CN114590400B - 一种共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法，包括上旋翼、下旋翼，中间旋翼和翼帆；上旋翼包括四个上旋翼桨叶，下旋翼包括四个下旋翼桨叶，中间旋翼包括四个中间旋翼桨叶；所有的上旋翼桨叶连接于桨毂内轴的一端，所有的下旋翼桨叶连接于桨毂内轴的另一端；桨毂内轴上套设桨毂外轴，所有的中间旋翼桨叶与桨毂外轴连接；相对应的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶之间连接翼帆；各旋翼桨叶上均设有后缘小翼和后缘小翼作动器；上旋翼桨叶和下旋翼桨叶上设有翼帆作动器；桨毂外轴上设有旋翼方位角传感器；翼帆作动器、后缘小翼作动器和旋翼方位角传感器连接控制模块。旋翼结构简单，易于控制，无需使直升机倾斜进行姿态改变，控制精度高且稳定性好。

Description

一种共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法

技术领域

本发明涉及直升机的旋翼结构领域，特别是涉及一种共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法。

背景技术

现有绝大部分共轴、单旋翼带尾桨的直升机实现前/后飞和侧飞控制，主要是通过改变旋翼倾斜盘，从而使整个旋翼平面前/后倾斜或左/右倾斜，利用升力分力实现共轴类旋翼类直升机前/后飞和侧飞，而采用倾斜盘的直升机需配套复杂的机械装置和液压系统，稳定飞行操纵难度大，所以说现有通过改变旋翼倾斜盘实现直升机不同姿态变换的控制方式不易操作，影响直升机飞行的稳定性。基于此，本发明提供一种共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法，设置了上旋翼、下旋翼、中间旋翼、各旋翼上的后缘小翼作动器、翼帆作动器和旋翼方位角传感器的结构，仅通过控制上旋翼、下旋翼的翼帆作动器的推/拉运动、各旋翼上的后缘小翼作动器实现整个旋翼结构进行不同姿态的变换，无需使直升机倾斜进行姿态改变，旋翼结构简单，易于控制，基于该旋翼结构的直升机能够实现稳定飞行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种共轴带翼帆式旋翼结构，包括上旋翼、下旋翼、中间旋翼和翼帆；

所述上旋翼包括四个上旋翼桨叶，所述下旋翼包括四个下旋翼桨叶，所述中间旋翼包括四个中间旋翼桨叶；所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶一一对应；每一所述中间旋翼桨叶设于相邻的两个所述上旋翼桨叶之间的区域；

所有的所述上旋翼桨叶连接于桨毂内轴的一端，所有的所述下旋翼桨叶连接于所述桨毂内轴的另一端；所述桨毂内轴上套设有桨毂外轴，所有的所述中间旋翼桨叶与所述桨毂外轴连接；每一相对应的所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶之间连接一所述翼帆；所述桨毂内轴与所述桨毂外轴的旋转方向相反；

每一所述上旋翼桨叶、每一所述下旋翼桨叶和每一所述中间旋翼桨叶上均设有后缘小翼和后缘小翼作动器；每一所述上旋翼桨叶和每一所述下旋翼桨叶上还设有翼帆作动器；

所述桨毂外轴靠近所述上旋翼桨叶的一端设有旋翼方位角传感器；

每一所述翼帆作动器、每一所述后缘小翼作动器和所述旋翼方位角传感器均连接控制模块。

一种共轴带翼帆式旋翼结构的控制方法，包括：

驱动桨毂内轴带动上旋翼的上旋翼桨叶和下旋翼的下旋翼桨叶旋转，驱动桨毂外轴带动中间旋翼的中间旋翼桨叶旋转；所述上旋翼桨叶的旋转方向与所述中间旋翼桨叶的旋转方向相反；所述上旋翼桨叶的旋转与所述下旋翼桨叶的旋转为同向同速旋转；

控制上旋翼后缘小翼作动器、下旋翼后缘小翼作动器和中间旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动上旋翼后缘小翼、下旋翼后缘小翼和中间旋翼后缘小翼向下或向上偏转，从而带动所述上旋翼、所述下旋翼、所述中间旋翼和翼帆构成的所述旋翼结构做向上或向下运动；所述上旋翼后缘小翼作动器为上旋翼桨叶的后缘小翼作动器，所述下旋翼后缘小翼作动器为下旋翼桨叶的后缘小翼作动器，所述上旋翼后缘小翼为上旋翼桨叶的后缘小翼，所述下旋翼后缘小翼为下旋翼桨叶的后缘小翼；

利用旋翼方位角传感器获取所述上旋翼桨叶的方位角信息；定义与机身平行的旋翼桨叶分别处于0度方位角和180度方位角，与机身垂直的旋翼桨叶分别处于90度方位角和270度方位角，四个方位角沿逆时针方向依次增大；

根据所述上旋翼桨叶的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆和所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼偏转，从而带动所述旋翼结构做不同姿态的运动，所述不同姿态的运动包括左右运动或前后运动或俯仰运动或滚转运动或偏航运动。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明涉及一种共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法，包括上旋翼、下旋翼，中间旋翼和翼帆；上旋翼包括四个上旋翼桨叶，下旋翼包括四个下旋翼桨叶，中间旋翼包括四个中间旋翼桨叶；所有的上旋翼桨叶连接于桨毂内轴的一端，所有的下旋翼桨叶连接于桨毂内轴的另一端；桨毂内轴上套设桨毂外轴，所有的中间旋翼桨叶与桨毂外轴连接；相对应的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶之间连接翼帆；各旋翼桨叶上均设有后缘小翼和后缘小翼作动器；上旋翼桨叶和下旋翼桨叶上设有翼帆作动器；桨毂外轴上设有旋翼方位角传感器；翼帆作动器、后缘小翼作动器和旋翼方位角传感器连接控制模块。构成的旋翼结构简单，易于控制，无需使直升机倾斜进行姿态改变，控制精度高且稳定性好。本发明的旋翼结构具有结构简单，控制精度高，稳定性好，制造难度低等优点。

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为本发明实施例1提供的一种共轴带翼帆式旋翼结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种共轴带翼帆式旋翼结构侧视图；

图3为本发明实施例1提供的桨毂内轴和桨毂外轴结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的上旋翼桨叶结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的一种共轴带翼帆式旋翼结构俯视图；

图6为本发明实施例2提供的一种共轴带翼帆式旋翼结构的控制方法流程图。

附图标记：

1-上旋翼；11-上旋翼桨叶；12-上旋翼后缘小翼；2-下旋翼；21-下旋翼桨叶；22-下旋翼后缘小翼；3-中间旋翼；31-中间旋翼桨叶；32-中间旋翼后缘小翼；4-翼帆；5-桨毂内轴；6-桨毂外轴；7-旋翼方位角传感器；8-控制模块。

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共轴带翼帆式旋翼结构及其控制方法，通过控制上旋翼、下旋翼的翼帆作动器的推/拉运动，改变翼帆受力方向，以及控制上旋翼、下旋翼和中间旋翼的后缘小翼作动器实现整个旋翼结构进行不同姿态的变换，该旋翼结构简单，易于控制，控制较为精准，且通过该旋翼结构无需使直升机倾斜进行姿态改变，基于该旋翼结构的直升机能够实现稳定飞行

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。

实施例1

如图1和2所示，本实施例提供一种共轴带翼帆式旋翼结构，包括上旋翼1、下旋翼2，中间旋翼3和翼帆4；

其中，上旋翼1、下旋翼2和中间旋翼3构成的结构是轴对称结构(这里不考虑后缘小翼的设置)。

所述上旋翼1包括四个上旋翼桨叶11，所述下旋翼2包括四个下旋翼桨叶21，所述中间旋翼3包括四个中间旋翼桨叶31；所述上旋翼桨叶11和所述下旋翼桨叶21一一对应；每一所述中间旋翼桨叶31设于相邻的两个所述上旋翼桨叶11之间的区域；

所有的所述上旋翼桨叶11连接于桨毂内轴5的一端，所有的所述下旋翼桨叶21连接于所述桨毂内轴5的另一端；所述桨毂内轴5上套设有桨毂外轴6，所有的所述中间旋翼桨叶31与所述桨毂外轴6连接；每一相对应的所述上旋翼桨叶11和所述下旋翼桨叶21之间连接一所述翼帆4；也就是说，翼帆4的一端连接上旋翼桨叶11另一端连接下旋翼桨叶21，对于翼帆4与上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21的连接点可以根据需求调整，但优选的可以将翼帆4安装在上旋翼1和下旋翼2的半径四分之三处，即上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21的长度的四分之三处。四个翼帆4采用的是轴对称结构。

所述桨毂内轴5与所述桨毂外轴6的旋转方向相反；这样桨毂内轴5可以同时带动上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21同向旋转，桨毂外轴6带动中间旋翼桨叶31向着与上旋翼桨叶11转方相反的方向转动，以平衡上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21产生的反扭矩。

每一所述上旋翼桨叶11、每一所述下旋翼桨叶21和每一所述中间旋翼桨叶31上均设有后缘小翼和后缘小翼作动器；可通过控制各旋翼桨叶的后缘小翼作动器来作动各旋翼桨叶的后缘小翼，从而改变每片旋翼桨叶所受升力大小；

每一所述上旋翼桨叶11和每一所述下旋翼桨叶21上还设有翼帆作动器；可在上旋翼1和下旋翼2靠近翼帆4连接处，均安装有翼帆作动器(图中未示出)，可改变翼帆4与相对来流的角度；

如图3所示，所述桨毂外轴6靠近所述上旋翼桨叶11的一端设有旋翼方位角传感器7；

每一所述翼帆作动器、每一所述后缘小翼作动器和所述旋翼方位角传感器7均连接控制模块8。控制模块8与各旋翼桨叶上的后缘小翼作动器、上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21上的翼帆作动器、旋翼方位角传感器7相连，能够控制后缘小翼作动器、翼帆作动器作动；

将上旋翼桨叶11、下旋翼桨叶21和中间旋翼桨叶31均设置为中空结构，即各旋翼桨叶内部为空腔；如图4所示，可以将翼帆作动器对应的设于上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21的空腔内，同样的后缘小翼作动器也可以对应的设于上旋翼桨叶11、下旋翼桨叶21和中间旋翼桨叶31的空腔内。

为了在调整上旋翼1和下旋翼2时，上旋翼1和下旋翼2的偏转相同，利用调整整个旋翼结构的不同姿态，可以要求上旋翼1结构和下旋翼2结构相同，所以在设置后缘小翼时，要求所述上旋翼桨叶11上的后缘小翼与所述下旋翼桨叶21上的后缘小翼一一对应，同时还可以要求所述中间旋翼桨叶31上的后缘小翼的位置与所述上旋翼桨叶11上的后缘小翼的位置相反。为了便于后续介绍，将上旋翼桨叶11的后缘小翼作动器记为上旋翼后缘小翼作动器(图中未示出)，下旋翼桨叶21的后缘小翼作动器记为下旋翼后缘小翼作动器(图中未示出)，上旋翼桨叶11的后缘小翼记为上旋翼后缘小翼12，下旋翼桨叶21的后缘小翼记为下旋翼后缘小翼22；如图1所示，上旋翼后缘小翼12和下旋翼后缘小翼22位置相同，分别设置在上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21的同一侧，且上旋翼后缘小翼12设于上旋翼桨叶11侧边中间的位置。

对于各旋翼桨叶的设置位置，可以要求四个所述上旋翼桨叶11围绕所述桨毂内轴5周向间距90度分布；所述中间旋翼桨叶31与相邻的两个所述上旋翼桨叶11的夹角相同。根据图5示出的旋翼结构的俯视图可以看出，上旋翼桨叶11和下旋翼桨叶21从俯视角度看出是重叠状态，两个相邻上旋翼桨叶11之间有一中间旋翼桨叶31，相邻两个中间旋翼桨叶31之间的夹角为90度。

本实施例中，由于设置的旋翼结构的主要结构仅为上旋翼1、下旋翼2和中间旋翼3以及翼帆4，结构简单，结构尺寸也较小，能够克服常规直升机旋翼结构尺寸大、旋翼结构复杂、旋翼控制操纵困难的技术问题，本实施例中的共轴带翼帆式旋翼结构可通过上旋翼1、下旋翼2的翼帆作动器的推/拉运动，改变翼帆4受力方向，实现直升机前/后飞和侧飞，结构相对简单的同时，控制也较为精准，且无需使直升机倾斜进行姿态改变，改善了人员乘坐体验。

实施例2

如图6所示，本实施例提供一种共轴带翼帆式旋翼结构的控制方法，包括：

步骤S1：驱动桨毂内轴5带动上旋翼1的上旋翼桨叶11和下旋翼2的下旋翼桨叶21旋转，驱动桨毂外轴6带动中间旋翼3的中间旋翼桨叶31旋转；所述上旋翼桨叶11的旋转方向与所述中间旋翼桨叶31的旋转方向相反；所述上旋翼桨叶11的旋转与所述下旋翼桨叶21的旋转为同向同速旋转；

共轴带翼帆式旋翼结构启动时，由外接驱动装置带动桨毂内轴5和桨毂外轴6，带动上旋翼1和下旋翼2顺时针旋转(若为逆时针转动，则中间旋翼3的转动方向为顺时针)，中间旋翼3逆时针转动，此时各旋翼产生升力；

步骤S2：控制上旋翼后缘小翼作动器、下旋翼后缘小翼作动器和中间旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动上旋翼后缘小翼12、下旋翼后缘小翼22和中间旋翼后缘小翼32向下或向上偏转，从而带动所述上旋翼1、所述下旋翼2、所述中间旋翼3和翼帆4构成的所述旋翼结构做向上或向下运动；所述上旋翼后缘小翼作动器为上旋翼桨叶11的后缘小翼作动器，所述下旋翼后缘小翼作动器为下旋翼桨叶21的后缘小翼作动器，所述上旋翼后缘小翼12为上旋翼桨叶11的后缘小翼，所述下旋翼后缘小翼22为下旋翼桨叶21的后缘小翼；

所以说，需要共轴带翼帆式旋翼结构作上下运动时，由控制模块8控制上、下和中间旋翼3的后缘小翼作动器产生推/拉，使得后缘小翼向下/向上偏转，各旋翼所受升力增加/减小，可实现共轴带翼帆式旋翼结构上/下运动；

步骤S3：利用旋翼方位角传感器7获取所述上旋翼桨叶11的方位角信息；

定义与机身平行的旋翼桨叶分别处于0度方位角和180度方位角，与机身垂直的旋翼桨叶分别处于90度方位角和270度方位角，四个方位角沿逆时针方向依次增大；

步骤S4：根据所述上旋翼桨叶11的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆4和所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22偏转，从而带动所述旋翼结构做不同姿态的运动，所述不同姿态的运动包括左右运动或前后运动或俯仰运动或滚转运动或偏航运动。本实施例的控制方法能够对旋翼结构进行六自由度的控制。

其中，(1)为实现共轴带翼帆式旋翼结构做左右运动，步骤S4具体包括：

当所述上旋翼桨叶11的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶11分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆4的迎角，使90度方位角和270度方位角的所述翼帆同时受向左的气动分力，使0度和180度方位角的所述翼帆4受向前或向后的气动力；

控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22向下或向上偏转，从而带动所述旋翼结构向左运动；

控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆4的迎角，使90度方位角和270度方位角的所述翼帆4同时受向右的气动分力，使0度和180度方位角的所述翼帆4受向前或向后的气动力；

控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22向下或向上偏转，从而带动所述旋翼结构向右运动。

所以说，需要共轴带翼帆式旋翼结构做左/右运动时，由旋翼方位角传感器7将各旋翼方位信号发送至控制模块8，由控制模块8控制翼帆作动器推/拉，使得翼帆4偏转，改变了翼帆迎角，使90度和270度方位角的翼帆4同时受向左/右的气动分力，而0度和180度方位角的翼帆4受向前或后的气动力，用于平衡90度和270度方位角的翼帆4的前后方向的气动分力，同时由于上旋翼1、下旋翼2转动方向为顺时针方向(若为逆时针转动，则中间旋翼3的转动方向为顺时针)，中间旋翼3为逆时针方向，在结构向左/右运动过程中，270-0-90度区域为前/后行区，90-180-270度区域为后/前行区，如图5所示，由控制模块8控制0度方位角和180度方位角的上下旋翼桨叶21后缘小翼作动器，使得后缘小翼向下/向上偏转，0度方位角和180度方位角的上下旋翼桨叶21所受升力增加/减小，可实现共轴带翼帆式旋翼结构左/右运动；

(2)为实现共轴带翼帆式旋翼结构做前后运动，步骤S4具体包括：

当所述上旋翼桨叶11的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶11分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆4的迎角，使180度方位角和0度方位角的所述翼帆4同时受向前的气动分力，使270度和90度方位角的所述翼帆4受向左或向右的气动力；

控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22向下或向上偏转，从而带动所述上旋翼1、所述下旋翼2、所述中间旋翼3和翼帆4构成的所述旋翼结构向前运动；

控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆4的迎角，使180度方位角和0度方位角的所述翼帆4同时受向后的气动分力，使270度和90度方位角的所述翼帆4受向左或向右的气动力；

控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22向下或向上偏转，从而带动所述旋翼结构向后运动。

所以说，需要共轴带翼帆式旋翼结构做前/后运动时，由旋翼方位角传感器7将各旋翼方位信号发送至控制模块8，由控制模块8控制翼帆作动器推/拉，使得翼帆4偏转，改变了翼帆迎角，使180度和0度方位角的翼帆4同时受向前/后的气动分力，而270度和90度方位角的翼帆4受向左或右的气动力，用于平衡180度和0度方位角的翼帆4的左右方向的气动分力，同时由于上旋翼1和下旋翼2转动方向为顺时针方向(若设置为逆时针转动，则中间旋翼3的转动方向为顺时针)，中间旋翼3为逆时针方向，在结构向前/后运动过程中，0-90-180度区域为前/后行区，180-270-0度区域为后/前行区，由控制模块8控制90度方位角和270度方位角的上下旋翼桨叶21后缘小翼作动器，使得后缘小翼向下/向上偏转，90度方位角和270度方位角的上下旋翼桨叶21所受升力增加/减小，可实现共轴带翼帆式旋翼结构左/右运动；

(3)为实现共轴带翼帆式旋翼结构做俯仰运动，步骤S4具体包括：

当所述上旋翼桨叶11的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶11分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼桨叶11的后缘小翼作动器，带动90度方位角的所述上旋翼桨叶11的后缘小翼向上偏转，带动270度方位角的所述上旋翼桨叶11的后缘小翼向下偏转，从而带动所述旋翼结构做俯视运动；

控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动90度方位角的所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22向下偏转，带动270度方位角的所述上旋翼桨叶11的后缘小翼向上偏转，从而带动所述旋翼结构做仰视运动。

所以说，需要共轴带翼帆式旋翼结构做俯/仰运动时(以180度方位角为结构正前方)由旋翼方位角传感器7将各旋翼方位信号发送至控制模块8，由控制模块8控制上下旋翼桨叶21的后缘小翼作动器推/拉，使270度方位角的上下旋翼桨叶21所受升力增加/减小和90度的方位角的上下旋翼桨叶21所受升力减小/增加，可实现共轴带翼帆式旋翼结构俯/仰运动。

(4)为实现共轴带翼帆式旋翼结构做滚转运动，步骤S4具体包括：

当所述上旋翼桨叶11的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶11分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼桨叶11的后缘小翼作动器，带动0度方位角的所述上旋翼桨叶11的后缘小翼向下偏转，带动180度方位角的所述上旋翼桨叶11的后缘小翼向上偏转，从而带动所述旋翼结构做左滚转运动；

控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动0度方位角的所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22向上偏转，带动180度方位角的所述上旋翼后缘小翼12和所述下旋翼后缘小翼22向下偏转，从而带动所述旋翼结构做右滚转运动。

所以说，需要共轴带翼帆式旋翼结构做向左/右滚转运动时(以180度方位角为结构正前方)由旋翼方位角传感器7将各旋翼方位信号发送至控制模块8，由控制模块8控制上下旋翼桨叶21的后缘小翼作动器推/拉，使0度方位角的上下旋翼桨叶21所受升力增加/减小和180度的方位角的上下旋翼桨叶21所受升力减小/增加，可实现共轴带翼帆式旋翼结构向左/右滚转运动。

(5)为实现共轴带翼帆式旋翼结构做偏航运动，步骤S4具体包括：

当所述上旋翼桨叶11的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶11分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，带动0度方向角、90度方向角、180度方向角和270度方向角的所述翼帆4向着与所述上旋翼桨叶11转向相反的方向偏转，从而带动所述旋翼结构做偏航运动。

所以说，需要共轴带翼帆式旋翼结构做偏航运动时(以180度方位角为结构正前方)由旋翼方位角传感器7将各旋翼方位信号发送至控制模块8，由控制模块8控制翼帆作动器推/拉，使0、90、180、270度方位角的翼帆4偏转，增大与上下旋翼转向方向相反方向的反扭矩，可实现共轴带翼帆式旋翼结构偏航运动。

本实施例中，利用翼帆作动器更改翼帆4与相对来流角度，改变翼帆4的受力方向，并且还利用后缘小翼作动器带动后缘小翼偏转，实现直升机前/后飞和侧飞，使得其操纵方式简单，操纵效率较高，简化了共轴类直升机复杂的倾斜盘操纵系统，且无需使直升机发生倾斜，改善了人员乘坐体验，拥有潜在市场。

本文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 (10)

1.一种共轴带翼帆式旋翼结构，其特征在于，包括上旋翼、下旋翼、中间旋翼和翼帆；

所述上旋翼包括四个上旋翼桨叶，所述下旋翼包括四个下旋翼桨叶，所述中间旋翼包括四个中间旋翼桨叶；所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶一一对应；每一所述中间旋翼桨叶设于相邻的两个所述上旋翼桨叶之间的区域；

所有的所述上旋翼桨叶连接于桨毂内轴的一端，所有的所述下旋翼桨叶连接于所述桨毂内轴的另一端；所述桨毂内轴上套设有桨毂外轴，所有的所述中间旋翼桨叶与所述桨毂外轴连接；每一相对应的所述上旋翼桨叶和所述下旋翼桨叶之间连接一所述翼帆；所述桨毂内轴与所述桨毂外轴的旋转方向相反；

每一所述上旋翼桨叶、每一所述下旋翼桨叶和每一所述中间旋翼桨叶上均设有后缘小翼和后缘小翼作动器；每一所述上旋翼桨叶和每一所述下旋翼桨叶上还设有翼帆作动器；

所述桨毂外轴靠近所述上旋翼桨叶的一端设有旋翼方位角传感器；

每一所述翼帆作动器、每一所述后缘小翼作动器和所述旋翼方位角传感器均连接控制模块。

2.根据权利要求1所述的旋翼结构，其特征在于，所述上旋翼桨叶上的后缘小翼与所述下旋翼桨叶上的后缘小翼一一对应，所述中间旋翼桨叶上的后缘小翼的位置与所述上旋翼桨叶上的后缘小翼的位置相反。

3.根据权利要求1所述的旋翼结构，其特征在于，四个所述上旋翼桨叶围绕所述桨毂内轴周向间距90度分布；所述中间旋翼桨叶与相邻的两个所述上旋翼桨叶的夹角相同。

4.根据权利要求1所述的旋翼结构，其特征在于，所述翼帆的两端分别连接于所述上旋翼桨叶和对应的下旋翼桨叶的长度四分之三处。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的共轴带翼帆式旋翼结构的控制方法，其特征在于，包括：

驱动桨毂内轴带动上旋翼的上旋翼桨叶和下旋翼的下旋翼桨叶旋转，驱动桨毂外轴带动中间旋翼的中间旋翼桨叶旋转；所述上旋翼桨叶的旋转方向与所述中间旋翼桨叶的旋转方向相反；所述上旋翼桨叶的旋转与所述下旋翼桨叶的旋转为同向同速旋转；

控制上旋翼后缘小翼作动器、下旋翼后缘小翼作动器和中间旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动上旋翼后缘小翼、下旋翼后缘小翼和中间旋翼后缘小翼向下或向上偏转，从而带动所述上旋翼、所述下旋翼、所述中间旋翼和翼帆构成的所述旋翼结构做向上或向下运动；所述上旋翼后缘小翼作动器为上旋翼桨叶的后缘小翼作动器，所述下旋翼后缘小翼作动器为下旋翼桨叶的后缘小翼作动器，所述上旋翼后缘小翼为上旋翼桨叶的后缘小翼，所述下旋翼后缘小翼为下旋翼桨叶的后缘小翼；

利用旋翼方位角传感器获取所述上旋翼桨叶的方位角信息；定义与机身平行的旋翼桨叶分别处于0度方位角和180度方位角，与机身垂直的旋翼桨叶分别处于90度方位角和270度方位角，四个方位角沿逆时针方向依次增大；

根据所述上旋翼桨叶的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆和所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼偏转，从而带动所述旋翼结构做不同姿态的运动，所述不同姿态的运动包括左右运动或前后运动或俯仰运动或滚转运动或偏航运动。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述上旋翼桨叶的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆和所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼偏转，从而带动所述旋翼结构做左右运动，具体包括：

当所述上旋翼桨叶的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆的迎角，使90度方位角和270度方位角的所述翼帆同时受向左的气动分力，使0度和180度方位角的所述翼帆受向前或向后的气动力；

控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼向下或向上偏转，从而带动所述旋翼结构向左运动；

控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆的迎角，使90度方位角和270度方位角的所述翼帆同时受向右的气动分力，使0度和180度方位角的所述翼帆受向前或向后的气动力；

控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼向下或向上偏转，从而带动所述旋翼结构向右运动。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述上旋翼桨叶的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆和所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼偏转，从而带动所述旋翼结构做前后运动，具体包括：

当所述上旋翼桨叶的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆的迎角，使180度方位角和0度方位角的所述翼帆同时受向前的气动分力，使270度和90度方位角的所述翼帆受向左或向右的气动力；

控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼向下或向上偏转，从而带动所述上旋翼、所述下旋翼、所述中间旋翼和翼帆构成的所述旋翼结构向前运动；

控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，改变所述翼帆的迎角，使180度方位角和0度方位角的所述翼帆同时受向后的气动分力，使270度和90度方位角的所述翼帆受向左或向右的气动力；

控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼向下或向上偏转，从而带动所述旋翼结构向后运动。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述上旋翼桨叶的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆和所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼偏转，从而带动所述旋翼结构做俯仰运动，具体包括：

当所述上旋翼桨叶的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼桨叶的后缘小翼作动器，带动90度方位角的所述上旋翼桨叶的后缘小翼向上偏转，带动270度方位角的所述上旋翼桨叶的后缘小翼向下偏转，从而带动所述旋翼结构做俯视运动；

控制90度方位角和270度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动90度方位角的所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼向下偏转，带动270度方位角的所述上旋翼桨叶的后缘小翼向上偏转，从而带动所述旋翼结构做仰视运动。

9.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述上旋翼桨叶的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆和所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼偏转，从而带动所述旋翼结构做滚转运动，具体包括：

当所述上旋翼桨叶的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼桨叶的后缘小翼作动器，带动0度方位角的所述上旋翼桨叶的后缘小翼向下偏转，带动180度方位角的所述上旋翼桨叶的后缘小翼向上偏转，从而带动所述旋翼结构做左滚转运动；

控制0度方位角和180度方位角的所述上旋翼后缘小翼作动器和所述下旋翼后缘小翼作动器，带动0度方位角的所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼向上偏转，带动180度方位角的所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼向下偏转，从而带动所述旋翼结构做右滚转运动。

10.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，根据所述上旋翼桨叶的方位角信息控制翼帆作动器、上旋翼后缘小翼作动器和下旋翼后缘小翼作动器产生推力或拉力，带动翼帆和所述上旋翼后缘小翼和所述下旋翼后缘小翼偏转，从而带动所述旋翼结构做偏航运动，具体包括：

当所述上旋翼桨叶的方位角信息为四个所述上旋翼桨叶分别沿逆时针依次为0度、90度、180度和270度方向角时，控制所有所述翼帆作动器产生推力或拉力，带动0度方向角、90度方向角、180度方向角和270度方向角的所述翼帆向着与所述上旋翼桨叶转向相反的方向偏转，从而带动所述旋翼结构做偏航运动。

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