CN108750084A - 一种共轴式直升机操纵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种共轴式直升机操纵系统，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，上旋翼操纵系统包括第一伺服舵机、第一倾斜器、操纵长拉杆和头部支撑，第一倾斜器位于头部支撑的下方，并通过操纵长拉杆与头部支撑连接，第一伺服舵机设置有若干个，并与第一倾斜器连接，头部支撑连接上旋翼变距摇臂；下旋翼操纵系统包括第二倾斜器、第二伺服舵机和伺服小翼，第二伺服舵机设置有若干个，并与第二倾斜器连接；伺服小翼设置于下旋翼的上方，并与第二倾斜器以及下旋翼变距摇臂连接。本发明采用桨距分控的操纵系统，机械系统较为简单、安全且美观；在下旋翼加装伺服小翼提高了直升机的稳定性，解决了常规桨距分控操纵系统上旋翼无法安装伺服小翼的问题。

Description

一种共轴式直升机操纵系统

技术领域

本发明涉及航空器设计制造技术领域，具体涉及一种共轴式直升机操纵系统。

背景技术

共轴式直升机没有常规布局中的尾桨及其传动系统，其所需的功率相对单旋翼带尾桨直升机所需的功率要少；同时，共轴式直升机具有更加紧凑的结构，相对于单旋翼带尾桨直升机尺寸要减少35％～40％，进而拥有较小的惯性矩，从而增加共轴式直升机的可控性和机动性。

共轴式直升机操纵系统主要分为两种形式，一种为上下旋翼联合操纵，即通过平行四边形将上下两个倾斜器连接在一起，使两个倾斜器同时进行总距运动与周期变距，航向运动通过只控制一副旋翼的总距运动的半差动形式实现，这种操纵系统所需伺服舵机较少，但机械连杆较多，机械结构较为复杂，其机械结构暴露在轴外，旋转阻力大且容易造成损伤，失效后坠毁风险大。

另一种操纵形式为桨距分控操纵，其特点为两个倾斜器分别独立控制两副旋翼的总距与周期变距，航向运动通过增加一副旋翼的总距同时减小另一副旋翼总距的全差动方式实现，这种操纵系统的优势在于机械结构简单，上旋翼的操纵系统位于轴内，更加安全美观，但存在所需舵机较多、飞行控制系统更复杂、内轴的内径较粗的缺点。

而且小型无人直升机由于惯量和阻尼较小，旋翼转速高，机体本身不稳定且震荡周期短。

因此，提供一种共轴式直升机操纵系统，以消除现有技术所存在的上述缺点，成为现在亟待解决技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种共轴式直升机操纵系统，以解决上述现有技术存在的问题，在下旋翼加装伺服小翼提高了直升机的稳定性，解决了常规桨距分控操纵系统上旋翼无法安装伺服小翼的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种共轴式直升机操纵系统，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，所述上旋翼操纵系统包括第一伺服舵机、第一倾斜器、操纵长拉杆和头部支撑，所述第一倾斜器位于所述头部支撑的下方，并通过所述操纵长拉杆与所述头部支撑连接，所述第一伺服舵机设置有若干个，若干个第一伺服舵机沿所述第一倾斜器的外周设置，并与所述第一倾斜器连接；所述头部支撑还通过变距拉杆连接上旋翼变距摇臂；

所述下旋翼操纵系统包括第二倾斜器、第二伺服舵机和伺服小翼，所述第二伺服舵机设置有若干个，若干个所述第二伺服舵机沿所述第二倾斜器的外周设置，并与所述第二倾斜器连接；所述伺服小翼设置于下旋翼的上方，并与所述第二倾斜器以及下旋翼变距摇臂连接。

优选的，所述头部支撑设置于旋翼内轴的顶部，所述操纵长拉杆的一端与所述头部支撑连接，另一端穿过所述旋翼内轴的内部与所述第一倾斜器连接。

优选的，所述操纵长拉杆设置有两根，两根所述操纵长拉杆的两端分别与所述第一倾斜器以及所述头部支撑连接组成平行四边形。

优选的，所述第一伺服舵机设置有三个，三个所述第一伺服舵机位于旋翼传动系统的下部呈120°角均布，并通过第一舵机连杆与所述第一倾斜器连接。

优选的，所述伺服小翼包括小翼叶片、叶片连杆、稳定杆壳体、小翼摇杆主框和小翼摇臂，所述稳定杆壳体中部安装于旋翼外轴的外侧，所述小翼叶片设置有一对，一对所述小翼叶片分别通过一所述叶片连杆对称安装于所述稳定杆壳体的两端，两个所述叶片连杆还与所述小翼摇杆主框的内部耳片连接；所述小翼摇杆主框设置于所述稳定杆壳体的上方，所述小翼摇杆主框的外部耳片与所述第二倾斜器连接；所述小翼摇臂设置有一对，一对所述小翼摇臂的外端分别与所述稳定杆壳体的两端旋转连接，一对所述小翼摇臂还均与所述第二倾斜器以及下旋翼变距摇臂连接。

优选的，所述第二伺服舵机设置有三个，三个所述第二伺服舵机位于旋翼传动系统的上部呈120°角均布，并通过第二舵机连杆与所述第二倾斜器连接。

优选的，所述第二倾斜器的外环伸出有四个耳片，两个所述耳片分别通过小翼摇臂连杆与两个所述小翼摇臂的内端连接，另外两个所述耳片均通过传扭拉杆连接有一个剪型摇臂，两个所述剪型摇臂的中部通过一个剪型摇臂滑套与所述旋翼外轴的外周滑动连接，另一端通过小翼连杆与所述小翼摇杆主框的的外部耳片连接。

优选的，两个所述小翼摇臂的中部分别通过一变距摇臂连杆与所述下旋翼变距摇臂连接。

优选的，两个所述剪型摇臂关于所述剪型摇臂滑套的中心对称安装。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明采用桨距分控的操纵系统，机械系统较为简单、安全且美观；在下旋翼加装伺服小翼提高了直升机的稳定性，解决了常规桨距分控操纵系统上旋翼无法安装伺服小翼的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明共轴式直升机操纵系统的轴测图；

图2为本发明共轴式直升机操纵系统的主视图；

图3为本发明共轴式直升机操纵系统的侧视图；

图4为本发明下旋翼伺服小翼的俯视图；

图5为图4的J-J剖视图；

图6为图5的I处放大图；

其中，1、头部支撑，2、操纵长拉杆，3、第一倾斜器，4、第一伺服舵机，5、第一舵机连杆，6、第二倾斜器，7、第二伺服舵机，8、第二舵机连杆，9、伺服小翼，10、小翼摇臂，11、稳定杆壳体，12、小翼摇杆主框，13、叶片连杆，14、小翼叶片，15、变距摇臂连杆，16、下旋翼变距摇臂，17、小翼摇臂连杆，18、传扭拉杆，19、剪型摇臂，20、剪型摇臂滑套，21、小翼连杆。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种共轴式直升机操纵系统，以解决上述现有技术存在的问题，在下旋翼加装伺服小翼提高了直升机的稳定性，解决了常规桨距分控操纵系统上旋翼无法安装伺服小翼的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，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。

本发明公开了一种共轴式直升机操纵系统，如图1-3所示，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，上旋翼操纵系统包括第一伺服舵机4、第一倾斜器3、操纵长拉杆2和头部支撑1，第一倾斜器3为上旋翼倾斜器，第一倾斜器3位于头部支撑1的下方，并通过操纵长拉杆2与头部支撑1连接，第一伺服舵机4设置有若干个，若干个第一伺服舵机4沿第一倾斜器3的外周均布设置，并与第一倾斜器3连接；头部支撑1还通过变距拉杆连接上旋翼变距摇臂；

下旋翼操纵系统包括第二倾斜器6、第二伺服舵机7和伺服小翼9，第二倾斜器6为下旋翼倾斜器，第二伺服舵机7设置有若干个，若干个第二伺服舵机7沿第二倾斜器6的外周均布设置，并与第二倾斜器6连接；伺服小翼9设置于下旋翼的上方，并与第二倾斜器6以及下旋翼变距摇臂16连接。

头部支撑1设置于旋翼内轴的顶部，旋翼内轴设置于旋翼外轴内，与旋翼外轴同轴连接；操纵长拉杆2的一端与头部支撑1连接，另一端穿过旋翼内轴的内部与第一倾斜器3的内环连接。操纵长拉杆2设置有两根，两根操纵长拉杆2的两端分别与第一倾斜器3以及头部支撑1连接组成平行四边形；第一伺服舵机4设置有三个，三个第一伺服舵机4位于旋翼传动系统的下部呈120°角均布，并通过第一舵机连杆5与第一倾斜器3连接，本发明中旋翼传动系统采用常规的共轴直升机旋翼传动系统即可。

本发明中通过三个第一伺服舵机4带动第一倾斜器3运动，通过两个操纵长拉杆2将第一倾斜器3的运动传递给头部支撑1，头部支撑1通过变距拉杆连接上旋翼变距摇臂，由此控制上旋翼的总距和周期变距运动。

如图4-6所示，伺服小翼9包括小翼叶片14、叶片连杆13、稳定杆壳体11、小翼摇杆主框12和小翼摇臂10，稳定杆壳体11中部为一个矩形框架，通过螺钉和轴承对称安装于旋翼外轴的外侧。小翼叶片14设置有一对，一对小翼叶片14均分别通过一个叶片连杆13对称安装于稳定杆壳体11的两端，两个叶片连杆13还通过螺钉和叶片与小翼摇杆主框12的内部耳片固定连接；两个叶片连杆13为对称设置的两段，且不穿过旋翼主轴。小翼摇杆主框12设置于稳定杆壳体11的上方，旋翼外轴穿过小翼摇杆主框12，小翼摇杆主框12的外部耳片与第二倾斜器6连接。小翼摇臂10设置有一对，一对小翼摇臂10的外端分别与稳定杆壳体11的两端旋转连接，并关于旋翼主轴轴心对称设置，一对小翼摇臂10还均与第二倾斜器6连接，并且两个小翼摇臂10的中部分别通过一变距摇臂连杆15与下旋翼变距摇臂16连接。

第二伺服舵机7设置有三个，三个第二伺服舵机7位于旋翼传动系统的上部呈120°角均布，并通过第二舵机连杆8与第二倾斜器6连接，通过三个第二伺服舵机7带动第二倾斜器6运动。

第二倾斜器6的外环伸出有四个耳片，两个耳片分别各通过一个小翼摇臂连杆17与两个小翼摇臂10的内端连接；另外两个耳片均通过传扭拉杆18连接有一个剪型摇臂19，两个剪型摇臂19的中部通过一个剪型摇臂滑套20与旋翼外轴的外周滑动连接，剪型摇臂滑套20穿在旋翼外轴上可上下滑动，两个剪型摇臂19关于剪型摇臂滑套20的中心对称安装；剪型摇臂19远离两个耳片的另一端通过小翼连杆21与小翼摇杆主框12的的外部耳片连接。

当操纵直升机俯仰运动时，第二伺服舵机7通过第二舵机连杆8控制第二倾斜器6上下滑动，两个传扭拉杆18同时向上或向下运动，使两个剪型摇臂19受到同方向的力，因为两个剪型摇臂19的另一端都与小翼摇杆主框12相连，使小翼摇杆主框12两端受到同方向的力保持平行，因此伺服小翼9保持水平不发生运动；剪型摇臂19与小翼摇杆主框12相连的一端固定，剪型摇臂19绕这一端旋转，剪型摇臂滑套20上下滑动。与此同时，第二倾斜器6上下运动使小翼摇臂连杆17上下运动，因为小翼保持水平，小翼摇臂10与稳定杆壳体11的连接端固定，小翼摇臂10绕该端旋转，带动变距摇臂连杆15与下旋翼变距摇臂16上下运动，达到控制下旋翼总距的目的。

当操纵直升机的横向与纵向运动时，第二伺服舵机7通过第二舵机连杆8控制下旋翼倾斜器倾斜，两个传扭拉杆18向相反的方向运动，因为两个剪型摇臂19与剪型摇臂滑套中心对称安装，因此剪型摇臂滑套20与剪型摇臂19中部连接点固定，剪型摇臂19绕该点旋转，使两根小翼连杆21向不同的方向运动，小翼摇杆主框12绕小翼中心线向一侧倾斜，通过内侧与叶片连杆13的固定点使叶片连杆13和小翼叶片14绕中心旋转，使小翼变距产生挥舞运动，小翼的挥舞运动也使得稳定杆壳体11倾斜，小翼两侧的小翼摇臂10与稳定杆壳体11的固定点向相反的方向运动，变距摇臂连杆15与变距摇臂向相反的方向运动，达到控制下旋翼周期变距的目的。

本发明共轴式直升机的操纵系统的上下旋翼分别由三个伺服舵机进行独立控制，可通过操纵上下旋翼同时进行同向的总距变化控制直升机的俯仰运动，通过操纵上下旋翼同时进行同向的周期变距控制直升机的横向和纵向运动，通过操纵上下旋翼同时进行反向的总距变化的全差动方式控制直升机的航向运动，伺服小翼9位于下旋翼的上方，下旋翼的周期变距通过操纵伺服小翼9的变距引起的挥舞运动操纵。

本发明采用桨距分控的操纵系统，机械系统较为简单、安全且美观；在下旋翼加装伺服小翼提高了直升机的稳定性，解决了常规桨距分控操纵系统上旋翼无法安装伺服小翼的问题。

本发明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方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种共轴式直升机操纵系统，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，其特征在于：所述上旋翼操纵系统包括第一伺服舵机、第一倾斜器、操纵长拉杆和头部支撑，所述第一倾斜器位于所述头部支撑的下方，并通过所述操纵长拉杆与所述头部支撑连接，所述第一伺服舵机设置有若干个，若干个第一伺服舵机沿所述第一倾斜器的外周设置，并与所述第一倾斜器连接；所述头部支撑还通过变距拉杆连接上旋翼变距摇臂；

所述下旋翼操纵系统包括第二倾斜器、第二伺服舵机和伺服小翼，所述第二伺服舵机设置有若干个，若干个所述第二伺服舵机沿所述第二倾斜器的外周设置，并与所述第二倾斜器连接；所述伺服小翼设置于下旋翼的上方，并与所述第二倾斜器以及下旋翼变距摇臂连接。

2.根据权利要求1所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：所述头部支撑设置于旋翼内轴的顶部，所述操纵长拉杆的一端与所述头部支撑连接，另一端穿过所述旋翼内轴的内部与所述第一倾斜器连接。

3.根据权利要求2所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：所述操纵长拉杆设置有两根，两根所述操纵长拉杆的两端分别与所述第一倾斜器以及所述头部支撑连接组成平行四边形。

4.根据权利要求3所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：所述第一伺服舵机设置有三个，三个所述第一伺服舵机位于旋翼传动系统的下部呈120°角均布，并通过第一舵机连杆与所述第一倾斜器连接。

5.根据权利要求1或4所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：所述伺服小翼包括小翼叶片、叶片连杆、稳定杆壳体、小翼摇杆主框和小翼摇臂，所述稳定杆壳体中部安装于旋翼外轴的外侧，所述小翼叶片设置有一对，一对所述小翼叶片分别通过一所述叶片连杆对称安装于所述稳定杆壳体的两端，两个所述叶片连杆还与所述小翼摇杆主框的内部耳片连接；所述小翼摇杆主框设置于所述稳定杆壳体的上方，所述小翼摇杆主框的外部耳片与所述第二倾斜器连接；所述小翼摇臂设置有一对，一对所述小翼摇臂的外端分别与所述稳定杆壳体的两端旋转连接，一对所述小翼摇臂还均与所述第二倾斜器以及下旋翼变距摇臂连接。

6.根据权利要求5所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：所述第二伺服舵机设置有三个，三个所述第二伺服舵机位于旋翼传动系统的上部呈120°角均布，并通过第二舵机连杆与所述第二倾斜器连接。

7.根据权利要求6所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：所述第二倾斜器的外环伸出有四个耳片，两个所述耳片分别通过小翼摇臂连杆与两个所述小翼摇臂的内端连接，另外两个所述耳片均通过传扭拉杆连接有一个剪型摇臂，两个所述剪型摇臂的中部通过一个剪型摇臂滑套与所述旋翼外轴的外周滑动连接，另一端通过小翼连杆与所述小翼摇杆主框的的外部耳片连接。

8.根据权利要求7所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：两个所述小翼摇臂的中部分别通过一变距摇臂连杆与所述下旋翼变距摇臂连接。

9.根据权利要求8所述的共轴式直升机操纵系统，其特征在于：两个所述剪型摇臂关于所述剪型摇臂滑套的中心对称安装。