CN113815851A - 旋翼变向推进装置、直升机及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋翼变向推进装置，包括动力机构，变向翘板旋翼组件，变向斜盘组件，变向驱动组件，中轴组件；本发明通过倾斜静盘使旋转的旋翼桨盘倾斜，控制直升机的横滚和俯仰从而实现飞行器的运动控制，相比于传统的矢量旋翼装置为动力机构与旋翼一同倾斜的系统，操纵机构可以直接对旋翼的桨盘进行倾斜操控，能够减轻操控其旋翼方向的操纵机构的负担。由于整体方案上通过简化结构，使传动结构更加可靠，其制造成本更少，并且相比于普通单桨直升机的旋翼机构，本旋翼机构的机动性更强，响应更快，效率更高，其控制方法更加简单。

Description

旋翼变向推进装置、直升机及控制方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，特别涉及一种旋翼变向推进装置、直升机及控制方法。

背景技术

近十几年来，随着复合材料、动力系统、传感器、尤其是飞行控制等技术的研究进展，无人直升机得到了迅速的发展，正日益成为人们关注的焦点；在无人直升飞机领域，直升无人机成为一种飞行器界的新物种；然而普通直升机其技术已经出现普遍化，发展缓慢，并且此类飞行器的控制方法也相对比较复杂，其结构也相对比较的复杂。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述问题，提供一种旋翼变向推进装置和控制策略。

为达到上述目的，本发明采用的方法是：一种旋翼变向推进装置，包括动力机构，变向翘板旋翼组件，变向斜盘组件，变向驱动组件，中轴组件；

所述的变向翘板旋翼组件包括翘板桨夹、左变向拉杆、右变向拉杆、桨叶以及桨毂；所述的翘板桨夹的中间位置与桨毂的一端铰接，所述的翘板桨夹的两端分别与左变向拉杆和右变向拉杆的一端铰接；所述的上翘板桨夹两端都固定安装有桨叶；

所述的中轴固定组件包括中心连接轴以及与中心连接轴连接的动力驱动器底座，所述的桨毂套设在所述的中心连接轴上，所述动力机构设置在动力驱动器底座上，动力机构与桨毂连接，用于驱动所述的桨毂旋转；

所述的变向斜盘组件包括倾斜静盘和倾斜动盘以及球形轴承，倾斜静盘为环形结构，倾斜动盘套设在倾斜静盘上，并可绕倾斜静盘转动；球形轴承设置在中心连接轴上，所述的球形轴承与倾斜静盘的中间位置铰接；所述的左变向拉杆、右变向拉杆的另一端与倾斜动盘铰接；

所述的变向驱动组件通过驱动机构与倾斜动盘连接，带动变向斜盘组件产生倾斜。

作为本发明的一种优选，所述的倾斜动盘为环形结构，其内环通过轴承与倾斜静盘相互同轴铰接，在倾斜动盘上还设置有两个侧边伸出杆，其中一个侧边伸出杆与左变向拉杆铰接，另一个侧边伸出杆与右变向拉杆铰接。

作为本发明的一种优选，所述的变向驱动组件包括前驱动舵机、左驱动舵机、左驱动力臂、前驱动力臂；驱动机构包括左驱动连杆和前驱动连杆；

所述的左驱动连杆的一端与倾转静盘的伸出杆铰接，另一端与左驱动力臂的一端铰接；所述的前驱动连杆的一端与倾转静盘的伸出杆铰接，另一端与前驱动力臂铰接；

所述的左驱动力臂的另一端与左驱动舵机的扭力输出轴固连；所述的前驱动力臂的另一端与前驱动舵机的扭力输出轴固连。

作为本发明的一种优选，在所述的中心连接轴远离动力驱动器底座的一端设置有驱动器安装底座，所述的前驱动舵机与左驱动舵机分别安装在所述的驱动器安装底座的不同位置，前驱动力臂与左驱动力臂点位的连线与中心连接轴的轴线不交叉。

作为本发明的一种优选，所述的变向斜盘组件还包括用于限制倾斜静盘的方位角度的斜盘方位限制器。

作为本发明的一种优选，所述的斜盘方位限制器为双连杆结构，其一端与所述的倾斜静盘的一侧铰接，另一端与驱动器安装底座的外侧铰接；所述的斜盘方位限制器两端的铰接位置相互一个平面内运动，以限制倾斜静盘的方位角度。

作为本发明的一种优选，所述的动力机构为直驱电机，包括定子和转子；所述动力机构的定子与动力驱动器底座固定安装；所述动力机构的转子与桨毂一端固定连接；所述的变向翘板旋翼组件安装在动力机构的下方；所述的变向斜盘组件安装在变向翘板旋翼组件下方；所述的变向驱动组件安装在变向斜盘组件下方。

本发明还公开了一种矢量共轴旋翼直升机，包括机身以及设置在机身上的旋翼组件，所述的旋翼组件包括两层旋翼变向推进装置，所述的旋翼变向推进装置为上述的旋翼变向推进装置，两层旋翼变向推进装置的结构为上下对称分布。

作为本发明的一种改进，两个的旋翼变向推进装置的中心连接轴之间为一体式结构或者分体式结构；两个的旋翼变向推进装置上的前驱动舵机，左驱动舵机为共用的结构或者单独使用的结构。

本发明还公开了上述一种矢量共轴旋翼直升机的控制方法，包括以下步骤：

两个的旋翼变向推进装置的桨叶反向转动平衡旋翼的反扭距；

通过倾斜静盘使旋转的旋翼桨盘倾斜控制矢量共轴旋翼直升机的横滚和俯仰；

增加或减少桨叶的转速来控制矢量共轴旋翼直升机的升降。

本发明还公开了一种矢量旋翼单桨直升机，包括旋翼变向推进装置、尾桨动力系统以及机身；所述的旋翼变向推进装置安装在机身上方，尾桨动力系统安装在机身尾部，所述的旋翼变向推进装置为上述的旋翼变向推进装置。

本发明还公开了一种矢量旋翼单桨直升机的控制方法，包括以下步骤：

尾桨动力系统平衡旋翼变向推进装置的旋翼所产生的反扭距；

倾斜静盘倾转使旋转的旋翼桨盘倾斜控制矢量共轴旋翼直升机的横滚和俯仰；

增加或减少桨叶的转速来控制矢量旋翼单桨直升机的升降。

有益效果：

本发明通过倾斜静盘使旋转的旋翼桨盘倾斜，控制直升机的横滚和俯仰从而实现飞行器的运动控制，相比于传统的矢量旋翼装置为动力机构与旋翼一同倾斜的系统，操纵机构可以直接对旋翼的桨盘进行倾斜操控，能够减轻操控其旋翼方向的操纵机构的负担。由于整体方案上通过简化结构，使传动结构更加可靠，其制造成本更少，并且相比于普通单桨直升机的旋翼机构，本发明的旋翼变向推进装置的机动性更强，响应更快，效率更高，其控制方法更加简单。

附图说明

图1为本发明用于体现动力机构结构示意图；

图2为本发明的旋翼变向推进装置的结构示意图；

图3为本发明的中轴固定组件结构示意图；

图4为本发明用于体现斜盘限制器的结构示意图；

图5为本发明实施例2的结构示意图；

图6为本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

如图1-4所示的一种旋翼变向推进装置，包括动力机构1，变向翘板旋翼组件2，变向斜盘组件3，变向驱动组件5和中轴组件4。

所述的变向翘板旋翼组件2包括翘板桨夹21，左变向拉杆22，右变向拉杆23，桨叶24,桨毂25。变向斜盘组件3包括倾斜静盘31，倾斜动盘32，前驱动连杆33，左驱动连杆34，球形轴承35，斜盘方位限制器36。

翘板桨夹21的中间位置与桨毂25的一端铰接，所述的翘板桨夹21的两端分别与左变向拉杆22和右变向拉杆23的一端铰接。左变向拉杆22的另一端与倾斜动盘32侧边伸出杆38铰接；所述的右变向拉杆23的另一端与倾斜动盘32另一侧边伸出杆38铰接。所述的上翘板桨夹21两端都固定安装有桨叶24。所述的倾斜动盘32倾斜时带动旋转桨叶24的桨盘倾斜，产生不同方向的升力。

倾斜静盘31和倾斜动盘32为环形结构，通过轴承相互同轴铰接，球形轴承35与倾斜静盘31的中间位置铰接。前驱动连杆33的一端与倾斜静盘31一侧伸出杆37铰接；所述的左驱动连杆34的一端与倾斜静盘31另一侧伸出杆37铰接。

变向驱动组件5包括前驱动舵机51，左驱动舵机52，左驱动力臂53，前驱动力臂54；所述的左驱动连杆34的另一端与左驱动力臂53的一端铰接；所述的前驱动连杆33的另一端与前驱动力臂54铰接；所述的左驱动力臂53的另一端与左驱动舵机52的扭力输出轴固连；前驱动力臂54的另一端与前驱动舵机51的扭力输出轴固连。

中轴组件4包括动力驱动器底座41，中心连接轴42，驱动器安装底座43；所述的驱动器底座41与中心连接轴42的一端固定连接；所述的中心连接轴42的另一端与驱动器安装底座43固定连接；所述的前驱动舵机51与前驱动力臂54分别安装在所述的驱动器安装底座43的不同位置，两个输出力距的点位连线与中心连接轴42的轴线不相交，这样就能保证倾斜静盘31倾转时，能够在不同的方位进行倾转。所述的关节轴承31固定安装在中心连接轴42的中间位置。

动力机构1为直驱电机，包括定子11和转子12；所述动力机构1的定子11通过定子安装座13与动力驱动器底座41固定安装。动力机构1的转子与桨毂25一端固定连接。所述的变向翘板旋翼组件2安装在动力机构1的下方；所述的变向斜盘组件3安装在变向翘板旋翼组件2下方；所述的变向驱动组件5安装在变向斜盘组件3下方。

斜盘方位限制器35为双连杆结构，其一端与所述的倾斜静盘31的一侧铰接，另一端与驱动器安装底座43的外侧铰接。所述的斜盘方位限制器35两端的铰接位置相互一个平面内运动，以限制倾斜静盘31的方位角度。

本实施例的工作原理为：

动力机构1的转子12转动，带动桨毂25转动，进而可以带动与桨毂25铰接的翘板桨夹21转动，进而可以带动与翘板桨夹21连接的桨叶24转动。并且翘板桨夹21转动可以带动左变向拉杆22，右变向拉杆23连同倾斜动盘32一起转动，此时倾斜静盘31是不转动的。

当需要对桨叶24的方向进行调整时，通过倾转驱动组件5的前驱动舵机51以及左驱动舵机52动作，前驱动舵机51通过前驱动力臂54、前驱动连杆33带动倾转静盘31倾转，倾转静盘31与中心连接轴42之间是通过球形轴承35连接，因此左驱动舵机52通过左驱动力臂53、左驱动连杆34带动倾转静盘31实现不同的角度方位的倾转。

倾转静盘31倾转时，会带动倾转动盘32跟随着倾转静盘31一起倾转，此过程中倾转动盘32还会相对于倾转静盘31旋转，倾转动盘32的倾转带动变向翘板旋翼组件2在旋转过程中随着倾转动盘32的倾斜改变桨盘升力方向。

实施例2：

本实施例公开了一种矢量共轴旋翼直升机，如图5所示，包括机身6以及设置在机身6上的旋翼组件，旋翼组件包括上下两层旋翼组件，旋翼组件为实施例1中的旋翼变向推进装置，两层旋翼变向推进装置的结构为上下对称分布。

本实施例的矢量共轴旋翼直升机的控制方法，包括以下步骤：

动力机构1驱动两个的旋翼变向推进装置的桨叶24反向转动平衡旋翼的反扭距；

变向驱动组件5带动倾斜静盘31倾转，使旋转的旋翼桨盘倾斜控制矢量共轴旋翼直升机的横滚和俯仰；

动力机构1增加或减少桨叶24的转速来控制矢量共轴旋翼直升机的升降。

实施例3：

本实施例公开了一种矢量共轴旋翼直升机，本实施例其余都与实施例2相同，不同的是，为了减轻旋翼组件的重量以及体积，进一步地节约成本，本实施例中，将上下两层旋翼变向推进装置共用前驱动舵机51和左驱动舵机52，也就是一个前驱动舵机51和一个左驱动舵机52既驱动上层旋翼变向推进装置中的倾斜静盘31倾转，也驱动下层旋翼变向推进装置中的倾斜静盘31倾转。

本实施例中的矢量共轴旋翼直升机的控制方法与实施例2的矢量共轴旋翼直升机的控制方法相同。

实施例4：

参照图6，本实施例公开了一种矢量旋翼单桨直升机，包括旋翼变向推进装置、尾桨动力系统7以及机身6；旋翼变向推进装置安装在机身6上方，尾桨动力系统7安装在机身6尾部，旋翼变向推进装置为实施例1中的旋翼变向推进装置。

本实施例的矢量旋翼单桨直升机的控制方法如下：

矢量旋翼单桨直升机的尾桨动力系统平衡旋翼变向推进装置的桨叶24所产生的反扭距；

变向驱动组件5带动倾斜静盘31倾转，使旋转的旋翼桨盘倾斜控制矢量共轴旋翼直升机的横滚和俯仰；

动力机构1增加或减少桨叶24的转速来控制矢量共轴旋翼直升机的升降。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种旋翼变向推进装置，其特征在于：包括动力机构（1），变向翘板旋翼组件（2），变向斜盘组件（3），变向驱动组件（5），中轴组件（4）；

所述的变向翘板旋翼组件（2）包括翘板桨夹（21）、左变向拉杆（22）、右变向拉杆（23）、桨叶（24）以及桨毂（25）；所述的翘板桨夹（21）的中间位置与桨毂（25）的一端铰接，所述的翘板桨夹（21）的两端分别与左变向拉杆（22）和右变向拉杆（23）的一端铰接；所述的上翘板桨夹（21）两端都固定安装有桨叶（24）；

所述的中轴固定组件（4）包括中心连接轴（42）以及与中心连接轴连接的动力驱动器底座（41），所述的桨毂（25）套设在所述的中心连接轴（42）上，所述动力机构（1）设置在动力驱动器底座（41）上，动力机构（1）与桨毂（25）连接，用于驱动所述的桨毂（25）旋转；

所述的变向斜盘组件（3）包括倾斜静盘（31）和倾斜动盘（32）以及球形轴承（35），倾斜静盘（31）为环形结构，倾斜动盘（32）套设在倾斜静盘（31）上，并可绕倾斜静盘（31）转动；球形轴承（35）设置在中心连接轴（42）上，所述的球形轴承（35）与倾斜静盘（31）的中间位置铰接；所述的左变向拉杆（22）、右变向拉杆（23）的另一端与倾斜动盘（32）铰接；

所述的变向驱动组件（5）通过驱动机构与倾斜动盘（32）连接，带动变向斜盘组件（3）产生倾斜。

2.根据权利要求1所述的一种旋翼变向推进装置，其特征在于：所述的倾斜动盘（32）为环形结构，其内环通过轴承与倾斜静盘（31）相互同轴铰接，在倾斜动盘（32）上还设置有两个侧边伸出杆（38），其中一个侧边伸出杆（38）与左变向拉杆（22）铰接，另一个侧边伸出杆（38）与右变向拉杆（23）铰接。

3.根据权利要求2所述的一种旋翼变向推进装置，其特征在于：所述的变向驱动组件（5）包括前驱动舵机（51）、左驱动舵机（52）、左驱动力臂（53）、前驱动力臂（54）；驱动机构包括左驱动连杆(34)和前驱动连杆（33）；

所述的左驱动连杆(34)的一端与倾转静盘（31）的伸出杆（37）铰接，另一端与左驱动力臂（53）的一端铰接；所述的前驱动连杆（33）的一端与倾转静盘（31）的伸出杆（37）铰接，另一端与前驱动力臂（54）铰接；

所述的左驱动力臂（53）的另一端与左驱动舵机（52）的扭力输出轴固连；所述的前驱动力臂（54）的另一端与前驱动舵机（51）的扭力输出轴固连。

4.根据权利要求3所述的一种旋翼变向推进装置，其特征在于：在所述的中心连接轴（42）远离动力驱动器底座（41）的一端设置有驱动器安装底座（43），所述的前驱动舵机（51）与左驱动舵机（52）分别安装在所述的驱动器安装底座（43）的不同位置，前驱动力臂（54）与左驱动力臂（53）点位的连线与中心连接轴（42）的轴线不相交。

5.根据权利要求3所述的一种旋翼变向推进装置，其特征在于：所述的变向斜盘组件（3）还包括用于限制倾斜静盘（31）的方位角度的斜盘方位限制器（36）。

6.根据权利要求5所述的一种旋翼变向推进装置，其特征在于：所述的斜盘方位限制器（36）为双连杆结构，其一端与所述的倾斜静盘（31）的一侧铰接，另一端与驱动器安装底座（43）的外侧铰接；所述的斜盘方位限制器（36）两端的铰接位置相互一个平面内运动，以限制倾斜静盘（31）的方位角度。

7.根据权利要求1所述的一种旋翼变向推进装置，其特征在于：所述的动力机构（1）为直驱电机，包括定子（11）和转子（12）；所述动力机构（1）的定子（11）与动力驱动器底座（41）固定安装；所述动力机构（1）的转子（12）与桨毂（25）一端固定连接；所述的变向翘板旋翼组件（2）安装在动力机构（1）的下方；所述的变向斜盘组件（3）安装在变向翘板旋翼组件（2）下方；所述的变向驱动组件（5）安装在变向斜盘组件（3）下方。

8.一种矢量共轴旋翼直升机，其特征在于：包括机身（6）以及设置在机身（6）上的旋翼组件，所述的旋翼组件包括两层旋翼变向推进装置，所述的旋翼变向推进装置为权利要求1-7中任意一项所述的旋翼变向推进装置，两层旋翼变向推进装置的结构为上下对称分布。

9.根据权利要求8所述的一种矢量共轴旋翼直升机，其特征在于：两个的旋翼变向推进装置的中心连接轴（42）之间为一体式结构或者分体式结构；两个的旋翼变向推进装置上的前驱动舵机（51），左驱动舵机（52）为共用的结构或者单独使用的结构。

10.根据权利要求8或9所述的一种矢量共轴旋翼直升机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

两个的旋翼变向推进装置的桨叶（24）反向转动平衡旋翼的反扭距；

通过倾斜静盘（31）使旋转的旋翼桨盘倾斜控制矢量共轴旋翼直升机的横滚和俯仰；

增加或减少桨叶（24）的转速来控制矢量共轴旋翼直升机的升降。

11.一种矢量旋翼单桨直升机，其特征在于：包括旋翼变向推进装置、尾桨动力系统（7）以及机身（6）；所述的旋翼变向推进装置安装在机身（6）上方，尾桨动力系统（7）安装在机身（6）尾部，所述的旋翼变向推进装置为权利要求1-7中任意一项所述的旋翼变向推进装置。

12.根据权利要求11所述的一种矢量旋翼单桨直升机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

尾桨动力系统（7）平衡旋翼变向推进装置的旋翼所产生的反扭距；

倾斜静盘（31）倾转使旋转的旋翼桨盘倾斜控制矢量共轴旋翼直升机的横滚和俯仰；

增加或减少桨叶（24）的转速来控制矢量旋翼单桨直升机的升降。

Images