CN108313285A - 螺旋桨倾转机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种螺旋桨倾转机构，包括螺旋桨驱动装置，倾转驱动装置，其中螺旋桨驱动装置由旋翼电机驱动，带动锥齿轮组转动，锥齿轮组输出端连接桨叶，驱动桨叶转动。倾转驱动装置由倾转电机带动蜗轮蜗杆机构，涡轮与桨叶支架固连，涡轮旋转带动支架转动从而使得桨叶发生倾转。此结构通过只倾转桨叶的方式，解决了当驱动桨叶的电机和发动机太重或太大时直接倾转惯量过大导致不稳定的问题。本发明结构简单巧妙，且具有自锁功能。
Description
技术领域
本发明涉及垂直起降飞机技术领域，特别是涉及一种可垂直起降固定翼无人机的倾转机构。
背景技术
垂直起降固定翼无人机能够垂直起飞，然后转换为固定翼模态飞行，具有速度、航时、载荷、效率方面的潜在优势，成为近年来各国研究的热点。垂直起降固定翼无人机具有旋翼飞机垂直起降和空中悬停能力，同时兼备固定翼飞机速度快、航程远、耗油率低等优点，可以广泛应用于军事和民用领域，具有重要军事价值和经济效益。
固定翼无人机实现垂直起降功能的方式可以分为尾座式、复合翼和倾转式。尾座式是指飞机在垂直起飞过程中，动力向上推进，起飞离地后，通过舵面将机身整体倾转，转为固定翼模态巡航飞行，而降落是上述过程的逆过程，如Google公司的project wing无人机。复合翼无人机相当于在普通固定翼无人机上加装一套多旋翼动力装置，在垂直起降阶段，多旋翼动力工作，在固定翼模态，固定翼发动机推动，典型机型是极光公司的“雷击”无人机。尾座式垂起固定翼无人机模态切换姿态变化大、稳定性差，复合翼无人机动力无法复用、效率低，而倾转式垂直起降固定翼无人机通过倾转动力部分实现模态转换，具有姿态变化小、两种模态动力复用的优点，因此倾转式无人机成为目前研究和应用的一种非常好的选择。代表机型包括Bell直升机公司的“EagleEye”、以色列IAI公司的“Panther”和韩国的“Smart UAV”等。其中，倾转机构是完成模态转换的执行部件，为减少倾转机构对飞机重量的影响，并保证控制的精确性，倾转机构的设计成为其中最重要的问题之一。但目前的倾转机构都是倾转电机/发动机和螺旋桨系统，倾转过程中由于电机/发动机惯量大，导致倾转舵机/电机需要输出的扭矩大、模态转换过程中飞机姿态不稳等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种螺旋桨倾转机构，其是一种仅倾转螺旋桨桨叶的垂直起降固定翼无人机的倾转机构。通过该机构克服了倾转过程中旋翼电机/发动机带来的大惯量和姿态不稳定问题，可以减小倾转电机的输出扭矩，保证模态转换过程中飞机姿态。
为解决上述技术问题，本发明专利采用以下技术方案：
一种螺旋桨倾转机构，包括螺旋桨驱动组件以及螺旋桨倾转组件，螺旋桨驱动组件包括螺旋桨驱动电机以及中间传动机构，螺旋桨驱动电机的输出端通过中间传动机构连接螺旋桨并驱动螺旋桨转动；所述螺旋桨倾转组件包括倾转电机、倾转传动机构以及倾转支架，所述螺旋桨连接固定在倾转支架上，倾转电机通过倾转传动机构带动倾转支架进而使得倾转支架上的螺旋桨发生倾转。所述倾转的角度范围是0-90度。这样无人机能够根据飞行状态实时调整螺旋桨的倾转角度，倾转角度可调整的范围大，且控制精准。
进一步地，本发明所述中间传动机构包括与螺旋桨驱动电机的输出端连接的传动主轴，所述传动主轴连接有齿轮组，所述齿轮组包括多个相互咬合的齿轮，齿轮组的输出端连接螺旋桨并驱动螺旋桨转动。
进一步地，本发明所述齿轮组包括前螺旋伞齿轮，中螺旋伞齿轮和后螺旋伞齿轮，其中前螺旋伞齿轮和中螺旋伞齿固定在固定座上，后螺旋伞齿轮固定在倾转支架上。
进一步地，本发明所述倾转传动机构包括蜗杆、涡轮以及锥齿轮，所述锥齿轮固定在倾转支架上，涡轮与倾转支架上的锥齿轮啮合，蜗杆与倾转电机的输出端连接，倾转电机通过驱动蜗杆带动涡轮转动，涡轮带动锥齿轮转动，进而使倾转支架以及倾转支架上的螺旋桨发生倾转。
本发明还提供一种垂直起降固定翼无人机，其包括螺旋桨，所述螺旋桨上安装有如上所述的螺旋桨倾转机构。
该倾转机构固定在无人机机翼上，实现了动力部分固定，仅倾转螺旋桨部分。这样倾转部分惯量小、需要的倾转电机功率和体积小。而且利用了蜗轮蜗杆机构的自锁性，螺旋桨旋转的反扭力矩和螺旋力矩对倾转电机影响很小。安装该倾转机构的垂直起降无人机倾转过程对无人机重心和飞行姿态影响小。
附图说明
图1是本发明的原理图
图2是本发明一具体实施例的结构示意图(倾转角度为0度时)。
图3是本发明一具体实施例的结构示意图(倾转角度为45度时)。
图4是本发明一具体实施例的结构示意图(倾转角度为90度时)。
具体实施方式
参照图1，为本发明的原理图，包括旋翼电机、锥齿轮传动系统、倾转电机、蜗轮蜗杆传动机构、螺旋桨、轴、轴承、联轴器和支架等。所述旋翼电机固定在机体上，旋翼电机通过输出轴和一个锥齿轮固连，带动锥齿轮和旋翼电机同步转动。所述锥齿轮和中间锥齿轮垂直布置并相互啮合，中间锥齿轮通过旋转轴、支架和轴承固定在机体上。和桨叶相连的锥齿轮与所述中间锥齿轮同样垂直布置并相互啮合，也就是说和旋翼电机轴平行。
倾转电机通过驱动蜗杆带动涡轮转动，涡轮与和螺旋桨相连的锥齿轮支架相固连，可以带动该锥齿轮转动到不同的啮合位置，从而实现螺旋桨的倾转，以使无人机实现垂直飞行和水平飞行两种状态。
旋翼电机通过三个锥齿轮将旋转动力传递到螺旋桨，而倾转电机可通过涡轮蜗杆机构可以改变锥齿轮啮合的位置，从而实现动力部分固定而仅倾转螺旋桨部分。所述旋翼电机安装在无人机机翼上，旋翼飞机驱动螺旋锥齿轮旋转。选择的螺旋锥齿轮在高速转动下非常稳定、可靠，而且锥齿轮组能为倾转机构提供一个方向上的自由度。
参照图2、3和4，为本发明一具体实施例的结构示意图，该倾转机构包括主电机3，涡轮蜗杆电机1，传动主轴2，前螺旋伞齿轮6，中螺旋伞齿轮7，后螺旋伞齿轮8，固定座9，倾转座4和螺旋桨5。主电机驱动传动主轴2转动，传动主轴2与前螺旋伞齿轮6固连，组成机构的输入端。前螺旋伞齿轮6、中螺旋伞齿轮7和后螺旋伞齿轮8三个齿轮相互咬合，其中前螺旋伞齿轮和中螺旋伞齿固定在固定座9上，后螺旋伞齿轮8固定在倾转座4上，轮齿轮组的输出端连接螺旋桨5转动。当倾转旋翼需要进行模态转化时，蜗轮蜗杆电机1驱动倾转座4转动，带动螺旋桨5发生倾转，从而实现动力的倾转。所述倾转的角度范围是0-90度。这样无人机能够根据飞行状态实时调整螺旋桨的倾转角度，倾转角度可调整的范围大，且控制精准。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.螺旋桨倾转机构，其特征在于：包括螺旋桨驱动组件以及螺旋桨倾转组件，螺旋桨驱动组件包括螺旋桨驱动电机以及中间传动机构，螺旋桨驱动电机的输出端通过中间传动机构连接螺旋桨并驱动螺旋桨转动；所述螺旋桨倾转组件包括倾转电机、倾转传动机构以及倾转支架，所述螺旋桨连接固定在倾转支架上，倾转电机通过倾转传动机构带动倾转支架进而使得倾转支架上的螺旋桨发生倾转。
2.根据权利要求1所述的螺旋桨倾转机构，其特征在于：所述中间传动机构包括与螺旋桨驱动电机的输出端连接的传动主轴，所述传动主轴连接有齿轮组，所述齿轮组包括多个相互咬合的齿轮，齿轮组的输出端连接螺旋桨并驱动螺旋桨转动。
3.根据权利要求2所述的螺旋桨倾转机构，其特征在于：所述齿轮组包括前螺旋伞齿轮，中螺旋伞齿轮和后螺旋伞齿轮，其中前螺旋伞齿轮和中螺旋伞齿固定在固定座上，后螺旋伞齿轮固定在倾转支架上。
4.根据权利要求1所述的螺旋桨倾转机构，其特征在于：所述倾转传动机构包括蜗杆、涡轮以及锥齿轮，所述锥齿轮固定在倾转支架上，涡轮与倾转支架上的锥齿轮啮合，蜗杆与倾转电机的输出端连接，倾转电机通过驱动蜗杆带动涡轮转动，涡轮带动锥齿轮转动，进而使倾转支架以及倾转支架上的螺旋桨发生倾转。
5.根据权利要求1所述的螺旋桨倾转机构，其特征在于：所述倾转的角度范围是0-90度。
6.一种垂直起降固定翼无人机，其特征在于，包括螺旋桨，所述螺旋桨上安装有上述螺旋桨倾转机构。
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