CN109606669A - 一种双旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋翼无人机的控制技术，属于飞机设计技术领域。一种双旋翼无人机，包括上旋翼、下旋翼和设备舱，在上旋翼、下旋翼和设备舱之间设置有偏航角调节装置；所述偏航角调节装置包括动力装置、传动装置和连接件，动力装置、传动装置均为两组；动力装置用于为上旋翼、下旋翼的转动提供动力支持，其一端通过连接装置与设备舱连接固定，另一端与传动装置连接；传动装置的另一端分别连接轴Ⅰ、轴Ⅱ的端部；连接件设置于轴Ⅰ、轴Ⅱ及传动装置之间，用于实现上旋翼、下旋翼与动力装置的转动连接；上旋翼、下旋翼的转动方向相反。发明的有益效果：1、采用双旋翼，结构更加紧凑。2、结构简化，重量更轻。3、受外界环境影响较小。4实用性较强，易于推广应用，具有较大的价值。

Description

一种双旋翼无人机

技术领域

本发明涉及一种旋翼无人机的控制技术，属于飞机设计技术领域。

背景技术

飞机一般采用气动力操控，如固定翼飞机调节舵面，旋翼飞机调节浆叶，都是利用气动力改变飞机的姿态和飞行方向。不过采用气动力操控飞机，在遇到乱流时飞机会很难控制。飞机除了受气动力还受惯性力等其他载荷作用，飞机在飞行时改变飞机重心，飞机的姿态也会发生改变。比如在小型公务机上，乘客从机头走到机尾，飞机也会随之发生俯仰，因此对飞机重心进行控制也可以实现对飞机的控制。直升机桨叶旋转会给机身一个反作用扭矩，使飞机发生反向转动，因此直升机常用尾桨或用双旋翼来抵消反作用扭矩，不过对桨叶的反作用扭矩进行控制也可以实现飞机偏航。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种可以通过调节重心位置来控制飞机的俯仰角，通过调节旋翼转速来控制飞机的偏航角的双旋翼无人机。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种双旋翼无人机，包括上旋翼、下旋翼和设备舱，在上旋翼、下旋翼和设备舱之间设置有偏航角调节装置；

上旋翼轴线的一侧沿其轴线方向设置有轴Ⅰ；下旋翼轴线的一侧沿其轴线方向设置有轴Ⅱ，在轴Ⅱ的轴心沿其延伸方向开设有容纳轴Ⅰ穿过的通孔；所述偏航角调节装置包括动力装置、传动装置和连接件，动力装置、传动装置均为两组；动力装置用于为上旋翼、下旋翼的转动提供动力支持，其一端通过连接装置与设备舱连接固定，另一端与传动装置连接；传动装置的另一端分别连接轴Ⅰ、轴Ⅱ的端部；连接件设置于轴Ⅰ、轴Ⅱ及传动装置之间，用于实现上旋翼、下旋翼与动力装置的转动连接；上旋翼、下旋翼的转动方向相反。

进一步的，所述连接装置为重心调节装置，包括杆状件、电磁线圈、弹性件和紧固件，杆状件为U形永磁铁，其一端依次穿过电磁线圈、弹性件，并通过螺母限位，另一端与设备舱转动连接；电磁线圈通过紧固件与动力装置连接；电磁线圈极性与插入弹性件的杆状件的极性相反。

优选的，上旋翼、下旋翼、偏航角调节装置和设备舱的轴心在同一条轴线上。

优选的，所述弹性件为复位弹簧。

优选的，所述动力装置为发动机，在发动机的外部安装有发动机支架，通过发动机支架顶端扣接的支架盖板将动力装置、传动装置限定在发动机支架内。

优选的，在发动机支架上连接固定有旋翼支架，旋翼支架通过连接件与轴Ⅰ的下端转动连接。

优选的，所述连接件为轴承，上旋翼与下旋翼之间、轴Ⅰ与旋翼支架之间、下旋翼与支架盖板之间均通过轴承连接。

优选的，所述紧固件为电磁线圈支架，呈U形，其端部向外延伸有用于与发动机支架连接固定的固定端，电磁线圈穿过电磁线圈的通孔。

优选的，所述传动装置包括相互啮合的上旋翼齿轮和上旋翼发动机齿轮、下旋翼齿轮和下旋翼发动机齿轮，上旋翼齿轮、下旋翼齿轮分别与轴Ⅰ、轴Ⅱ的端部螺接，上旋翼发动机齿轮、下旋翼发动机齿轮分别与动力装置连接固定。

优选的，在设备舱的顶部设置有设备舱支架，设备舱支架的顶部设置有用于与重力调节装置转动连接的双耳。

1）俯仰角操控方法：初始状态下，设备舱重力，机身重力，旋翼拉力都在机身轴线上，各力相互平衡。当设备舱偏离机身轴线，设备舱重力会产生一个俯仰力矩，使机身发生俯仰，控制设备舱偏离距离就可以控制无人机的俯仰角。

2）偏航角操控方法：上、下两个旋翼反向转动，在提供升力的同时，平衡旋翼转动产生的反作用扭矩。两个旋翼分别由两个发动机控制，改变其中一个发动机的旋转速度，使旋翼转动产生的反作用扭矩不能平衡，从而改变无人机的偏航角。增加顺时针旋翼的速度，无人机将逆时针偏转，增加逆时针旋翼的速度，无人机将顺时针偏转。

3）巡航速度操控方法：旋翼的轴固定在机身上，因此机身发生俯仰时旋翼的方向也随之改变，旋翼产生拉力始终沿机身轴线。当设备舱偏离机身轴线，使机身发生俯仰，旋翼也随机身改变方向，旋翼产生的拉力，一个分力向上为升力，另一个分力向前为动力。俯仰角越大旋翼产生向前的动力就越大，无人机巡航的速度就越大（增加俯仰角时也要增加旋翼转速以便提供足够升力）。

发明的有益效果：

1、采用双旋翼，结构更加紧凑，有利于无人机的小型化。

2、利用旋翼的反作用扭矩操控飞机的偏航角，使旋翼作为产生升力部件的同时又作为操控部件，使结构简化，重量更轻。

3、利用调节重心位置控制飞机的俯仰角，与用气动力操控相比，受外界环境影响较小，在乱流情况下仍然可以很好的操控。

4、结构紧凑，操控简洁，原理清晰，便于生产，实用性较强，易于推广应用，具有较大的价值。

附图说明

图1是本发明实施例爆炸图；

图2是本发明实施例悬停状态示意图；

图3是本发明实施例悬停状态（无发动机支架）示意图；

图4是本发明实施例中上旋翼示意图；

图5是本发明实施例中下旋翼示意图；

图6是本发明实施例中支架盖板示意图；

图7是本发明实施例中旋翼支架示意图；

图8是本发明实施例中发动机支架示意图；

图9是本发明实施例中电磁线圈示意图；

图10是本发明实施例中电磁线圈支架示意图；

图11是本发明实施例中滑杆示意图；

图12是本发明实施例中重心调节示意图；

图13是本发明实施例中巡航状态示意图；

图中，1-上旋翼；2-下旋翼；3-上旋翼齿轮；4-下旋翼齿轮；5-上旋翼轴承；6-下旋翼轴承；7-上旋翼发动机；8-下旋翼发动机；9-上旋翼发动机齿轮；10-下旋翼发动机齿轮；11-旋翼支架；12-发动机支架；13-支架盖板；14-盖板轴承；15-电磁线圈；16-复位弹簧；17-滑杆；18-电磁线圈支架；19-复位弹簧螺母；20-设备舱；21-设备舱支架。

具体实施方式

下面结合附图1-13对本发明做进一步详述：如图1所示，一种双旋翼无人机由上旋翼1，下旋翼2、上旋翼齿轮3、下旋翼齿轮4、上旋翼轴承5、下旋翼轴承6、上旋翼发动机7、下旋翼发动机8、上旋翼发动机齿轮9、下旋翼发动机齿轮10、旋翼支架11、发动机支架12、支架盖板13、盖板轴承14、电磁线圈15、复位弹簧16、滑杆17、电磁线圈支架18、复位弹簧螺母19、设备舱20、设备舱支架21组成。

如图2-8所示，上旋翼1顺时针旋转时产生升力，上旋翼1轴穿过下旋翼2轴中间的孔，通过下旋翼轴承6与下旋翼2连接，上旋翼1轴下端有螺纹，通过螺纹与上旋翼齿轮3连接，上旋翼1轴下端通过上旋翼轴承5与旋翼支架11相连，旋翼支架11通过螺栓与发动机支架12相连。下旋翼2逆时针旋转时产生升力，可以抵消上旋翼1产生的反作用扭矩，下旋翼2通过盖板轴承14与支架盖板13相连，支架盖板13通过螺栓与发动机支架12相连，下旋翼2下端有螺纹与下旋翼齿轮4相连。上旋翼发动机7通过螺栓与发动机支架12连接，下旋翼发动机8通过螺栓与发动机支架12连接，上旋翼发动机齿轮9通过螺纹与上旋翼发动机7连接，下旋翼发动机齿轮10通过螺纹与下旋翼发动机8连接。下旋翼齿轮4与下旋翼发动机齿轮10配合，上旋翼齿轮3与上旋翼发动机齿轮9配合，两组齿轮的传动比相同，当上旋翼发动机7、下旋翼发动机8转速相同时，旋翼产生的反作用扭矩正好相互抵消，当上旋翼发动机7转速大于下旋翼发动机8时整个无人机将会逆时针旋转，当上旋翼发动机7转速小于下旋翼发动机8时整个无人机将会顺时针旋转，这样就可以通过控制发动机转速控制无人机的偏航角。

如图9-13所示，电磁线圈支架18呈U形，其端部向外延伸有用于与发动机支架连接固定的固定端，通过螺栓与发动机支架12连接，电磁线圈15通过电磁线圈支架18与发动机支架12连接，滑杆17穿过电磁线圈15，复位弹簧16穿过滑杆17一端由复位弹簧螺母19固定，复位弹簧螺母19通过螺纹连接在滑杆17上。电磁线圈15通电后会产生磁性，与复位弹簧16连接的一端为N极另一端为S极，滑杆17为永磁铁，插入电磁线圈15的部分为N极，插入复位弹簧16的部分为S极，当电磁线圈15通电后，滑杆17受磁力作用，会向电磁线圈15S极滑动，当电磁线圈15断电后滑杆17受复位弹簧16拉力作用滑动回原始位置。滑杆17一端通过螺栓与设备舱支架21连接，设备舱支架21的顶部设置有用于与滑杆端部转动连接的双耳，设备舱支架21通过螺栓与设备舱20连接。设备舱20内可以存放电池、摄像机或其它外挂物，这些物品都有一定重量，当滑杆17滑动带动设备舱20滑动时，设备舱20偏离机身轴线，设备舱20的重力会产生一个俯仰力矩，偏离距离越大，产生的俯仰力矩也越大，通过控制滑杆17滑动距离，可以有效的控制无人机的俯仰角。

由于上旋翼1、下旋翼2都固定在发动机支架12上，机身俯仰角变化后，上旋翼1、下旋翼2的方向也会随之改变，此时旋翼产生的拉力，一个分力向上为升力，另一个分力向前为动力。俯仰越大旋翼产生的向前的动力就越大，无人机巡航的速度就越大（增加俯仰角时也要增加旋翼转速以便提供足够升力）。

原理：上旋翼1轴穿过下旋翼2轴中间的孔，使两个旋翼共轴，通过下旋翼轴承6与下旋翼2连接，上旋翼1轴下端通过螺纹与上旋翼齿轮3连接，上旋翼轴下端通过旋翼轴承5与旋翼支架11相连，旋翼支架11通过螺栓与发动机支架12相连。下旋翼2通过盖板轴承14与支架盖板13相连，支架盖板13通过螺栓与发动机支架12相连，下旋翼2下端通过螺纹与下旋翼齿轮4相连。上旋翼发动机7通过螺栓与发动机支架12连接，下旋翼发动机8通过螺栓与发动机支架12连接，上旋翼发动机齿轮9通过螺纹与上旋翼发动机7连接，下旋翼发动机齿轮10通过螺纹与下旋翼发动机8连接。下旋翼齿轮4与下旋翼发动机齿轮10配合，上旋翼齿轮3与上旋翼发动机齿轮9配合，上旋翼齿轮3、下旋翼齿轮4直径相同，上旋翼发动机齿轮9、下旋翼发动机齿轮10直径相同，保证了个发动机转速相同时，两个旋翼转速也相同。电磁线圈支架18通过螺栓与发动机支架12连接，电磁线圈15通过电磁线圈支架18与发动机支架12连接，滑杆17穿过电磁线圈15，复位弹簧16穿过滑杆17一端由复位弹簧螺母19固定，复位弹簧螺母19通过螺纹连接在滑杆17上；滑杆17一端通过螺栓与设备舱支架21连接，设备舱支架21通过螺栓与设备舱20连接；滑杆17具有磁性，一端为N极另一端为S极，电磁线圈15通电后产生磁性，两极方向与滑杆两极方向相反。

上述实施例仅仅是本发明的优选实施方式，不构成对本发明的限制。偏航角调节装置与重心调节装置可以根据实际需要进行选择，即可以只配置偏航角调节装置或重心调节装置，也可以两个装置同时装配。

Claims (10)

1.一种双旋翼无人机，包括上旋翼、下旋翼和设备舱，其特征在于：在上旋翼、下旋翼和设备舱之间设置有偏航角调节装置；

上旋翼轴线的一侧沿其轴线方向设置有轴Ⅰ；下旋翼轴线的一侧沿其轴线方向设置有轴Ⅱ，在轴Ⅱ的轴心沿其延伸方向开设有容纳轴Ⅰ穿过的通孔；

所述偏航角调节装置包括动力装置、传动装置和连接件，动力装置、传动装置均为两组；动力装置用于为上旋翼、下旋翼的转动提供动力支持，其一端通过连接装置与设备舱连接固定，另一端与传动装置连接；传动装置的另一端分别连接轴Ⅰ、轴Ⅱ的端部；连接件设置于轴Ⅰ、轴Ⅱ及传动装置之间，用于实现上旋翼、下旋翼与动力装置的转动连接；

上旋翼、下旋翼的转动方向相反。

2.根据权利要求1所述的双旋翼无人机，其特征在于：上旋翼、下旋翼、偏航角调节装置和设备舱的轴心在同一条直线上。

3.根据权利要求1或2所述的双旋翼无人机，其特征在于：所述连接装置为重心调节装置，包括杆状件、电磁线圈、弹性件和紧固件，杆状件为U形永磁铁，其一端依次穿过电磁线圈、弹性件，并通过螺母限位，另一端与设备舱转动连接；电磁线圈通过紧固件与动力装置连接；电磁线圈极性与插入弹性件的杆状件的极性相反。

4.根据权利要求3所述的双旋翼无人机，其特征在于：所述弹性件为复位弹簧。

5.根据权利要求3所述的双旋翼无人机，其特征在于：所述动力装置为发动机，在发动机的外部安装有发动机支架，通过发动机支架顶端扣接的支架盖板将动力装置、传动装置限定在发动机支架内。

6.根据权利要求5所述的双旋翼无人机，其特征在于：在发动机支架上连接固定有旋翼支架，旋翼支架通过连接件与轴Ⅰ的下端转动连接。

7.根据权利要求6所述的双旋翼无人机，其特征在于：所述连接件为轴承，上旋翼与下旋翼之间、轴Ⅰ与旋翼支架之间、下旋翼与支架盖板之间均通过轴承连接。

8.根据权利要求5-7中任一权利要求所述的双旋翼无人机，其特征在于：所述紧固件为电磁线圈支架，呈U形，其端部向外延伸有用于与发动机支架连接固定的固定端，电磁线圈穿过电磁线圈的通孔。

9.根据权利要求3所述的双旋翼无人机，其特征在于：所述传动装置包括相互啮合的上旋翼齿轮和上旋翼发动机齿轮、下旋翼齿轮和下旋翼发动机齿轮，上旋翼齿轮、下旋翼齿轮分别与轴Ⅰ、轴Ⅱ的端部螺接，上旋翼发动机齿轮、下旋翼发动机齿轮分别与动力装置连接固定。

10.根据权利要求3所述的双旋翼无人机，其特征在于：在设备舱的顶部设置有设备舱支架，设备舱支架的顶部设置有用于与重力调节装置转动连接的双耳。