CN108216613A - 无人机及其共轴可变构型螺旋桨 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共轴可变构型螺旋桨，包括：可离合共轴线连接的第一铰接轴和第二铰接轴、固定在第一铰接轴上的上旋翼和固定在第二铰接轴上的下旋翼、以及用于驱动下旋翼水平转动至和上旋翼平行或垂直的状态的动力机构。当需要依靠上旋翼和下旋翼旋转来带动无人机升降时，先将第一铰接轴和第二铰接轴进行分离，通过动力机构将下旋翼转动至和上旋翼垂直的状态，此时下旋翼和上旋翼构成四叶桨结构，以便于无人机进行升降运动；当不需要上旋翼和下旋翼来带动无人机进行升降，可以通过动力机构将下旋翼旋转至和上旋翼保持平行的状态，此时下旋翼和上旋翼构成两叶桨结构，以减少无人机飞行时的阻力。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器领域，特别是涉及一种共轴可变构型螺旋桨，还涉及一种包括上述共轴可变构型螺旋桨的无人机。
背景技术
现有的螺旋桨主要分为定距螺旋桨和变距螺旋桨，按桨叶可分为单叶桨和多叶桨。此外共轴反桨由于上下旋翼反向旋转，形成了直升机水平方向的力矩平衡，所以不需要尾桨来平衡直升机水平方向上的力矩。由于共轴反桨用套筒轴驱动上下两副反转的旋翼，同样存在串列双桨的上下旋翼之间的间距问题，间距小了，上下翼容易发生干涉，间距大了，不仅阻力大，而且需要刚度要求较高的驱动轴。共轴式双旋翼直升机两副旋翼一上一下，在正常飞行时不会发生触碰，但是在特殊的情况下，如遇到突然风变，机动超过极限值，桨叶变形或损坏时，作用在桨叶上的气动力、离心力和重力就会失去原来的平衡，从而偏离正常的运行轨迹而发生碰撞。而且其主要应用于直升机上。此外共轴旋翼虽然旋转方向相反，但其叶片的偏折方向也相反，升力小于四叶桨，而且机动性、操作性、环境适应性较差。
随着飞行器的发展，目前具有一种固定翼和旋翼混合布局的无人机。小构型的固定翼四旋翼混合布局无人机的螺旋桨都为两叶桨，桨的直径较小，不会影响机翼与机体结构。如果是三百千克级以上的固定翼旋翼混合布局无人机，为满足升力要求，桨的直径需要3.1m，过大的桨叶与固定翼机身，机翼，尾翼都存在干扰，直接影响机体与机翼的结构。在同等升力下，采用四叶桨虽然可以减少桨的直径，但是在固定翼平飞时，旋翼将停止工作，四叶桨无法打成顺桨，形成固定阻力，且存在转桨的风险。
因此，如何提供一种可以在两叶桨与四叶桨间转换的螺旋桨，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种共轴可变构型螺旋桨，本发明的另一个目的是提供一种包括上述共轴可变构型螺旋桨的无人机，可以使螺旋桨在两叶桨与四叶桨间直接转换，以保证各自结构的优点，且在升力相同的情况下，无转桨的风险。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种共轴可变构型螺旋桨，包括：可离合共轴线连接的第一铰接轴和第二铰接轴、固定在所述第一铰接轴上的上旋翼和固定在所述第二铰接轴上的下旋翼、以及用于驱动所述下旋翼水平转动至和所述上旋翼平行或垂直的状态的动力机构。
优选地，所述动力机构包括控制所述第二铰接轴转动的90°转角电磁铁。
优选地，所述动力机构包括固定连接在所述第二铰接轴上的被动齿轮、和所述被动齿轮啮合的主动齿轮。
优选地，所述上旋翼和所述下旋翼均为长度可折叠的旋翼。
优选地，所述上旋翼和所述下旋翼均为长度可伸缩的旋翼。
一种无人机，包括固定翼，还包括上述任意一种共轴可变构型螺旋桨。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明所提供的一种无人机及其共轴可变构型螺旋桨，包括：可离合共轴线连接的第一铰接轴和第二铰接轴、固定在第一铰接轴上的上旋翼和固定在第二铰接轴上的下旋翼、以及用于驱动下旋翼水平转动至和上旋翼平行或垂直的状态的动力机构。
当需要依靠上旋翼和下旋翼旋转来带动无人机升降时，先将第一铰接轴和第二铰接轴进行分离，通过动力机构将下旋翼转动至和上旋翼垂直的状态，然后再将第一铰接轴和第二铰接轴进行锁紧，此时下旋翼和上旋翼构成四叶桨结构，以便于无人机进行升降运动；当不需要上旋翼和下旋翼来带动无人机进行升降，只需要通过无人机的固定翼进行飞行时，可以通过动力机构将下旋翼旋转至和上旋翼保持平行的状态，此时下旋翼和上旋翼构成两叶桨结构，以减少无人机飞行时的阻力，其中上旋翼和下旋翼处于平行的状态时应和机身保持平行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种共轴可变构型螺旋桨的主视结构示意图；
图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种共轴可变构型螺旋桨处于四叶桨状态时的结构示意图；
图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种共轴可变构型螺旋桨处于两叶桨状态时的结构示意图。
附图标记如下：
1为上旋翼，2舵机，3为电机，4为下旋翼，5为90°转角电磁铁，6为皮带，7为电磁开关。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，目前的螺旋桨主要是固定叶数的螺旋桨，适应性较差。
基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种无人机及其共轴可变构型螺旋桨，可以在两叶桨和四叶桨之间进行转换，以保证各自的优点。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
请参考图1-图3，图1为本发明一种具体实施方式所提供的一种共轴可变构型螺旋桨的主视结构示意图；图2为本发明一种具体实施方式所提供的一种共轴可变构型螺旋桨处于四叶桨状态时的结构示意图；图3为本发明一种具体实施方式所提供的一种共轴可变构型螺旋桨处于两叶桨状态时的结构示意图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种共轴可变构型螺旋桨，包括：可离合共轴线连接的第一铰接轴和第二铰接轴、固定在第一铰接轴上的上旋翼1和固定在第二铰接轴上的下旋翼4、以及用于驱动下旋翼4水平转动至和上旋翼1平行或垂直的状态的动力机构。
在本实施例中，当需要依靠上旋翼1和下旋翼4旋转来带动无人机升降时，先将第一铰接轴和第二铰接轴进行分离，通过动力机构将下旋翼4转动至和上旋翼1垂直的状态，此时下旋翼4和上旋翼1构成四叶桨结构，以便于无人机进行升降运动，其中可以将电机3和第二铰接轴通过皮带6连接，也可以通过其它方式进行连接，只要可以传递动力即可，此外可以通过舵机2控制上旋翼1和下旋翼4与水平面的偏角，来控制其升力的大小；当不需要上旋翼1和下旋翼4来带动无人机进行升降，只需要通过无人机的固定翼进行飞行时，可以通过动力机构将下旋翼4旋转至和上旋翼1保持平行的状态，此时下旋翼4和上旋翼1构成两叶桨结构，以减少无人机飞行时的阻力。
其中第二铰接轴可以为套筒状的，第一铰接轴套装在第二铰接轴内，上旋翼1和下旋翼4构成四叶桨的时候，可以通过电机3来驱动第一铰接轴和第二铰接轴进行转动。当上旋翼1和下旋翼4构成两叶桨的时候，可以通过电磁开关7来实现第一铰接轴和第二铰接轴的锁紧和放松，可以理解的是，电磁开关7起到第一铰接轴和第二铰接轴离合的作用。例如通过盘式电磁铁的得电和失电来实现铰接轴的锁紧和放松，当铰接轴吸附在盘式电磁铁上时，依靠相互接触的摩擦力可以实现铰接轴的锁紧，当电磁铁失电时，铰接轴可以自由转动，通过动力机构控制其中的一个铰接轴转动，使上旋翼1和下旋翼4进行垂直和平行状态的转换即可。
进一步地，动力机构包括控制第二铰接轴转动的90°转角电磁铁5。通过90°转角电磁铁5的通断，来控制下旋翼4的转动，其控制方式不仅简单而且准确。
更进一步地，动力机构包括固定连接在第二铰接轴上的被动齿轮、和被动齿轮啮合的主动齿轮。通过控制主动齿轮的转动可以带动被动齿轮进行转动，进而可以使第二铰接轴发生转动，即可实现两叶桨和四叶桨之间的转换。
为了进一步减小无人机飞行时的阻力，上旋翼1和下旋翼4均为长度可折叠的旋翼。其中可以将旋翼制作为多段结构，将多段结构依次进行铰接即可。
此外，上旋翼1和下旋翼4也可以为长度可伸缩的旋翼。其中可以将旋翼设置为依次套装的多节结构，通过多节结构的伸缩可以控制旋翼的长度。因此通过控制旋翼长度，可以在不用其进行工作时，将其收起，以减少其依靠固定翼飞行时的阻力。
本发明还提供很了一种无人机，包括固定翼，还包括上述实施例任意一种共轴可变构型螺旋桨。其有益效果参考共轴可变构型螺旋桨即可，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或顺序。
以上对本发明所提供的一种无人机及其共轴可变构型螺旋桨进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种共轴可变构型螺旋桨，其特征在于，包括：可离合共轴线连接的第一铰接轴和第二铰接轴、固定在所述第一铰接轴上的上旋翼和固定在所述第二铰接轴上的下旋翼、以及用于驱动所述下旋翼水平转动至和所述上旋翼平行或垂直的状态的动力机构。
2.根据权利要求1所述的共轴可变构型螺旋桨，其特征在于，所述动力机构包括控制所述第二铰接轴转动的90°转角电磁铁。
3.根据权利要求1所述的共轴可变构型螺旋桨，其特征在于，所述动力机构包括固定连接在所述第二铰接轴上的被动齿轮、和所述被动齿轮啮合的主动齿轮。
4.根据权利要求1至3任一项所述的共轴可变构型螺旋桨，其特征在于，所述上旋翼和所述下旋翼均为长度可折叠的旋翼。
5.根据权利要求1至3任一项所述的共轴可变构型螺旋桨，其特征在于，所述上旋翼和所述下旋翼均为长度可伸缩的旋翼。
6.一种无人机，包括固定翼，其特征在于，还包括权利要求1至5任一项所述的共轴可变构型螺旋桨。
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