CN109250071A - 一种交叉双旋翼无人直升机新型桨毂 - Google Patents
一种交叉双旋翼无人直升机新型桨毂 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，包括连接在机身上的纵轴、可旋转地套设于所述纵轴顶端的T型安装架、横向插设于所述T型安装架的横向通孔中的横轴、套设于所述横轴的两端并用于安装桨叶的桨夹，以及安装于所述T型安装架的横向通孔中并套设于所述横轴上的减振环，所述减振环在周向上具有弹性。本发明所公开的无人直升机的减振桨毂，利用减振环的缓冲减振作用，横轴对T型安装架的冲击减振会被减振环所吸收，进而大幅削弱旋翼变距时横轴对机身的振动传递影响，能够在旋翼的变距挥舞运动过程中有效减小对机身的振动传递，提高机身飞行稳定性，降低旋翼磨损和应力疲劳。
Description
技术领域
本发明涉及直升机技术领域，特别涉及一种交叉双旋翼无人直升机新型桨毂。
背景技术
随着无人直升机技术的发展，越来越多的无人直升机已投入使用。
无人驾驶直升机是指由无线电地面遥控飞行或/和自主控制飞行的可垂直起降(VTOL)不载人飞行器，在构造形式上属于旋翼飞行器，在功能上属于垂直起降飞行器。近十几年来，随着复合材料、动力系统、传感器、尤其是飞行控制等技术的研究进展，无人直升机得到了迅速的发展，正日益成为人们关注的焦点。
无人直升机具有独特的飞行性能及使用价值。与有人直升机相比，无人直升机由于无人员伤亡、体积小、造价低、战场生存力强等特点，在许多方面具有无法比拟的优越性。与固定翼无人机相比，无人直升机可垂直起降、空中悬停，朝任意方向飞行，其起飞着陆场地小，不必配备象固定翼无人机那样复杂、大体积的发射回收系统。在军用方面，无人直升机既能执行各种非杀伤性任务，又能执行各种软硬杀伤性任务，包括侦察、监视、目标截获、诱饵、攻击、通信中继等。在民用方面，无人直升机在大气监测、交通监控、资源勘探、电力线路检测、森林防火等方面具有广泛的应用前景。
无人直升机的旋翼系统由桨叶和桨毂组成，旋翼形式是由桨毅形式决定的，它随着材料、工艺和旋翼理论的发展而发展，到目前为止，已在实践中应用的旋翼形式有铰接式、跷跷板式、无铰式和无轴承式。以目前广泛使用的跷跷板式直升机为例，其旋翼系统中仅有两片对称设置的桨叶，此类无人直升机的桨毂系统是旋翼系统的关键部件，处于机身和旋翼的连接处，既是操纵旋翼变距挥舞的重要部件，又是机身振动的主要传递部件，因此桨毂系统设计和制造决定了无人直升机的飞行特性和稳定性。
在现有技术中，跷跷板式直升机的旋翼振动较大，同时由于旋翼在运动过程中的不断变距操作，使得桨叶在进行挥舞运动时，其根部与桨夹的撞击、振动剧烈，导致机身振动剧烈，机身稳定性较差，并且在长期运行时，旋翼转轴容易产生应力疲劳、老化甚至断裂的风险。
因此，如何在旋翼的变距挥舞运动过程中有效减小对机身的振动传递，提高机身飞行稳定性，降低旋翼磨损和应力疲劳，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，能够在旋翼的变距挥舞运动过程中有效减小对机身的振动传递，提高机身飞行稳定性，降低旋翼磨损和应力疲劳。
为解决上述技术问题，本发明提供一种交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，包括连接在机身上的纵轴、可旋转地套设于所述纵轴顶端的T型安装架、横向插设于所述T型安装架的横向通孔中的横轴、套设于所述横轴的两端并用于安装桨叶的桨夹，以及安装于所述T型安装架的横向通孔中并套设于所述横轴上的减振环，所述减振环在周向上具有弹性。
优选地，所述减振环的外缘上套设安装有用于与所述T型安装架的横向通孔卡接的限位环，且所述限位环具体为防护层。
优选地，所述桨夹的里端空腔与所述横轴的端部之间套设安装有若干个轴承，以使所述桨夹夹紧所述横轴的端部。
优选地，所述桨夹的空腔内壁上凸出设置有定位台阶，且所述轴承包括若干个抵接于所述定位台阶的里端面与所述桨夹的里端面之间的深沟球轴承，以及抵接于所述定位台阶的外端面、用于轴向定位所述横轴的推力轴承，且所述横轴的端面上设置有用于将所述推力轴承压紧在所述定位台阶上的定位螺栓。
优选地，所述T型安装架上还设置有用于作为所述横轴变距挥舞时的支点的悬挂组件，且所述横轴的前后两半部分的轴向均与水平面呈预设夹角。
优选地，所述悬挂组件包括水平插设于所述T型安装架顶部通孔中的悬挂轴，以及套设于所述悬挂轴的两端并与所述T型安装架的顶部通孔内壁抵接的压紧套，且所述悬挂轴的轴向垂直于所述横轴的轴向。
优选地，所述T型安装架上沿所述悬挂轴的轴向还插设有用于贯穿所述横轴中心部位的塞打螺钉，且所述横轴可绕所述悬挂轴摆动。
优选地，所述纵轴上可旋转地套设有动盘，所述动盘的外缘上中心对称地连接有若干个可转动的第一连杆，所述T型安装架的底端外缘上中心对称地连接有若干个可转动的第二连杆，且所述第一连杆的末端与所述第二连杆的末端转动连接。
优选地，所述动盘的外缘上对称设置有两个可转动的变距连杆，所述桨夹的里端外壁上套设有变距环，所述变距环的一端上设置有延伸至所述横轴轴向中心方位的变距接头，所述变距连杆的末端可转动地连接在所述变距接头的末端上。
本发明所提供的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，主要包括纵轴、T型安装架、横轴、桨夹和减振环。其中，T型安装架为减振桨毂的主体结构，主要用于安装和连接其余零部件，该T型安装架具有3个通孔，分布成“T”型结构，其中底部的通孔用于与纵轴相配合，并且可在纵轴上进行旋转，同时纵轴的底端连接在机身上。横轴穿设在T型安装架的另外2个通孔中，为旋翼的转轴，一般与纵轴垂直设置。在横轴的两端均套设有桨夹，该桨夹主要用于安装夹持桨叶，两侧的桨叶通过横轴的连接作用形成一体，即形成跷跷板式旋翼。在控制机构控制旋翼进行变距时，横轴将产生沿径向方向的小幅摆动运动，即挥舞运动。减振环安装在T型安装架的横向通孔中，并且套设在横轴上，该减振环具有弹性，当横轴在进行挥舞运动时，横轴的根部将不可避免地挤压或撞击T型安装架上的通孔内壁上，而由于减振环的缓冲减振作用，横轴对T型安装架的冲击减振会被减振环所吸收，进而大幅削弱旋翼变距时横轴对机身的振动传递影响，同时，利用减振环的弹性形变能力，可以允许横轴顺利进行一定角度范围内的变距挥舞运动。并且，横轴在进行挥舞运动时，通过减振环的作用避免直接与T型安装架硬接触，因此降低了横轴的磨损和应力疲劳。综上所述，本发明所提供的无人直升机的减振桨毂，能够在旋翼的变距挥舞运动过程中有效减小对机身的振动传递，提高机身飞行稳定性，降低旋翼磨损和应力疲劳。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
图2为图1中所示的上部结构半剖示意图。
图3为图2中所示的横轴在变距运动时与悬挂组件的配合示意图。
其中，图1—图3中：
纵轴—1，T型安装架—2，横轴—3，凹槽—301，桨夹—4，定位台阶—401，减振环—5，轴承—6，深沟球轴承—601，推力轴承—602，定位螺栓—7，悬挂组件—8，悬挂轴—801，压紧套—802，塞打螺钉—9，动盘—10，第一连杆—11，第二连杆—12，变距连杆—13，变距环—14，变距接头—15。
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。
请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，交叉双旋翼无人直升机新型桨毂主要包括纵轴1、T型安装架2、横轴3、桨夹4和减振环5。
其中，T型安装架2为减振桨毂的主体结构，主要用于安装和连接其余零部件，该T型安装架2具有3个通孔，分布成“T”型结构，其中底部的通孔用于与纵轴1相配合，并且可在纵轴1上进行旋转，以通过纵轴1带动其余相连部件进行旋转，同时纵轴1的底端连接在机身上的传动系统的输出轴上。
横轴3穿设在T型安装架2的另外2个通孔中，为旋翼的转轴，一般与纵轴1垂直设置。在横轴3的两端均套设有桨夹4，该桨夹4主要用于安装夹持桨叶，两侧的桨叶通过横轴3的连接作用形成一体，即形成跷跷板式旋翼。一般的，该桨夹4一般呈空心筒状，内部具有空腔，可用于夹持桨叶和横轴3。在控制机构控制旋翼进行变距时，横轴3将产生沿径向方向的小幅摆动运动，即挥舞运动。
减振环5安装在T型安装架2的横向通孔中，并且套设在横轴3上，该减振环5具有弹性。当横轴3在进行挥舞运动时，横轴3的根部将不可避免地挤压或撞击T型安装架2上的通孔内壁上，而由于减振环5的缓冲减振作用，横轴3对T型安装架2的冲击减振会被减振环5所吸收，进而大幅削弱旋翼变距时横轴3对机身的振动传递影响，同时，利用减振环5的弹性形变能力，可以允许横轴3顺利进行一定角度范围内的变距挥舞运动。并且，横轴3在进行挥舞运动时，通过减振环5的作用避免直接与T型安装架2硬接触，因此降低了横轴3的磨损和应力疲劳。
综上所述，本实施例所提供的无人直升机的减振桨毂，能够在旋翼的变距挥舞运动过程中有效减小对机身的振动传递，提高机身飞行稳定性，降低旋翼磨损和应力疲劳。
如图2所示，图2为图1中所示的上部结构半剖示意图。
在关于减振环5的一种优选实施方式中，该减振环5具体可为橡胶环。同时，为方便对减振环5的拆装维护操作，本实施例在减振环5的外缘上套设了一层限位环，具体的，该限位环主要用于与T型安装架2上的横向通孔(即顶部的两个相对通孔)形成卡接，利用轴孔配合形成可拆卸连接。如此，在需要拆装减振环5时，只需将限位环拆除即可。同时，该限位环具体可为铝合金环，质地轻薄且强度大，可作为减振环5的防护层使用。
进一步的，为方便桨夹4在横轴3上的稳定安装，保证桨夹4对横轴3的夹紧作用，本实施例在桨夹4的里端空腔(外端空腔用于夹持桨叶)与横轴3的端部之间套设安装了若干个轴承6，即各轴承6的内壁均压紧在横轴3的外表面上，同时各轴承6的外壁均紧密抵接在桨夹4的里端空腔内壁上。如此，通过挤压应力和各个轴承6与桨夹4内腔的过盈配合，使得桨夹4牢牢夹紧在横轴3上。
同时，在桨夹4的空腔内壁上沿径向凸出设置有定位台阶401，该定位台阶401将桨夹4的内部空腔分隔为两部分，即里端空腔和外端空腔。其中，各个轴承6为与桨夹4配合安装，主要分为两部分，即若干个设置于里端空腔中的深沟球轴承601和若干个设置于外端空腔的推力轴承602。具体的，深沟球轴承601一般可同时设置3～5个，重叠并排设置在桨夹4的里端空腔中，其一端端面与定位台阶401的里端面抵接，其另一端端面与桨夹4的里端面抵接。而推力轴承602可仅设置1个，其一端端面紧压抵接在定位台阶401的外端面上，利用定位台阶401的作用可实现对横轴3的轴向定位。同时，为实现对横轴3的轴向限位，在横轴3的末端端面上设置有定位螺栓7，通过该定位螺栓7的作用可从横轴3的末端将其拧紧，并将推力轴承602压紧在定位台阶401上。
如图3所示，图3为图2中所示的横轴在变距运动时与悬挂组件的配合示意图。
另外，为方便实现横轴3的变距挥舞运动，本实施例在T型安装架2上还设置了悬挂组件8，由于横轴3穿设在T型安装架2的顶部通孔中，为避免运动阻碍，在该悬挂组件8的底部也开设有横向通孔，以方便横轴3穿设。如此，在横轴3进行变距挥舞运动时，悬挂组件8的顶部与T型安装架2的连接轴将作为横轴3变距挥舞运动的支点，进行“跷跷板”式摆动。同时，为方便进行变距挥舞运动，横轴3本身并不是严格的长直轴，而是“V”字型轴，具有锥角。横轴3可拆分为连接成一体的前半部分和后半部分，并且两者的轴向与水平面均呈预设夹角，一般的，该夹角可为1.8°左右。
在关于悬挂组件8的一种优选实施方式中，该悬挂组件8主要包括悬挂轴801、压紧套802和至少两个轴承。其中，在T型安装架2的顶部水平开设有通孔，悬挂轴801就设置在该安装孔中，并且可以进行周向转动，该悬挂轴801即为横轴3的摆动支点。同时，为保证悬挂轴801与T型安装架2的稳定连接，在悬挂轴801的两端上均套设了压紧套802，该压紧套802主要用于与T型安装架2的顶部通孔的内壁形成抵接。当然，为提高悬挂组件8与T型安装架2的安装稳定性，还可在悬挂轴801内插设紧固件，比如塞打螺栓等，将悬挂轴801和压紧套802连接固定在T型安装架2上。一般的，悬挂轴801的轴向垂直于横轴3的轴向，当然，悬挂轴801的轴向与横轴3的轴向并不处于同一高度，具体的，悬挂轴801穿设在T型安装架2的顶部通孔中，横轴3穿设在T型安装架2的中部通孔中，而纵轴1连接在T型安装架2的底部通孔中。而此处的两个轴承对称地设置在悬挂轴801的两端位置，为其提供稳定地支撑，一般的，该轴承具体可为深沟球轴承。
进一步的，为提高横轴3在进行变距挥舞运动的平顺性和精确性，本实施例在T型安装架2上的中部位置沿悬挂轴801的轴向方向插设了塞打螺钉9，并且该塞打螺钉9贯穿了横轴3的轴向中心位置，如此，由于塞打螺钉9的限位作用，可防止横轴3在进行变距挥舞运动时产生沿径向的水平位移运动，即保证横轴3进行单一的偏转运动。
不仅如此，为方便控制机构控制横轴3进行变距操作，本实施例在纵轴1上套设了动盘10，当然，纵轴1上还套设有不动盘10(图中未示出)，不动盘10周向静止，可在控制机构的控制下带动动盘10一定预设角度、预设方位的偏转，而动盘10可周向旋转，并且主要用于带动桨毂、横轴3和桨叶进行周向旋转。为方便动盘10将动力传递至桨毂上，本实施例在动盘10的外缘上连接了若干个第一连杆11，各个第一连杆11呈中心对称，并且各个第一连杆11均可在动盘10的外缘上进行转动。同时，在T型安装架2的底端外缘上设置了若干个第二连杆12，各个第二连杆12呈中心对称，并且均可在T型安装架2的底端外缘上进行转动。而各个对应的第一连杆11和第二连杆12的末端互相转动连接，如此设置，动盘10的旋转动力即可通过各对互相连接的第一连杆11和第二连杆12传递至T型安装架2上，进而传递至横轴3和桨叶上。
一般的，动盘10可呈“十”字型或“米”字型等多延伸臂中心对称结构，各个第一连杆11可分别连接在各个延伸臂的末端上。比如，动盘10呈“十”字型，第一连杆11同时设置有2个，并分别连接在动盘10上相对的两个延伸臂上，而第二连杆12亦可对应的分别连接在T型安装架2底部的径向两端上。
进一步的，为方便动盘10带动横轴3进行变距操作，本实施例还在动盘10的外缘上设置了两个变距连杆13(变距连杆13数量与桨夹4或桨叶的数量相等)，若仍以上述“十”字型动盘10为例，则该两个变距连杆13可分别设置在另外两个径向正对的闲置延伸臂上，同时可通过关节连接，即可在动盘10外缘上进行转动。同时，在桨夹4的里端外壁上套设有变距环14，变距运动需要通过变距连杆13传递至该变距环14上，考虑到两者的设置位置存在较大空间距离，为方便变距连杆13与变距环14的连接，本实施例还在变距环14的一端上连接了变距接头15。具体的，该变距接头15的末端沿水平横向延伸至横轴3的轴向中心方位，如此可使变距连杆13能够垂直立设在动盘10的外缘上，并且通过变距连杆13的末端可顺利与变距接头15的末端相连，当然，两者间同样为转动连接。如此设置，当不动盘10带动动盘10进行预设角度、预设方位的偏转时，变距连杆13同步进行垂向升降，进而通过变距接头15带动变距环14进行对应反向的偏转，即上扬或俯冲运动，从而使得横轴3和桨叶同步进行俯仰偏转运动，最终改变桨距。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，包括连接在机身上的纵轴(1)、可旋转地套设于所述纵轴(1)顶端的T型安装架(2)、横向插设于所述T型安装架(2)的横向通孔中的横轴(3)、套设于所述横轴(3)的两端并用于安装桨叶的桨夹(4)，以及安装于所述T型安装架(2)的横向通孔中并套设于所述横轴(3)上的减振环(5)，所述减振环(5)在周向上具有弹性。
2.根据权利要求1所述的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，所述减振环(5)的外缘上套设安装有用于与所述T型安装架(2)的横向通孔卡接的限位环，且所述限位环具体为防护层。
3.根据权利要求2所述的减振桨毂，其特征在于，所述桨夹(4)的里端空腔与所述横轴(3)的端部之间套设安装有若干个轴承(6)，以使所述桨夹(4)夹紧所述横轴(3)的端部。
4.根据权利要求3所述的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，所述桨夹(4)的空腔内壁上凸出设置有定位台阶(401)，且所述轴承(6)包括若干个抵接于所述定位台阶(401)的里端面与所述桨夹(4)的里端面之间的深沟球轴承(601)，以及抵接于所述定位台阶(401)的外端面、用于轴向定位所述横轴(3)的推力轴承(602)，且所述横轴(3)的端面上设置有用于将所述推力轴承(602)压紧在所述定位台阶(401)上的定位螺栓(7)。
5.根据权利要求1所述的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，所述T型安装架(2)上还设置有用于作为所述横轴(3)变距挥舞时的支点的悬挂组件(8)，且所述横轴(3)的前后两半部分的轴向均与水平面呈预设夹角。
6.根据权利要求5所述的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，所述悬挂组件(8)包括水平插设于所述T型安装架(2)顶部通孔中的悬挂轴(801)，以及套设于所述悬挂轴(801)的两端并与所述T型安装架(2)的顶部通孔内壁抵接的压紧套(802)，且所述悬挂轴(801)的轴向垂直于所述横轴(3)的轴向。
7.根据权利要求6所述的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，所述T型安装架(2)上沿所述悬挂轴(801)的轴向还插设有用于贯穿所述横轴(3)中心部位的塞打螺钉(9)，且所述横轴(3)可绕所述悬挂轴(801)摆动。
8.根据权利要求1-7任一项所述的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，所述纵轴(1)上可旋转地套设有动盘(10)，所述动盘(10)的外缘上中心对称地连接有若干个可转动的第一连杆(11)，所述T型安装架(2)的底端外缘上中心对称地连接有若干个可转动的第二连杆(12)，且所述第一连杆(11)的末端与所述第二连杆(12)的末端转动连接。
9.根据权利要求8所述的交叉双旋翼无人直升机新型桨毂，其特征在于，所述动盘(10)的外缘上对称设置有两个可转动的变距连杆(13)，所述桨夹(4)的里端外壁上套设有变距环(14)，所述变距环(14)的一端上设置有延伸至所述横轴(3)轴向中心方位的变距接头(15)，所述变距连杆(13)的末端可转动地连接在所述变距接头(15)的末端上。
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