CN113401340A

CN113401340A - 多层摆向旋翼反作用力抗强风飞行器

Info

Publication number: CN113401340A
Application number: CN202110931955.9A
Authority: CN
Inventors: 余新克
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-05-15
Filing date: 2021-08-13
Publication date: 2021-09-17
Also published as: CN113371187A; CN113335510A; CN114368477A

Abstract

本发明公布了一种多层摆向旋转机翼垂直向反作用力抗强风飞行器。现有的旋转机翼飞行器受风速条件影响较大，严重影响了飞行任务的顺利完成，随着电子技术和人工智能的发展，使研制出更先进的飞行器的成为可能。节能模式:下摆向机翼旋转产生向侧上方的升力，通过摆向机翼控制部摆向调节与上摆向机翼协调工作，形成合力飞行。反作用力模式:下摆向机翼旋转产生向侧下方的降力，同时增加上摆向机翼的转速，使飞行器更好的在强风中维持飞行姿态。飞行中两种模式可以相互切换。

Description

多层摆向旋翼反作用力抗强风飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，特别是一种多层旋转机翼垂直向反作用力抗强风飞行器。

背景技术

现有的旋转机翼飞行器，需要顷斜机身进行飞行平移，依靠相对机翼的转速差实现机身转向等特点，对其敏捷性和操控性有很大影响，同时受风速条件影响较大，特别是在强风天气里飞行作业时，会出现机身摇摆不定，或在空中反复打转等情况，严重影响了飞行任务的顺利完成，以及所存在的安全隐患。

随着电子技术和人工智能的发展，使研制出更先进的抗复杂环境的旋转机翼飞行器成为可能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：旋转机翼飞行器的抗强风等问题。本发明解决其技术问题的解决方案是：设计一种多层摆向旋转机翼反作力飞行器。

机身结构包括了机舱主控部、上层机翼摆向控制部、下层机翼摆向控制部、上层机翼、下层机翼。

此飞行器可以是两层机翼（或者两层以上）的结构，以此利用杠杆原理形成抗风结构。利用下层机翼旋转产生的降力，维持飞行器在强风中的飞行姿态。

由于此飞行器利用了旋转机翼降力，可以让机翼的转速极大的超过传统旋翼飞行器的机翼转速，使飞行器在强风中具有更加强力和敏捷的调节姿态能力。

此种原理的飞行器结构不受控制机翼数量的影响，可以研制出多种的上下机翼布局的外观形态。

此飞行器利用了摆向机翼控制布局，使其区别于传统飞行器，可以在飞行时不顷斜机身飞行，可以不需要依靠相对机翼的转数差，实现自转和飞行中的转向，使其更好的应对强风天气。

为了更加合理的利用能量，飞行器采用了节能模式和反作用力模式，在飞行中两种模式可以相互切换。

机身自动化控制和摆向机翼控制部的描述:位于机舱主控部的微电脑依据传感器（飞行陀螺仪、水平仪、卫星定位模块、限位器等）读取的各项飞行数据，同时控制气缸、液压缸、电缸或电机控制的连带机构等，通过搭配轴承、转向节、万向节等间接对机翼的连带推动，使机翼形成不同方向的摆动，实现对飞行姿态的自动化调整。

各摆向机翼5、6可使用独立的摆向机翼控制部2、3（如图1-3类似结构），也可以依靠机身内部空间的连带布置让机身的多个摆向机翼5、6共用一套摆向机翼控制部（如图4-6类似结构），更有利于简化飞行器的内部操作控制。

位于机舱主控部1的压力泵通过管路连接电磁压力换向阀，实现气缸、液压缸控制杆的伸缩，微电脑控制电磁压力换向阀的锁紧和压力换向，实现对机翼的摆向控制。

附图说明

图1、图2、图3为本发明独立摆向机翼控制部的飞行器示意图；

图4、图5、图6为本发明共用摆向机翼控制部的飞行器示意图；

图7为独立摆向机翼控制部的飞行器内部优选实例示意图；

图8、图9为共用摆向机翼控制部的飞行器内部优选实例示意图（侧视图+顶视图）；

图10为节能模式或反作用力模式时机身平移的受力图（侧视+顶视图）；

图11为节能模式或反作用力模式时机身自转和飞行中转向的受力图（侧视+顶视图）。

图10和图11中的箭头表示上摆向机翼、下摆向机翼、机身重力的合力方向，56为节能模式时形成的合力，57为反作力模式时形成的合力，图中机翼摆向的方向对应合力箭头的方向而改变。

具体实施方式

如图1-6（类似的多层旋翼结构原理）：

结构:(1)机舱主控部、(2)上摆向机翼控制部、 (3)下摆向机翼控制部、 (5)上摆向机翼、 (6)下摆向机翼。

节能模式:下摆向机翼6旋转产生向侧上方的升力，此时可以采用不需要摆向机翼控制部2、3参与摆向调节的传统飞行方式，也可以采用依靠摆向机翼控制部2、3摆向调节与上摆向机翼5形成协调工作的节能抗风飞行方式。

反作用力模式:下摆向机翼6旋转产生向侧下方的降力，同时增加上摆向机翼5的转速，此时整机旋转机翼的转速可以不受限制的增加，机身垂直方向上的两端就会形成一个向上和向下的强拉力（反作用力），由于杠杆原理，机身就不容易在强风中发生偏转。

在反作用力模式下，上下摆向机翼5、6通过摆向协调工作，以及旋转机翼的高转速所产生的强力急调效果，随机对风向的改变做出极速调节，使飞行器更好的在强风中维持飞行姿态。

在起飞前或飞行中节能模式和反作用力模式可相互切换。

在反作用力模式下，可以采用不需要摆向机翼控制部2、3参与摆向调节的传统飞行方式，也可以采用依靠摆向机翼控制部的摆向调节，通过上下摆向机翼5、6摆向所形成的夹角合力控制机身的平移和转向等的飞行方式。

飞行器内部结构的优选实例：

一. 独立摆向机翼控制部的飞行器内部优选实例（如图7）：

（7）a角转向节、（8）万向节、（9）电机或燃料发动机、（10）气缸、（11）万向节、（12）主轴轴承、（13）控制杆、（14）漫反射盘、（15）漫反射传感器、（36）气压泵、（37）电磁换向气压阀、（38）微电脑、（51）气压管路、（55）控制线路。

一个独立摆向机翼配有两只气缸对其连带推动，分别在x向和y向对其推动摆向（图7）。当需要摆向机翼x向摆动时，微电脑38集成陀螺仪、高度计、水平仪、卫星定位、等模块和飞行控制程序直接控制电磁换向气压阀37的锁紧和气压换向，通过气压管路51使气压缸10的控制杆13伸缩，连带a角转向节7和主轴轴承12，配合万向节8和11的随意摆动，实现对上方机翼的连带摆向控制。在需要y向摆动时原理同上。

在飞行器机身有多个独立摆向机翼控制部时，当需要实现机身节能模式或反作用力模式下的平移时，（如图10）所示，当需要实现飞机器节能模式或反作用力模式下的原地自转或飞行中飞行方向的控制时，（如图11）所示。

漫反射传感器 15（图7）通过导线连接于微电脑38，当漫反射盘14接近其中某一只漫反射传感器15时，微电脑38收到触发信号同时控制反射盘14不再接近这只漫反射传感器15；当反射盘 14远离另一只漫反射传感器时，微电脑38收到其触发信号，同时控制反射盘14不再远离另一只漫反射传感器，实现对摆向机翼摆向范围的控制。

由于结构特点，任意一只气缸推动所产生的误差，由另一只气缸根据预先设置的微电脑38纠正程序和实时的飞行姿态数据做出调整。

二. 共用摆向机翼控制部的飞行器内部优选实例（如图8、图9）：

.（19）b角转向节、（20）气缸、（21）控制杆、(22) 万向节、(23) 转向轴承、(25)转向支架、（26）气缸、（27）万向节、（28）万向节、（29）、控制杆、（30）机翼连动架、（31）轴承、（32）漫反射传感谢器。

转向支架25固定连接于转向轴承23的外圈，机翼连动架30通过圆轴固定连接于转向轴承23的内圈。机翼连动架30接于轴承31（图9）的外圈，a角转向节通过圆轴接于轴承31的内圈，轴承31使a角转向节7（图9）相对于机翼连动架30自旋。

共用摆向机翼控制部的飞行器平移时，依靠x向和y向两组气缸的连带机构（图9）。当需要实现机身节能模式或反作用力模式下x向机身的平移时，微电脑38集成陀螺仪、高度计、水平仪、卫星定位、等模块和飞行控制程序直接控制电磁换向气压阀37的锁紧和气压换向，通过气压管路51使气压缸20的控制杆21伸缩，连带b角转向节19和转向轴承23，配合万向节22的任意摆动和轴承31（图9）的防扭作用，机翼连动架30平推机身接连的多个摆向机翼，使机翼形成一定的角度摆向，此时多层机翼结构中的另一层也进行相同结构的操作，可以实现机身的x向平移（如图10）。当需要实现机身的y向平移时原理同上。

共用摆向机翼控制部的飞行器转向时，依靠有一组气缸的连带机构。当需要实现机身节能模式或反作用力模式下的转向时，气缸26（图8）的控制杆29伸长或缩短，机翼连动架30扭推机身的多个接连的摆向机翼，此时多层机翼结构中的另一层也进行相同结构的操作，可以实现机身的转向(如图11)。

在实现节能模式下的平移和自转时，不同层的机翼连动架30平推和扭推时的方向相反。在实现反作用力模式下的平移和自转时，不同层的机翼连动架30平推和扭推时的方向相同。在平移操作时，气缸26连带机构随机翼连动架30一起平移。

在飞行器内部结构的优选实例里：机翼连动架30把各个机翼连接在一起摆向工作，其代替了控制杆13（图7）的位置和功能，通过轴承31（图9）的防扭作用，连接于a角转向节7（图7）。

当机翼连动架30的末端靠近漫反射传感器31（图9）当中的某一只时，微电脑收到其触发信号，同时控制机翼连动架30的末端不再靠近漫反射传感谢器31（图9），实现对摆向机翼摆向范围的控制。（漫反射传感器31所具有的功能作用可以由机械限位开关代替）。

飞行程序的基本控制顺序是先控制机身的平衡和实现四面八方的平移，同时保持机身的不自转和不换向，使机翼连动架30处于非扭转状态。在需要自转和换向时减慢机身平移的速度，使漫反射传感器31处于非触发状态，再实现自转和换向，避免气缸同时操作机翼连动架30这同一部件，而造成操作占位。

微电脑38可以通过控制气压换向阀的开合时间来控制机翼的摆向幅度大小，可以根据飞行姿态数据对操作误差进行调节。

以上的优选实例中，气缸可以由液压缸、电缸或电机控制的连带机构等代替。用气缸的特点是操作反应迅速，用电缸的特点是伸缩精度高误差小。

在上述飞行器自动化控制的基础上实现有人驾驶或远程控制。

飞行器的飞行高度的升高和降低可以由上摆向机翼和下摆向机翼的转速差控制，也可以在机翼转数不变的情况下，通过机翼摆向来完成对其的控制，旋翼可以由电机或燃料发动机驱动旋转。

Claims

1.一种能让飞行器抗强风的结构原理，节能模式:下摆向机翼（6）旋转产生向侧上方的升力，此时可以采用不需要摆向机翼控制部（2、3）参与摆向调节的传统飞行方式，也可以采用依靠摆向机翼控制部摆向调节与上摆向机翼（5）形成协调工作的节能抗风飞行方式。

2.反作用力模式:下摆向机翼（6）旋转产生向侧下方的降力，同时增加上摆向机翼（5）的转速，此时整机旋转机翼的转速可以不受限制的增加，机身垂直方向上的两端就会形成一个向上和向下的强拉力（反作用力），在杠杆原理的作用下，机身就不容易在强风中发生偏转。

3.在反作用力模式下，可以采用不需要摆向机翼控制部（2、3）参与摆向调节的传统飞行方式，也可以采用依靠摆向机翼控制部（2、3）摆向调节，通过上下摆向机翼（2、3）摆向所形成的夹角合力控制机身的平移和转向等的飞行方式，此时旋转机翼的高转速所产生的强力急调效果，随机对风向的改变做出极速调节，更好的控制飞行器的飞行姿态，飞行中可以与权力1中的节能模式相互切换。

4.如权利要求1、3所述的一种摆向机翼控制部（2、3），其特征在于：微电脑依据传感器读取的各项飞行数据，同时控制气缸、液压缸、电缸或电机控制的连带机构等，通过轴承、转向节、万向节等间接对机翼的连带推动，使机翼形成不同方向的摆动。

5.各摆向机翼（5、6）可使用独立的摆向机翼控制部，也可以依靠机身内部空间的连带布置让机身的多个摆向机翼共用一套摆向机翼控制部，更有利于简化飞行器的内部操作控制。

6.位于机舱主控部（1）的压力泵通过管路连接电磁压力换向阀，实现气缸、液压缸控制杆的伸缩，微电脑控制电磁压力换向阀的锁紧和压力换向，实现对机翼的摆向控制。

7.在节能模式或反作用力模式下，气缸（20）连带机构平推机翼连动架（30），通过轴承（31）的防扭作用，再通过a角转向节（7）（图7）间接的推动机身的多个摆向机翼，实现机身的平移，气缸（26）连带机构扭推机翼连动架（30），实现机身的转向;在平移操作时，气缸（26）连带机构随机翼连动架（30）一起平移,气缸可以由液压缸、电缸或电机控制的连带机构等代替。

8.在上述飞行器自动控制的基础上实现有人驾驶或远程控制。

9.飞行器的旋翼可以由电机或燃料发动机驱动旋转。