CN112389636B - 一种内置整体式桨毂及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于直升机技术领域，公开了一种内置整体式桨毂及控制方法，用集成的内置机构实现桨叶的总距调节和周期变距。本发明包括依次垂直设置在桨毂内的步进电机、摆振激励器、摆振筒和独立的控制盒。由控制盒控制步进电机作动调节总距，控制摆振激励器作动周期变距，省却现有直升机复杂精密的倾斜盘、变距拉杆等机械伺服机构，既大幅减重，又降低成本并提高系统的可靠性和寿命。

Description

一种内置整体式桨毂及控制方法

技术领域

本发明属于直升机技术领域，是一种全新的机构内置、可同时实现旋翼的总距调节和周期变距的整体式桨毂。

背景技术

在无人机邻域异军突起的多旋翼机，是靠多个直驱定距桨的电机变速调节升力改变机体姿态而实现机动飞行，由于定距桨气动效率不佳，并且随着螺旋桨直径增大带来的转动惯量指数级增大到一定程度，就无法再采用变速的方式来改变升力，因而采用定距桨的多旋翼机难以大型化。

直升机旋翼采用恒定转速，靠桨叶总距调节来改变升力，靠桨叶周期变距改变旋翼倾斜方位和角度来机动，从而实现垂直起降、悬停、后退、侧飞等固定翼飞行器不具备的机动性。其核心部件是倾斜盘，但是现有的直升机是靠精密复杂的机械伺服结构来改变倾斜盘的倾转方位和角度，实现桨叶总距调节和周期变距，导致其设计困难、制造复杂、成本高昂、维护麻烦。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种新型的整体式桨毂，其集成步进电机和摆振激励器的内置组件来实现倾斜盘的功能，取代传统直升机复杂的机械伺服机构，降低直升机的设计、制造、维护难度，在大幅减轻重量同时降低生产、使用成本。并因其整体置于封闭桨毂内，不受异物冲击、复杂气流扰动和粉尘盐雾侵蚀，具有可靠性高、抗干扰性好、维护简单、寿命长等优点。

本发明所采用的技术方案为：

一种内置整体式桨毂，包括主壳体，其内从上到下依次设置有摆振筒、摆振激励器和步进伺服电机；所述步进伺服电机通过螺旋机构升降摆振激励器，摆振激励器和摆振筒的摆动带动连杆上下移动，最终转动桨轴。

进一步优选的是，所述摆振筒的环壁上镜像对置有倾斜的变距滑槽，其余部分为镂空结构。

更进一步优选的是，所述螺旋机构是作为步进伺服电机输出轴的螺杆，螺杆插入到摆振激励器的底部螺母内。

更进一步优选的是，所述摆振激励器由步进伺服电机通过螺旋机构升降；摆振激励器上设置有限位滑槽，步进伺服电机上设置有限位柱，摆振激励器上设置有通过其侧壁设置的限位滑槽在限位柱上下滑动。

更进一步优选的是，所述限位柱设置有多个，均匀的分布于步进伺服电机上。

更进一步优选的是，所述摆振激励器和步进伺服电机之间设置有弹簧。

更进一步优选的是，所述摆振激励器是以振镜电机为核心的组件。

更进一步优选的是，所述主壳体上对称的布置有两个桨轴，每个桨轴均穿过桨轴座由卡簧定位。

更进一步优选的是，所述主壳体的上端扣合有上盖。

更进一步优选的是，该内置整体式桨毂由独立设置的控制盒操作，控制盒内设置有以单片机为核心的电路板。

附图说明

图1是本发明的装配示意图；

图2是整体装配示意图；

图3控制逻辑图。

图中：1-摆振筒；101-变距滑槽；2-摆振激励器；201-限位滑槽；3-步进伺服电机；301-螺杆；302-限位柱；303-弹簧；4-桨轴；5-连杆；6-卡簧；7-上壳体；8-下壳体；801-桨轴座；9-导电滑环；10-旋翼传动轴。

具体实施方式

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，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的技术方案。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

在一些例子中，由于一些实施方式属于现有或常规技术，因此并没有描述或没有详细的描述。

此外，本文中记载的技术特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，还可以在一个或多个实施例中以任意合适的方式组合。对于本领域的技术人员来说，易于理解与本文提供的实施例有关的方法的步骤或操作顺序还可以改变。附图和实施例中的任何顺序仅仅用于说明用途，并不暗示要求按照一定的顺序，除非明确说明要求按照某一顺序。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，在合理情况下(不构成自相矛盾的情况下)，均包括直接和间接连接(联接)。

实施例：

如图1-3所示，本实施例的一种内置整体式桨毂，包括主壳体8，其内从上到下依次设置有摆振筒1、摆振激励器2和步进伺服电机3；主壳体8的筒壁上对称布置有两个桨轴4。所述步进伺服电机3通过螺旋机构升降摆振激励器2，摆振激励器2和摆振筒1的摆动带动连杆5上下移动，最终转动桨轴4。主壳体8下端连接直升机旋翼传动轴10。

需要说明的是，所述摆振筒1的环壁上镜像对置有倾斜的变距滑槽101，其余部分为镂空结构，在保证强度的前提下尽可能减轻重量，减小转动惯量。

需要说明的是，所述螺旋机构是作为步进伺服电机3输出轴的螺杆301，螺杆301插入到摆振激励器2的底部螺母内。所述摆振激励器2由步进伺服电机3通过螺旋机构升降；摆振激励器2上设置有限位滑槽201，步进伺服电机3上设置有限位柱302，摆振激励器2上设置有通过其侧壁设置的限位滑槽201在限位柱302上下滑动。

需要说明的是，所述摆振激励器2和步进伺服电机3之间设置有弹簧303，以消除行程间隙。所述主壳体8上对称的布置有两个桨轴4，每个桨轴4均穿过桨轴座801由卡簧6定位。所述主壳体8的上端扣合有上盖7。

本实施例中需要更进一步说明的是，所摆振筒1镜像对置开两道倾斜滑槽，起变距的作用。其变距的原理是：摆振筒开始摆动时，两个桨轴连杆一侧向上一侧向下反向移动，带动桨叶形成差动变距。摆振筒摆动达到最大值是桨毂转过90°，摆振筒摆动回中位是桨毂转过180°，摆振筒摆动达到反向最大值是桨毂转过270°，摆振筒再次回中位是桨毂转过360°，由此桨毂每转一圈，摆振筒的往复摆动带动桨轴拨杆在一个倾斜面上运动，模拟出倾斜盘的作用。

本实施例中需要更进一步说明的是，摆振激励器2是一个以振镜电机为核心的组件，接收控制盒的交变脉冲信号，在指定相位按给定频率、幅度持续摆动，带动摆振筒实现周期变距功能，形成旋翼按设定的方位和角度持续倾转。摆振激励器2内置电子锁，无摆动信号时转轴卡死在中位；接收到摆动信号先解锁，再摆动，防止旋翼在起动、刹车阶段和急加减速时摆振筒偏离中位，造成桨叶差动而失控。

本实施例中需要更进一步说明的是，所述步进伺服电机3优选采用现有的自带减速机构的电机，受控转动角度，通过螺旋机构驱动摆振装置升降。

本实施例中需要更进一步说明的是，整个桨毂通过导电滑环9与控制盒相连，导电滑环内置霍尔传感器，提供桨毂的相位、转速信号。

本实施例中需要更进一步说明的是，控制盒解算出霍尔传感器输入的桨毂转速、相位信号，与输入的倾转方位、倾转角度混合解算出周期变距信号，再编码生成控制摆振激励器的交变信号，通过功率放大模块输出；控制盒通过编程，由输入的油门信号解算出的总距信号，再编码生成控制步进电机的脉冲信号，通过功率放大模块输出。

本实施例的技术可用于尾桨变距，只需步进伺服电机直接驱动螺旋升降机构即可改变桨距。这种尾桨的总距调节方案不限于两个桨轴，还可用于多个桨轴。

本实施例中的技术可用于电动机直驱的直升机，因其是电机变速调节升力，只需周期变距，故这种情况下去掉步进伺服电机和螺杆机构，仅需摆振激励器和摆振筒即可。

同时，因本实施例中整个桨毂可以串在一根轴上转动，因此本发明可用于共轴反桨直升机。由上可见，本发明的实用性很强，适用范围也比较广，值得推广。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内置整体式桨毂，其特征在于：包括主壳体（8），其内从上到下依次设置有摆振筒（1）、摆振激励器（2）和步进伺服电机（3）；所述步进伺服电机（3）通过螺旋机构升降摆振激励器（2），摆振激励器（2）和摆振筒（1）的摆动带动连杆（5）上下移动，最终转动桨轴（4）；所述螺旋机构是作为步进伺服电机（3）输出轴的螺杆（301），螺杆（301）插入到摆振激励器（2）的底部螺母内；所述摆振激励器（2）由步进伺服电机（3）通过螺旋机构升降；摆振激励器（2）上设置有限位滑槽（201），步进伺服电机（3）上设置有限位柱（302），摆振激励器（2）上设置有通过其侧壁设置的限位滑槽（201）在限位柱（302）上下滑动；摆振激励器（2）是一个以振镜电机为核心的组件，接收控制盒的交变脉冲信号，在指定相位按给定频率、幅度持续摆动，带动摆振筒实现周期变距功能，形成旋翼按设定的方位和角度持续倾转；摆振激励器（2）内置电子锁，无摆动信号时转轴卡死在中位，接收到摆动信号先解锁，再摆动，防止旋翼在起动、刹车阶段和急加减速时摆振筒偏离中位，造成桨叶差动而失控；控制盒解算出霍尔传感器输入的桨毂转速、相位信号，与输入的倾转方位、倾转角度混合解算出周期变距信号，再编码生成控制摆振激励器的交变信号，通过功率放大模块输出；控制盒通过编程，由输入的油门信号解算出的总距信号，再编码生成控制步进电机的脉冲信号，通过功率放大模块输出。

2.根据权利要求1所述的一种内置整体式桨毂，其特征在于：所述摆振筒（1）的环壁上镜像对置有倾斜的变距滑槽（101），其余部分为镂空结构。

3.根据权利要求1所述的一种内置整体式桨毂，其特征在于：所述限位柱（302）设置有多个，均匀的分布于步进伺服电机（3）上。

4.根据权利要求1所述的一种内置整体式桨毂，其特征在于：所述摆振激励器（2）和步进伺服电机（3）之间设置有弹簧（303）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种内置整体式桨毂，其特征在于：所述摆振激励器（2）是以振镜电机为核心的组件。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的一种内置整体式桨毂，其特征在于：所述主壳体（8）上对称的布置有两个桨轴（4），每个桨轴（4）均穿过桨轴座（801）由卡簧（6）定位。

7.根据权利要求1所述的一种内置整体式桨毂，其特征在于：所述主壳体（8）的上端扣合有上盖（7）。

8.根据权利要求1所述的一种内置整体式桨毂，其特征在于：该内置整体式桨毂由独立设置的控制盒操作，控制盒内设置有以单片机为核心的电路板。

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