CN113415438B - 一种适用于外星探测直升机的可折叠机身 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于外星探测直升机的可折叠机身，包括中心件，所述中心件上端用于连接充气式旋翼系统，所述中心件下端用于连接任务装置及起落架；所述中心件侧壁均匀环设有四个能够折叠的支撑翼部件，所述支撑翼部件外侧固定连接有能够充气的涵道气囊。本发明使机身和桨叶均能够进行折叠，从而减少运输时所占用的空间。
Description
技术领域
本发明涉及外星探测直升机技术领域，特别是涉及一种适用于外星探测直升机的可折叠机身。
背景技术
直升机具备垂直飞行的能力，可以在环境未知的外星球环境下飞行，并进行探测任务。但从地球前往外星球的过程需要依赖运载火箭进行运输，因此在运输过程中，需要压缩外星直升机的尺寸便于携带和运输；目前美国的火星直升机——机智号，已经在火星表面实现了飞行，其采用共轴双旋翼构型以解决旋翼的反扭距问题，通过将两副旋翼折叠到一起，可以缩小全机的占用空间；目前机智号采用的共轴直升机，上下两副旋翼反向旋转产生升力的同时平衡旋翼反扭矩，通过交叉重叠以减少占用空间，但桨叶自身无法实现折叠，因此桨叶本身仍然占据一定空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于外星探测直升机的可折叠机身，以解决上述现有技术存在的问题，使机身和桨叶均能够进行折叠，从而减少运输时所占用的空间。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种适用于外星探测直升机的可折叠机身，包括中心件，所述中心件上端用于连接充气式旋翼系统，充气式旋翼系统的操纵仅有总距改变，实现全机的上下飞行，中心件下方可以连接其他任务装置及起落架部件；所述中心件侧壁均匀环设有四个能够折叠的支撑翼部件，所述支撑翼部件外侧固定连接有能够充气的涵道气囊，涵道气囊的材料选取足够薄的铝镁合金，充气后形成涵道外形形状，涵道气囊为可充气外形的涵道结构，用以提高气动效率，进而提高有效载荷。将传统旋翼的操纵方式分开为两部分，旋翼只施加总距操纵，其他的操纵均依赖支撑翼部件实现；支撑翼能够折叠，可以压缩运输时的机体空间，并在外星球降落后展开。
可选的，所述中心件侧壁上均匀设置有四个水平套筒，四个所述水平套筒呈十字型设置于同一平面内，所述水平套筒远离所述中心件的一端开口。
可选的，所述支撑翼部件包括与所述水平套筒转动连接的第一短轴，所述第一短轴远离所述水平套筒的一端固定连接有短翼，短翼一端的端部安装折叠铰，从而连接外侧长翼，且短翼作为操纵的舵面，操纵短翼进而控制长翼，实现操纵；所述短翼远离所述水平套筒的一端通过折叠铰铰接有长翼，通过总距改变进而改变每组长翼短翼上的气动力，实现对全机的操纵；所述长翼远离所述短翼的一端固定设置有第二短轴，所述第二短轴末端用于与所述涵道气囊侧壁固定连接。
可选的，所述水平套筒内设置有一对轴承，用以承担弯矩，且能够实现短轴相对于中心件的旋转；所述第一短轴通过所述轴承转动设置于所述水平套筒内，所述轴承采用向心轴承，水平套筒套在第一短轴上，用以隔开一对向心轴承。
可选的，所述第一短轴上套设有止推轴承，所述止推轴承设置于所述水平套筒远离所述中心件的一端，所述止推轴承外侧设置有轴承盖板；止推轴承用以提供轴向力保证支撑翼部件的连接装配。
可选的，所述涵道气囊充气展开后为环状结构。
本发明的充气式旋翼系统包括充气桨叶，在充气之前，旋翼可以进行充分的折叠，到达目标位置后再进行充气展开，实现旋翼部分的折叠。利用充气式涵道产生附加升力，可以进一步发挥旋翼的气动性能，并结合涵道自身的效果，使直升机在外星环境下也可以产生足够的气动力实现飞行，涵道气囊充气后，同时使得支撑翼部件的舵面展开，本发明的这种充气式结构也可以将运输过程中的机身部分进行足够压缩。一方面气动性能的提升，另一方面充气构型使结构重量下降，因此有足够的重量裕度用以搭载探测设备。为平衡旋翼产生的反扭矩，支撑涵道的支撑翼部件采用翼型设计，并且角度可控，这部分骨架产生两组力偶平衡旋翼的反扭矩，对支撑翼部件的四个舵面施加操控，也可实现对全机的飞行控制。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明采用充气旋翼和充气涵道，可以极大压缩运载过程中的空间。采用充气式的旋翼与涵道，与常规旋翼和涵道相比，重量更轻，同样升力条件下的有效载荷更高。常规旋翼的翼尖部分存在压差阻力，以及桨尖涡的干扰，效率有所削减，采用涵道设计，可以提高旋翼桨尖位置的气动效率，除此以外，涵道本身也可以提供一部分的附加升力，使得全机的气动效率较高。
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。
图1为本发明适用于外星探测直升机的可折叠机身的支撑翼部分折叠状态示意图；
图2为本发明适用于外星探测直升机的可折叠机身的展开状态示意图；
图3为本发明支撑翼部分主视图；
其中，100为适用于外星探测直升机的可折叠机身、1为中心件、2为中心轴、3为涵道气囊、4为水平套筒、5为第一短轴、6为短翼、7为折叠铰、8为长翼、9为第二短轴、10为轴承、11为止推轴承、12为轴承盖板。
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。
本发明的目的是提供一种适用于外星探测直升机的可折叠机身，以解决上述现有技术存在的问题，使机身和桨叶均能够进行折叠，从而减少运输时所占用的空间。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考附图1-附图3所示，本发明提供一种适用于外星探测直升机的可折叠机身100，包括中心件1，中心件1上端用于通过中心轴2连接充气式旋翼系统，充气式旋翼系统展开后的外形结构与常规旋翼结构相同，图中未画出，充气式旋翼系统的操纵仅有总距改变，实现全机的上下飞行，中心件1下方可以连接其他任务装置及起落架部件；中心件1侧壁均匀环设有四个能够折叠的支撑翼部件，支撑翼部件外侧固定连接有能够充气的涵道气囊3，涵道气囊3充气展开后为环状结构，涵道气囊3的材料选取足够薄的铝镁合金，充气后形成涵道外形形状，涵道气囊3为可充气外形的涵道结构，用以提高气动效率，进而提高有效载荷。将传统旋翼的操纵方式分开为两部分，旋翼只施加总距操纵，其他的操纵均依赖支撑翼部件实现；支撑翼部件能够折叠，可以压缩运输时的机体空间，并在外星球降落后展开。
具体的，中心件1侧壁上均匀设置有四个水平套筒4，四个水平套筒4呈十字型设置于同一平面内，水平套筒4远离中心件1的一端开口。支撑翼部件包括与水平套筒4转动连接的第一短轴5，第一短轴5远离水平套筒4的一端固定连接有短翼6，短翼6一端的端部安装折叠铰7，从而连接外侧长翼8，且短翼6作为操纵的舵面，操纵短翼6进而控制长翼8，实现操纵；短翼6远离水平套筒4的一端通过折叠铰7铰接有长翼8，通过总距改变进而改变每组长翼8、短翼6上的气动力，实现对全机的操纵；长翼8远离短翼6的一端固定设置有第二短轴9，第二短轴9末端用于与涵道气囊3侧壁固定连接。
水平套筒4内设置有一对轴承10，用以承担弯矩，且能够实现第一短轴5相对于中心件1的旋转；第一短轴5通过轴承10转动设置于水平套筒4内，轴承10采用向心轴承，水平套筒4套在第一短轴5上，用以隔开一对向心轴承。第一短轴5上套设有止推轴承11，止推轴承11设置于水平套筒4远离中心件1的一端，止推轴承11外侧设置有轴承盖板12，用于保护止推轴承11；止推轴承11用以提供轴向力保证支撑翼部件的连接装配。
本发明在折叠状态下，涵道气囊3为未充气状态，支撑涵道的支撑翼部件也处于折叠状态，充气式旋翼系统的桨叶等也处于未充气状态，从而减小了体积；展开状态下，通过向涵道气囊3充气，结合辅助机构使支撑翼部件展开，充气式旋翼系统通过中间轴安装在中心件1上，通过充气的方式展开。结合外侧的涵道气囊3，产生附加升力，以提高旋翼的气动效率。内侧的支撑翼部件通过施加操纵，用以平衡旋翼的反扭矩。通过调整四个支撑翼部件的角度使每个支撑翼部件上产生不同的力，进而实现对飞行的控制。进一步优选的，可在短翼6与折叠铰7之间安装连杆机构提高刚度，维持展开后的形状。
于另一实施例中，外星球上采用直升机飞行的首要前提是具备气体介质，以火星为例，存在大气环境，但地表环境不明，不具备使用固定翼飞行器的条件，因此直升机是一个很好的探测飞行器构型。为解决直升机旋翼的反扭矩问题，通常是采用尾桨提供一个侧向力实现平衡。若采用涵道式构型，可以在涵道外表面上采用侧向喷气的方式改变局部环量提供气动力实现反扭矩平衡。或者采用桨尖喷气的方式驱动旋翼，这样则不产生反扭矩。但这些方法带来的能量消耗较大，使得飞行器的探测半径缩短。若采用如同机智号一样的共轴旋翼构型，同样可以实现反扭矩平衡，实现航向可控，若进一步实现旋翼折叠，且机身较小也可以压缩全机运载空间。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，而不是指示或暗示所指的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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种适用于外星探测直升机的可折叠机身，其特征在于：包括中心件，所述中心件上端用于连接充气式旋翼系统，所述中心件下端用于连接任务装置及起落架；所述中心件侧壁均匀环设有四个能够折叠的支撑翼部件，所述支撑翼部件外侧固定连接有能够充气的涵道气囊；所述中心件侧壁上均匀设置有四个水平套筒，四个所述水平套筒呈十字型设置于同一平面内，所述水平套筒远离所述中心件的一端开口；所述支撑翼部件包括与所述水平套筒转动连接的第一短轴，所述第一短轴远离所述水平套筒的一端固定连接有短翼，所述短翼远离所述水平套筒的一端通过折叠铰铰接有长翼，所述长翼远离所述短翼的一端固定设置有第二短轴，所述第二短轴末端用于与所述涵道气囊侧壁固定连接。
2.根据权利要求1所述的适用于外星探测直升机的可折叠机身，其特征在于：所述水平套筒内设置有一对轴承，所述第一短轴通过所述轴承转动设置于所述水平套筒内。
3.根据权利要求1所述的适用于外星探测直升机的可折叠机身，其特征在于：所述第一短轴上套设有止推轴承，所述止推轴承设置于所述水平套筒远离所述中心件的一端，所述止推轴承外侧设置有轴承盖板。
4.根据权利要求1所述的适用于外星探测直升机的可折叠机身，其特征在于：所述涵道气囊充气展开后为环状结构。
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