CN113086171A - 直升机共轴双锥旋翼并联手动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，包括旋翼组、并联机构、正反转机构、变锥机构和弹簧；所述旋翼组包括心杆，内、外套，拉杆组，上、下桨叶组，上、下连杆组，上、下环；上、下桨叶组与内、外套上端转动联接；并联机构与旋翼组并联，手操纵曲柄驱动旋翼组摆动与伸缩；正反转机构通过内、外套，上、下大齿轮，介轮和上、下齿轮，驱动共轴双连架旋翼正反旋转；变锥机构通过心杆，上、下环和上、下连杆组改变桨叶与旋翼组轴线的夹角，改变升力和飞行速度。本发明操纵机构简单、轻质，能改变飞行方向、速度和升降飞行，具有航速快、旋翼升力大、反扭矩平衡、结构简单、机身短、重心聚中、气动力对称、回转直径小、稳定性好等优点。

Description

直升机共轴双锥旋翼并联手动装置

技术领域

本发明涉及直升机技术领域，尤其涉及一种直升机共轴双锥旋翼并联手动装置。

背景技术

与传统单旋翼直升机相比，共轴双旋翼直升机有诸多优点,成为引领当今世界直升机发展的先进机型。旋翼系统是直升机最具特色、最为关键的标志性部件。

近年来，在旋翼系统方面的专利有：专利CN101961559B公开了一种航模直升机旋翼支撑装置，利用V型支架吸收直升机产生的震动波，以期减少直升机机体的震颤。专利CN101204992B公开了一种直升机共轴双旋翼转速差动装置，以期实现共轴双旋翼直升机偏航控制。专利CN101376433B公开了一种直升机旋翼操纵方法及系统，利用位于各桨毂支臂的作动器驱动位于桨叶后缘的襟翼，以期实现对旋翼系统的操纵。专利CN103600840B公开了一种共轴直升机旋翼机构，利用上下两组混连机构实现直升机旋翼机构整体对称性，以期提高高速旋转时稳定性。专利CN103407571B公开了一种可主动摆振的直升机旋翼系统，利用该机构使前行桨叶角速度大幅降低、后行桨叶角速度大幅增加，以期降低桨叶在前行后行状态交变中受到的疲劳载荷，主动适应直升机各种不同的飞行状态，提高飞行极速。公开号为CN102030105B的专利公开了一种直接倾斜操纵旋翼直升机，省去传统直升机的桨叶周期变距系统、减速器和尾桨系统，简化直升机结构。

上述现有技术虽各具特色，然而，现有直升机旋翼技术尚存在以下固有缺陷：旋翼航向操纵机构复杂，构件过多，传动链长；共轴双旋翼航向操纵机构更复杂。许多随旋翼主轴回转的构件暴露舱外，废阻面积大，易被损腐；长桨叶易颤振，噪声大；倾斜飞行时，直升机自重对旋翼主轴弯矩较大，旋翼主轴球支座载力弱，不适合高速旋动；机身随旋翼主轴同步摇摆,飞行灵活性差,人易眩晕、难锁定目标；驱动共轴双旋翼正反转的锥齿轮传动噪声高、振动大、制造复杂、载力低、易磨损。上述缺陷是阻碍直升机技术发展的瓶颈，克服这些缺陷，简化旋翼结构，提高飞行速度、承载力和稳定性是直升机领域研究的前沿和热点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，该装置手动操纵机构简单，能改变直升机飞行方向和速度，能升降飞行，具有航行速度快、旋翼升力大、反扭矩平衡、结构简单、重心聚中、气动力对称、回转直径小等特点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，包括旋翼组、并联机构、正反转机构、变锥机构和弹簧；其特征在于所述旋翼组包括心杆、内套、外套、上桨叶组、下桨叶组、上连杆组、下连杆组、上环、下内环、下外环和拉杆组；所述上、下桨叶组包括n个相同桨叶，所述桨叶根端和近根端处设有两个相互平行的横向通孔；所述连杆组包括n个相同连杆，所述连杆两端设有相互平行的横向通孔；所述内套和外套均设有轴心通孔和上端圆凸台，所述内套和外套的圆凸台上设有n个圆周均布的相切圆周通孔，所述内套的圆凸台上还设有n个圆周均布的轴向通孔；所述上环和下外环均设有n个圆周均布的相切圆周通孔；

所述上桨叶组桨叶根端通孔与内套上端圆凸台的相切圆周通孔转动副联接；所述下桨叶组桨叶根端通孔与外套上端圆凸台的相切圆周通孔转动副联接；所述上连杆组的连杆一端通孔与上环的相切圆周通孔转动副联接，另一端与上桨叶组桨叶近根端通孔转动副联接；所述下连杆组的连杆一端通孔与下外环的相切圆周通孔转动副联接，另一端通孔与下桨叶组桨叶近根端通孔转动副联接；所述拉杆组分别穿过内套上端圆凸台的轴向通孔，两端分别与上环和下内环联接；所述内套与外套的轴心通孔转动副联接；所述心杆穿过内套轴心通孔，上端与上环同轴转动副联接；

所述并联机构包括机座、动台、侧分支、中部分支和球套；所述机座设有中心球面通孔、中心凸台、中心圆环槽、侧导杆、中心导杆和下支架横轴；所述中心凸台设置在中心球面通孔上部，所述中心圆环槽设置在中心凸台内部；所述侧导杆分别固连在机座底部一端的左右两侧，所述中心导杆固连在机座底部另一端的中部，且所述侧导杆相对中心导杆对称平行；所述下支架横轴固连在机座前端底部；所述机座与机舱固连；所述动台上方设有圆柱形箱体和三个圆周均布的支座，所述圆柱形箱体设有中心轴向通孔和三个偏心轴向通孔；所述球套设有球面体和与球心相交的通孔，所述球套的球面体与机座的中心球面通孔球副联接，所述球套的通孔与外套圆柱副联接，所述外套下端与动台中心轴向通孔转动副联接；所述侧分支一端与侧导杆移动副联接，另一端与下支架横轴端部转动副联接，且所述侧分支与动台上对应的支座球副联接；所述中部分支一端与中心导杆移动副联接，另一端与下支架横轴中部转动副联接，且所述中部分支与动台上对应的支座转动副联接；所述弹簧两端分别抵在中心圆环槽内端面和圆柱形箱体的上端面；

所述正反转机构设置在圆柱形箱体内部，并分别与圆柱形箱体上的三个偏心轴向通孔转动副联接，且所述内套和外套的下端分别与正反转机构同轴键连接；

所述变锥机构设置在动台底部，且所述心杆的下端与变锥机构的一端移动与转动复合副联接。

进一步的，所述侧分支包括曲柄、推杆、滑块和直杆；所述曲柄设有上、下两个相互平行的通孔和手柄，所述推杆两端设有两个相互平行的通孔，所述滑块设有支座、横向通孔和纵向通孔；所述曲柄的下通孔与下支架横轴端部转动副联接，所述曲柄的上通孔与推杆一端通孔转动副联接；所述推杆另一端通孔与滑块的横向通孔转动副联接，所述滑块的纵向通孔与侧导杆移动副联接，所述直杆两端分别与滑块和动台的支座球副联接。

进一步的，所述中部分支包括曲柄、推杆、滑块和直杆；所述曲柄设有上、下两个相互平行的通孔和手柄，所述推杆两端设有两个相互平行的通孔，所述滑块设有支座、横向通孔和纵向通孔；所述曲柄的下通孔与下支架横轴中部转动副联接，所述曲柄的上通孔与推杆一端通孔转动副联接；所述推杆另一端通孔与滑块的横向通孔转动副联接，所述滑块的纵向通孔与中心导杆移动副联接，所述直杆一端与滑块的支座球副联接，另一端与动台的支座转动副联接。

进一步的，所述正反转机构包括上大齿轮、下大齿轮、介轮、上齿轮、下齿轮和主电机；所述内、外套的下端分别与所述下、上大齿轮同轴键连接；所述上齿轮的轴、下齿轮的轴和介轮的轴与圆柱形箱体上的三个偏心轴向通孔转动副联接，所述下齿轮与下大齿轮啮合，所述上齿轮与上大齿轮啮合，所述介轮分别与上齿轮和下大齿轮啮合；所述主电机分别固连在动台底面两侧，两个所述主电机的驱动轴分别与上齿轮和下齿轮同轴键连接，驱动内套和外套带动上桨叶组和下桨叶组同速正反转。

进一步的，所述变锥机构包括丝杆电机、丝母、摆梁和立柱；所述丝杠电机和立柱与动台底面固连，所述心杆下端与摆梁一端移动与转动复合副联接；所述摆梁中部与立柱转动副联接，丝杠电机的驱动丝杠与丝母螺旋副联接，所述丝母与摆梁另一端移动与转动复合副联接。

进一步的，所述桨叶为纵向长叶片。

进一步的，所述上齿轮、下齿轮、上大齿轮、下大齿轮和介轮均为圆柱斜齿轮。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、驾驶员手操纵曲柄，可以驱动旋翼组3自由度摆动与伸缩，从而改变直升机飞行航向；且操控系统简单、轻质，安全可靠；

2、能够改变直升机飞行方向和速度，能在狭小空间升降飞行，具有航行速度快、旋翼升力大、反扭矩平衡、结构简单、机身短、重心聚中、气动力对称、回转直径小和稳定性好等优点。

附图说明

图1是本发明所提出的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置一个实施例的主视剖面结构示意图；

图2是本发明的俯视结构示意图。

其中，附图标记：1-机座，2-动台，3-上大齿轮，4-下大齿轮，5-上齿轮，6-下齿轮，7-主电机，8-介轮，9-直杆，10-导杆，11-滑块，12-推杆，13-曲柄，14-丝杆电机，15-丝母，16-摆梁，17-立柱，18-心杆，19-内套，20-外套，21-球套，22-弹簧，23-上环，24-下外环，25-上连杆组，26-下连杆组，27-上桨叶组，28-下桨叶组，29-拉杆组，30-下内环，31-中心导杆，32-下支架横轴，33-圆柱形箱体，34-支座，35-手柄。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见附图1和2，给出了本发明所提出的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置的一个实施例的具体结构。所述直升机共轴双变锥旋翼并联手动装置包括旋翼组、并联机构、正反转机构、变锥角机构和弹簧22；其中，所述旋翼组包括心杆18、内套19、外套20、上桨叶组27、下桨叶组28、上连杆组25、下连杆组26、上环23、下内环30、下外环24和拉杆组29；本实施例中，所述上桨叶组27和下桨叶组28均包括四个桨叶，所述桨叶均为常规纵向长叶片；所述桨叶根端和近根端处均设有两个相互平行的横向通孔；所述上连杆组25和下连杆组26均包括四个连杆，所述连杆两端分别设有相互平行的横向通孔；所述内套19和外套20均设有轴心通孔和上端圆凸台，所述内套19和外套20上端的圆凸台上均设有四个圆周均布的相切圆周通孔，且所述内套19上端的圆凸台上还设有四个圆周均布的轴向通孔；所述上环23和下外环24均设有四个圆周均布的相切圆周通孔。

所述上桨叶组27桨叶根端通孔与内套19上端圆凸台的相切圆周通孔转动副联接；所述下桨叶组28桨叶根端通孔与外套20上端圆凸台的相切圆周通孔转动副联接；所述上连杆组25连杆一端的通孔与上环23的相切圆周通孔转动副联接，另一端通孔与上桨叶组27桨叶近根端通孔转动副联接；所述下连杆组26连杆一端的通孔与下外环24的相切圆周通孔转动副联接，另一端通孔与下桨叶组28桨叶近根端通孔转动副联接；所述拉杆组29分别对应穿过内套19上端圆凸台的四个轴向通孔内，且拉杆的两端分别与上环和下内环连接；所述内套19与外套20的轴心通孔转动副联接；所述心杆18穿过内套19的轴心通孔，且心杆18的上端与上环23同轴转动副联接。

所述并联机构包括机座1、动台2、两个侧分支、中部分支和球套21；所述机座1上设有中心球面通孔、中心凸台、中心圆环槽、侧导杆10、中心导杆31和下支架横轴32；所述中心凸台设置在中心球面通孔上部，所述中心圆环槽设置在中心凸台内部；所述侧导杆10分别固连在机座1底部一端的左右两侧，所述中心导杆31固连在机座1底部另一端的中部，且两侧所述侧导杆10相对中心导杆31对称且相互平行；所述下支架横轴32固连在机座1前端底部；所述机座1与机舱固连；所述动台2上方设有圆柱形箱体33和三个圆周均布的支座34，所述圆柱形箱体33设有中心轴向通孔和三个偏心轴向通孔；所述球套21设有球面体和与球心相交的通孔，所述球套21的球面体与机座1的中心球面通孔球副联接，所述球套21的通孔与外套20圆柱副联接，且所述外套20下端与圆柱形箱体33的中心轴向通孔转动副联接，所述内套19下端与动台2转动副联接；所述侧分支分别与侧导杆10对应，其一端与侧导杆10移动副联接，另一端与下支架横轴32端部转动副联接，且所述侧分支与动台2上对应的支座34球副联接；所述中部分支与中心导杆31对应，其一端与中心导杆31移动副联接，另一端与下支架横轴32中部转动副联接，且所述中部分支与动台2上对应的支座34转动副联接；所述弹簧22两端分别抵在中心圆环槽内端面和圆柱形箱体33的上端面之间。

所述侧分支和中部分支均包括曲柄13、推杆12、滑块11和直杆9；所述曲柄13两端设有上、下两个相互平行的通孔，底端设置有手柄35，所述推杆12两端设有两个相互平行的通孔，所述滑块11设有支座、横向通孔和纵向通孔。

其中，在两个侧分支中，两侧所述曲柄13的下通孔分别与下支架横轴32的两个端部转动副联接，所述曲柄13的上通孔与推杆12一端的通孔转动副联接；所述推杆12另一端的通孔与滑块11的横向通孔转动副联接，所述滑块11的纵向通孔与侧导杆10移动副联接，所述直杆9的两端分别与同一侧滑块11和动台2上对应的支座34球副联接。

在所述中部分支中，所述曲柄13的下通孔与下支架横轴32的中部转动副联接，所述曲柄13的上通孔与推杆12一端的通孔转动副联接；所述推杆12另一端的通孔与滑块11的横向通孔转动副联接，所述滑块11的纵向通孔与中心导杆31移动副联接，所述直杆9的一端与滑块11的支座球副联接，另一端与动台2上对应的支座34转动副联接。

所述正反转机构包括上大齿轮3、下大齿轮4、上齿轮5、下齿轮6、两个主电机7和介轮8；上述齿轮均为圆柱斜齿轮，且布置在圆柱形箱体33内，所述内套19的下端与下大齿轮4同轴键连接，所述外套20的下端与上大齿轮3同轴键连接；所述上齿轮5的齿轮轴、下齿轮6的齿轮轴和介轮8的齿轮轴分别与圆柱形箱体33上的三个偏心轴向通孔转动副联接，且所述下齿轮6与下大齿轮4啮合，所述上齿轮5与上大齿轮3啮合，所述介轮8分别与上齿轮5和下大齿轮4啮合；两个所述主电机7分别固连在动台2底面的两侧，且两个所述主电机7的驱动轴分别与上齿轮5和下齿轮6同轴键连接，通过驱动内套19和外套20从而带动上桨叶组27和下桨叶组28同速正反转。

所述变锥机构包括丝杆电机14、丝母15、摆梁16和立柱17；所述丝杠电机14和立柱17与动台2底面固连，所述心杆18的下端与摆梁16一端移动与转动复合副联接；所述摆梁16中部与立柱17转动副联接，所述丝杠电机14的驱动丝杠与丝母15螺旋副联接，所述丝母15与摆梁16的另一端移动与转动复合副联接。

本发明的工作原理在于：由两个PSS型手驱动分支、PUU型手驱动分支和SP型中心共轴双锥旋翼组约束分支与动台2和机座1的联接，构成了直升机共轴双锥旋翼并联手动装置。

所述动台2带动共轴双锥旋翼主轴相对机座1作三自由度伸摆运动，可灵活改变直升机飞行方向；两个发动机通过齿轮组驱动同轴的内套19和外套20相对动台2正反转动，带动上桨叶组27和下桨叶组28正反转动，实现共轴双锥正反转旋翼直升机飞行；所述丝杆电机14通过丝杠、丝母15、摆梁16驱动心杆18沿内套19中心孔往复运动，再通过上环23、下外环24、下内环30、拉杆组29、上连杆组25和下连杆组26驱动所有桨叶同步变锥摆动，改变直升机飞行速度和升力；所述动台2与机座1之间的弹簧22分流旋翼组的载荷至机座1，减少手动驱动分支载荷，增加安全性。本发明可大幅减少传统共轴正反转旋翼直升机随旋翼主轴回转件的数量和废阻面积，增加旋翼升力，平衡反扭矩，减小旋翼回转直径和机身长度，提高飞行稳定性好。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，其特征在于：所述装置包括旋翼组、并联机构、正反转机构、变锥机构和弹簧；其特征在于所述旋翼组包括心杆、内套、外套、上桨叶组、下桨叶组、上连杆组、下连杆组、上环、下内环、下外环和拉杆组；所述上、下桨叶组包括n个相同桨叶，所述桨叶根端和近根端处设有两个相互平行的横向通孔；所述连杆组包括n个相同连杆，所述连杆两端设有相互平行的横向通孔；所述内套和外套均设有轴心通孔和上端圆凸台，所述内套和外套的圆凸台上设有n个圆周均布的相切圆周通孔，所述内套的圆凸台上还设有n个圆周均布的轴向通孔；所述上环和下外环均设有n个圆周均布的相切圆周通孔；

所述上桨叶组桨叶根端通孔与内套上端圆凸台的相切圆周通孔转动副联接；所述下桨叶组桨叶根端通孔与外套上端圆凸台的相切圆周通孔转动副联接；所述上连杆组的连杆一端通孔与上环的相切圆周通孔转动副联接，另一端与上桨叶组桨叶近根端通孔转动副联接；所述下连杆组的连杆一端通孔与下外环的相切圆周通孔转动副联接，另一端通孔与下桨叶组桨叶近根端通孔转动副联接；所述拉杆组分别穿过内套上端圆凸台的轴向通孔，两端分别与上环和下内环联接；所述内套与外套的轴心通孔转动副联接；所述心杆穿过内套轴心通孔，上端与上环同轴转动副联接；

所述并联机构包括机座、动台、侧分支、中部分支和球套；所述机座设有中心球面通孔、中心凸台、中心圆环槽、侧导杆、中心导杆和下支架横轴；所述中心凸台设置在中心球面通孔上部，所述中心圆环槽设置在中心凸台内部；所述侧导杆分别固连在机座底部一端的左右两侧，所述中心导杆固连在机座底部另一端的中部，且所述侧导杆相对中心导杆对称平行；所述下支架横轴固连在机座前端底部；所述机座与机舱固连；所述动台上方设有圆柱形箱体和三个圆周均布的支座，所述圆柱形箱体设有中心轴向通孔和三个偏心轴向通孔；所述球套设有球面体和与球心相交的通孔，所述球套的球面体与机座的中心球面通孔球副联接，所述球套的通孔与外套圆柱副联接，所述外套下端与动台中心轴向通孔转动副联接；所述侧分支一端与侧导杆移动副联接，另一端与下支架横轴端部转动副联接，且所述侧分支与动台上对应的支座球副联接；所述中部分支一端与中心导杆移动副联接，另一端与下支架横轴中部转动副联接，且所述中部分支与动台上对应的支座转动副联接；所述弹簧两端分别抵在中心圆环槽内端面和圆柱形箱体的上端面；

所述正反转机构设置在圆柱形箱体内部，并分别与圆柱形箱体上的三个偏心轴向通孔转动副联接，且所述内套和外套的下端分别与正反转机构同轴键连接；

所述变锥机构设置在动台底部，且所述心杆的下端与变锥机构的一端移动与转动复合副联接。

2.根据权利要求1所述的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，其特征在于：所述侧分支包括曲柄、推杆、滑块和直杆；所述曲柄设有上、下两个相互平行的通孔和手柄，所述推杆两端设有两个相互平行的通孔，所述滑块设有支座、横向通孔和纵向通孔；所述曲柄的下通孔与下支架横轴端部转动副联接，所述曲柄的上通孔与推杆一端通孔转动副联接；所述推杆另一端通孔与滑块的横向通孔转动副联接，所述滑块的纵向通孔与侧导杆移动副联接，所述直杆两端分别与滑块和动台的支座球副联接。

3.根据权利要求1所述的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，其特征在于：所述中部分支包括曲柄、推杆、滑块和直杆；所述曲柄设有上、下两个相互平行的通孔和手柄，所述推杆两端设有两个相互平行的通孔，所述滑块设有支座、横向通孔和纵向通孔；所述曲柄的下通孔与下支架横轴中部转动副联接，所述曲柄的上通孔与推杆一端通孔转动副联接；所述推杆另一端通孔与滑块的横向通孔转动副联接，所述滑块的纵向通孔与中心导杆移动副联接，所述直杆一端与滑块的支座球副联接，另一端与动台的支座转动副联接。

4.根据权利要求1所述的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，其特征在于：所述正反转机构包括上大齿轮、下大齿轮、介轮、上齿轮、下齿轮和主电机；所述内、外套的下端分别与所述下、上大齿轮同轴键连接；所述上齿轮的轴、下齿轮的轴和介轮的轴与圆柱形箱体上的三个偏心轴向通孔转动副联接，所述下齿轮与下大齿轮啮合，所述上齿轮与上大齿轮啮合，所述介轮分别与上齿轮和下大齿轮啮合；所述主电机分别固连在动台底面两侧，两个所述主电机的驱动轴分别与上齿轮和下齿轮同轴键连接，驱动内套和外套带动上桨叶组和下桨叶组同速正反转。

5.根据权利要求1所述的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，其特征在于：所述变锥机构包括丝杆电机、丝母、摆梁和立柱；所述丝杠电机和立柱与动台底面固连，所述心杆下端与摆梁一端移动与转动复合副联接；所述摆梁中部与立柱转动副联接，丝杠电机的驱动丝杠与丝母螺旋副联接，所述丝母与摆梁另一端移动与转动复合副联接。

6.根据权利要求1所述的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，其特征在于：所述桨叶为纵向长叶片。

7.根据权利要求4所述的直升机共轴双锥旋翼并联手动装置，其特征在于：所述上齿轮、下齿轮、上大齿轮、下大齿轮和介轮均为圆柱斜齿轮。

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