CN109747817A - 一种无尾翼矢量共轴直升机设计 - Google Patents

Abstract

一种无尾翼矢量共轴直升机设计，采用双电机上下双旋翼结构，两个电机分别连接上下旋翼，上下旋翼旋转方向相反，两个电机相同的转速克服扭矩，控制两个电机的转速差，转速差带来的扭矩不平衡实现转向操作；采用矢量控制，通过倾斜盘倾斜电机旋翼动力系统，旋翼倾斜的升力分量提供飞行器动力，实现飞行器向任意方向的飞行；包括上、下旋翼，上、下电机，矢量倾斜盘，拉杆，舵机，飞控，电调，动力电池，机身；机身内有舵机安装板、飞控安装板。

Description

一种无尾翼矢量共轴直升机设计

技术领域

本专利涉及航空、航模领域和玩具飞行器领域，特别涉及航空领域。

背景技术

传统的直升飞机一般采用总矩和周期变矩控制直升飞机的飞行；传统直升飞机都是有尾翼的，单旋翼直升机的尾翼作用是克服扭矩和控制航向，传统共轴直升机也有尾翼；直升飞机尾翼的存在，增加了飞机的尺寸和质量，增加了飞机的机械复杂度，也增加了不安全性，尾翼一但有损坏，就危及飞行器的安全飞行；传统共轴直升机为克服扭矩，采用一台发动机作为动力，经机械传动完成上下旋翼的正反旋转，上下旋翼转速相同，转向相反，采用周期变矩控制共轴直升机的前进、后退、侧飞等动作，利用上下旋翼的变矩差或者尾翼控制航向，实现飞行器的转向操作。

发明内容

本专利的目的：是提供一种无尾翼矢量共轴直升机设计，没有尾翼，体积紧凑，结构简单。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种无尾翼矢量共轴直升机设计，采用双电机上下双旋翼结构，两个电机分别连接上下旋翼，上下旋翼旋转方向相反，两个电机相同的转速克服扭矩，控制两个电机的转速差，转速差带来的扭矩不平衡实现转向操作；采用矢量控制，通过倾斜电机旋翼动力系统，旋翼倾斜的升力分量提供飞行器动力，实现飞行器的前飞、后飞、侧飞等飞行动作；包括上、下旋翼，上、下电机，矢量倾斜盘，拉杆，舵机，飞控，电调，动力电池，机身；机身内有舵机安装板、飞控安装板。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，采用双电机上下双旋翼结构，两个电机分别连接上下旋翼，上下旋翼旋转方向相反，上旋翼正转，下旋翼反转；或者上旋翼反转，下旋翼正转，上下旋翼相反的旋转、相同的转速克服扭矩，没有尾翼结构。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，通过飞控，控制上下两个电机的转速差，转速差带来的扭矩不平衡实现转向操作。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，采用矢量控制，通过倾斜电机旋翼动力系统，旋翼升力产生的分量实现飞行器的前飞、后飞、侧飞等飞行动作，旋翼系统倾斜向那个方向，飞行器就向那个方向飞行。

其特征是，矢量控制用万向倾斜盘，由内圈和外圈组成，外圈安装于飞行器机身，外圈可绕机身前后倾斜，内圈可绕外圈左右倾斜，内圈上有固定电机的安装孔，内圈铰接有控制倾斜盘动作的拉杆。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，上下电机共轴，第一种结构，下电机轴穿过上电机，上电机安装下桨夹旋翼，下电机轴安装上桨夹旋翼。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，上下电机共轴，第二种结构，上电机连接上桨夹旋翼，下电机连接下桨夹旋翼。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，采用电机直接驱动旋翼旋转，电机的旋转经桨夹直接传递给旋翼，没有中间的齿轮或皮带等机械传动结构。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，旋翼可折叠，在非飞行状态时，旋翼可向后折叠，方便运输携带。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，旋翼可向下折叠，在非飞行状态时，旋翼可向下折叠，旋翼贴靠机身，体积更小。

其特征是，一种无尾翼矢量共轴直升机设计，旋翼的数量为Ｎ片，Ｎ是大于１的自然数，旋翼的总叶片数为2乘以N片，如可以为4片、6片、8片等。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，采用双电机上下双旋翼结构，两个电机分别连接上下旋翼，上下旋翼旋转方向相反，上下旋翼相反的旋转、相同的转速克服扭矩，没有尾翼结构。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，没有尾翼结构，机体尺寸和质量大为减小，体积更小，结构更紧凑。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，不同于传统共轴直升机的上下旋翼周期变矩差或尾翼控制转向，采用控制上下两个电机的转速差，转速差带来的扭矩不平衡实现转向操作。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，不同于传统直升机的变矩控制，采用矢量控制，通过倾斜电机旋翼动力系统，旋翼升力产生的分量实现飞行器的前飞、后飞、侧飞等飞行动作，旋翼系统倾斜向那个方向，飞行器就向那个方向飞行。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，不同于传统直升机的发动机、齿轮或变速箱、传动轴、桨夹、旋翼结构，采用电机、桨夹、旋翼结构，电机直接驱动旋翼，没有中间的齿轮等机械传动，结构简化，传递效率更高。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，旋翼可折叠，结构更紧凑。

附图说明

图1是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的一种外观示意图。

图2是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的三视图。

图3是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的结构示意图。

图4是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的结构详图。

图5是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的矢量控制用万向倾斜盘示意图。

图6是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的动力系统详图。

图7是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的第二种结构示意图。

图8是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的安装普通二叶桨示意图。

图9是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的旋翼向下折叠示意图。

图10是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的万向十字倾斜盘示意图。

图中1.机身；2 .电机;3.桨夹;4.电机; 5.桨夹；6.上旋翼片；7.下旋翼片；8.电机固定座; 9.万向倾斜盘；10.舵机；11.舵机;12.舵机;13舵机安装板;14.飞控安装板;15.飞控;16.动力电池;17.底座;19.电池仓盖；21.倾斜盘外圈；22.倾斜盘内圈；23.舵机拉杆；24.舵机拉杆25.舵机拉杆；26.倾斜盘与机身连接轴；27.倾斜盘与机身连接轴；28.倾斜盘外圈与内圈连接轴；29.舵机臂；31.电机安装孔；33.电机轴。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的细节和工作情况。

如图1是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的一种外观示意图，采用双电机上下双旋翼结构，包括桨夹3和5连接组成的上下旋翼，桨夹3固定于电机2上，上桨夹5通过电机轴连接在下电机4上，上下旋翼共轴反转，电机动力系统固定于万向倾斜盘9上，倾斜盘9安装于机身，没有尾翼。

上下电机通过电机轴33共轴，上旋翼6连接于上桨夹5上，下旋翼7连接于下桨夹3上，上下旋翼一正一反，上为正下为反，或上为反下为正，上下旋翼相反的转向抵消扭矩，实现不需要尾翼克服扭矩。

电机动力系统通过8电机固定座安装于9万向倾斜盘上，通过倾斜盘9可实现向任意方向的倾斜，旋翼动力系统倾斜向那个方向，旋翼倾斜的升力分量在那个方向上就大，飞行器就向那个方向飞行，实现矢量控制。

附图3是本发明一种无尾翼共轴直升机的结构示意图，万向倾斜盘9下方是舵机安装板13，舵机安装板13上装了10、11、12三个舵机，控制倾斜盘9的倾斜。

舵机安装板13上有孔，这些孔一是用于飞行器内部连接线的穿过，二是有利于散热。

舵机安装板13下方是14飞控安装板，飞控安装板14上装有15飞控，电机经电调接入飞控，舵机接入飞控，飞控接有无线电接收机，用于接收外部遥控无线电信号，控制飞行器的飞行姿态。

飞控15控制两个电机的转速，当两个电机转速相同，旋转方向相反，克服了扭矩；当接收到外部转向控制信号，飞控控制电机的转速不一致，两个电机转速差带来的扭矩不平衡，实现转向操作。

飞控15通过控制三个舵机10、11、12的输出，从而控制万向倾斜盘9的倾斜，调整三个舵机不同的输出比例和方向，可实现倾斜盘9向任意方向的倾斜，实现矢量控制。

动力电池16为飞行器提供所需的电力，保障电机、舵机、飞控的用电需求，保障飞行器的动力供给。

底座17提供飞行器的支撑，和机身1共同组成飞行器的机体。

附图4是本发明一种无尾翼共轴直升机的结构详图，结合附图5万向倾斜盘示意图，说明矢量控制的工作原理。

万向倾斜盘9由外圈21和内圈22组成，外圈21通过26、27倾斜盘与机身连接轴连接于本发明的机身上，并可绕轴26、27前后倾斜。

内圈22通过28外圈与内圈连接轴连接于外圈21上，23拉杆安装于内圈与外圈之间，并和28在同一轴线上，内圈22可绕轴28左右倾斜。

内圈22上有用于固定电机座的安装孔31。

舵机拉杆23、24、25安装于内圈22上，拉杆23安装位置在倾斜盘内圈绕外圈转动的轴线上，拉杆24、25左右分别位于另一侧，三个拉杆的安装位置一般取各120度。

拉杆23、24、25的安装位置，也可以是其它角度，如90度、135度、135度，或其它角度，相对应的调节下方拉杆的长度、舵机的控制比例，保证倾斜盘整体可以往任意方向倾斜就可以。

拉杆23、24、25通过29舵机臂连接于舵机10、11、12上。

矢量控制原理，当舵机控制拉杆23向下，２４、２５拉杆同步向上时，倾斜盘9绕轴26、27向前方倾斜，带动固定与倾斜盘上的电机旋翼系统向前倾斜，旋翼向前倾斜产生的升力分量使飞行器向前飞。

当舵机控制拉杆23向上，２４、２５拉杆同步向下时，倾斜盘9绕轴26、27向后方倾斜，带动固定与倾斜盘上的电机旋翼系统向后倾斜，旋翼向后倾斜产生的升力分量使飞行器向后飞。

当舵机控制拉杆23固定不动，２４拉杆向下、２５拉杆向上时，倾斜盘9绕轴28向左侧倾斜，带动固定与倾斜盘上的电机旋翼系统向左侧倾斜，旋翼向左倾斜产生的升力分量使飞行器向左飞。

当舵机控制拉杆23固定不动，２４拉杆向上、２５拉杆向下时，倾斜盘9绕轴28向右侧倾斜，带动固定与倾斜盘上的电机动力系统向右倾斜，旋翼向右倾斜产生的升力分量使飞行器向右飞。

通过飞控15调节三个舵机的不同输出比例和方向，可实现倾斜盘9向任意方向的倾斜，带动固定与倾斜盘上的电机旋翼系统向任意方向倾斜，旋翼倾斜的升力分量使飞行器向那个方向飞行，实现矢量控制，控制飞行器往任意方向的飞行。

舵机和拉杆可以简化为只有两个，如附图10所示，一个控制倾斜盘的前后倾斜，第二个控制倾斜盘的左右倾斜，通过飞控调节，也可以实现向任意方向的倾斜，实现矢量控制。

附图6是本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计的动力系统详图，下电机4和上电机2共轴，4下电机和2上电机通过8电机安装座固定于万向倾斜盘9上，33是轴，下电机4的轴33穿过上电机2，连接上桨夹5和旋翼6，上电机2直接连接下桨夹3和旋翼7。

上下旋翼6、７产生的升力提供飞行器的动力，矢量控制，倾斜动力系统，旋翼倾斜的升力分量提供飞行器前进的力。

动力系统双电机上下双旋翼结构，两个电机分别连接上下旋翼，上下旋翼旋转方向相反，上旋翼6为正旋翼时，下旋翼7为反转旋翼；或者上旋翼6为反转旋翼，下旋翼7为正转旋翼，上下旋翼相反的旋转、相同的转速克服扭矩。

飞控通过电调控制上下两个电机的转速差，电机转速差产生的上下旋翼扭矩不平衡，提供本发明飞行器转向的力。

附图7是本发明的第二种结构示意图，与第一种结构的区别是，第一种是下电机的轴穿过上电机，上电机连接下桨夹旋翼，下电机轴连接上桨夹旋翼；第二种结构是上下电机共轴，下电机直接连接下桨夹旋翼，上电机连接上桨夹旋翼。

采用附图7的结构设计时，上下电机可以设计成直径较大、高度较小的电机，通俗叫盘式电机，实现旋翼可向下折叠，旋翼贴靠机身。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，可安装普通二叶、三叶桨，附图8是安装普通二叶桨示意图。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，旋翼的数量为Ｎ片，Ｎ是大于１的自然数，旋翼的总叶片数为2乘以N片，如可以为4片、6片、8片等。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，旋翼可折叠，附图9是旋翼向下折叠示意图，折叠后，旋翼贴靠机身，方便运输携带。

本发明一种无尾翼矢量共轴直升机设计，具体的功能和外观不只限于附图及以上提及的样式，也包括直接或间接使用、利用上述设计及原理的衍生类飞行器产品。

Claims (10)

1.一种无尾翼矢量共轴直升机设计，采用双电机上下双旋翼结构，两个电机分别连接上下旋翼，上下旋翼旋转方向相反，两个电机相同的转速克服扭矩，控制两个电机的转速差，转速差带来的扭矩不平衡实现转向操作；采用矢量控制，通过倾斜电机旋翼动力系统，旋翼倾斜的升力分量提供飞行器动力，实现飞行器向任意方向的飞行；包括上、下旋翼，上、下电机，矢量倾斜盘，拉杆，舵机，飞控，电调，动力电池，机身；机身内有舵机安装板、飞控安装板。

2.根据权利1所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，采用双电机上下双旋翼结构，两个电机分别连接上下旋翼，上下旋翼旋转方向相反，上旋翼正转，下旋翼反转；或者上旋翼反转，下旋翼正转，上下旋翼相反的旋转、相同的转速克服扭矩，没有尾翼结构。

3.根据权利1所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，采用控制上下两个电机的转速差，转速差带来的扭矩不平衡实现转向操作。

4.根据权利1所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，采用矢量控制，通过倾斜电机旋翼动力系统，旋翼升力的分量实现飞行器的前飞、后飞、侧飞等飞行动作，旋翼系统倾斜向那个方向，飞行器就向那个方向飞行。

5.根据权利1和4所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，矢量控制用万向倾斜盘，由内圈和外圈组成，外圈安装于飞行器机身，外圈可绕机身前后倾斜，内圈可绕外圈左右倾斜，内圈上有固定电机的安装孔，内圈铰接有控制倾斜盘动作的拉杆。

6.根据权利1和2所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，上下电机共轴，第一种结构，下电机轴穿过上电机，上电机安装下桨夹旋翼，下电机轴安装上桨夹旋翼。

7.根据权利1和2所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，上下电机共轴，第二种结构，上电机连接上桨夹旋翼，下电机连接下桨夹旋翼。

8.根据权利1所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，采用电机直接驱动旋翼旋转，电机的旋转经桨夹直接传递给旋翼，没有中间的齿轮或皮带等机械传动结构。

9.根据权利1所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，旋翼可向下折叠，在非飞行状态时，旋翼可向后、向下折叠，旋翼贴靠机身，方便运输携带。

10.根据权利1所述的一种无尾翼矢量共轴直升机设计，其特征是，旋翼的数量为Ｎ片，Ｎ是大于1的自然数，旋翼的总叶片数为2乘以N片，如可以为4片、6片、8片等。