CN109677601A - 跷跷板式无人机旋翼及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种跷跷板式无人机旋翼及无人机,无人机旋翼包括桨毂组件和两个旋转对称的桨夹组件;旋翼桨夹组件与两侧的桨毂组件的桨毂侧板通过四个螺栓连接,机构简单,维护方便,方便拆装运输和故障诊断。所述的桨毂组件和桨夹组件均采用对称的布局方式,结构简单,实用和可靠,降低成本,控制桨毂重心和旋翼轴重合,旋翼桨夹组件的连接方式,采用温差法工艺装配桨夹组件,降低所述跷跷板式旋翼系统的震动水平。采用模块化设计,降低了结构的复杂度,使旋翼系统设计、调试和维护等操作简单化,桨毂组件可随旋翼轴转动和实现桨毂组件的挥舞运动。

Description

跷跷板式无人机旋翼及无人机
技术领域
本发明属于无人机技术领域,具体涉及一种跷跷板式无人机旋翼及无人机。
背景技术
在旋翼无人机领域,旋翼系统是为无人机飞行产生升力和操纵力的核心部件。传统的直升机旋翼系统是由连接到桨毂上的两片或多片桨叶组成。桨叶通常靠来自发动机的扭矩保持旋转运动。旋翼系统产生直升机飞行所必需的升力、拉力,同时旋翼系统也是无人机的主振源。能高效地完成垂直飞行是旋翼无人机的基本特点。无人机的飞行性能、飞行品质、振动、噪音水平、寿命及可靠性等问题的解决或改善,都依赖于对旋翼系统的空气动力学特性和动力学特性的掌握,目前,对于中型无人机旋翼系统,大部分是参考载人机的旋翼系统的跷跷板式旋翼,虽然性能指标可靠。但是载人机旋翼系统复杂,成本高,维护不方便,并不适用于无人机飞行和操纵特性。
现有的跷跷板式旋翼有如下三个方面的问题,
第一,旋翼只有两片桨叶,共用一个水平铰,无垂直铰,有变距铰,一般变距铰采用拉扭杆来负担离心力。其拉扭杆作用设计需要一定的空间,并不适合中型无人机的特性。
第二,跷跷板式旋翼操纵功效和角速度阻尼比较小,为了加大角速度阻尼,这种形式的旋翼都要带机械增稳装置——稳定杆,会造成结构复杂,增加重量。
第三,桨夹安装桨叶接口结构均为螺栓固定连接,不可调节,对桨叶的安装和制造要求较高。没办法改善旋翼在摆振面引起的激振力,造成旋翼系统震动较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种跷跷板式无人机旋翼,能够提高无人直升机的自稳性和安全性。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种跷跷板式无人机旋翼,包括桨毂组件和两个旋转对称的桨夹组件;
所述的桨毂组件为对称设计,其包括通过横向延伸的定位销轴与旋翼轴连接的桨毂定位块,通过两个纵向延伸的跷跷板定位销分别与所述的桨毂定位块连接的两个桨毂侧板,内端对应与所述的桨毂侧板通过螺栓固定连接的桨毂支臂,在所述的桨毂支臂上轴向定位地设置有桨夹定距环;
其中,所述的桨夹组件包括桨夹和变矩臂,所述的桨夹包括与所述的桨毂支臂可旋转地配合连接的连接筒体,以及与所述的连接筒体一体形成或固定连接的桨板夹,所述的变矩臂与所述的连接筒体固定连接,所述的连接筒体和桨夹定距环通过螺栓固定连接实现其轴向固定。
在上述技术方案中,在所述的两个桨毂侧板间固定有挥舞限位块,在所述的旋翼轴上对应套设有聚氨酯衬套。
在上述技术方案中,在所述的定位销轴上依次装有套筒和轴套,定位销轴的两端设置有轴承、防松紧固件以及滑油帽。
在上述技术方案中,桨毂支臂上通过横向螺栓依次和滚针轴承,桨夹定距环,角接触轴承,桨夹螺母连接。
在上述技术方案中,在桨夹连接筒体开口端与所述的桨毂支臂间设置有密封轴承。
在上述技术方案中,所述的桨板夹包括内侧螺栓固定连接和外侧螺栓以调节桨叶在摆阵方向的角度。
在上述技术方案中,桨毂支臂具有1.75°的预锥角以将两片桨叶上翘1.75°。
在上述技术方案中,在旋翼轴上下两端分别通过螺栓连接固定联动杆限位块。
在上述技术方案中,桨毂定位块和旋翼轴间为过盈装配。
一种具有所述的无人机旋翼的无人机。
本发明的优点和有益效果为:
旋翼桨夹组件与两侧的桨毂组件的桨毂侧板通过四个螺栓连接,机构简单,维护方便,方便拆装运输和故障诊断。所述的桨毂组件和桨夹组件均采用对称的布局方式,结构简单,实用和可靠,降低成本,控制桨毂重心和旋翼轴重合,旋翼桨夹组件的连接方式,采用温差法工艺装配桨夹组件,降低所述跷跷板式旋翼系统的震动水平。采用模块化设计,降低了结构的复杂度,使旋翼系统设计、调试和维护等操作简单化,桨毂组件可随旋翼轴转动和实现桨毂组件的挥舞运动。
附图说明
图1是本发明跷跷板式无人机旋翼的结构示意图。
图2是本发明跷跷板式无人机旋翼的俯视示意图。
图3所示为本发明跷跷板式无人机旋翼的A-A剖面图。
图4为本发明跷跷板式无人机旋翼的B-B剖面图。
图5为本发明跷跷板式无人机旋翼的侧视图。
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,可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一
本发明的一种跷跷板式无人机旋翼,包括桨毂组件100和两个旋转对称的桨夹组件200;
所述的桨毂组件为对称设计,其包括通过横向延伸的定位销轴与旋翼轴连接的桨毂定位块,通过两个纵向延伸的半轴式跷跷板定位销2分别与所述的桨毂定位块连接的两个桨毂侧板3,内端对应与所述的桨毂侧板3通过螺栓固定连接的桨毂支臂,在所述的桨毂支臂上轴向定位地设置有桨夹定距环;其中,所述的桨毂支臂后部为连接板,连接板两端对应与桨毂侧板螺栓固定连接,前部为柱状体,以便装配后续的桨夹。其中,所述的横向和纵向是作为两者相垂直设置的一种描述,并不作为具体限定。即,定位销轴和定位销为垂直设置。
其中,所述的桨夹组件包括桨夹和变矩臂,所述的桨夹包括与所述的桨毂支臂可旋转地配合连接的连接筒体,以及与所述的连接筒体一体形成或固定连接的桨板夹,所述的变矩臂与所述的连接筒体固定连接,所述的连接筒体和桨夹定距环通过螺栓固定连接实现其轴向固定,桨夹定距环通过轴承可旋转地设置在桨毂支臂上,通过调整桨夹定距环可实现变矩调整。
具体地,桨毂支臂与两侧的桨毂侧板通过螺栓连接,机构简单,维护方便,方便拆装运输和故障诊断。所述的桨毂组件和桨夹组件均采用对称的布局方式,结构简单,实用和可靠,降低成本,控制桨毂重心和旋翼轴重合,旋翼桨夹组件的连接方式,采用温差法工艺装配桨夹组件,降低所述跷跷板式旋翼系统的震动水平。采用模块化设计,降低了结构的复杂度,使旋翼系统设计、调试和维护等操作简单化,桨毂组件可随旋翼轴转动和实现桨毂组件的挥舞运动。
具体地,桨夹13通过螺栓和变距摇臂16,摇臂支撑件17相互连接,然后变距拉杆18通过螺栓和关节轴承连接,将变距拉杆18传来的操纵力转化为桨夹的轴向扭力,驱动桨夹13圆周运动,从而实现桨夹13桨距角变化,实现变距运动。
其中,在所述的两个桨毂侧板间固定有挥舞限位块6,在所述的旋翼轴上对应套设有聚氨酯衬套。两对挥舞限动块6用螺栓连接固定两侧的桨毂侧板3之间,在桨毂定位块1下方旋翼轴10上方,装有聚氨酯衬套12,目的是保证旋翼轴挥舞量过大时撞击旋翼轴10。
在旋翼轴10上下两端分别通过螺栓连接固定联动杆限位块5。连动杆限位块5功能是对长拉杆起到导向和限位的作用,其材料为新型高分子材料。所述的跷跷板式旋翼桨毂组件的连动杆限位块5,采用高分子导向材料,材料具有较高的耐磨和自润滑功能。
实施例二
在上述实施例的基础上,在所述的跷跷板定位销2上依次装有套筒和轴套,两端设置有轴承、防松紧固件以及滑油帽。跷跷板定位销2上有轴向位移,在跷跷板定位销上从里到外依次是滚针轴承,推力轴承,垫片和螺母。最外面的螺母就是调整桨毂组件中心距的。在其末端需打保险销。
跷跷板定位销可旋转设置的作用是实现跷跷板式旋翼系统的挥舞运动,在两侧桨毂侧板3上装有滑油帽7进行注油和密封。所述的桨毂定位块1两端的跷跷板定位销2上采用滚针轴承和推力轴承,用于传递跷跷板定位销2上的轴向力。
其中,跷跷板式旋翼桨夹组件的横向螺栓11及桨夹螺母15主要承受旋翼系统的离心力是关键部件,对此,采用的螺纹为MJ螺纹标准,提高桨夹的使用寿命和安全系数。横向螺栓和桨夹螺母15均采用新型高强度航空合金材料研制而成。其材料的强度和抗疲劳系数均符合军标材料技术条件。
桨毂支臂4上通过横向螺栓依次和滚针轴承,桨夹定距环,角接触轴承,桨夹螺母连接。即利用两侧的轴承将桨夹定距环相对桨毂支臂可旋转固定,同时在桨夹定距环上环周均布设置有多个螺纹孔,如8个螺纹孔,对应通过8个螺栓实现其与桨夹13的固定,优选地,在所述的螺栓上还套设有轴套。
实施例三
进一步地,在桨夹13的连接筒体开口端与所述的桨毂支臂间设置有密封轴承。旋翼桨夹组件的密封是所选的单侧密封轴承来实现的,在桨夹13的连接筒体中部增加注油孔,保证了桨夹组件的润滑和密封性,桨夹组件的润滑是靠桨夹13的连接筒体内部空间来实现的。
而且,所述的桨板夹包括内侧螺栓固定连接和外侧螺栓属于可调节连接,桨叶接口设计便于安装和控制桨叶的摆振力。所述的桨夹13与桨叶安装处采用的是两个螺栓连接。通过螺栓轴向的预紧力,使得桨夹13夹板与桨叶安装面齐平,保证桨叶的攻角与桨夹13一致。而且可调连接可减少旋翼在摆振面引起的激振力,降低跷跷板式旋翼震动水平。
同时,桨毂支臂具有1.75°的预锥角以将两片桨叶上翘1.75°。
所述的旋翼系统是跷跷板式,只有两片桨叶,这两片桨叶在结构上连成一体而共用一个水平铰,没有垂直铰。为了消除不变气动载荷即拉力所引起的根部弯矩,所述的轴向铰横向螺栓是个重要受力部件,材料采用新型合金材料,轴向铰设计成传统的形式,离心力由推力滚子轴承来承受,弯矩由两个角接触轴承来承受。实现离心力和拉力在根部的弯矩平衡,使桨叶在挥舞面卸载。在旋转面会引起一阶谐波的哥氏力,所以将跷跷板定位销2布置在桨叶的重心等高处,消除哥氏力。
所述的跷跷板式旋翼头的周期变距和总矩都是通过轴向铰来实现的。所述跷跷板旋翼系统离心力的传力:桨叶固定在桨夹13的夹板上,桨夹13通过桨夹定距环14传递离心力给两个角接触轴承,再传递给横向螺栓,最后传递给桨夹螺母15,所以离心力最终传到桨夹螺母15上,由螺纹来承受,为了增加安全性,在桨夹螺母处需要打保险销。
所述跷跷板旋翼系统弯矩的传递:弯矩直接由桨夹13传递给两个角接触轴承及滚针轴承,再传递给桨毂支臂4。
综上所述,跷跷板旋翼系统在功能上依靠跷跷板定位销2及轴承实现旋翼系统的挥舞运动。通过桨夹组件及轴承实现旋翼系统的变距运动。
所述的旋翼轴10将发动机传递过来的扭矩传递给旋翼系统。旋翼系统按一定转速顺时针或逆时针旋转,同时,操纵力是所述旋翼操纵系统传递到变距拉杆18,变距拉杆18带动桨夹运动。桨夹13带动桨叶沿轴向铰运动,实现桨叶攻角变化,从而桨叶产生周期变化的气动升力。
综上所示,本发明的跷板式旋翼系统具有以下优点:
1.提高制造精度和旋翼气动特性,提高平台飞行品质。
2.优化装配工艺,提高旋翼系统的机械性能和操纵稳定性,系统成本低,适用于中型及轻型无人直升机。
3.所述的跷跷板式旋翼系统跷跷板式旋翼便于维护和安装,改善旋翼跷跷板式旋翼震动水平,阻面积小。
为了易于说明,实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语,用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是,除了图中示出的方位之外,空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如,如果图中的装置被倒置,被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此,示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位),这里所用的空间相对说明可相应地解释。
而且,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来,而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明做了示例性的描述,应该说明的是,在不脱离本发明的核心的情况下,任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:包括桨毂组件和两个旋转对称的桨夹组件;
所述的桨毂组件为对称设计,其包括通过横向延伸的定位销轴与旋翼轴连接的桨毂定位块,通过两个纵向延伸的跷跷板定位销分别与所述的桨毂定位块连接的两个桨毂侧板,内端对应与所述的桨毂侧板通过螺栓固定连接的桨毂支臂,在所述的桨毂支臂上轴向定位地设置有桨夹定距环;
其中,所述的桨夹组件包括桨夹和变矩臂,所述的桨夹包括与所述的桨毂支臂可旋转地配合连接的连接筒体,以及与所述的连接筒体一体形成或固定连接的桨板夹,所述的变矩臂与所述的连接筒体固定连接,所述的连接筒体和桨夹定距环通过螺栓固定连接实现其轴向固定。
2.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:在所述的两个桨毂侧板间固定有挥舞限位块,在所述的旋翼轴上对应套设有聚氨酯衬套。
3.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:在所述的定位销轴上依次装有套筒和轴套,定位销轴的两端设置有轴承、防松紧固件以及滑油帽。
4.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:桨毂支臂上通过横向螺栓依次和滚针轴承,桨夹定距环,角接触轴承,桨夹螺母连接。
5.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:在桨夹连接筒体开口端与所述的桨毂支臂间设置有密封轴承。
6.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:所述的桨板夹包括内侧螺栓固定连接和外侧螺栓以调节桨叶在摆阵方向的角度。
7.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:桨毂支臂具有1.75°的预锥角以将两片桨叶上翘1.75°。
8.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:在旋翼轴上下两端分别通过螺栓连接固定联动杆限位块。
9.根据权利要求1所述的一种跷跷板式无人机旋翼,其特征在于:桨毂定位块和旋翼轴间为过盈装配。
10.一种具有如权利要求1-9任一项所述的无人机旋翼的无人机。
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