轴上下依次放置。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种共轴直升机，其特征在于：所述的上旋翼传动轴和下旋翼传动轴通过传动比为负数的齿轮机构连接。