CN107010216B - 一种共轴双旋翼结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型共轴双旋翼结构，该共轴双旋翼结构两层旋翼分别设置可伸缩的小翼，并通过在两层旋翼之间设置电机，电机旋转轴上设置拉线，拉线两端分别连接上下旋翼小翼，通过电机两个方向的旋转可分别带动拉线使上下旋翼直径一个增大一个减小，从而改变共轴双旋翼类直升机上下旋翼之间的反扭矩，进而达到控制共轴双旋翼类直升机偏航的目的。

Description

一种共轴双旋翼结构
技术领域
本发明涉及一种共轴双旋翼直升机结构，属于航空系统技术领域。
背景技术
现有大部分共轴双旋翼类直升机的航向控制主要是通过改变上下旋翼桨距角从而使上下旋翼产生反扭矩差实现共轴双旋翼类直升机航向变化的。
德国“seamos”共轴双旋翼无人直升机通过在旋翼翼尖安置阻力板来改变旋翼的反扭矩，以实现共轴式直升机的偏航操纵，其原理是需要进行航向操纵时，改变上下两幅旋翼翼尖的阻力板迎风面积，从而导致两幅旋翼的反扭矩不同，改变直升机航向。
本发明提到的一种共轴双旋翼结构目前尚未见到。
发明内容
发明目的
本发明正是针对上述现有技术中存在的问题提出了一种共轴双旋翼结构，该共轴双旋翼结构可通过调整上下旋翼直径的大小从而实现偏航控制。该发明机构相对简单，且不会产生额外的功率消耗。
技术方案
提供一种共轴双旋翼结构，该结构包括共轴的上主旋翼5、下主旋翼2、上旋翼轴6、下旋翼轴9、中心轴1、上锥齿轮16、换向锥齿轮17、下锥齿轮20、上小翼4、下小翼3；
中心轴1包括上中心轴10、联轴器20和下中心轴21；上中心轴10与下中心轴21通过联轴器20连接，所述的联轴器20能够相对于上中心轴10和下中心轴21转动；联轴器20中间设置有中空腔、上中心轴10、下中心轴21均设置有中空腔，且上中心轴10、联轴器20和下中心轴21的中空腔相互连通；
上中心轴10中部沿圆周突起形成台阶状十字支架18，上中心轴10的十字支架18上部套装有上旋翼轴6，上中心轴10的十字支架18下部、联轴器20和下中心轴21套装有下旋翼轴9，所述十字支架18上装有换向锥齿轮17，上旋翼轴的下端形成有上锥齿轮16，下旋翼轴上端形成有下锥齿轮19，所述的上锥齿轮19和下锥齿轮19均与所述的换向锥齿轮17啮合；
上旋翼轴6上端连接有上主旋翼5，且上主旋翼5具有空腔，上主旋翼5的空腔与上中心轴的中空腔连通；
下主旋翼2与联轴器20固定连接，且下主旋翼2具有空腔，下主旋翼2的空腔与联轴器20的中空腔以及上下中心轴的中空腔均连通；
上小翼4插装于上主旋翼5的空腔内，受弹簧14压迫和拉线13的拖拽，形成伸缩结构；
下小翼3插装于下主旋翼2的空腔内，受弹簧14压迫和拉线13的拖拽，形成伸缩结构；
所述的十字支架18上开通孔，该通孔与上中心轴10的中空腔连通，所述的十字支架18上固定有换向齿轮箱7，换向齿轮箱上固定有电机8，电机轴11上固定有线轴12，所述的线轴12上缠绕有拉线13，拉线13的通过所述十字支架18的通孔，上端依次穿过上中心轴10的中空腔、上主旋翼5的空腔后连接上小翼4；拉线13的下端依次穿过上中心轴10的中空腔、联轴器20的中空腔、下主旋翼2的空腔后连接下小翼3；在拉线13上设置多个万向节15，以防止拉线扭转。
电机8受控顺时针或逆时针旋转带动电机轴11和线轴12一起旋转，从而使拉线13一端收紧，一端放松，使该共轴双旋翼结构中旋翼直径一个增大，一个减小。
旋翼直径的增大或减小会引起其反扭矩的增大或减小，上下旋翼直径一个增大一个减小，从而分别引起其各自反扭矩的增大和减小，从而使共轴双旋翼直升机反扭矩平衡状态被打破，使得共轴双旋翼直升机发生航向运动，实现共轴双旋翼类直升机的航向控制。
旋翼直径一个增大一个减小，在反扭矩增大或减小的同时，旋翼升力也同时一个增大一个减小，使得两幅旋翼产生的总升力大小不变(下旋翼受下洗气流影响，根据试验需将其桨叶安装角比上旋翼大1°左右)，不会产生额外的功率消耗。
技术效果
共轴双旋翼类直升机或无人直升机其特点是悬停效率高，但也存在操纵机构复杂，传递环节多等不利因素，本专利提出一种新型的共轴双旋翼结构，该结构利用电机更改上下旋翼直径从而改变共轴双旋翼上下反扭矩产生航向变化，使得其操纵机构较简单，且不会有额外的功率需求，操纵效率高，具有简化共轴双旋翼类直升机操纵系统的效果，拥有潜在市场。
与现有技术相比，本发明具有结构简单、控制精度高、稳定性好、制造难度小、且无额外功率消耗等优点。
附图说明
图1为共轴双旋翼直升机偏航控制总体三维图；
图2为图1中A-A处的局部剖视图；
图3为图1中B-B处局部剖面视图；
图4为上旋翼、上传动轴及换向齿轮箱剖面视图；
图5为下旋翼、下旋翼轴及换向齿轮箱剖面视图；
图6为图5中C处局部视图；
其中：1.中心轴；2.下主旋翼；3.下小翼；4.上小翼；5.上主旋翼；6.上旋翼轴；7.换向齿轮箱；8.电机；9.下旋翼轴；10.上中心轴；11.电机轴；12.线轴；13.拉线；14.弹簧；15.万向节；16.上锥齿轮；17.换向锥齿轮；18.十字支架；19.下锥齿轮；20.联轴器；21.下中心轴；22.滚珠。
具体实施方式
提供一种共轴双旋翼结构，该结构包括共轴的上主旋翼5、下主旋翼2、上旋翼轴6、下旋翼轴9、中心轴1、上锥齿轮16、换向锥齿轮17、下锥齿轮20、上小翼4、下小翼3；
中心轴1包括上中心轴10、联轴器20和下中心轴21；上中心轴10与下中心轴21通过联轴器20连接，所述的联轴器20能够相对于上中心轴10和下中心轴21转动；联轴器20中间设置有中空腔、上中心轴10、下中心轴21均设置有中空腔，且上中心轴10、联轴器20和下中心轴21的中空腔相互连通；
上中心轴10中部沿圆周突起形成台阶状十字支架18，上中心轴10的十字支架18上部套装有上旋翼轴6，上中心轴10的十字支架18下部、联轴器20和下中心轴21套装有下旋翼轴9，所述十字支架18上装有换向锥齿轮17，上旋翼轴的下端形成有上锥齿轮16，下旋翼轴上端形成有下锥齿轮19，所述的上锥齿轮19和下锥齿轮19均与所述的换向锥齿轮17啮合；
上旋翼轴6上端连接有上主旋翼5，且上主旋翼5具有空腔，上主旋翼5的空腔与上中心轴的中空腔连通；
下主旋翼2与联轴器20固定连接，且下主旋翼2具有空腔，下主旋翼2的空腔与联轴器20的中空腔以及上下中心轴的中空腔均连通；
上小翼4插装于上主旋翼5的空腔内，受弹簧14压迫和拉线13的拖拽，形成伸缩结构；
下小翼3插装于下主旋翼2的空腔内，受弹簧14压迫和拉线13的拖拽，形成伸缩结构；
所述的十字支架18上开通孔，该通孔与上中心轴10的中空腔连通，所述的十字支架18上固定有换向齿轮箱7，换向齿轮箱上固定有电机8，电机轴11上固定有线轴12，所述的线轴12上缠绕有拉线13，拉线13的通过所述十字支架18的通孔，上端依次穿过上中心轴10的中空腔、上主旋翼5的空腔后连接上小翼4；拉线13的下端依次穿过上中心轴10的中空腔、联轴器20的中空腔、下主旋翼2的空腔后连接下小翼3；在拉线13上设置多个万向节15，以防止拉线扭转。
电机8旋转带动电机轴11和线轴12一起旋转，从而使拉线13一端收紧，一端放松，使该共轴双旋翼结构中旋翼直径一个增大，一个减小。
旋翼直径的增大或减小会引起其反扭矩的增大或减小，上下旋翼直径一个增大一个减小，从而分别引起其各自反扭矩的增大和减小，从而使共轴双旋翼直升机反扭矩平衡状态被打破，使得共轴双旋翼直升机发生航向运动，实现共轴双旋翼类直升机的航向控制。
旋翼直径一个增大一个减小，在反扭矩增大或减小的同时，旋翼升力也同时一个增大一个减小，使得两幅旋翼产生的总升力大小不变(下旋翼受下洗气流影响，根据试验需将其桨叶安装角比上旋翼大1°左右)，不会产生额外的功率消耗。

Claims (2)

1.一种共轴双旋翼结构，该结构包括上主旋翼(5)和下主旋翼(2)、上旋翼轴(6)、下旋翼轴(9)、中心轴(1)、上锥齿轮(16)、换向锥齿轮(17)、下锥齿轮(19)、上小翼(4)、下小翼(3)；上主旋翼(5)和下主旋翼(2)为共轴双旋翼；
中心轴(1)包括上中心轴(10)、联轴器(20)和下中心轴(21)；上中心轴(10)与下中心轴(21)通过联轴器(20)连接，所述的联轴器(20)能够相对于上中心轴(10)和下中心轴(21)转动；联轴器(20)中间设置有中空腔，上中心轴(10)和下中心轴(21)均设置有中空腔，且上中心轴(10)、联轴器(20)和下中心轴(21)的中空腔相互连通；
上中心轴(10)中部沿圆周突起形成台阶状十字支架(18)，上中心轴(10)的十字支架(18)上部套装有上旋翼轴(6)，上中心轴(10)的十字支架(18)下部、联轴器(20)和下中心轴(21)套装有下旋翼轴(9)，所述十字支架(18)上装有换向锥齿轮(17)，上旋翼轴的下端形成有上锥齿轮(16)，下旋翼轴上端形成有下锥齿轮(19)，所述的上锥齿轮(16)和下锥齿轮(19)均与所述的换向锥齿轮(17)啮合；
上旋翼轴(6)上端连接有上主旋翼(5)，且上主旋翼(5)具有空腔，上主旋翼(5)的空腔与上中心轴的中空腔连通；
下主旋翼(2)与联轴器(20)固定连接，且下主旋翼(2)具有空腔，下主旋翼(2)的空腔与联轴器(20)的中空腔以及上下中心轴的中空腔均连通；
上小翼(4)插装于上主旋翼(5)的空腔内，受弹簧(14)压迫和拉线(13)的拖拽，形成伸缩结构；
下小翼(3)插装于下主旋翼(2)的空腔内，受弹簧(14)压迫和拉线(1 3)的拖拽，形成伸缩结构；
所述的十字支架(18)上开通孔，该通孔与上中心轴(10)的中空腔连通，所述的十字支架(18)上固定有换向齿轮箱7，换向齿轮箱上固定有电机(8)，电机轴(11)上固定有线轴(12)，所述的线轴(12)上缠绕有拉线(13)，拉线(13)通过所述十字支架(18)的通孔，拉线的上端依次穿过上中心轴(10)的中空腔、上主旋翼(5)的空腔后连接上小翼(4)；拉线(13)的下端依次穿过上中心轴(10)的中空腔、联轴器(20)的中空腔、下主旋翼(2)的空腔后连接下小翼(3)；在拉线(13)上设置多个万向节(15)，以防止拉线扭转。
2.根据权利要求1所述的一种共轴双旋翼结构，其特征在于：电机(8)受控顺时针或逆时针旋转带动电机轴(11)和线轴(12)一起旋转，从而使拉线(13)一端收紧，一端放松，使该共轴双旋翼结构中旋翼直径一个增大，一个减小。
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