CN110040247A - 一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，包括机身、旋翼桨毂、旋翼桨叶，还包括旋翼折叠、展开机械结构以及降落伞开伞、抛伞机械结构，其中，所述旋翼折叠、展开机械结构包括旋翼折叠铰、限位绳索和展开舵机，所述旋翼折叠铰为带有弹性件的铰链，所述限位绳索缠绕于所述机身外部，所述展开舵机位于所述机身内部；所述降落伞开伞、抛伞机械结构包括降落伞伞包、降落伞伞包盖、伞包盖舵机、降落伞和伞绳舵机。本发明解决了固定翼投放式无人机无法悬停，无法实现定点侦查和打击的问题，解决了投放式共轴无人直升机旋翼对投放设备干扰的问题，解决了投放式无人直升机降落伞开伞和抛伞实施难度大的问题。

Description

一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统

技术领域

本发明涉及航空器设计技术领域，更具体的说，涉及一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统。

背景技术

投放式共轴无人直升机是由手抛式、滑轨弹射的固定翼无人机衍生而来。20世纪90年代以来，美国、英国、俄罗斯和以色列在投放式无人机领域开展了大量的研究工作，应用涉及陆、海、空三军的多种武器系统，种类包括侦察型和攻击型等多种。投放式无人机广泛运用于军事领域，将弹药技术与无人机技术相结合，然后通过炮弹发射机发射或者飞机投放，到达大致目标区域后通过无人机精确巡航定位到目标点，进而完成任务。

投放式无人机主要分为固定翼投放式无人机和投放式无人直升机。当今研制的投放式无人机主要以固定翼形式的为主，但由于固定翼飞机无法悬停，故无法对房屋或洞穴等内部进行定点打击、侦查。投放式无人直升机与固定翼无人机相比，起降方式更为灵活，发射回收更加方便，发射场地条件限制少，有利于简化系统并提升生存能力。因此，能作为“炮弹”打出并在指定地点进行侦查、定点爆破等任务的投放式无人直升机有着十分重要的的研究价值。

共轴双旋翼无人直升机相较于单旋翼带尾桨的无人直升机而言，具备载重量大、操纵稳定性好的优势，同时由于共轴双旋翼无人直升机不需要尾传动系统，重量效率较高，同时省去尾桨，使得无人直升机的纵向尺寸减小。共轴双旋翼具有旋翼悬停效率高，气动力对称，俯仰、横滚控制力矩大的特点。共轴双旋翼间的气动干扰产生有利影响，相同总重下，共轴双旋翼的直径只相当于单旋翼直径的0.78，且悬停效率要比单旋翼高17％-30％。俯仰控制力矩大，更容易控制其悬停状态下的姿态。共轴式直升机由于具备体积小、无尾桨、悬停效率高等优点，是最适合投放式无人直升机的布局形式。

但是经过方案论证，使无人直升机承担10kg的总重，其旋翼直径大概1米左右，无论是通过炮弹发射机发射还是通过飞机投放，共轴式无人直升机的旋翼尺寸都过于庞大，不利于炮管发射或者飞机投放。因此，为了使得投放式无人直升机能够在稳定的状态下展开桨叶，投放式无人直升机需要配备降落伞。

目前的投放式无人机大都采用固定翼形式，因其无法悬停，无法实现定点侦查和打击；而投放式无人直升机由于旋翼桨叶尺寸较大容易对投放设施进行干扰；而且现有投放式无人直升机还存在降落伞开伞和抛伞实施难度大的问题。

因此，如何研发一种投放式无人直升机的旋翼系统来克服上述技术缺陷，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

为了克服上述技术上的不足，本发明提供了一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，包括机身、旋翼桨毂、旋翼桨叶，还包括旋翼折叠、展开机械结构以及降落伞开伞、抛伞机械结构，其中，

所述旋翼折叠、展开机械结构包括旋翼折叠铰、限位绳索和展开舵机，所述旋翼折叠铰为带有弹性件的铰链，其位于所述旋翼桨毂上，用于实现所述旋翼桨叶的折叠及自动展开动作；所述限位绳索缠绕于所述机身外部且缠绕方向与所述机身的轴向方向相垂直；所述展开舵机位于所述机身内部，用于控制所述限位绳索实现对折叠状态下的所述旋翼桨叶的约束与放开；

所述降落伞开伞、抛伞机械结构包括降落伞伞包、降落伞伞包盖、伞包盖舵机、降落伞和伞绳舵机，所述降落伞伞包位于所述旋翼桨榖的顶端；所述降落伞伞包盖活动连接于所述降落伞伞包的顶端；所述伞包盖舵机用于控制打开降落伞伞包盖；所述降落伞位于所述降落伞伞包内，其伞绳与所述降落伞伞包相连接；所述伞绳舵机位于所述降落伞伞包内，用于分离所述降落伞伞绳与所述降落伞伞包的连接。

通过采用上述技术方案，本发明将旋翼桨叶设计为可折叠的结构形式，旋翼折叠、展开机械结构包括旋翼桨叶折叠和展开两种工作状态，利用一圈限位绳索约束住旋翼桨叶，利用展开舵机控制限位绳索，放开对旋翼桨叶的约束，当限位绳索放开对旋翼桨叶的约束时，再利用旋翼折叠铰的弹簧弹开旋翼桨叶，解决了投放式无人直升机因旋翼桨叶尺寸较大对投放设备存在干扰的问题。

本发明还进一步改进了降落伞开伞和抛伞结构，降落伞开伞、抛伞机械结构主要分为降落伞的展开和抛伞两个工作状态，利用位于旋翼桨榖顶端的降落伞伞包和降落伞伞包盖储存降落伞，利用伞盖舵机打开降落伞伞包盖，释放出降落伞，利用伞绳舵机分离降落伞伞绳与降落伞伞包的连接，抛开降落伞，解决了投放式无人直升机降落伞开伞和抛伞实施难度大的问题。

在上述技术方案的基础上，本发明还可做出如下改进：

优选的，所述伞包盖舵机位于所述降落伞伞包内，便于隐藏以及实现对降落伞伞包盖的控制开启。

优选的，所述旋翼折叠铰位于所述旋翼桨毂的变距铰和摆振铰之间，更优选的，所述旋翼折叠铰为带有弹簧的铰链。当旋翼折叠、展开机械结构处于折叠状态时，旋翼折叠铰的弹簧处于压紧状态；当旋翼折叠、展开机械结构处于展开瞬间，限位绳索放开对旋翼桨叶的约束，被压紧的旋翼折叠铰的弹簧恢复到中立位置，旋翼桨叶被展开。

优选的，所述机身上内陷设有用于容纳所述旋翼桨叶的凹槽。

优选的，所述降落伞伞包底部开设有通风孔，该通风孔有助于在无人机下落时在降落伞伞包内产生上升气流，进而推动降落伞展开。

优选的，所述旋翼桨毂为两副，所述旋翼折叠铰共四个分别对应四幅所述旋翼桨叶。

优选的，所述机身上安装有用于监控直升机飞行状态以及控制所述展开舵机、伞包盖舵机、伞绳舵机以及直升机动力装置的飞行控制系统。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，解决了固定翼投放式无人机无法悬停，无法实现定点侦查和打击的问题，解决了投放式共轴无人直升机旋翼对投放设备干扰的问题，解决了投放式无人直升机降落伞开伞和抛伞实施难度大的问题。

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为投放式共轴无人直升机的正视图；

图2为闭合状态的降落伞包的剖视图；

图3为打开状态的降落伞包的剖视图；

图4为展开状态的旋翼桨榖的剖视图；

图5为折叠状态的旋翼桨榖的剖视图；

图6为旋翼折叠状态下机身部分的正视图；

图7、8、9、10为投放过程图；

其中，图中：

1-机身，2-旋翼桨毂，3-旋翼桨叶，4-旋翼折叠铰，5-限位绳索，6-降落伞伞包，7-降落伞伞包盖，8-伞包盖舵机，9-伞绳，10-伞绳舵机。

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。

如图1所示，本发明实施例公开了一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，包括机身1，旋翼桨毂2，旋翼桨叶3，旋翼折叠、展开机械结构以及降落伞开伞、抛伞机械结构。

旋翼折叠、展开机械结构主要包括旋翼桨叶折叠和展开两种工作状态，其包括位于机身1内的一个展开舵机、缠绕于机身1外部且缠绕方向与机身1的轴向方向相垂直的一圈限位绳索5、位于两副旋翼桨毂2上的四个旋翼折叠铰4。

限位绳索5位于机身1外部，缠绕机身1一圈，在旋翼折叠、展开机械结构处于折叠状态时，用于锁死旋翼桨叶3；在旋翼折叠、展开机械结构处于展开瞬间，通过展开舵机的作用，放开对旋翼桨叶3的约束。

如图4、5所示，旋翼折叠铰4位于旋翼桨榖2变距铰和摆振铰之间，由带有弹簧的铰链构成，共有四个分别对应四幅旋翼桨叶3，当旋翼折叠、展开机械结构处于折叠状态时，旋翼折叠铰4的弹簧处于压紧状态；当旋翼折叠、展开机械结构处于展开瞬间，展开舵机控制限位绳索5放开对旋翼桨叶3的约束，处于压紧状态的旋翼折叠铰4的弹簧恢复到中立位置，旋翼桨叶3被展开。

如图1-3所示，降落伞开伞、抛伞机械结构主要分为降落伞的展开和抛伞两个工作状态，其包括一个降落伞伞包6、一个降落伞伞包盖7、一个伞包盖舵机8、一个降落伞和一个伞绳舵机10。

降落伞伞包6位于旋翼桨榖2的顶端，用于储存未开伞的降落伞。

降落伞伞包盖7活动连接于降落伞伞包6的顶端，在开伞前用于约束住降落伞在降落伞伞包6中。

伞包盖舵8机位于降落伞伞包6内，用于控制打开降落伞伞包盖7，释放降落伞。

降落伞位于降落伞伞包6内，其伞绳9与降落伞伞包6相连接，在开伞后，用于稳定投放式共轴无人直升机的飞行状态。

伞绳舵机10位于降落伞伞包6内，用于分离降落伞伞绳9与降落伞伞包6的连接。

为了进一步优化技术方案，机身1上设有用于容纳旋翼桨叶3的凹槽。

为了进一步优化技术方案，降落伞伞包6底部开设有通风孔。

为了进一步优化技术方案，机身1上安装有用于监控直升机飞行状态以及控制展开舵机、伞包盖舵机8、伞绳舵机10以及直升机动力装置的飞行控制系统。

本发明一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统的具体工作过程为：

在无人直升机投放阶段，旋翼处于折叠状态，如图6所示，旋翼桨叶3位于机身1内陷的凹槽内，外圈通过限位绳索5固定，保持了其炮弹飞行状态的气动外形。

在无人机经过投放飞行状态到达指定高度和速度时，通过飞行控制系统可判断其飞行状态并控制无人机上部的降落伞打开。如图2、3所示，首先通过控制伞包盖舵机8的舵机摇臂转动，打开降落伞伞包盖7上的降落伞限位开关，降落伞伞包盖7打开后，降落伞伞包6底部有通风孔，受到无人机下落时上升气流的吹动，降落伞展开使无人机减速。

当无人机通过降落伞减速到匀速下降阶段时，飞行控制系统控制位于机身1内的展开舵机转动，使与其连接的限位绳索5转动，旋翼桨叶3位于机身1上的限位打开，限位绳索5放开对旋翼桨叶3的约束，如图4、5所示，旋翼桨叶3受到旋翼折叠铰4上弹簧弹力和上升气流的力的作用展开。在旋翼桨叶3完全展开后，飞行控制系统控制无人机的动力装置启动，带动旋翼整体旋转产生升力。

在旋翼转速达到稳定状态后，飞行控制系统控制伞绳舵机10转动，伞绳舵机10的摇臂与固定伞绳9的连杆连接，伞绳舵机10的转动使连杆与伞绳9的连接断开，降落伞抛出，无人机进入正常飞行状态。

如图7-10所示，整个投放过程由投放、开伞、展开旋翼与切断伞绳9四部分组成。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明设计思想的一个实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实例所记载的设计方案实施修改，或对其中部分技术特征进行同等替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，包括机身、旋翼桨毂、旋翼桨叶，其特征在于：还包括旋翼折叠、展开机械结构以及降落伞开伞、抛伞机械结构，其中，

所述旋翼折叠、展开机械结构包括旋翼折叠铰、限位绳索和展开舵机，所述旋翼折叠铰为带有弹性件的铰链，其位于所述旋翼桨毂上，用于实现所述旋翼桨叶的折叠及自动展开动作；所述限位绳索缠绕于所述机身外部且缠绕方向与所述机身的轴向方向相垂直；所述展开舵机位于所述机身内部，用于控制所述限位绳索实现对折叠状态下的所述旋翼桨叶的约束与放开；

所述降落伞开伞、抛伞机械结构包括降落伞伞包、降落伞伞包盖、伞包盖舵机、降落伞和伞绳舵机，所述降落伞伞包位于所述旋翼桨榖的顶端；所述降落伞伞包盖活动连接于所述降落伞伞包的顶端；所述伞包盖舵机用于控制打开降落伞伞包盖；所述降落伞位于所述降落伞伞包内，其伞绳与所述降落伞伞包相连接；所述伞绳舵机位于所述降落伞伞包内，用于分离所述降落伞伞绳与所述降落伞伞包的连接。

2.根据权利要求1所述的一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，其特征在于：所述伞包盖舵机位于所述降落伞伞包内。

3.根据权利要求1所述的一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，其特征在于：所述旋翼折叠铰位于所述旋翼桨毂的变距铰和摆振铰之间。

4.根据权利要求1所述的一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，其特征在于：所述机身上设有用于容纳所述旋翼桨叶的凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，其特征在于：所述降落伞伞包底部开设有通风孔。

6.根据权利要求1所述的一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，其特征在于：所述旋翼桨毂为两副，所述旋翼折叠铰共四个分别对应四幅所述旋翼桨叶。

7.根据权利要求1所述的一种投放式共轴无人直升机旋翼折叠展开系统，其特征在于：所述机身上安装有用于监控直升机飞行状态以及控制所述展开舵机、伞包盖舵机、伞绳舵机以及直升机动力装置的飞行控制系统。