CN107226198A - 一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器，包括舵机固定座和托盘,舵机固定座中转动连接有主轴，主轴顶端通过中联转动连接有两个桨夹，桨夹上固定有螺旋桨；主轴上固定有外球面关节副，托盘上设有内球面关节孔，外球面关节副配合于内球面关节孔中；托盘包括转盘和定盘，舵机固定座上固定有前舵机和右舵机；前、右舵机的输出轴上均固定有摆臂，摆臂上转动连接有第一连杆，第一连杆一端铰接于定盘上，转盘上铰接有两个第二连杆；各第二连杆一端铰接在桨夹下。本发明有益效果：通过周期性倾斜的托盘驱动桨夹进行周期变距，结构简单可靠；不需借助外部结构，可达到静止飞行时的旋翼平稳挥舞。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器。
背景技术
自动倾斜器是将经直升机飞行操纵系统传递过来的驾驶员或自动驾驶仪的指令转换为旋翼桨叶受控运动的一种装置。
旋翼是圆周运动，由于半径的关系，翼尖处线速度已经接近音速时，圆心处线速度为零。所以旋翼靠近圆周的地方产生最大的升力，而靠近圆心的地方只产生微不足道的升力。一个桨叶向前划行时，桨叶和空气的相对速度高于旋转本身所带来的线速度；反之，另一个桨叶向后划行时，桨叶和空气的相对速度就低于旋转本身所带来的线速度，该侧桨叶会呈下降趋势，中心的轮毂呈上升的趋势。这样，旋翼两侧产生的升力还不均匀，不做任何补偿的话，升力差可以达到5：1。这个周期性的升力变化不仅使机身向一侧倾斜，而且每片桨叶在圆周中不同方位产生不同的升力和阻力，周期性地对桨叶产生强烈的扭曲，既大大加速材料的疲劳，又引起很大的振动。所以旋翼的气动设计可以比高性能固定翼飞机的机翼设计更为复杂。
具体来说，为了补偿左右的升力不均匀，和减少桨叶的疲劳，桨叶在翼根要采用一个容许桨叶载回转过程中上下挥舞的铰链，这个铰链称为挥舞铰(flapping hinge，也称垂直铰)。桨叶在前行时，升力增加，桨叶自然向上挥舞。
因为旋翼是旋转的，自动倾斜器被用于将发送的指令从不旋转的机身传递到旋转的桨叶，目前市面上的倾斜器结构只有一种通过三到四个舵机来控制倾斜盘，结构非常复杂，可靠性降低。
同时旋翼的挥舞是非常重要的环节，通常的旋翼挥舞是依靠桨毂来实现，结构上又增加了难度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种通过周期性倾斜的托盘驱动桨夹进行周期变距，结构简单可靠；不需借助外部结构，可达到静止飞行时的旋翼平稳挥舞的可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器，其包括舵机固定座和托盘,舵机固定座中穿设且转动连接有主轴，主轴的顶端通过中联转动连接有两个桨夹，每个桨夹上均固定有螺旋桨；主轴上同轴固定有外球面关节副，托盘上贯穿设置有内球面关节孔，外球面关节副配合于内球面关节孔中，且构成关节轴承；托盘包括层叠设置的转盘和定盘，舵机固定座上固定有前舵机和右舵机，前舵机和右舵机设于定盘和舵机固定座之间；前舵机和右舵机的输出轴中心线垂直，前舵机和右舵机的输出轴上均固定有摆臂，每个摆臂上均转动连接有第一连杆，第一连杆远离摆臂的一端铰接于定盘的下盘面上，转盘的上盘面上铰接有两个第二连杆，两个第二连杆关于转盘的中心对称设置，且设于转盘和桨夹之间；各个第二连杆远离转盘的一端一一对应地铰接在桨夹的下面的中间位置。
本发明中，随着两副螺旋桨的旋转，前舵机和右舵机的输出轴也实现同步骤地周期性地旋转，从而通过摆臂带动第一连杆升降。其中，定盘并不转动，而转盘能够通过第二连杆随桨夹转动；从而实现托盘在前后和左右两个方向上进行倾斜。当两副螺旋桨在前后方向上分别呈升降趋势时，两副桨夹中心线速度为零，而本发明的托盘在倾斜的状态下，从而能够通过托盘倾斜，带动两个第二连杆分别上升或下降，从而抵消桨夹和螺旋桨的扭曲趋势。此时，两个第二连杆正好位于主轴和活动的第一连杆的中心轴线所在平面上，以便于缓解两副桨夹升降的趋势。。当两副螺旋桨旋转至左右方向上，且分别呈升降趋势时，作用原理及效果同理。
因为本发明仅有两个舵机，在无人机空中静止状态上下，托盘本身的螺距就是螺旋桨保持在5度左右的正螺距，高转速下提供升降力用来抵消桨夹的上下拉力，保持空中悬停，在当右舵机上下拉动托盘时，右侧螺距瞬时变大或者变小，来控制直升机的向左向右飞行，同样当前舵机上下拉动托盘时，前后侧螺距瞬时变大或者变小，来控制直升机的向前向后飞行。同时托盘又为一个挥舞盘，在旋翼高速转动的情况下，通过倾斜盘的挥舞来满足静止飞行时的旋翼的平稳挥舞。
本发明可通过不断的周期性倾斜的托盘驱动两副桨夹进行周期变距调整，结构简单，性能可靠；解决了旋翼挥舞的问题，且不需借助外部结构，本发明可通过前舵机和右舵机驱动托盘倾斜，从而使托盘驱动两副桨夹进行周期变距调整，以满足静止飞行时的旋翼的平稳挥舞。
具体地，舵机固定座包括舵机盘和多个固定支腿，舵机盘固定于各个固定支腿的上端，前舵机和右舵机安装于舵机盘上，主轴穿设且转动连接于舵机盘中；结构简单，舵机固定座固定效果好，且结构稳定，便于安装主轴。
进一步地，摆臂的摆动角度为360°，两个第一连杆的升降范围更大，便于托盘更大范围的调整。
本发明的一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器的有益效果是：
1.因为本发明仅有两个舵机，在无人机空中静止状态上下，托盘本身的螺距就是螺旋桨保持在5度左右的正螺距，高转速下提供升降力用来抵消桨夹的上下拉力，保持空中悬停，在当右舵机上下拉动托盘时，右侧螺距瞬时变大或者变小，来控制直升机的向左向右飞行，同样当前舵机上下拉动托盘时，前后侧螺距瞬时变大或者变小，来控制直升机的向前向后飞行；同时托盘又为一个挥舞盘，在旋翼高速转动的情况下，通过倾斜盘的挥舞来满足静止飞行时的旋翼的平稳挥舞。
2.本发明可通过不断的周期性倾斜的托盘驱动两副桨夹进行周期变距调整，结构简单，性能可靠；
3.解决了旋翼挥舞的问题，且不需借助外部结构，本发明可通过前舵机和右舵机驱动托盘倾斜，从而使托盘驱动两副桨夹进行周期变距调整，以满足静止飞行时的旋翼的平稳挥舞。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器的三维结构图；
图2是图1中A部分的局部放大图。
其中:1.右舵机；2.舵机固定座；3.摆臂；4.主轴；501.转盘,502.定盘；6.外球面关节副；7.第二连杆；8.螺旋桨；9.前舵机；10.桨夹；11.第一连杆；12.中联。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图2所示的本发明的一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器的具体实施例，其包括舵机固定座2和托盘,舵机固定座2中穿设且转动连接有主轴4，主轴4的顶端通过中联12转动连接有两个桨夹10，每个桨夹10上均固定有螺旋桨8；主轴4上同轴固定有外球面关节副6，托盘上贯穿设置有内球面关节孔，外球面关节副6配合于内球面关节孔中，且构成关节轴承；托盘包括层叠设置的转盘501和定盘502，舵机固定座2上固定有前舵机9和右舵机1，前舵机9和右舵机1设于定盘502和舵机固定座2之间；前舵机9和右舵机1的输出轴中心线垂直，前舵机9和右舵机1的输出轴上均固定有摆臂3，每个摆臂3上均转动连接有第一连杆11，第一连杆11远离摆臂3的一端铰接于定盘502的下盘面上，转盘501的上盘面上铰接有两个第二连杆7，两个第二连杆7关于转盘501的中心对称设置，且设于转盘501和桨夹10之间；各个第二连杆7远离转盘501的一端一一对应地铰接在桨夹10的下面的中间位置。
本实施例中，随着两副螺旋桨8的旋转，前舵机9和右舵机1的输出轴也实现同步骤地周期性地旋转，从而通过摆臂3带动第一连杆11升降。其中，定盘502并不转动，而转盘501能够通过第二连杆7随桨夹10转动；从而实现托盘在前后和左右两个方向上进行倾斜。当两副螺旋桨8在前后方向上分别呈升降趋势时，两副桨夹10中心线速度为零，而本实施例的托盘在倾斜的状态下，从而能够通过托盘倾斜，带动两个第二连杆7分别上升或下降，从而抵消桨夹10和螺旋桨8的扭曲趋势。此时，两个第二连杆7正好位于主轴4和活动的第一连杆11的中心轴线所在平面上，以便于缓解两副桨夹10升降的趋势。当两副螺旋桨8旋转至左右方向上，且分别呈升降趋势时，作用原理及效果同理。
因为本实施例仅有两个舵机，在无人机空中静止状态上下，托盘本身的螺距就是螺旋桨8保持在5度左右的正螺距，高转速下提供升降力用来抵消桨夹10的上下拉力，保持空中悬停，在当右舵机1上下拉动托盘时，右侧螺距瞬时变大或者变小，来控制直升机的向左向右飞行，同样当前舵机9上下拉动托盘时，前后侧螺距瞬时变大或者变小，来控制直升机的向前向后飞行。同时托盘又为一个挥舞盘，在旋翼高速转动的情况下，通过倾斜盘的挥舞来满足静止飞行时的旋翼的平稳挥舞。
本实施例可通过不断的周期性倾斜的托盘驱动两副桨夹10进行周期变距调整，结构简单，性能可靠；解决了旋翼挥舞的问题，且不需借助外部结构，本实施例可通过前舵机9和右舵机1驱动托盘倾斜，从而使托盘驱动两副桨夹10进行周期变距调整，以满足静止飞行时的旋翼的平稳挥舞。
具体地，舵机固定座2包括舵机盘201和多个固定支腿202，舵机盘201固定于各个固定支腿202的上端，前舵机9和右舵机1安装于舵机盘201上，主轴4穿设且转动连接于舵机盘201中；结构简单，舵机固定座2固定效果好，且结构稳定，便于安装主轴4。
进一步地，摆臂3的摆动角度为360°，两个第一连杆11的升降范围更大，便于托盘更大范围的调整。
应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (3)
1.一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器，其特征在于：包括舵机固定座(2)和托盘,所述舵机固定座(2)中穿设且转动连接有主轴(4)，所述主轴(4)的顶端通过中联(12)转动连接有两个桨夹(10)，每个桨夹(10)上均固定有螺旋桨(8)；所述主轴(4)上同轴固定有外球面关节副(6)，所述托盘上贯穿设置有内球面关节孔，所述外球面关节副(6)配合于内球面关节孔中，且构成关节轴承；所述托盘包括层叠设置的转盘(501)和定盘(502)，所述舵机固定座(2)上固定有前舵机(9)和右舵机(1)，所述前舵机(9)和右舵机(1)设于定盘(502)和舵机固定座(2)之间；所述前舵机(9)和右舵机(1)的输出轴中心线垂直，所述前舵机(9)和右舵机(1)的输出轴上均固定有摆臂(3)，每个摆臂(3)上均转动连接有第一连杆(11)，所述第一连杆(11)远离摆臂(3)的一端铰接于定盘(502)的下盘面上，所述转盘(501)的上盘面上铰接有两个第二连杆(7)，两个第二连杆(7)关于转盘(501)的中心对称设置，且设于转盘(501)和桨夹(10)之间；各个第二连杆(7)远离转盘(501)的一端一一对应地铰接在桨夹(10)的下面的中间位置。
2.根据权利要求1所述的一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器，其特征在于：所述舵机固定座(2)包括舵机盘(201)和多个固定支腿(202)，所述舵机盘(201)固定于各个固定支腿(202)的上端，所述前舵机(9)和右舵机(1)安装于舵机盘(201)上，所述主轴(4)穿设且转动连接于舵机盘(201)中。
3.根据权利要求1或2所述的一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器，其特征在于：所述摆臂(3)的摆动角度为360°。
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| CN201710513100.8A CN107226198A (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器 |
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| CN201710513100.8A CN107226198A (zh) | 2017-06-29 | 2017-06-29 | 一种可实现螺旋桨周期倾斜变距的自动倾斜器 |
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN107226198A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114162338A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-03-11 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统 |
-
2017
- 2017-06-29 CN CN201710513100.8A patent/CN107226198A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114162338A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-03-11 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统 |
| CN114162338B (zh) * | 2021-11-04 | 2023-06-06 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种可独立变距的共轴对转螺旋桨传动系统 |
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