CN111452962A - 一种垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置及锁定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置及锁定方法。包括旋翼电机、微型伸缩机、挡块、伸缩杆、旋翼桨叶，所述旋翼电机底部设置有“梭形”转轴，挡块设置在微型伸缩机伸缩杆前端，挡块可沿旋翼电机转轴径向对转轴进行锁定。所述挡块固定安置于微型伸缩机伸缩杆前端，挡块前缘与电机“梭形”转轴能够完全贴合。本发明的旋翼径向锁定装置，可实现沿旋翼转轴径向对旋翼转轴进行锁定，使旋翼始终保持与飞行器纵轴平行的方向，减小飞行器前飞阻力，提高效率。该装置可迫使静止的旋翼向指定角度旋转，并最终锁定在该角度。该装置结构简单，微型伸缩机及挡块安装方便，重量轻，因此适用于大多数垂直起降固定翼飞行器。

Description

一种垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置及锁定方法

技术领域

本发明属于飞行器结构设计领域，具体涉及一种用于旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置。

背景技术

近年来旋翼、固定翼结合的垂直起降固定翼飞行器，因其技术成熟，且以较小的代价获得了高效巡航平飞、空中悬停以及垂直起降能力，成为研究的热门。

垂直起降固定翼飞行器是由多旋翼飞行器和固定翼飞行器组合而成。起飞和降落类似多旋翼飞行器，由多旋翼提供拉力使飞行器具备垂直起降和空中悬停的能力；前飞时旋翼停止工作，则类似于固定翼飞行器，由推进螺旋桨提供前飞推力使飞行器能够高速巡航。这带来了一个明显的气动问题：旋翼停转，作为飞行器气动外形的一部分，产生微乎其微的升力，却产生了较大的阻力，降低了飞行器巡航的效率。仿真分析表明，安装四旋翼系统后，飞行器阻力增加20％-50％，升阻比下降10％-30％。

一些解决方案是将旋翼收缩回机身内部，但这种方式需要精心设计的旋翼布局以及复杂的回收装置。另一些简单的方案是将旋翼桨叶锁定在飞行器纵轴方向，使其迎风面尽可能小，从而降低阻力。仿真分析表明，旋翼沿飞行器纵轴方向锁定比沿横轴方向锁定阻力下降15％以上，升阻比提高20％。目前出现的旋翼锁定装置大致分为两种，一种是采用电调信号控制电机旋转角度，从而实现在特定角度锁定，但这种方式实现较困难，锁定不准确；另一种是采用机械方式，在转轴上设置卡槽，待电机转到指定角度时锁定，这种方式需要在电机未完全停转时即完成锁定，一旦电机停转则无法使卡槽转到指定角度。

发明内容

针对现有大部分用于旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器的旋翼机械式锁定装置不能保证在电机停转以后锁定旋翼方向的问题，本发明提供一种用于旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置及锁定方法。

本发明说的一种垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置，包括旋翼电机、微型伸缩机、挡块、伸缩杆、旋翼桨叶，本发明所述的旋翼电机底部设置有“梭形”转轴，挡块设置在微型伸缩机伸缩杆前端，挡块可沿旋翼电机转轴径向对转轴进行锁定。所述旋翼电机其底部转轴呈“梭形”；所述微型伸缩机固定设置于旋翼支座上，并设置于电机转轴侧方；所述挡块固定安置于微型伸缩机伸缩杆前端，挡块前缘与电机“梭形”转轴能够完全贴合。

优选地，所述旋翼电机其底部转轴呈“梭形”，“梭形”转轴前缘梭角处为以便于在挡块上滑动的圆角，“梭形”转轴中部为便于与挡块贴合的平面。

优选地，所述微型伸缩机固定设置于旋翼支座上，并设置于电机转轴侧方。

优选地，所述挡块固定安置于微型伸缩机伸缩杆前端，可通过伸缩机伸缩杆前后移动，挡块前缘与旋翼电机“梭形”转轴能够完全贴合，沿旋翼电机转轴径向对其锁定。

具体地，所述旋翼电机其底部转轴呈“梭形”，“梭形”转轴纵轴与安装在电机上的两个旋翼桨叶平行，旋翼轴转角与桨叶转角一致；“梭形”转轴前端为圆角，便于在挡块上滑动；“梭形”中部为平面，便于与挡块贴合。

具体地，所述挡块固定安置于微型伸缩机伸缩杆前端，可通过伸缩机伸缩杆前后移动，锁定时，挡块向前移动与“梭形”转轴接触后迫使转轴旋转，直至“梭形”转轴中部平面与挡块完全贴合，完成锁定；解锁时，微型伸缩机伸缩杆向后移动，带动挡块与“梭形”转轴脱离接触，直至完全脱离“梭形”转轴旋转范围，解除锁定。

本发明的用于旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置，可实现沿旋翼转轴径向对旋翼转轴进行锁定，使旋翼始终保持与飞行器纵轴平行的方向，减小飞行器前飞阻力，提高效率。该装置可迫使静止的旋翼向指定角度旋转，并最终锁定在该角度。该装置不仅可作为飞行器巡航飞行时的减阻装置，在地面停放时亦可作为安全保险设备，防止旋翼电机突转造成人员或物品损失事故。由于该装置结构简单，只需对电机进行小幅改进，同时微型伸缩机及挡块安装方便，重量轻，因此适用于大多数垂直起降固定翼飞行器。

附图说明

图1旋翼径向锁定装置安装示意图；

图2为旋翼电机结构三视图、等轴视图及底部“梭形”转轴局部放大图；

图3为挡块及微型伸缩机结构三视图、等轴视图；

图4为不同角度桨叶、转轴旋转、挡块运动、转轴锁定和解锁状态示意图；包括：a)45°方向，伸缩杆推动挡块向前运动，迫使转轴顺时针旋转；b)90°方向，伸缩杆推动挡块向前运动，迫使转轴逆时针旋转；c)135°方向，伸缩杆推动挡块向前运动，迫使转轴逆时针旋转；d)锁定状态，挡块与“梭形”转轴贴合，转轴锁定；e)解锁状态，挡块完全脱离“梭形”转轴旋转范围，转轴解锁；其他任意方向挡块、转轴运动以此类推。

其中，1-电机，2-“梭形”转轴，3-挡块，4-伸缩杆，5-微型伸缩机，6-旋翼桨叶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种用于旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置，包括底部带“梭形”转轴的旋翼电机、固定设置于旋翼支座上的微型伸缩机及固定在微型伸缩机上沿旋翼转轴径向对转轴进行锁定的挡块，其特征在于：

所述旋翼电机其底部转轴端部呈“梭形”；

所述微型伸缩机固定设置于旋翼支座上，并设置于电机转轴侧方；

所述挡块固定安置于微型伸缩机伸缩杆前端，挡块前缘与旋翼电机“梭形”转轴能够完全贴合。

具体地，本发明所述的一种用于旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置，包括底部带“梭形”转轴的旋翼电机、固定设置于旋翼支座上的微型伸缩机及固定在微型伸缩机上沿旋翼转轴径向对转轴进行锁定的挡块。所述旋翼电机如图2所示，其底部转轴端部呈“梭形”，“梭形”纵轴与安装在电机上的两个旋翼桨叶平行，旋翼轴转角与桨叶转角一致；“梭形”转轴前缘为圆角，便于在挡块上滑动；“梭形”转轴中部为平面，便于与挡块贴合。所述挡块固定安置于微型伸缩机伸缩杆前端，如图3所示，可通过伸缩机伸缩杆前后移动，挡块向前移动与“梭形”转轴接触后迫使转轴旋转，直至“梭形”中部平面与挡块完全贴合，完成锁定；解锁时，微型伸缩机伸缩杆向后移动，带动挡块与转轴脱离接触，直至完全脱离“梭形”转轴旋转范围，解除锁定。所述微型伸缩机，能够通过控制信号驱动伸缩杆前后移动，微型伸缩机为常规技术。

旋翼停转后，其转轴相位角可能是任意角度，因此需要额外设备“迫使”其转动到指定角度，如图4所示，为不同角度桨叶、转轴旋转，挡块运动，转轴锁定和解锁状态示意图。其具体过程如下：旋翼停转后，控制系统给出锁定信号，微型伸缩机开始工作，将挡块推向旋翼电机“梭形”转轴；转轴与挡块接触后，挡块推力给转轴一个绕轴转动的力矩，转轴开始转动；挡块继续前进，当“梭形”转轴中部平面与挡块前缘平面贴合时，挡块停止前进，此时“梭形”转轴达到指定角度并完成锁定；旋翼开始工作前，控制系统给出解锁信号，微型伸缩机开始工作，将挡块从锁定位置拉开，直至完全脱离“梭形”转轴旋转范围，旋翼解锁，可以开始转动。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种垂直起降飞行器的旋翼径向锁定装置，包括旋翼电机、微型伸缩机、挡块、伸缩杆、旋翼桨叶，其特征在于，旋翼电机底部设置有“梭形”转轴，挡块设置在微型伸缩机伸缩杆前端，挡块可沿旋翼转轴径向对转轴进行锁定；所述旋翼电机其底部转轴呈“梭形”；所述微型伸缩机固定设置于旋翼支座上；所述挡块前缘与旋翼电机“梭形”转轴能够完全贴合。

2.根据权利要求1所述的旋翼径向锁定装置，其特征在于，所述旋翼电机其底部“梭形”纵轴与安装在电机上的两个旋翼桨叶平行，旋翼轴转角与桨叶转角一致。

3.根据权利要求2所述的旋翼径向锁定装置，其特征在于，“梭形”前端为便于在挡块上滑动的圆角，“梭形”中部为便于与挡块贴合的平面。

4.根据权利要求1或2或3所述的旋翼径向锁定装置，其特征在于，所述微型伸缩机固定设置于旋翼支座上，并设置于电机转轴侧方。

5.根据权利要求1所述的旋翼径向锁定装置的锁定方法为：

所述挡块固定安置于微型伸缩机伸缩杆前端，可通过伸缩机伸缩杆前后移动，挡块前缘与旋翼电机“梭形”转轴能够完全贴合；

锁定时，挡块向前移动与“梭形”转轴接触后迫使转轴旋转，直至“梭形”中部平面与挡块完全贴合，完成锁定；

解锁时，微型伸缩机伸缩杆向后移动，带动挡块与转轴脱离接触，直至完全脱离“梭形”转轴旋转范围，解除锁定。

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