CN109229359A - 一种共轴双旋翼飞行器及其飞行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轴双旋翼飞行器，属航空航天技术领域，包括机壳、动力装置、控制器、安全格栅、保护架，机壳呈环状，外表面设有流线型曲面，上表面为一平面，与安全格栅紧密配合；动力装置包括高速电动机、旋翼模块、转向模块的机轴底盘；高速电动机通过齿轮啮合驱动旋翼模块和转向模块，旋翼模块包括上旋翼、下旋翼和内啮合齿轮组，上旋翼设有上桨叶盘、下旋翼设有下桨叶盘，上桨叶盘、下桨叶盘均与内啮合齿轮组外侧面环形阵列一体固定，转向模块包括均匀阵列布置的气流导向叶片、连接杆、两调节杆、导向舵和转向机构，该飞行器结构精巧，利用共轴反向双旋翼实现飞行，由转向机构进行方向控制，动作便捷，而且机身相对较小，灵活机动性强。

Description

一种共轴双旋翼飞行器及其飞行控制方法

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种共轴双旋翼飞行器及其飞行控制方法。

背景技术

现今主流的旋翼直升飞行器的特点是机身相对较小，灵活机动性强，可以在多种场地起降，还可以执行诸如空中垂直飞行、悬停、侧飞、倒飞、盘旋飞行等多种特殊飞行，其美中不足之处是结构复杂、操作难度较大、维护工作繁重、使用成本很高。

但是，共轴式双旋翼无人机，具有结构紧凑、机动性能优异、可靠性高、单位升力所需动力低等优点，目前世界上各个国家都在积极的开展对共轴无人机的研究工作。但是共轴无人机在飞行性能和飞行安全设计方面存在一定的难点。例如旋翼头结构复杂、零部件较多、阻力大、上下旋翼在机动过程中容易发生碰撞等缺点。

现有技术CN 106314785 A公开了一种共轴双旋翼飞行器，主要由机身、动力装置和操控机构组成，在机身内通过万向转轴机构连接固定支架，固定支架上依次通过发送机和离合器连接减速器的输入轴，减速器为同轴设置的两个输出轴，内输出轴的顶部通过桨毂的耳片连接上旋翼螺旋桨，外输出轴顶部通过桨毂的耳片连接下旋翼螺旋桨，且内输出轴与外输出轴的旋转方向相反，内输出轴与外输出轴顶部桨毂耳片与旋转轴线之间呈6°～15°角，且上下两桨毂耳片的旋向相反。

该技术方案通过对传统共轴直升机的研究，改进了共轴无人机的旋翼头结构、机身结构、扭矩调整方式，但是在方向调整中也是做得不足，为了实现方向调节设计的转动机构过于复杂。

发明内容

本发明为解决现有双旋翼飞行器的结构复杂、操作难度较大、维护工作繁重、使用成本很高等问题，我设计提出一种共轴双旋翼飞行器。

为解决上述问题采取的技术方案是：一种共轴双旋翼飞行器，包括机壳、动力装置、控制器、安全格栅、保护架。

所述机壳呈环状，外表面设有流线型曲面，上表面为一平面，与所述安全格栅紧密配合；

所述安全格栅由若干环形框架呈环形阵列一体连接；

所述动力装置包括高速电动机、旋翼模块、转向模块的机轴底盘；

所述高速电动机通过齿轮啮合驱动所述旋翼模块和转向模块，所述旋翼模块包括上旋翼、下旋翼和内啮合齿轮组，所述上旋翼设有上桨叶盘、所述下旋翼设有下桨叶盘，所述上桨叶盘、所述下桨叶盘均与所述内啮合齿轮组外侧面环形阵列一体固定，以所述内啮合齿轮组中心为轴反向旋转，所述内啮合齿轮组与所述机轴底盘配合实现转动，所述内啮合齿轮组包括两组同直径大小的外齿轮和内齿轮，两所述内齿轮与所述高速电动机主轴配合实现逆向传动；

所述转向模块包括均匀阵列布置的气流导向叶片、连接杆、两调节杆、导向舵和转向机构，所述气流导向叶片的截面呈上圆下尖结构，均由转轴串连均匀对称设置于所述旋翼模块下部，与所述导向舵内侧壁固定，所述导向舵呈圆环状，所述连接杆与所述气流导向叶片间隔固连，若干所述连接杆与所述调节杆连接形成多组双摇杆结构，所述调节杆由所述转向机构控制摆动；

所述控制器置于所述机轴底盘中，与所述动力装置配合实现飞行；

所述安全格栅固定于所述旋翼模块上端面，所述保护架固定在所述机轴底盘上表面，并保护所述控制器与所述机轴底盘。

优选的，所述机壳底部均匀固定有若干支腿。

优选的，所述上桨叶盘和所述下桨叶盘均设有气流曲面，所述上桨叶盘上接触面为下平坦、上凸出样式的气流导向曲面；所述下桨叶盘下接触面为上平坦、下凸出样式的气流导向曲面。

优选的，所述调节杆与所述机轴底盘之间通过滑槽滑轨配合滑动。

优选的，所述转动机构与所述高速电动机配合传动，通过所述控制器调整所述高速电动机的转速和转向。

优选的，所述调节杆与所述转向机构之间通过齿轮齿条副实现微传动。

优选的，所述控制器内设有独立电源和无线遥控设备。

优选的，两所述调节杆对称设置于所述机轴底盘两侧。

依照上述技术方案提出的一种共轴双旋翼飞行器，我们提供该共轴双旋翼飞行器的飞行控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：通过无线遥控技术，控制该飞行器的控制器动作；

步骤S2：控制器对高速电动机给电，共轴的上桨叶盘和下桨叶盘反向极速转动，飞行器垂直升空；

步骤S3：由转向模块控制所述调节杆水平方向移动，进而控制连接杆、气流导向叶片摆动，控制方式包括：

<1>当两侧的调节杆同向移动时，所述气流导向叶片反向摆动一定角度后，飞行器沿着与气流导向叶片偏转等同角度飞行，

<2>当两侧的调节杆异向移动时，所述气流导向叶片两方向均摆动一定角度后，飞行器沿着竖直方向按照一定速度旋转，

<3>当将上述2种方式结合控制飞行器时，可对飞行器进行不同方向、不同转速的操控；

步骤S4：控制所述调节杆复位，飞行器摆正呈水平飞行姿态，缓慢降低电动机转速，使得飞行器降落，完成飞行操作。

本发明的有益效果是：该飞行器结构精巧，利用共轴反向双旋翼实现飞行，由转向机构进行方向控制，动作便捷，而且机身相对较小，灵活机动性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本实施例共轴双旋翼飞行器的结构示意图；

图2为本实施例所述旋翼模块和所述转向机构的结构示意图；

图3为本实施例所述旋翼模块的配合结构示意图；

图4为本实施例所述上桨叶盘和所述下桨叶盘的转向示意图；

图5为本实施例所述转动机构与所述调节杆配合结构示意图；

图6为本实施例所述转动机构的结构示意图；

图7为图6A处的局部放大图；

图8为本实施例所述转动机构的结构示意图；

图9为本实施例所述转动机构的俯视图；

图10为图9中的B-B截面的剖视图；

其中，1-机壳，11-上旋翼，111-上桨叶盘，1111-上桨叶盘的气流导向曲面，112-上旋翼的外齿轮，113-上旋翼的内齿轮，12-下旋翼，121-下桨叶盘，1211-下桨叶盘的气流导向曲面，122-下旋翼的外齿轮，123-下旋翼的内齿轮，13-高速电机主轴，14-转轴，15-框架，151-调节杆，152-连接架，16-气流导向叶片，17-导向舵，18-机轴底盘，181-转向机构，182-滑槽，2-动力装置，3-控制器，4-安全格栅，5-保护架，6-支腿。

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。

请参阅图1-3，本实施例提出一种共轴双旋翼飞行器，包括机壳1、动力装置2、控制器 3、安全格栅4、保护架5。

所述机壳1呈环状，外表面设有流线型曲面，上表面为一平面，与所述安全格栅4紧密配合，所述安全格栅4由若干环形框架呈环形阵列一体连接，所述动力装置2包括高速电动机、旋翼模块、转向模块的机轴底盘18，所述高速电动机通过齿轮啮合驱动所述旋翼模块和转向模块，所述旋翼模块包括上旋翼11、下旋翼12和内啮合齿轮组，所述上旋翼11设有上桨叶盘111、所述下旋翼12设有下桨叶盘121，所述上桨叶盘111、所述下桨叶盘121均与所述内啮合齿轮组外侧面环形阵列一体固定，以所述内啮合齿轮组中心为轴反向旋转，所述内啮合齿轮组与所述机轴底盘18配合实现转动，所述内啮合齿轮组包括两组同直径大小的外齿轮和内齿轮，两所述内齿轮与所述高速电动机主轴配合实现逆向传动；

所述转向模块包括均匀阵列布置的气流导向叶片16、连接杆152、两调节杆151、导向舵17和转向机构，所述气流导向叶片16的截面呈上圆下尖结构，均由转轴14串连均匀对称设置于所述旋翼模块下部，与所述导向舵17内侧壁固定，所述导向舵17呈圆环状，所述连接杆152与所述气流导向叶片16间隔固连，若干所述连接杆152与所述调节杆151连接形成多组双摇杆结构，所述调节杆151由所述转向机构控制摆动；

所述控制器3置于所述机轴底盘18中，与所述动力装置2配合实现飞行。

所述安全格栅4固定于所述旋翼模块上端面，所述保护架5固定在所述机轴底盘18上表面，并保护所述控制器3与所述机轴底盘18。

进一步的实施方案是，所述机壳1底部均匀固定有若干支腿6。

优选的，所述上桨叶盘111和所述下桨叶盘121均设有气流曲面，所述上桨叶盘111上接触面为下平坦、上凸出样式的气流导向曲面1111；所述下桨叶盘121下接触面为上平坦、下凸出样式的气流导向曲面1211。

进一步的实施方案是，所述调节杆151与所述机轴底盘18之间通过滑槽滑轨配合滑动。

进一步的实施方案是，所述转动机构与所述高速电动机配合传动，通过所述控制器3调整所述高速电动机的转速和转向。

进一步的实施方案是，所述调节杆151与所述转向机构之间通过齿轮13齿条副实现微传动。

进一步的实施方案是，所述控制器3内设有独立电源和无线遥控设备。

进一步的实施方案是，两所述调节杆151对称设置于所述机轴底盘18两侧。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种共轴双旋翼飞行器，包括机壳、动力装置、控制器、安全格栅、保护架，其特征在于：

所述机壳呈环状，外表面设有流线型曲面，上表面为一平面，与所述安全格栅紧密配合；

所述安全格栅由若干环形框架呈环形阵列一体连接；

所述动力装置包括高速电动机、旋翼模块、转向模块的机轴底盘；

所述高速电动机通过齿轮啮合驱动所述旋翼模块和转向模块，所述旋翼模块包括上旋翼、下旋翼和内啮合齿轮组，所述上旋翼设有上桨叶盘、所述下旋翼设有下桨叶盘，所述上桨叶盘、所述下桨叶盘均与所述内啮合齿轮组外侧面环形阵列一体固定，以所述内啮合齿轮组中心为轴反向旋转，所述内啮合齿轮组与所述机轴底盘配合实现转动，所述内啮合齿轮组包括两组同直径大小的外齿轮和内齿轮，两所述内齿轮与所述高速电动机主轴配合实现逆向传动；

所述转向模块包括均匀阵列布置的气流导向叶片、连接杆、两调节杆、导向舵和转向机构，所述气流导向叶片的截面呈上圆下尖结构，均由转轴串连均匀对称设置于所述旋翼模块下部，与所述导向舵内侧壁固定，所述导向舵呈圆环状，所述连接杆与所述气流导向叶片间隔固连，若干所述连接杆与所述调节杆连接形成多组双摇杆结构，所述调节杆由所述转向机构控制摆动；

所述控制器置于所述机轴底盘中，与所述动力装置配合实现飞行；

所述安全格栅固定于所述旋翼模块上端面，所述保护架固定在所述机轴底盘上表面，并保护所述控制器与所述机轴底盘。

2.根据权利要求1所述的共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述机壳底部均匀固定有若干支腿。

3.根据权利要求1所述的共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述上桨叶盘和所述下桨叶盘均设有气流曲面，所述上桨叶盘上接触面为下平坦、上凸出样式的气流导向曲面；所述下桨叶盘下接触面为上平坦、下凸出样式的气流导向曲面。

4.根据权利要求1所述的共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述调节杆与所述机轴底盘之间通过滑槽滑轨配合滑动。

5.根据权利要求1所述的共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述转动机构与所述高速电动机配合传动，通过所述控制器调整所述高速电动机的转速和转向。

6.根据权利要求1所述的共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述调节杆与所述转向机构之间通过齿轮齿条副实现微传动。

7.根据权利要求1所述的共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述控制器内设有独立电源和无线遥控设备。

8.根据权利要求1所述的共轴双旋翼飞行器，其特征在于：两所述调节杆对称设置于所述机轴底盘两侧。

9.一种共轴双旋翼飞行器的飞行控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：通过无线遥控技术，控制该飞行器的控制器动作；

步骤S2：控制器对高速电动机给电，共轴的上桨叶盘和下桨叶盘反向极速转动，飞行器垂直升空；

步骤S3：由转向模块控制所述调节杆水平方向移动，进而控制连接杆、气流导向叶片摆动，控制方式包括：

<1>当两侧的调节杆同向移动时，所述气流导向叶片反向摆动一定角度后，飞行器沿着与气流导向叶片偏转等同角度飞行，

<2>当两侧的调节杆异向移动时，所述气流导向叶片两方向均摆动一定角度后，飞行器沿着竖直方向按照一定速度旋转，

<3>当将上述2种方式结合控制飞行器时，可对飞行器进行不同方向、不同转速的操控；

步骤S4：控制所述调节杆复位，飞行器摆正呈水平飞行姿态，缓慢降低电动机转速，使得飞行器降落，完成飞行操作。