CN109018333B - 一种倾转装置及倾转旋翼直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于倾转旋翼直升机的倾转装置，包括铰接于倾转轴的倾转机舱，一端与所述倾转机舱铰接的第一杆体，所述第一杆体另一端铰接于可水平滑动的滑块；所述滑块通过水平直线运动，带动铰接的所述第一杆体转动，并控制所述倾转机舱在竖直平面内的倾转。本发明还公开了一种倾转旋翼直升机，通过所述滑块与所述第一杆体的运动，以实现所述倾转机舱竖直向上时的直升机模式和所述倾转机舱水平向前时的固定翼模式，能且仅能通过四分之一个圆周运动实现所述直升机模式与所述固定翼模式的互相转化。因此，本发明所提供的倾转装置结构简单且能够承受较大力矩，具有更好的力学特性。

Description

一种倾转装置及倾转旋翼直升机

技术领域

本发明涉及直升机技术领域，特别涉及一种用于倾转旋翼直升机的倾转装置，还涉及一种倾转旋翼直升机。

背景技术

为了适应越来越复杂的任务需求，集多种性能于一身的无人机逐渐地被应用于军事和民用领域。倾转旋翼直升机是在固定翼飞机的两侧机翼上安装可倾转的旋翼，用于提供飞机起降时的升力和前飞时的拉力。倾转旋翼直升机同时具有垂直起降、悬停和高速飞行的特性，能实现固定翼模式、过渡模式和直升机模式的自由转换。集固定翼飞机和直升机的优良特性于一身，在军事和民用等方面具有广阔的应用前景。

倾转旋翼直升机的研究最早开始于上世纪中旬，其在固定翼直升机的基础上，分别在机翼的两侧添加两个可以倾转的旋翼。当旋翼处于竖直状态时，倾转旋翼直升机处于直升机模式，与普通的横列式双旋翼直升机效果相同；当旋翼处于向前状态时，倾转旋翼直升机处于固定翼模式，此时两个旋翼除额外受到一个阻力，还会提供一个向前的推力，推力可以抵消阻力，保证倾转旋翼直升机高速飞行。

倾转旋翼直升机与传统直升机最大的区别在于旋翼可以倾转，因而需要设计特定的机构来完成旋翼的倾转工作，另外旋翼在倾转过程中会产生很大的力矩；因此，如何设计一个可以承受较大力矩的倾转装置，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于倾转旋翼直升机的倾转装置，其结构简单、可靠性高，并且可以在实现倾转旋翼直升机的旋翼倾转时承受较大扭矩。本发明还提供一种倾转旋翼直升机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于倾转旋翼直升机的倾转装置，包括铰接于倾转轴的倾转机舱和一端与所述倾转机舱铰接的第一杆体，所述第一杆体的另一端铰接有用以水平直线运动的滑块，以实现所述第一杆体带动所述倾转机舱在竖直平面内的转动。

优选地，还包括沿所述倾转轴垂直方向设置的第二杆体，所述滑块具有用以套设于所述第二杆体以实现水平直线运动的导向孔。

优选地，所述第二杆体靠近所述倾转机舱设有用以限制所述滑块运动范围的第一卡紧部，用以实现当所述滑块运动至所述第一卡紧部时，所述倾转机舱朝向竖直向上；所述第二杆体靠近所述倾转机舱设有用以限制所述滑块运动范围的第二卡紧部，用以实现当所述滑块运动至所述第二卡紧部时，所述倾转机舱朝向水平向前。

优选地，所述第二杆体具体为丝杆，所述导向孔的内壁上设有与所述丝杆外周相配合的螺纹。

优选地，所述丝杆的一端套设旋转电机，所述旋转电机带动所述丝杆旋转以实现所述滑块于所述丝杆上的水平直线运动。

优选地，所述旋转电机具体为舵机。

优选地，还包括用以放置并安装所述倾转装置的安装腔。

优选地，所述安装腔的内部底面设有第一底座和第二底座；

所述丝杆的一端与所述第一底座连接，所述丝杆的另一端与所述舵机连接；

所述倾转机舱的底端与所述第二底座铰接，以实现所述滑块滑动时通过所述第一连杆带动所述倾转机舱绕所述倾转轴的倾转。

优选地，所述第一卡紧部与所述第二卡紧部分别具体为第一定位螺母与第二定位螺母，所述第一定位螺母与所述第二定位螺母内螺纹与所述丝杆外周螺纹相匹配、以实现全部所述螺母于所述丝杆上的移动与固定。

本发明还提供一种倾转旋翼直升机，包括上述任一种倾转装置。

相对上述背景技术，本发明所提供的倾转装置包括铰接于倾转轴的倾转机舱、一端与倾转机舱铰接的第一杆体以及与第一杆体另一端铰接的滑块；通过滑块的水平直线运动，第一杆体相对于滑块的铰点产生转动；而第一杆体与倾转机舱铰接，第一杆体的绕绞点转动转化为作用在第一杆体与倾转机舱绞点上的作用力；而倾转机舱还与倾转轴铰接，因此作用在第一杆体与倾转机舱绞点上的作用力带动倾转机舱绕倾转轴倾转；即第一杆体带动倾转机舱于竖直平面内绕轴旋转，实现了第一杆体与滑块的组合运动带动倾转机舱发生倾转，以此来控制倾转装置在不同工作条件下倾转角的改变。

因此，本发明提供的倾转装置结构简单，通过滑块的线性运动实现了倾转机舱的倾转，使得倾转装置能够承受更大的扭矩，具有更高的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的直升机模式下的倾转装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的固定翼模式下的倾转装置结构示意图。

其中：

图1：1-第一机构、11-第一杆体、12-滑块、13-第二杆体、2-倾转机舱、301-第一运动限位、302-第二运动限位、31-第一卡紧部、32-第二卡紧部、41-第一底座、42-第二底座、5-旋转电机、6-安装腔、7-倾转轴；

图2：11-第一杆体、12-滑块、13-第二杆体、2-倾转机舱、301-第一运动限位、302-第二运动限位、31-第一卡紧部、32-第二卡紧部、41-第一底座、42-第二底座、5-旋转电机、6-安装腔、7-倾转轴。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种应用于倾转旋翼直升机的倾转装置。本发明的另一核心是提供一种包括上述倾转装置的倾转旋翼直升机。

本发明提供一种用于倾转旋翼直升机的倾转装置，请参考附图1与附图2，图1为本发明实施例提供的直升机模式下的倾转装置结构示意图，图2为本发明实施例提供的固定翼模式下的倾转装置结构示意图。

在第一种具体实施方式中，本发明所提供的倾转装置包括倾转机舱2，倾转机舱2铰接固定于倾转轴7且能够实现绕倾转轴7的转动；在倾转机舱2旋转的竖直平面内即垂直于倾转轴7的平面内还设有可作水平直线运动的滑块12、以及与滑块12铰接并可相对于滑块12实现旋转的第一杆体11；第一杆体11另一端同样以铰接的方式与倾转机舱2铰接。

当滑块12于水平轴进行水平直线运动时，滑块12带动与之铰接的第一杆体11运动，而第一杆体11带动与之铰接的倾转机舱2运动，实现倾转机舱2的绕轴旋转即倾转运动即部分圆周运动。

需要说明的是，对于倾转机舱2铰接于倾转轴7，在竖直平面内，倾转轴7相对于作圆周运动的倾转机舱2应是静止固定的，即倾转轴7仅具有自身的绕轴转动而没有任何平动；对于倾转机舱2与第一杆体11的铰接，这里的倾转机舱2与第一杆体11的铰接点除了不可以与倾转机舱2与倾转轴7的铰接点设置在一处、可以选取在倾转机舱2的任何位置，需要保证的是两铰接点之间留有合适的距离使得第一杆体11对倾转机舱2作用的时候具有足够长的力臂，以此来实现滑块12的线性运动转化为倾转机舱2的圆周运动时能够承受较大的力矩。需要说明的是，上述两个铰接点理应设置在一个竖直平面内。

进一步的，滑块12设有供第二杆体13穿过的导向孔，即滑块12可以套设于第二杆体13以实现滑块12在水平轴上的水平直线运动。需要说明的是，第二杆体13的轴向方向与倾转轴7的轴向方向垂直，即第二杆体13与在竖直平面内作圆周运动的倾转机舱2同平面且水平设置，第二杆体13在平面内除去自身的转动，相对于在作圆周运动的倾转机舱2应是静止的，即没有平面内任一方向的平动。因此，当滑块12套设并于第二杆体13上进行滑动时，通过第一杆体11带动倾转机舱2，实现倾转机舱2的绕轴旋转即倾转运动即部分圆周运动。

在另外一种具体的实施方式中，通过于靠近倾转机舱2设置第一卡紧部31，使得滑块12在第二杆体13上运动所具有的第一运动限位301，通过第一卡紧部31限制了滑块12在第二杆体13上的横向位移，使得滑块12具有第一运动限位301；通过于靠近倾转机舱2设置第二卡紧部32，使得滑块12在第二杆体13上运动所具有的第二运动限位302，通过第二卡紧部32限制了滑块12在第二杆体13上的横向位移，使得滑块12具有第二运动限位302。

本发明中的倾转装置具有两个运动限位，在第一运动限位301下，可以实现倾转旋翼直升机的直升机模式，在第二运动限位302下，可以实现倾转旋翼直升机的固定翼模式，在第一运动限位301到第二运动限位302的运动区间中或在第二运动限位302到第一运动限位301的运动区间中为倾转旋翼直升机的过渡模式。

具体而言，当滑块12在第二杆体13上运动的时候，任意时刻均具有两个明确的方向且不会因为运动状态的变化发生改变，两个方向分别是靠近倾转机舱2、与远离倾转机舱2。当滑块12向倾转机舱2运动即上述运动方向是靠近倾转机舱2的，那么会有一个阈值即第一运动限位301，滑块12能且仅能运动于第一运动限位301而不能越过第一运动限位301继续朝向倾转机舱2运动或是过度运动以至于远离倾转机舱2。与之对应的，当滑块12从始至终背对倾转机舱2作远离倾转机舱2的运动，那么也会有一个对应的阈值即第二运动限位302，滑块12能且仅能运动于第二运动限位302而不能超过第二运动限位302继续朝向远离倾转机舱2的方向运动。

因此，滑块12在第二杆体13上的运动具有第一运动限位301及第二运动限位302，滑块12在第二杆体13上的运动具有运动闭区间，当滑块12在上述区间的靠近倾转机舱2的端点上时，倾转旋翼直升机具有直升机状态，当滑块12在上述区间的原理倾转机舱2的端点上时，倾转旋翼直升机具有固定翼状态，而在不包括两端点的该区间中倾转旋翼直升机具有过渡状态。

更详细的说，当滑块12从第一运动限位301开始向第二运动限位302开始运动时，倾转机舱2从最初的水平朝向逐渐转为最终的竖直朝向，滑块12与第一连杆组成的机构将滑块12于第二杆体13上的线性运动转化为倾转机舱2的绕轴旋转，而上述旋转运动并不是一个完整的圆周运动，倾转机舱2的运动区间恰好是四分之一个圆周运动周期，在这个圆周运动的周期里，起始与终止即为倾转机舱2的水平与竖直或竖直与水平，中间的过程即为倾转机舱2绕轴小于九十度的旋转。

除此之外，对于第二杆体13可以具体为丝杆，丝杆的外周上设有螺纹，而滑块12套接第二杆体13的方式可以更具体为滑块12的内壁具有与丝杆外周的螺纹相匹配的螺纹，滑块12与丝杆通过螺纹连接能够实现滑块12于丝杆表面的水平滑动，相对而言，通过丝杆的自身转动能够实现滑块12于丝杆表面的水平滑动。因此，丝杆以螺纹连接的方式将自身的转动转化为滑块12在水平轴上的左右滑动，而滑块12的左右滑动又进一步带动铰接的第一杆体11，再由第一杆体11带动铰接的可绕固定轴转动的倾转机舱2，从而实现倾转机舱2倾转角的改变。

更进一步的，丝杆的一端套设旋转电机5，向丝杆提供用以自身旋转的动力、并对丝杆提供定位与紧固。因此，旋转电机5输出轴转动并带动丝杆进行仅绕自身轴线转动的运动，实现滑块12于丝杆上的左右水平运动。

为了更好的技术效果，旋转电机5可以更具体为舵机，对于舵机的选取不仅要考虑到扭矩的大小，还要考虑到是否经济等要求，但舵机作为一种位置或角度的伺服驱动器，适用并满足于本倾转装置位置或角度不断变化并可以保持的条件。因此，舵机可以接受反馈并控制所述丝杆的旋转角度、以实现所述滑块12于所述丝杆上的运动可控。进而，通过与滑块12栓接的第一杆体11以及与第一杆体11栓接的可绕轴旋转的倾转机舱2，将滑块12于丝杆上的可控线性运动转化为倾转机舱2绕倾转轴7的可控圆周运动，更具体的说，将滑块12于丝杆第一运动限位301与第二运动限位302运动区间内的可控线性运动转化为倾转机舱2绕倾转轴7的四分之一个圆周运动里的角度可控。

在另一种具体的实施方式中，第一卡紧部31与第二卡紧部32可以分别具体为第一定位螺母与第二定位螺母。为了便于第一卡紧部31与第二卡紧部32对滑块12在丝杆上的线性运动作出两种运动限位，可以在两种螺母的内部设置与丝杆外周螺纹相匹配的螺纹，使得两种螺母能够实现在丝杆上的位置调节与拧紧，当滑块12运动至第一运动限位301或第二运动限位302时，第一定位螺母或第二定位螺母都会阻挡滑块12于对应的第一运动限位301或第二运动限位302处、进而使得滑块12不再向既定方向运动。需要注意的是，本实施例中采用第一定位螺母与第二定位螺母进行运动限位只是诸多方式中的一种，对于同样能够实现对滑块12于丝杆上运动的两种运动限位的其他机构或组件，应属于本实施例的说明范围。

除此以外，还包括用以放置并安装上述倾转装置的安装腔6，在安装腔6内设有第一底座41和第二底座42。第一底座41与上述舵机分别固定丝杆的两端，丝杆垂直于倾转轴7且于倾转机舱2旋转的竖直面内水平布置。上述倾转机舱2绕倾转轴7旋转即倾转机舱2铰接于第二底座42并以倾转轴7为轴倾转。

综上，对倾转机舱2的倾转运动存在由直升机模式转为固定翼模式和固定翼模式转为直升机模式，对于其中的过渡模式向两状态的相互转化本实施例不再予以说明，仅具体说明两种典型状态转化过程的一种，对于本技术领域人员而言，另外一种转化过程应是容易得到的。

舵机给予丝杆一个初始动力，丝杆根据舵机提供的动力绕自身转动，舵机接收到丝杆转动角度的信息反馈从而实现对丝杆任意旋转角度的自由控制。因此，舵机给予丝杆确定角度的运动，绕轴转动的丝杆通过外周螺纹使得套设于丝杆上的滑块12能够相对于丝杆产生水平轴线上的线性运动，需要说明的是，这种线性运动是可控的，具体体现在丝杆不同的转动角度对应有滑块12所处水平轴线的不同位置。上述滑块12铰接于第一杆体11的一端，而第一杆体11的另一端栓接于倾转机舱2，倾转机舱2本身与第二底座42铰接于倾转轴7，即倾转机舱2能够绕倾转轴7旋转。因此，丝杆、滑块12与第一杆体11组成的第一机构1，与倾转机舱2、倾转轴7及第二底座42组成的第二机构连接，通过滑块12的滑动牵动第一连杆11再牵动倾转机舱2，以实现倾转机舱2绕倾转轴7的倾转。然而滑块12的水平滑动并不是毫无限制的，在靠近倾转机舱2处设有第一卡紧部31使得滑块12对应有第一运动限位301，与之对应的于远离倾转机舱2处设有第二卡紧部32使得滑块12相应具有第二运动限位302。具体而言，当滑块12位于第一卡紧部31时，滑块12具有第一运动限位301状态，对应有倾转机舱2竖直向上，此时滑块12仅能朝向第二卡紧部32的方向运动，对应有倾转机舱2能且仅能绕一个方向转动以实现倾转机舱2的水平向前，具体为顺时针转动还是逆时针转动和第一机构1与第二机构布置的位置关系有关，但均属于本实施例的说明范围，就不再一一列举，仅举出逆时针转动一例。当滑块12从第一卡紧部31向第二卡紧部运动32时，倾转机舱2由竖直向上开始绕倾转轴7作逆时针转动，直到朝向为水平向前，即四分之一个圆周。在四分之一圆周的运动过程中即不包含两极限位置，倾转机舱2的倾转过程为过渡状态。当滑块12水平滑动至第二卡紧部32时具有第二运动限位302，滑块12已不能够继续朝原有运动方向继续运动，倾转机舱2对应有水平向前的固定翼模式。需要说明的是，丝杆控制滑块12的线性运动，因为丝杆与滑块12的螺纹连接关系，当丝杆停止转动即滑块12停止滑动即倾转机舱2具有确定的倾转角度，第一机构1与第二机构均能够固定连接，以传递工作条件下承受的较大扭矩。

本发明还公开了一种包括上述倾转装置的倾转旋翼直升机，具有上述倾转装置的全部有益效果，这里不再一一赘述。

以上对本发明所提供的倾转装置进行了详细介绍。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方法及其核心思想。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 (8)

1.一种用于倾转旋翼直升机的倾转装置，其特征在于，包括铰接于倾转轴(7)的倾转机舱(2)和一端与所述倾转机舱(2)铰接的第一杆体(11)，所述第一杆体(11)的另一端铰接有用以水平直线运动的滑块(12)，以实现所述第一杆体(11)带动所述倾转机舱(2)在竖直平面内的转动；

还包括沿所述倾转轴(7)垂直方向设置的第二杆体(13)，所述滑块(12)具有用以套设于所述第二杆体(13)以实现水平直线运动的导向孔；

所述第二杆体(13)靠近所述倾转机舱(2)设有用以限制所述滑块(12)运动范围的第一卡紧部(31)，用以实现当所述滑块(12)运动至所述第一卡紧部(31)时，所述倾转机舱(2)朝向竖直向上；

所述第二杆体(13)靠近所述倾转机舱(2)设有用以限制所述滑块(12)运动范围的第二卡紧部(32)，用以实现当所述滑块(12)运动至所述第二卡紧部(32)时，所述倾转机舱(2)朝向水平向前；

其中，所述倾转轴(7)设于所述第一卡紧部(31)背离所述第二卡紧部(32)的一侧。

2.如权利要求1所述的倾转装置，其特征在于，所述第二杆体(13)具体为丝杆，所述导向孔的内壁上设有与所述丝杆外周相配合的螺纹。

3.如权利要求2所述的倾转装置，其特征在于，所述丝杆的一端套设旋转电机(5)，所述旋转电机(5)带动所述丝杆旋转以实现所述滑块(12)于所述丝杆上的水平直线运动。

4.如权利要求3所述的倾转装置，其特征在于，所述旋转电机(5)具体为舵机。

5.如权利要求4所述的倾转装置，其特征在于，还包括用以放置并安装所述倾转装置的安装腔(6)。

6.如权利要求5所述的倾转装置，其特征在于，

所述安装腔(6)的内部底面设有第一底座(41)和第二底座(42)；

所述丝杆的一端与所述第一底座(41)连接，所述丝杆的另一端与所述舵机连接；

所述倾转机舱(2)的底端与所述第二底座(42)铰接，以实现所述滑块(12)滑动时通过所述第一杆体(11)带动所述倾转机舱(2)绕所述倾转轴(7)的倾转。

7.如权利要求2至6任一项所述的倾转装置，其特征在于，所述第一卡紧部(31)与所述第二卡紧部(32)分别具体为第一定位螺母与第二定位螺母，所述第一定位螺母与所述第二定位螺母内螺纹与所述丝杆外周螺纹相匹配、以实现全部所述螺母于所述丝杆上的移动与固定。

8.一种倾转旋翼直升机，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述的倾转装置。