CN107140198A - 双共轴倾转旋翼无人机短舱结构 - Google Patents

双共轴倾转旋翼无人机短舱结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，包括两个相对设置的旋翼、用于产生使两个旋翼旋转的动力的驱动装置和与两个旋翼连接且用于改变旋翼迎角的变距系统，驱动装置包括旋翼主轴和通过第一传动机构与旋翼主轴连接的两个电动机，两个旋翼分别与旋翼主轴的一端连接。本发明的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，使用双电机带动一根主轴转动，有利于受力均衡，在短舱克服旋翼拉力的同时稳定的输出扭矩，对机械结构的抗疲劳情况有所改善，使用寿命得到提升，而且该短舱结构从结构上、控制上、可靠性上都有简化，有利于减小结构重量，可以提升倾转旋翼无人机的性能。

Description

双共轴倾转旋翼无人机短舱结构
技术领域
本发明属于飞行器技术领域，具体的说，本发明涉及一种双共轴倾转旋翼无人机短舱结构。
背景技术
倾转旋翼机是一种既具有普通直升机那样的垂直起降和空中悬停能力，又具有像螺旋桨飞机那样巡航飞行速度大、航程较远等特点。倾转旋翼机目前被各国的研究人员认为是航空界发展前景和应用价值最高的飞机之一。
倾转旋翼机不但具有垂直起降和高速巡航性能,而且机动性很强，所以应用领域及其广阔。20世纪中期，美国开始了对倾转旋翼技术的研究,该技术开始于XV-3，成熟于XV-15，应用于V-22鱼鹰。相比较于美国，国内对倾转旋翼机的研究起步较晚，乃至在10年前还处于概念研究阶段。研究发展了将近半个多世纪，中国到目前为止还没有一架成型的验证机。
目前，国内的倾转旋翼机飞行试验也仅体现在小型无人倾转旋翼机上，可以承认国内在这项技术上是有进步的，但这些进步都是基础性的研究，距离倾转旋翼样机制造还有很长的路要走。而且，现有的倾转旋翼无人机的短舱结构，存在着结构复杂，控制复杂，性能差等缺陷。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，目的是简化控制和结构。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，包括两个相对设置的旋翼、用于产生使两个旋翼旋转的动力的驱动装置和与两个旋翼连接且用于改变旋翼迎角的变距系统，驱动装置包括旋翼主轴和通过第一传动机构与旋翼主轴连接的两个电动机，两个旋翼分别与旋翼主轴的一端连接。
所述两个电动机分别位于旋翼主轴的一侧且两个电动机为同轴设置。
所述第一传动机构包括设置于所述电动机上的第一齿轮和设置于所述旋翼主轴上且与第一齿轮啮合的第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮为锥齿轮。
所述第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径。
所述变距系统包括舵机、设置于所述旋翼主轴上的十字盘、与所述旋翼和十字盘连接的变距杆以及与十字盘和舵机连接的第二传动机构。
所述第二传动机构包括依次转动连接的第一舵机拉杆、第一舵机臂、第二舵机拉杆、第二舵机臂和第三舵机拉杆，第一舵机臂设置于所述舵机上，第一舵机拉杆与设置于所述旋翼主轴上的一个所述十字盘连接，第三舵机拉杆与设置于旋翼主轴上的另一个十字盘连接。
所述第二舵机臂为可旋转设置，所述第一舵机臂和第二舵机臂为相平行。
所述舵机和所述第二传动机构均分别设置多个且数量相等。
本发明的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，使用双电机带动一根主轴转动，有利于受力均衡，在短舱克服旋翼拉力的同时稳定的输出扭矩，对机械结构的抗疲劳情况有所改善，使用寿命得到提升，而且该短舱结构从结构上、控制上、可靠性上都有简化，有利于减小结构重量，可以提升倾转旋翼无人机的性能。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明双共轴倾转旋翼无人机短舱结构的结构示意图；
图2是双共轴倾转旋翼无人机短舱结构的内部结构示意图；
图中标记为：1、桨叶；2、桨毂；3、第二舵机臂；4、电动机；5、第一齿轮；6、第二齿轮；7、变距杆；8、十字盘；9、第一舵机拉杆；10、限位圈；11、舵机；12、旋翼；13、电机座；14、旋翼主轴；15、限位轴套；16、短舱侧板；17、变距摇杆；18、变距支座；19、第一舵机臂；20、第二舵机拉杆；21、第三舵机拉杆。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1和图2所示，本发明提供了一种双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，包括两个相对设置的短舱侧板16、两个相对设置的旋翼、用于产生使两个旋翼旋转的动力的驱动装置和与两个旋翼连接且用于改变旋翼迎角的变距系统，驱动装置包括旋翼主轴14和通过第一传动机构与旋翼主轴14连接的两个电动机4，两个旋翼分别与旋翼主轴14的一端连接。
具体的说，如图1所示，旋翼的结构如同本领域技术人员所公知的那样，其主要是由桨毂2和设置于桨毂2上的多个桨叶1构成，旋翼主轴14的两端分别与一个旋翼的桨毂2固定连接。两个电动机4分别位于旋翼主轴14的一侧且两个电动机4为同轴设置，两个电动机4分别安装在一个电机座13上，电机座13安装在两侧的短舱侧板16上，两个电动机4并为对称分布在旋翼主轴14的两侧，电动机4的轴线与旋翼主轴14的轴线相垂直且两者处于与短舱侧板16相平行的同一平面内。
如图1所示，第一传动机构包括固定设置于电动机4的主轴上的第一齿轮5和固定设置于旋翼主轴14上且与第一齿轮5啮合的第二齿轮6，第二齿轮6位于两个旋翼之间，第一齿轮5和第二齿轮6优选为直齿锥齿轮，有利于短舱结构的空间布局，第一齿轮5的直径并小于第二齿轮6的直径。两个第一齿轮5分别位于旋翼主轴14的一侧，两个第一齿轮5分别与一个电动机4连接。两台电动机4运转，通过第一齿轮5和第二齿轮6构成的齿轮传动机构进而带动旋翼转动，为倾转旋翼无人机提供动力。使用双电机带动一根主轴转动，这在旋翼无人机里也是很少见的，这样有利于受力均衡，在短舱克服旋翼拉力的同时稳定的输出扭矩，对机械结构的抗疲劳情况有所改善，使用寿命得到提升。而且，通过对称布置两个第一齿轮5和电动机4，电动机4输出的力和扭矩对称均匀。
变距系统是控制倾转旋翼无人机飞行姿态的重要机构，如图1和图2所示，变距系统包括舵机、设置于旋翼主轴14上的两个十字盘8、与旋翼和十字盘8连接的变距杆7以及与两个十字盘8和舵机连接的第二传动机构。舵机固定设置于短舱侧板16上，舵机和第二传动机构的数量与旋翼的桨叶1数量相同，所有舵机处于两个电动机4所在的同一直线的同一侧。十字盘8的结构如同本领域技术人员所公知的那样，两个十字盘8分别通过变距杆7与一个旋翼连接，与各个旋翼连接的变距杆7的数量与旋翼的桨叶1的数量相同，各个变距杆7的一端与十字盘8转动连接，各个变距杆7的另一端与桨毂2上所设的变距摇杆17转动连接。
如图1和图2所示，第二传动机构包括依次转动连接的第一舵机拉杆9、第一舵机臂19、第二舵机拉杆20、第二舵机臂3和第三舵机拉杆21，第一舵机臂19设置于舵机上，第一舵机拉杆9的一端与第一舵机臂19的一端转动连接，第一舵机拉杆9的另一端与设置于旋翼主轴14上且距离最近的一个十字盘8转动连接，第二舵机拉杆20的一端与第一舵机臂19的另一端转动连接，第二舵机拉杆20的另一端与第二舵机臂3的一端转动连接，第三舵机拉杆21的一端与第二舵机臂3的另一端转动连接，第三舵机拉杆21的另一端与设置于旋翼主轴14上的另一个十字盘8连接。短舱侧板16上设有变距支座18，第二舵机臂3为可旋转的设置于变距支座18上，第一舵机臂19和第二舵机臂3为相平行，第二舵机拉杆20与旋翼主轴14相平行。通过控制舵机输出扭矩，舵机运转，通过第二传动机构和十字盘8带动变距杆7拉动桨毂2上所设的变距摇杆17，进而带动桨叶1达到变距效果，改变旋翼迎角。
在本实施例中，各个旋翼的浆叶设置三片，相应的，与各个旋翼相连接的变距杆7设置三个，舵机和第二传动机构分别设置三个，各个舵机分别通过一个第二传动机构和两个十字盘8与两个变距杆7相连接。这种结构的变距系统通过三个舵机控制上下两个旋翼的操纵，也就是说倾转旋翼无人机的每副短舱虽然有两副旋翼，但与一副旋翼的控制是相同的。这种变距系统相比于现有技术节省了一半的舵机，按照传统无人机设计方式设计，这里最少每个短舱需要六台舵机，而这种变距系统仅使用三台舵机，通过第二传动机构，同时控制两个旋翼达到变距的目的，这种结构在达到性能提升的同时简化了控制和结构，减少了控制量就增大控制效率，降低了飞控的复杂程度。
如图1和图2所示，两个短舱侧板16为固定连接，电机座13、两个电动机4、舵机、限位圈10、旋翼主轴14、第二传动机构等部件均位于两个短舱侧板16之间。这样的布置很节省空间，减小气动阻力。
如图1和图2所示，在短舱侧板16上设有用于在垂直起降时阻止旋翼主轴14纵向位移的限位轴套15，以减小轴承的轴向压力，限位轴套15套设于旋翼主轴14上且限位轴套15沿旋翼主轴14的轴向设置多个。在本实施例中，限位轴套15共设置四个，第二齿轮6的两侧均分别布置两个限位轴套15。
本发明的电动双共轴倾转旋翼飞行器具有如下的优点：
变距系统设计方法能达到操纵目的的前提下，比传统共轴双旋翼直升机的操纵机构更加简单，控制舵机数量也要少，减少了控制量就增大控制效率和飞控的复杂程度；
传动系统的设计方式，在可靠性和实用型都得到保障的情况下，结构更为简单紧凑，多电机的这种横置布局方式在短舱总体结构和受力上都更合理，更适合大载荷飞行器；
上下双旋翼布局在符合倾转旋翼飞行器布局的同时，与共轴双旋翼短舱对比，更能有效改善气动干扰，提升旋翼气动性能，与传统短舱的单旋翼布局对比，在各种状态下旋翼拉力大约增大18％～20％左右；
由于本发明是用在倾转旋翼机上，倾转旋翼机左右两短舱可以相互抵消负扭，所以采用共轴同转向转动，这样总体短舱结构上更为简单和紧凑。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：包括两个相对设置的旋翼、用于产生使两个旋翼旋转的动力的驱动装置和与两个旋翼连接且用于改变旋翼迎角的变距系统，驱动装置包括旋翼主轴和通过第一传动机构与旋翼主轴连接的两个电动机，两个旋翼分别与旋翼主轴的一端连接。
2.根据权利要求1所述的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：所述两个电动机分别位于旋翼主轴的一侧且两个电动机为同轴设置。
3.根据权利要求2所述的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：所述第一传动机构包括设置于所述电动机上的第一齿轮和设置于所述旋翼主轴上且与第一齿轮啮合的第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮为锥齿轮。
4.根据权利要求3所述的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：所述第一齿轮的直径小于第二齿轮的直径。
5.根据权利要求1至4任一所述的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：所述变距系统包括舵机、设置于所述旋翼主轴上的十字盘、与所述旋翼和十字盘连接的变距杆以及与十字盘和舵机连接的第二传动机构。
6.根据权利要求5所述的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：所述第二传动机构包括依次转动连接的第一舵机拉杆、第一舵机臂、第二舵机拉杆、第二舵机臂和第三舵机拉杆，第一舵机臂设置于所述舵机上，第一舵机拉杆与设置于所述旋翼主轴上的一个所述十字盘连接，第三舵机拉杆与设置于旋翼主轴上的另一个十字盘连接。
7.根据权利要求6所述的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：所述第二舵机臂为可旋转设置，所述第一舵机臂和第二舵机臂为相平行。
8.根据权利要求6所述的双共轴倾转旋翼无人机短舱结构，其特征在于：所述舵机和所述第二传动机构均分别设置多个且数量相等。
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