CN114750937A - 一种高精度磁传动倾转旋翼飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高精度磁传动倾转旋翼飞机，涉及倾转旋翼飞机技术领域，包括机身、机翼、尾桨、桨叶和倾转旋翼机构；机身两侧分别设有一机翼，尾桨设于机身尾部；机翼的端部均设有倾转旋翼机构，倾转旋翼机构上设有桨叶。提高了最大前飞速度和推进效率，同时具有较高的悬停效率和载重量，能够实现飞机旋翼高精度倾转，结构紧凑，停放时占地面积较小，解决了机翼对悬停时主旋翼的负面影响，且悬停时允许较大的重心范围，可以像普通飞机一样进行常规的滑跑起降。在电机输出端与三层式磁耦合器相连接，然后输出动力。其永磁体采用弧面形状焊接于转子内层或外层，有利于传输平稳性，减小风噪声，减少维护，增加可靠性，提高使用寿命。

Description

一种高精度磁传动倾转旋翼飞机

技术领域

本发明涉及倾转旋翼飞机技术领域，特别是涉及一种高精度磁传动倾转旋翼飞机。

背景技术

倾转旋翼飞机由于能耗较低，载重量、航程和飞行速度都较大，在众多垂直起降飞机方案中脱颖而出，较早的进入到实用阶段。欧美各国相继开发了许多倾转旋翼飞机型号。这些型号都采用翼梢并列式双旋翼和常规气动布局的总体方案。垂直起降时，旋翼轴竖直向上，旋翼的拉力承担全机重量，利用双旋翼的纵横向周期变距和总距差动来进行飞机的三轴操纵；高速前飞时，旋翼轴向前倾转至水平状态成为拉进式螺旋桨，飞机的升力转由机翼来承担，三轴操纵转由传统的飞机气动舵面承担。具体资料可参见我国航空工业出版社出版的《直升机手册》、《世界无人机大全》。

在我国，倾转旋翼飞机的研制还停留在理论和工程研究阶段，尚没有公开发表的任何型号研制成功的有关资料。据悉，国内某单位已经研制出小型无人原理样机，正在进行试飞工作，但其总体方案与欧美各国的倾转旋翼机类似。具体资料可参见我国空气动力学学报2008年6月刊登的论文《倾转旋翼飞行器飞行力学模型研究》。

综上所述，目前的国内外研制的倾转旋翼飞机都采用旋翼周期变距方案进行垂直起降状态的操纵。这种操纵系统结构比较复杂、成本较大、对材料的要求很高，而且在垂直起降和前飞之间的过渡状态中呈现出复杂的力学特性，控制难度很高，稳定性差。前飞时，周期变距系统又成为了没有用处的“死重”。由于这种倾转旋翼机的旋翼桨叶只能兼具超大直径螺旋桨的功能，所以在前飞时推进效率不是很高，也限制了飞机达到更大的前飞速度。此外这类倾转旋翼飞机结构不紧凑，停放时占地面积较大，机翼对主旋翼滑流的遮挡严重影响悬停时主旋翼的有效升力，悬停时对重心前后位置要求严格，也不能像普通飞机一样进行常规的滑跑起降。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种高精度磁传动倾转旋翼飞机，解决了飞机旋翼倾转精度低，传动稳定性差，振动噪声大，可靠性差，易损坏，寿命短的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种高精度磁传动倾转旋翼飞机，包括机身、机翼、尾桨、桨叶和倾转旋翼机构；所述机身两侧分别设置有一所述机翼，所述尾桨设置于所述机身尾部；每个所述机翼的端部均设置有一所述倾转旋翼机构，所述倾转旋翼机构上设置有所述桨叶。

可选的，所述倾转旋翼机构包括壳体、驱动组件、三层式磁耦合器、倾转机构和减速器；所述倾转机构设置于所述机翼的端部与所述壳体的一侧之间，所述驱动组件设置于所述壳体另一侧；所述减速器可转动的设置于所述壳体的中部，所述桨叶设置于所述减速器的输出轴上；所述驱动组件的输出端与所述三层式磁耦合器传动连接，所述三层式磁耦合器与所述倾转机构传动连接，所述倾转机构与所述减速器传动连接。

可选的，所述三层式磁耦合器包括同轴设置的高速转子、二级转子、三级转子和低速转子，所述高速转子、所述二级转子、所述三级转子和所述低速转子均为环形结构，所述高速转子的外壁上、所述二级转子和所述三级转子的内壁和外壁上以及所述低速转子的内壁上均设置有多个永磁体；所述高速转子与所述驱动组件相连接。

可选的，所述永磁体为螺旋状结构。

可选的，所述减速器上设置有旋翼天平和扭矩天平。

可选的，所述倾转机构的外壳上设置有透明盖，所述减速器上设置有观察窗。

可选的，所述驱动组件包括伺服电动机，所述伺服电动机的输出轴与所述三层式磁耦合器传动连接。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明中的高精度磁传动倾转旋翼飞机，一定程度上简化了倾转旋翼飞机操纵系统的设计和控制方法，提高了最大前飞速度和推进效率，同时具有较高的悬停效率和载重量，能够实现飞机旋翼高精度倾转。这种倾转旋翼飞机去掉了冗余结构，精简了结构，使得结构紧凑，停放时占地面积较小，解决了机翼对悬停时主旋翼的负面影响，且悬停时允许较大的重心范围，可以像普通飞机一样进行常规的滑跑起降。同时采用三层式磁耦合器作为传动方式，在电机输出端与三层式磁耦合器相连接，然后输出动力。其永磁体采用弧面形状焊接于转子内层或外层，有利于传输平稳性，减小风噪声。三层式磁耦合器输入端和输出端之间无机械接触、无机械摩擦和磨损、无需润滑，从而减少维护；同时具有自过载保护功能，减振降噪，能保护齿轮及设备不受冲击力的破坏，增加可靠性，提高使用寿命。

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为本发明高精度磁传动倾转旋翼飞机倾转90°的整体结构图；

图2为本发明高精度磁传动倾转旋翼飞机倾转45°的整体结构图；

图3为本发明高精度磁传动倾转旋翼飞机倾转0°的整体结构图；

图4为本发明高精度磁传动倾转旋翼飞机中倾转旋翼机构的结构示意图；

图5为本发明高精度磁传动倾转旋翼飞机中三层式磁耦合器的结构示意图；

图6为本发明高精度磁传动倾转旋翼飞机中三层式磁耦合器的剖视结构示意图；

图7为本发明高精度磁传动倾转旋翼飞机中永磁体的结构示意图。

附图标记说明：1、尾桨；2、机身；3、机翼；4、固定短舱；5、桨叶；6、倾转旋翼机构；7、三层式磁耦合器；8、壳体；9、倾转中轴；10、倾转机构；11、透明盖；12、观察窗；13、减速器；14、电机支架；15、伺服电动机；16、低速转子；17、三级转子；18、二级转子；19、永磁体；20、高速转子。

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。

如图1至7所示，本实施例提供一种高精度磁传动倾转旋翼飞机，包括机身2、机翼3、尾桨1、桨叶5和倾转旋翼机构6；机身2两侧分别设置有一机翼3，尾桨1设置于机身2尾部；每个机翼3的端部均设置有一倾转旋翼机构6，倾转旋翼机构6上设置有桨叶5。

于本具体实施例中，倾转旋翼机构6包括壳体8、驱动组件、三层式磁耦合器7、倾转机构10和减速器13；倾转机构10设置于机翼3的端部与壳体8的一侧之间，驱动组件设置于壳体8另一侧；减速器13可转动的设置于壳体8的中部，桨叶5设置于减速器13的输出轴上；驱动组件的输出端与三层式磁耦合器7传动连接，三层式磁耦合器7与倾转机构10传动连接，倾转机构10与减速器13传动连接。

壳体8后端设置有固定短舱4；固定短舱4能保护内部零部件，降低飞行阻力，不受外界干扰和正常运行，降低噪音；且对前端的倾转旋翼机构旋转角度起限定作用，不超过短舱位置。

三层式磁耦合器7包括同轴设置的高速转子20、二级转子18、三级转子17和低速转子16，高速转子20、二级转子18、三级转子17和低速转子16均为环形结构，高速转子20的外壁上、二级转子18和三级转子17的内壁和外壁上以及低速转子16的内壁上均设置有多个永磁体19；高速转子20与驱动组件相连接。

驱动组件包括伺服电动机15，伺服电动机15的输出轴与三层式磁耦合器7的高速转子20相连接；低速转子16与倾转机构10的输入端相连接，倾转机构10的输出端与减速器13的输入端相连接，减速器13的输出端即为倾转中轴9，桨叶5安装与倾转中轴9上。

永磁体19为螺旋状结构。

减速器13上设置有旋翼天平和扭矩天平。旋翼天平和扭矩天平作为测量系统，以便于控制系统对旋翼的实时倾转运动进行控制。

倾转机构10的外壳上设置有透明盖11，减速器13上设置有观察窗12。透明盖11和观察窗12均用于观察减速器内部齿轮结构，以便于查看减速器是否需要检修。

更具体的，在机翼3两侧与三层式磁耦合器7之间，设计有倾转旋翼机构6，控制旋翼的实时倾转运动。伺服电动机15低速旋转，通过三层式磁耦合器7将动力直接传至倾转机构10，控制倾转机构10高精度缓慢旋转；来自机翼3内部的动力传至减速器13，减速后的动力传至桨叶5，带动桨叶5高速旋转。

倾转旋翼机构6驱动旋翼倾转的角度变化范围:-5-105°，角度控制精度不超过±0.1°；倾转角速度最大工作角速度10°/s，额定角速度8°/s；左、右两侧倾转旋翼机构6同时运转，相位差不超过0.2°；倾转旋翼机构6正、反向均可按最大角速度工作。倾转旋翼机构6垂直地面时为0°，顺时针旋转最大角度为105°，逆时针最大旋转角度为5°，不超过固定短舱4；顺时针旋转时，倾转旋翼机构6后壁不超过固定短舱4。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本说明书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 (7)

1.一种高精度磁传动倾转旋翼飞机，其特征在于，包括机身、机翼、尾桨、桨叶和倾转旋翼机构；所述机身两侧分别设置有一所述机翼，所述尾桨设置于所述机身尾部；每个所述机翼的端部均设置有一所述倾转旋翼机构，所述倾转旋翼机构上设置有所述桨叶。

2.根据权利要求1所述的高精度磁传动倾转旋翼飞机，其特征在于，所述倾转旋翼机构包括壳体、驱动组件、三层式磁耦合器、倾转机构和减速器；所述倾转机构设置于所述机翼的端部与所述壳体的一侧之间，所述驱动组件设置于所述壳体另一侧；所述减速器可转动的设置于所述壳体的中部，所述桨叶设置于所述减速器的输出轴上；所述驱动组件的输出端与所述三层式磁耦合器传动连接，所述三层式磁耦合器与所述倾转机构传动连接，所述倾转机构与所述减速器传动连接。

3.根据权利要求2所述的高精度磁传动倾转旋翼飞机，其特征在于，所述三层式磁耦合器包括同轴设置的高速转子、二级转子、三级转子和低速转子，所述高速转子、所述二级转子、所述三级转子和所述低速转子均为环形结构，所述高速转子的外壁上、所述二级转子和所述三级转子的内壁和外壁上以及所述低速转子的内壁上均设置有多个永磁体；所述高速转子与所述驱动组件相连接。

4.根据权利要求3所述的高精度磁传动倾转旋翼飞机，其特征在于，所述永磁体为螺旋状结构。

5.根据权利要求2所述的高精度磁传动倾转旋翼飞机，其特征在于，所述减速器上设置有旋翼天平和扭矩天平。

6.根据权利要求2所述的高精度磁传动倾转旋翼飞机，其特征在于，所述倾转机构的外壳上设置有透明盖，所述减速器上设置有观察窗。

7.根据权利要求2所述的高精度磁传动倾转旋翼飞机，其特征在于，所述驱动组件包括伺服电动机，所述伺服电动机的输出轴与所述三层式磁耦合器传动连接。

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