CN106516147B - 机动发射式自转旋翼机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机动发射式自转旋翼机及其控制方法，自转旋翼机包含机身、整流罩、束缚包、第一至第二V型平尾、垂尾、折叠旋翼、转轴、支架弹簧、电机、螺旋桨、螺旋桨安装轴、第一至第四舵机、电调、接收机和电源模块。本发明能够通过火炮发射、潜艇潜射、战机搭载空投等方式发射抵达目的空域，再此期间其不依靠自身动力飞行，同时飞行速度更快，发射更加隐蔽，突防能力更强；且结构紧凑，具有发射飞行模式和巡航模式两种模式，在两种模式下结构不同，气动外形不同；此外，在发动机停车时，能够依靠自身重力势能转化为旋翼机动能的优势，提高了抗旱坠毁能力。

Description

机动发射式自转旋翼机及其控制方法

技术领域

本发明涉及无人机领域，尤其涉及一种机动发射式自转旋翼机及其控制方法。

背景技术

常规无人机，主要是滑跑起飞，手掷或弹射起飞，飞行器需要通过自身飞行抵达目标区域，同时对时间地点有一定要求。

一般来说，常规无人机依靠自身动力飞行抵达目的地，速度慢，突防能力弱，起飞对场地的要求较高，且发动机停车后，容易坠毁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种机动发射式自转旋翼机及其控制方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

机动发射式自转旋翼机，包含机身、整流罩、束缚包、第一至第二V型平尾、垂尾、折叠旋翼、转轴、支架弹簧、电机、螺旋桨、螺旋桨安装轴、第一至第四舵机、电调、接收机和电源模块；

所述电机设置在机身的头端；所述第一至第二V型平尾和垂尾对应设置在所述机身的尾部；所述电机、电调、接收机、电源模块均设置在机身内；

所述螺旋桨安装轴一端与所述电机的输出轴固定相连，另一端用于安装所述螺旋桨；所述螺旋桨的桨叶能够绕其子弹头上的螺旋桨安装轴向所述机身折叠；

所述折叠旋翼包含折叠桨毂、第一至第三旋翼片、万向接头和桨毂支架；

所述折叠桨毂包含桨毂本体、桨毂中轴、轴承和第一至第三展开机构；

所述桨毂中轴的一端通过轴承和所述桨毂本体相连，使得所述桨毂本体能够绕桨毂中轴自由转动；

所述第一至第三展开机构均包含桨夹、龙门、旋翼弹簧和锁定结构，其中，所述桨夹通过螺丝轴和所述桨毂本体铰接，能够绕所述桨毂本体上下转动；所述龙门和所述桨毂本体固定相连；所述旋翼弹簧一端和所述龙门固定相连，另一端和所述桨夹固定相连，所述旋翼弹簧和所述桨夹转动时的平面处于同一平面，且处于拉伸状态；所述锁定结构用于在所述桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面时将所述桨夹锁定，使其无法再转动；

所述第一至第三旋翼片分别和所述第一至第三展开机构的桨夹对应固定相连；

所述机身上设有用于容纳桨毂支架的支架折叠槽以及对应容纳第一至第三旋翼片的旋翼折叠槽；

所述桨毂支架的一端通过万向接头和所述桨毂中轴的另一端相连，另一端距端部预设的距离处通过所述转轴和所述支架折叠槽的两个侧壁铰接，使得所述桨毂支架能够绕所述转轴转动折叠至所述支架折叠槽中，且在桨毂支架折叠至所述支架折叠槽中时，所述第一至第三旋翼片能够分别折叠至所述第一至第三旋翼折叠槽中；

所述支架弹簧一端和桨毂支架远离桨毂的一端相连，另一端和机身相连，呈拉伸状态，用于将所述桨毂支架从所述支架折叠槽中拉起、使得折叠旋翼处于展开状态；

所述第三舵机、第四舵机均设置在所述桨毂支架上，分别通过拉杆和所述万向接头相连，分别用于控制所述万向接头进行前后俯仰和左右倾转，进而控制桨毂平面的俯仰与倾转；

所述束缚包包含一个圆形的束缚圈和两根束缚带；所述螺旋桨的桨叶处于折叠状态，所述整流罩罩在所述螺旋桨上；所述束缚圈固定在所述机身上，用于将所述桨毂支架束缚在所述支架折叠槽中、将第一至第三旋翼片分别束缚在所述第一至第三旋翼折叠槽；所述两根束缚带均一端和所述整流罩相连，另一端和所述整流罩相连，将所述整流罩固定在所述机身的头端上；

所述第一舵机设置在机身内，其输出端通过摇臂连接有刀片，用于在接受到控制电流后割断所述束缚圈，所述机身上设有供刀片割断所述束缚圈的通孔；

所述第二舵机设置在机身上，用于控制垂尾进而控制旋翼机的偏航；

所述万向接头通过舵机和所述电调电气相连，所述电调还分别和电机、接收机、电源模块电气相连，其中，所述接收机用于接收指令，并将指令转化为控制信号传递给所述电调；所述电调根据用于接收到的控制信号分配电流给所述电机和第一至第四舵机；所述电机用于根据接收到的电流控制螺旋桨的转速继而控制旋翼机前飞的速度。

作为本发明机动发射式自转旋翼机进一步的优化方案，所述锁定结构包含卡勾和弹簧片，其中，卡勾的端部和所述桨毂本体铰接、勾部能够绕所述桨毂本体转动；弹簧片一端和所述桨毂本体相抵，另一端和所述卡勾的端部相抵，用于在所述桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面时弹簧片推动所述卡勾的勾部将所述桨夹锁死。

作为本发明机动发射式自转旋翼机进一步的优化方案，所述机身呈流线型。

作为本发明机动发射式自转旋翼机进一步的优化方案，所述电源模块采用锂电池。

本发明还公开了一种基于该机动发射式自转旋翼机的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），发射所述机动发射式自转旋翼机；

步骤2），发送展开指令给所述机动发射式自转旋翼机；

步骤3），所述接收机接收到展开指令后，分配电流给所述第一舵机；

步骤4），所述第一舵机接受到控制电流后控制其输出端摇臂上的刀片割断所述束缚圈；

步骤5），整流罩随束缚包脱落；

步骤6），第一至第三展开机构中的旋翼弹簧分别拉动第一至第三旋翼片从第一至第三旋翼折叠槽中弹起，使得第一至第三展开机构中的桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面，此时，第一至第三展开机构中的锁定结构锁死其对应的桨夹；

步骤7），支架弹簧拉动桨毂支架从支架折叠槽中弹起，使得折叠旋翼处于展开状态；

步骤8），随着旋翼机下落，第一至第三旋翼片被气流吹动，绕桨毂中轴旋转，旋翼机的重力势能转化为旋翼的动能，旋翼机减速下落；

步骤9），当旋翼片旋转稳定后产生的升力与重力平衡，旋翼机匀速下落时，接收机分配电流给所述电机；

步骤10），电机转动，在离心力的作用下折叠的螺旋桨螺旋桨被甩开，螺旋桨旋转产生拉力，带动旋翼机前进，旋翼机进入巡航状态。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 通过火炮发射、潜艇潜射、战机搭载空投等方式发射抵达目的空域，在此期间其不依靠自身动力飞行，同时飞行速度更快，发射更加隐蔽，突防能力更强；

2. 本发明结构紧凑，具有发射飞行模式和巡航模式两种模式，在两种模式下结构不同，气动外形不同；

3. 本发明在发动机停车时，能够依靠自身重力势能转化为旋翼机动能的优势，提高了抗旱坠毁能力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是是本发明中桨毂支架折叠的结构示意图；

图3本发明中电机与螺旋桨连接的结构示意图；

图4是本发明中折叠旋翼的结构示意图；

图5是本发明中折叠桨毂展开时的结构示意图；

图6是本发明中折叠桨毂折叠时的结构示意图；

图7是本发明中束缚包的结构示意图；

图8是本发明在发射模式下的结构示意图；

图9是本发明在展开模式下的结构示意图；

图10 是本发明在巡航模式下的结构示意图。

图中，1-整流罩，2-螺旋桨，3-旋翼折叠槽，4-支架折叠槽，5-垂尾，6-V型平尾，7-桨毂支架，8-转轴，9-桨毂支架上的弹簧连接孔，10-电源模块，11-电机，12-第一舵机，13-机身内的弹簧连接孔，14-电调，15-第二舵机，16-接收机,17-螺旋桨，18-螺旋桨安装轴，19-子弹头，20-旋翼片，21-折叠桨毂，22-万向接头，23-第三舵机，24-第四舵机，25-桨毂支架，26-桨夹上的弹簧安装孔，27-龙门上的弹簧安装孔，28-龙门，29-轴承，30-桨毂中轴，31-螺丝轴，32-卡钩，33-弹簧片，34-桨夹，35-束缚带，36-束缚圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种机动发射式自转旋翼机，包含机身、整流罩、束缚包、第一至第二V型平尾、垂尾、折叠旋翼、转轴、支架弹簧、电机、螺旋桨、螺旋桨安装轴、第一至第四舵机、电调、接收机和电源模块。

如图1所示，所述电机设置在机身的头端；所述第一至第二V型平尾和垂尾对应设置在所述机身的尾部。

如图2所示，所述电机、电调、接收机、电源模块均设置在机身内。

如图3所示，所述螺旋桨安装轴一端与所述电机的输出轴固定相连，另一端用于安装所述螺旋桨；

所述螺旋桨的桨叶能够绕其子弹头上的螺旋桨安装轴向所述机身折叠。

如图4所示，所述折叠旋翼包含折叠桨毂、第一至第三旋翼片、万向接头和桨毂支架。

如图5所示，所述折叠桨毂包含桨毂本体、桨毂中轴、轴承和第一至第三展开机构；

所述桨毂中轴的一端通过轴承和所述桨毂本体相连，使得所述桨毂本体能够绕桨毂中轴自由转动。

所述第一至第三展开机构均包含桨夹、龙门、旋翼弹簧和锁定结构，其中，所述桨夹通过螺丝轴和所述桨毂本体铰接，能够绕所述桨毂本体上下转动；所述龙门和所述桨毂本体固定相连；所述旋翼弹簧一端和所述龙门固定相连，另一端和所述桨夹固定相连，所述旋翼弹簧和所述桨夹转动时的平面处于同一平面，且处于拉伸状态；所述锁定结构用于在所述桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面时将所述桨夹锁定，使其无法再转动；

所述第一至第三旋翼片分别和所述第一至第三展开机构的桨夹对应固定相连。

所述锁定结构包含卡勾和弹簧片，其中，卡勾的端部和所述桨毂本体铰接、勾部能够绕所述桨毂本体转动；弹簧片一端和所述桨毂本体相抵，另一端和所述卡勾的端部相抵，用于在所述桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面时弹簧片推动所述卡勾的勾部将所述桨夹锁死。

所述机身上设有用于容纳桨毂支架的支架折叠槽以及对应容纳第一至第三旋翼片的旋翼折叠槽。

如图4所示，所述桨毂支架的一端通过万向接头和所述桨毂中轴的另一端相连，另一端距端部预设的距离处通过所述转轴和所述支架折叠槽的两个侧壁铰接，使得所述桨毂支架能够绕所述转轴转动折叠至所述支架折叠槽中，且在桨毂支架折叠至所述支架折叠槽中时，所述第一至第三旋翼片能够分别折叠至所述第一至第三旋翼折叠槽中。

所述支架弹簧一端和桨毂支架远离桨毂的一端相连，另一端和机身相连，呈拉伸状态，用于将所述桨毂支架从所述支架折叠槽中拉起、使得折叠旋翼处于展开状态。

所述第三舵机、第四舵机均设置在所述桨毂支架上，分别通过拉杆和所述万向接头相连，分别用于控制所述万向接头进行前后俯仰和左右倾转，进而控制桨毂平面的俯仰与倾转。

如图7所示，所述束缚包包含一个圆形的束缚圈和两根束缚带。

如图8所示，所述螺旋桨的桨叶处于折叠状态，所述整流罩罩在所述螺旋桨上；

所述束缚圈固定在所述机身上，用于将所述桨毂支架束缚在所述支架折叠槽中、将第一至第三旋翼片分别束缚在所述第一至第三旋翼折叠槽；

所述两根束缚带均一端和所述整流罩相连，另一端和所述整流罩相连，将所述整流罩固定在所述机身的头端上。

如图2所示，所述第一舵机设置在机身内，其输出端通过摇臂连接有刀片，用于在接受到控制电流后割断所述束缚圈，所述机身上设有供刀片割断所述束缚圈的通孔。

所述第二舵机设置在机身上，用于控制垂尾进而控制旋翼机的偏航。

所述万向接头通过舵机和所述电调电气相连，所述电调还分别和电机、接收机、电源模块电气相连，其中，所述接收机用于接收指令，并将指令转化为控制信号传递给所述电调；所述电调根据用于接收到的控制信号分配电流给所述电机和第一至第四舵机；所述电机用于根据接收到的电流控制螺旋桨的转速继而控制旋翼机前飞的速度。

如图6所示，折叠旋翼进行折叠时，将第一至第三展开机构中的卡钩轻轻向后转动，卡钩无法勾住桨夹末端，此时桨夹解锁，可绕桨毂本体转动，先将桨毂支架折叠于机身卡槽，再将旋翼片折叠紧贴机身。

所述机身优先设计为流线型。

所述电源模块优先采用锂电池。

本法还公开了一种基于该机动发射式自转旋翼机的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），发射所述机动发射式自转旋翼机；

步骤2），发送展开指令给所述机动发射式自转旋翼机；

步骤3），所述接收机接收到展开指令后，分配电流给所述第一舵机；

步骤4），所述第一舵机接受到控制电流后控制其输出端摇臂上的刀片割断所述束缚圈；

步骤5），整流罩随束缚包脱落；

步骤6），第一至第三展开机构中的旋翼弹簧分别拉动第一至第三旋翼片从第一至第三旋翼折叠槽中弹起，使得第一至第三展开机构中的桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面，此时，第一至第三展开机构中的锁定结构锁死其对应的桨夹；

步骤7），支架弹簧拉动桨毂支架从支架折叠槽中弹起，使得折叠旋翼处于展开状态；

步骤8），随着旋翼机下落，第一至第三旋翼片被气流吹动，绕桨毂中轴旋转，旋翼机的重力势能转化为旋翼的动能，旋翼机减速下落；

步骤9），当旋翼片旋转稳定后产生的升力与重力平衡，旋翼机匀速下落时，接收机分配电流给所述电机；

步骤10），电机转动，在离心力的作用下折叠的螺旋桨螺旋桨被甩开，螺旋桨旋转产生拉力，带动旋翼机前进，旋翼机进入巡航状态。

遥控器发射信号，接收机接收信号，锂电池给电调供电，电调将电流分配给电机及舵机，接收机将信号传递给电调，控制电调对电机及第一至第四舵机电流的分配，进而操控无人机。

旋翼机完成空中展开后，地面遥控器发出信号，机身内部接收机收到信号，通过控制电调分配给电机的电流来控制电机的转速，达到调节旋翼机的飞行速度的目的。接收机同样控制折叠旋翼的舵机，实现对旋翼俯仰的操控。接收机通过对机身垂尾舵机的控制，实现对旋翼机偏航的控制。

本发明能够通过火炮发射或搭载战机发射不依靠自身动力飞行抵达目的地，并在目的地上空实现空中展开，进入巡航状态。

如图8、图9、图10所示，本发明包含三种工作模式，机动发射模式、展开模式、巡航模式。本发明通过设计计算进行研究，突破机动发射自动展开控制技术和全机气动一体化设计等关键技术。找到自转旋翼机实现机动发射的技术途径，为新型无人旋翼机开展机动灵活的应用奠定理论和技术基础。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.机动发射式自转旋翼机，其特征在于，包含机身、整流罩、束缚包、第一至第二V型平尾、垂尾、折叠旋翼、转轴、支架弹簧、电机、螺旋桨、螺旋桨安装轴、第一至第四舵机、电调、接收机和电源模块；

所述电机设置在机身的头端；所述第一至第二V型平尾和垂尾对应设置在所述机身的尾部；所述电机、电调、接收机、电源模块均设置在机身内；

所述螺旋桨安装轴一端与所述电机的输出轴固定相连，另一端用于安装所述螺旋桨；所述螺旋桨的桨叶能够绕其子弹头上的螺旋桨安装轴向所述机身折叠；

所述折叠旋翼包含折叠桨毂、第一至第三旋翼片、万向接头和桨毂支架；

所述折叠桨毂包含桨毂本体、桨毂中轴、轴承和第一至第三展开机构；

所述桨毂中轴的一端通过轴承和所述桨毂本体相连，使得所述桨毂本体能够绕桨毂中轴自由转动；

所述第一至第三展开机构均包含桨夹、龙门、旋翼弹簧和锁定结构，其中，所述桨夹通过螺丝轴和所述桨毂本体铰接，能够绕所述桨毂本体上下转动；所述龙门和所述桨毂本体固定相连；所述旋翼弹簧一端和所述龙门固定相连，另一端和所述桨夹固定相连，所述旋翼弹簧和所述桨夹转动时的平面处于同一平面，且处于拉伸状态；所述锁定结构用于在所述桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面时将所述桨夹锁定，使其无法再转动；

所述第一至第三旋翼片分别和所述第一至第三展开机构的桨夹对应固定相连；

所述机身上设有用于容纳桨毂支架的支架折叠槽以及对应容纳第一至第三旋翼片的旋翼折叠槽；

所述桨毂支架的一端通过万向接头和所述桨毂中轴的另一端相连，另一端距端部预设的距离处通过所述转轴和所述支架折叠槽的两个侧壁铰接，使得所述桨毂支架能够绕所述转轴转动折叠至所述支架折叠槽中，且在桨毂支架折叠至所述支架折叠槽中时，所述第一至第三旋翼片能够分别折叠至所述第一至第三旋翼折叠槽中；

所述支架弹簧一端和桨毂支架远离桨毂的一端相连，另一端和机身相连，呈拉伸状态，用于将所述桨毂支架从所述支架折叠槽中拉起、使得折叠旋翼处于展开状态；

所述第三舵机、第四舵机均设置在所述桨毂支架上，分别通过拉杆和所述万向接头相连，分别用于控制所述万向接头进行前后俯仰和左右倾转，进而控制桨毂平面的俯仰与倾转；

所述束缚包包含一个圆形的束缚圈和两根束缚带；所述螺旋桨的桨叶处于折叠状态，所述整流罩罩在所述螺旋桨上；所述束缚圈固定在所述机身上，用于将所述桨毂支架束缚在所述支架折叠槽中、将第一至第三旋翼片分别束缚在所述第一至第三旋翼折叠槽；所述两根束缚带均一端和所述整流罩相连，另一端和所述束缚圈相连，将所述整流罩固定在所述机身的头端上；

所述第一舵机设置在机身内，其输出端通过摇臂连接有刀片，用于在接受到控制电流后割断所述束缚圈，所述机身上设有供刀片割断所述束缚圈的通孔；

所述第二舵机设置在机身上，用于控制垂尾进而控制旋翼机的偏航；

所述万向接头通过舵机和所述电调电气相连，所述电调还分别和电机、接收机、电源模块电气相连，其中，所述接收机用于接收指令，并将指令转化为控制信号传递给所述电调；所述电调根据用于接收到的控制信号分配电流给所述电机和第一至第四舵机；所述电机用于根据接收到的电流控制螺旋桨的转速继而控制旋翼机前飞的速度。

2.根据权利要求1所述的机动发射式自转旋翼机，其特征在于，所述锁定结构包含卡勾和弹簧片，其中，卡勾的端部和所述桨毂本体铰接、勾部能够绕所述桨毂本体转动；弹簧片一端和所述桨毂本体相抵，另一端和所述卡勾的端部相抵，用于在所述桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面时弹簧片推动所述卡勾的勾部将所述桨夹锁死。

3.根据权利要求1所述的机动发射式自转旋翼机，其特征在于，所述机身呈流线型。

4.根据权利要求1所述的机动发射式自转旋翼机，其特征在于，所述电源模块采用锂电池。

5.基于权利要求1所述的机动发射式自转旋翼机的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），发射所述机动发射式自转旋翼机；

步骤2），发送展开指令给所述机动发射式自转旋翼机；

步骤3），所述接收机接收到展开指令后，分配电流给所述第一舵机；

步骤4），所述第一舵机接受到控制电流后控制其输出端摇臂上的刀片割断所述束缚圈；

步骤5），整流罩随束缚包脱落；

步骤6），第一至第三展开机构中的旋翼弹簧分别拉动第一至第三旋翼片从第一至第三旋翼折叠槽中弹起，使得第一至第三展开机构中的桨夹转动至和所述桨毂本体处于同一平面，此时，第一至第三展开机构中的锁定结构锁死其对应的桨夹；

步骤7），支架弹簧拉动桨毂支架从支架折叠槽中弹起，使得折叠旋翼处于展开状态；

步骤8），随着旋翼机下落，第一至第三旋翼片被气流吹动，绕桨毂中轴旋转，旋翼机的重力势能转化为旋翼的动能，旋翼机减速下落；

步骤9），当旋翼片旋转稳定后产生的升力与重力平衡，旋翼机匀速下落时，接收机分配电流给所述电机；

步骤10），电机转动，在离心力的作用下折叠的螺旋桨螺旋桨被甩开，螺旋桨旋转产生拉力，带动旋翼机前进，旋翼机进入巡航状态。