CN109606670B - 一种无人自转旋翼机旋翼操纵机构 - Google Patents

Abstract

一种无人自转旋翼机旋翼操纵机构，用于实现无人自转旋翼机的桨盘俯仰操纵和滚转操纵。两个上操纵杆分别与旋翼支座两端耳片连接，并与下连杆通过安装在机身框架上的耳片连接，下连杆与安装在上、下横杆上的转接件连接，下横杆安装在机身框架上，可绕安装轴线转动，上横杆通过耳片和转接件与下连杆连接，桨盘俯仰操纵舵机安装在下横杆上，俯仰操纵臂通过螺栓安装在上、下横杆上，舵机摇臂通过连杆与俯仰操纵臂连接，桨盘横向操纵舵机安装在机身支架上，横向操纵臂通过螺栓安装在下横杆上，舵机摇臂通过连杆与横向操纵臂连接，通过纵向操纵舵机和横向操纵舵机可以分别对旋翼桨盘的俯仰和滚转进行操纵，进而改变无人自转旋翼机的飞行姿态。

Description

一种无人自转旋翼机旋翼操纵机构

技术领域

本发明涉及飞行器设计技术领域，具体的，是涉及一种无人自转旋翼机旋翼操纵机构。

背景技术

自转旋翼机是一种利用来流驱动旋翼自转产生升力，螺旋桨推(拉)克服前飞阻力的旋翼飞行器。自转旋翼机与直升机区别在于在飞行时自转旋翼机旋翼是依靠来流驱动自转，而直升机旋翼则依靠发动机驱动；自转旋翼机前飞是利用螺旋桨推(拉)力克服前飞阻力，而直升机一般是利用旋翼拉力分量克服前飞阻力；自转旋翼机一般采用倾斜旋翼桨盘改变飞行状态，而直升机一般采用周期变距改变飞行状态。

自转旋翼机出现时间比直升机要早，但由于不能悬停，后续发展趋缓。但自转旋翼机具有结构简单、安全性高、经济性好、速度范围宽以及可短距起降等优点，随着现代航空技术的发展，自转旋翼机又迎来了新的发展机遇，国内外相继出现了多型成熟的有人自转旋翼机。

操纵机构用于控制飞行姿态，是自转旋翼机的重要组成部分。自转旋翼机一般采用倾斜桨盘的方式改变纵横向姿态。有人自转旋翼机飞行员利用操纵手柄控制飞行姿态，无人自转旋翼机利用舵机控制飞行姿态。目前还没有公开的无人自转旋翼机旋翼操纵机构，因此本发明可填补国内在相关技术领域的空白。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，解决了无人自转旋翼机的旋翼控制问题。

本发明的技术解决方案是：

一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，包括：旋翼支座、上连杆、耳片、下连杆、俯仰组件、滚转组件以及传动组件；

无人机旋翼安装在旋翼支座上，上连杆通过耳片与下连杆连接为一体，上连杆与旋翼支座连接，俯仰组件和滚转组件均通过传动组件与下连杆连接，驱动旋翼支座俯仰和滚转动作，进而实现无人机旋翼的俯仰和滚转操纵。

上连杆与耳片之间、耳片与下连杆之间、上连杆与旋翼支座之间均为活动连接。

所述活动连接采用关节轴承实现。

所述传动组件包括转接件、上横杆、下横杆、第一固定件以及第二固定件；

上横杆一端通过转接件与两根下连杆连接，通过上横杆的前后往复运动驱动两根下连杆同步上下运动，进而驱动旋翼实现俯仰运动；

下横杆通过第一固定件以及第二固定件固定在无人机机身上，且下横杆可转动；下横杆一端通过转接件与两根下连杆连接，通过下横杆的转动驱动两根下连杆差动，实现旋翼的滚转运动。

所述传动组件还包括维型件，上横杆和下横杆的另一端均与维型件连接，用于维持上横杆和下横杆平行。

所述俯仰组件包括俯仰舵机、俯仰舵机摇臂、俯仰连杆、俯仰操纵臂及俯仰舵机支架；

俯仰舵机驱动俯仰舵机摇臂前后摆动，通过俯仰连杆、滚转操纵臂带动上横杆前后移动，进而带动转接件前后转动，进而使两根下连杆同步上下运动，俯仰组件通过俯仰舵机支架固定安装在机身上。

俯仰舵机摇臂和俯仰操纵臂之间通过俯仰连杆连接，俯仰舵机摇臂传递力的方向、俯仰操纵臂上传递力的方向以及俯仰连杆上传递力的方向共面。

所述滚转组件包括滚转舵机、滚转连杆、滚转舵机摇臂、滚转舵机支架以及滚转操纵臂；

滚转舵机驱动滚转舵机摇臂上下摆动，通过滚转连杆、滚转操纵臂带动下横杆转动，进而带动转接件左右转动，进而使两根下连杆上下差动；滚转组件通过滚转舵机支架固定安装在机身上。

滚转舵机摇臂和滚转操纵臂之间通过滚转连杆连接，滚转舵机摇臂传递力的方向、滚转操纵臂上传递力的方向以及滚转连杆上传递力的方向共面。

一种无人自转旋翼机，该无人自转旋翼机的旋翼可实现俯仰方向和滚转方向运动，对无人机进行升降、俯仰和滚转控制；该无人自转旋翼机的旋翼通过所述的旋翼操纵机构进行控制。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明解决了无人自转旋翼机飞行时的旋翼桨盘纵横向操纵问题。

(2)本发明的机构布置合理、紧凑，操纵灵活，主要机构布置在机身内部，有利于减小前飞时的阻力，提升飞行性能。

(3)本发明纵横向操纵分离，有利于减小操纵耦合。

(4)本发明可用于无人自转旋翼机，也可用于有人旋翼机无人化改进。目前还未发现公开的无人自转旋翼机旋翼操纵机构，本发明可填补国内在该技术领域的空白，有助于促进我国无人自转旋翼机的研制。

附图说明

附图1为本发明三维等轴测视图及局部放大图；

图2为本发明局部侧视图；

图3为本发明局部等轴测视图。

具体实施方式

如图1、3所示，本发明提出了一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，包括：旋翼支座1、上连杆2、耳片3、下连杆4、俯仰组件、滚转组件以及传动组件；

无人机旋翼安装在旋翼支座1上，上连杆2通过耳片3与下连杆4连接为一体，上连杆2与旋翼支座1连接，俯仰组件和滚转组件均通过传动组件与下连杆4连接，驱动旋翼支座1俯仰和滚转动作，进而实现无人机旋翼的俯仰和滚转操纵。旋翼俯仰操纵和滚转操纵分离，可同时操纵，也可单独进行俯仰操纵或滚转操纵而不会影响另一方。

上连杆2与耳片3之间、耳片3与下连杆4之间、上连杆2与旋翼支座1之间均为活动连接。所述活动连接采用关节轴承实现，容许一定的角度偏差。

如图1、图2所示，传动组件包括转接件18、上横杆16、下横杆20、第一固定件10以及第二固定件19；

上横杆16一端通过转接件18与两根下连杆4连接，通过上横杆16的前后往复运动驱动两根下连杆4同步上下运动，进而驱动旋翼实现俯仰运动；

下横杆20通过第一固定件10以及第二固定件19固定在无人机机身上，且下横杆20可转动；下横杆20一端通过转接件18与两根下连杆4连接，通过下横杆20的转动驱动两根下连杆4差动，实现旋翼的滚转运动。

进一步的，传动组件还包括维型件9，上横杆16和下横杆20的另一端均与维型件9连接，用于维持上横杆16和下横杆20平行。

如图1、图2所示，俯仰组件包括俯仰舵机15、俯仰舵机摇臂14、俯仰连杆13、俯仰操纵臂12及俯仰舵机支架17；

俯仰舵机15驱动俯仰舵机摇臂14前后摆动，通过俯仰连杆13、滚转操纵臂12带动上横杆16前后移动，进而带动转接件18前后转动，进而使两根下连杆4同步上下运动，通过耳片，带动两根上连杆2同步上下运动，进而使旋翼支座1前后转动，实现旋翼的俯仰操纵；俯仰组件通过俯仰舵机支架17固定安装在机身上。

俯仰舵机摇臂14和俯仰操纵臂12之间通过俯仰连杆13连接，俯仰舵机摇臂14传递力的方向、俯仰操纵臂12上传递力的方向以及俯仰连杆13上传递力的方向共面。

如图1、图2所示，滚转组件包括滚转舵机5、滚转连杆6、滚转舵机摇臂7、滚转舵机支架8以及滚转操纵臂11；

滚转舵机5驱动滚转舵机摇臂7上下摆动，通过滚转连杆6、滚转操纵臂11带动下横杆20转动，进而带动转接件18左右转动，进而使两根下连杆4上下差动，通过耳片，带动两根上连杆2上下差动，进而使旋翼支座1左右转动，实现旋翼的滚转操纵；滚转组件通过滚转舵机支架8固定安装在机身上。

滚转舵机摇臂7和滚转操纵臂11之间通过滚转连杆6连接，滚转舵机摇臂7传递力的方向、滚转操纵臂11上传递力的方向以及滚转连杆6上传递力的方向共面。

更进一步的，基于上述操纵机构，本发明还提出一种无人自转旋翼机，该无人自转旋翼机的旋翼可实现俯仰方向和滚转方向运动，对无人机进行升降、俯仰和滚转控制；该无人自转旋翼机的旋翼通过上述的旋翼操纵机构进行控制。

本发明设计了一套无人自转旋翼机旋翼操纵机构，旋翼俯仰操纵范围(3°～20°，水平面为基准，向后为正)，滚转操纵范围(-8°～8°)。

飞行试验中部分俯仰指令、滚转指令与桨盘反馈值：

俯仰指令(°)	俯仰反馈(°)	滚转指令(°)	滚转反馈(°)
				3	3.2	-8	-7.8
4	4.1	-6	-5.9
				6	6.2	-4	-4.2
8	8.3	-2	-2.1
				10	10.2	0	-0.1
12	11.8	2	1.9
				14	14.1	4	4.2
16	16.1	6	6.1
				18	17.9	8	8.2
20	20.2

该旋翼操纵机构占用飞机内部空间小，操纵范围符合设计要求，试验中旋翼操纵机构反应灵敏，操纵间隙小。

本发明所阐述的内容为该领域具体应用的一个实例，但任何熟知该领域的专业人员，应明确本发明包含但不限于本实例，在此基础上所做的任何改动都属于本发明知识和技术产权保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于包括：旋翼支座(1)、上连杆(2)、耳片(3)、下连杆(4)、俯仰组件、滚转组件以及传动组件；

无人机旋翼安装在旋翼支座(1)上，上连杆(2)通过耳片(3)与下连杆(4)连接为一体，上连杆(2)与旋翼支座(1)连接，俯仰组件和滚转组件均通过传动组件与下连杆(4)连接，驱动旋翼支座(1)俯仰和滚转动作，进而实现无人机旋翼的俯仰和滚转操纵；

所述俯仰组件包括俯仰舵机(15)、俯仰舵机摇臂(14)、俯仰连杆(13)、俯仰操纵臂(12)及俯仰舵机支架(17)；

俯仰舵机(15)驱动俯仰舵机摇臂(14)前后摆动，通过俯仰连杆(13)、俯仰操纵臂(12)带动上横杆(16)前后移动，进而带动转接件(18)前后转动，进而使两根下连杆(4)同步上下运动，俯仰组件通过俯仰舵机支架(17)固定安装在机身上。

2.根据权利要求1所述的一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于：上连杆(2)与耳片(3)之间、耳片(3)与下连杆(4)之间、上连杆(2)与旋翼支座(1)之间均为活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于：所述活动连接采用关节轴承实现。

4.根据权利要求1所述的一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于：所述传动组件包括转接件(18)、上横杆(16)、下横杆(20)、第一固定件(10)以及第二固定件(19)；

上横杆(16)一端通过转接件(18)与两根下连杆(4)连接，通过上横杆(16)的前后往复运动驱动两根下连杆(4)同步上下运动，进而驱动旋翼实现俯仰运动；

下横杆(20)通过第一固定件(10)以及第二固定件(19)固定在无人机机身上，且下横杆(20)可转动；下横杆(20)一端通过转接件(18)与两根下连杆(4)连接，通过下横杆(20)的转动驱动两根下连杆(4)差动，实现旋翼的滚转运动。

5.根据权利要求4所述的一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于：所述传动组件还包括维型件(9)，上横杆(16)和下横杆(20)的另一端均与维型件(9)连接，用于维持上横杆(16)和下横杆(20)平行。

6.根据权利要求1所述的一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于：俯仰舵机摇臂(14)和俯仰操纵臂(12)之间通过俯仰连杆(13)连接，俯仰舵机摇臂(14)传递力的方向、俯仰操纵臂(12)上传递力的方向以及俯仰连杆(13)上传递力的方向共面。

7.根据权利要求1所述的一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于：所述滚转组件包括滚转舵机(5)、滚转连杆(6)、滚转舵机摇臂(7)、滚转舵机支架(8)以及滚转操纵臂(11)；

滚转舵机(5)驱动滚转舵机摇臂(7)上下摆动，通过滚转连杆(6)、滚转操纵臂(11)带动下横杆(20)转动，进而带动转接件(18)左右转动，进而使两根下连杆(4)上下差动；滚转组件通过滚转舵机支架(8)固定安装在机身上。

8.根据权利要求7所述的一种无人自转旋翼机的旋翼操纵机构，其特征在于：滚转舵机摇臂(7)和滚转操纵臂(11)之间通过滚转连杆(6)连接，滚转舵机摇臂(7)传递力的方向、滚转操纵臂(11)上传递力的方向以及滚转连杆(6)上传递力的方向共面。

9.一种无人自转旋翼机，其特征在于：该无人自转旋翼机的旋翼可实现俯仰方向和滚转方向运动，对无人机进行升降、俯仰和滚转控制；该无人自转旋翼机的旋翼通过如权利要求1～8中任一项所述的旋翼操纵机构进行控制。

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