CN115180141B - 可移动式桨叶旋翼系统及旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及旋翼技术领域，公开了一种可移动式桨叶旋翼系统及包括该可移动式桨叶旋翼系统的旋翼飞行器。其中，可移动式桨叶旋翼系统包括：浆盘；至少两个桨叶机构，全部桨叶机构沿浆盘的周向设置；至少两个升降机构，升降机构与桨叶机构一一对应，各桨叶机构均通过各自所对应的升降机构与浆盘相连；至少两个方位角度检测装置，方位角度检测装置与桨叶机构一一对应，各方位角度检测装置均设置于浆盘上，各方位角度检测装置均用于检测各自所对应的桨叶机构所处的方位角。该可移动式桨叶旋翼系统结构简单，且噪音小。

Description

可移动式桨叶旋翼系统及旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及旋翼技术领域，特别是涉及一种可移动式桨叶旋翼系统及旋翼飞行器。

背景技术

现有大部分单旋翼带尾桨的旋翼飞行器实现前飞、后飞或者侧飞控制，主要是通过改变旋翼倾斜盘，从而使整个旋翼桨盘向前倾斜、向后倾斜、向左倾斜或者向右倾斜，利用升力分力实现旋翼飞行器前飞、后飞或者侧飞。

该方式主要存在以下缺陷：

1、采用倾斜盘需配套复杂的机械装置和液压系统，这导致旋翼结构复杂；

2、单旋翼带尾桨的旋翼飞行器在前飞过程中，由于桨叶旋转平面近乎一致，先行桨叶产生的自由涡跟后继桨叶相撞或靠近的瞬间，由桨涡的相互作用会导致后继桨叶上气动载荷局部发生急剧变化，进而产生较大的桨涡干扰噪声。

因此，如何提供一种结构简单，且噪音小的飞行器旋翼成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种结构简单，且噪小的可移动式桨叶旋翼系统及包括该可移动式桨叶旋翼系统的旋翼飞行器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种可移动式桨叶旋翼系统，包括：桨盘；至少两个桨叶机构，全部所述桨叶机构沿所述桨盘的周向设置；至少两个升降机构，所述升降机构与所述桨叶机构一一对应，各所述桨叶机构均通过各自所对应的所述升降机构与所述桨盘相连；至少两个方位角度检测装置，所述方位角度检测装置与所述桨叶机构一一对应，各所述方位角度检测装置均设置于所述桨盘上，各所述方位角度检测装置均用于检测各自所对应的所述桨叶机构所处的方位角。

优选地，各所述桨叶机构上均设置有连接座，所述连接座上设置有连接套，所述升降机构包括丝杠、第一动力装置以及两个滑动组件，所述丝杠与所述桨盘转动连接，所述第一动力装置与所述丝杠相连，以驱动所述丝杠转动，所述丝杠穿过所述连接套，并与所述连接套螺纹连接，两个所述滑动组件分别设置于所述丝杠相对的两侧，各所述滑动组件均包括滑动连接的滑轨和滑块，各个所述滑轨的长度方向均与所述丝杠的轴线方向相平行，所述桨盘和所述连接座二者之一设置有两个滑块、另一者设置有两个滑轨。

优选地，可移动式桨叶旋翼系统还包括底座和多个安装座，所述底座和全部所述安装座均设置于所述桨盘上，所述安装座与所述丝杠一一对应，各所述丝杠的一端均与所述底座转动连接，各所述丝杠的另一端均与各自所对应的所述安装座转动连接。

优选地，所述第一动力装置为第一电机。

优选地，所述桨叶机构包括主体、转轴以及第二动力装置，所述转轴与所述主体同轴设置，所述转轴设置于所述主体的一端，所述第二动力装置与所述转轴传动连接，以驱动所述主体转动。

优选地，所述主体包括桨毂和叶片，所述桨毂上设置有容纳槽，所述叶片的一端置于所述容纳槽内，且所述桨毂与所述叶片通过紧固件能够拆卸地连接。

优选地，所述第二动力装置为第二电机。

优选地，所述桨叶机构、所述升降机构以及所述方位角度检测装置的数量均为4个，且全部所述桨叶机构沿所述桨盘的周向均匀设置。

优选地，所述方位角度检测装置为方位角度传感器。

本发明还提供一种旋翼飞行器，包括所述的可移动式桨叶旋翼系统。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的可移动式桨叶旋翼系统利用升降机构升降桨叶机构，在桨叶机构的离心力的作用下产生力矩，在该力矩与整个可移动式桨叶旋翼系统旋转产生的垂直向上的力矩共同作用下实现旋翼飞行器的前飞、后飞或者侧飞。与利用倾斜盘实现旋翼飞行器前飞、后飞或者侧飞相比，利用升降机构实现旋翼飞行器前飞、后飞或者侧飞无需复杂的机械装置和液压系统。如此，旋翼结构简单。

另外，由于存在距离差，在旋翼飞行器前飞、后飞或者侧飞过程中，桨叶机构的旋转平面不相同。如此，大大减弱由先行桨叶的自由涡跟后继桨叶碰撞产生的桨涡干扰现象，进而使得噪声大大减小。

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为本发明实施例中提供的可移动式桨叶旋翼系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的可移动式桨叶旋翼系统的部分结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的可移动式桨叶旋翼系统飞行操作控制流程图。

附图标记说明：100、可移动式桨叶旋翼系统；1、桨盘；2、方位角度检测装置；3、连接座；4、连接套；5、丝杠；6、滑轨；7、滑块；8、底座；9、安装座；10、中心轴；11、转轴；12、桨毂；1201、容纳槽；13、叶片；14、紧固件；15、第二控制器。

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结构简单，且噪音小的飞行器旋翼。

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。

参考图1-图3所示，本实施例提供的可移动式桨叶旋翼系统100包括：桨盘1；至少两个桨叶机构，全部桨叶机构沿桨盘1的周向设置；至少两个升降机构，升降机构与桨叶机构一一对应，各桨叶机构均通过各自所对应的升降机构与桨盘1相连；至少两个方位角度检测装置2，方位角度检测装置2与桨叶机构一一对应，各方位角度检测装置2均设置于桨盘1上，各方位角度检测装置2均用于检测各自所对应的桨叶机构所处的方位角。该可移动式桨叶旋翼系统100结构简单，且噪音小。

进一步地，可移动式桨叶旋翼系统100还包括多个第一控制器，第一控制器与升降机构一一对应，并通信连接，各个第一控制器均与旋翼飞行器的控制系统通信连接。

更进一步地，各个第一控制器均设置于各自所对应的升降机构上。另外，由于第一控制器设置于升降机构上，升降机构与桨叶机构相连，所以桨叶机构的方位即第一控制器和升降机构的方位。

具体地，桨叶机构、升降机构以及方位角度检测装置2的数量均为4个，且全部桨叶机构沿桨盘1的周向均匀设置。需要说明的是，桨叶机构、升降机构以及方位角度检测装置2的数量均并不仅限于为4个，这里仅举例说明。

具体地，方位角度检测装置2为方位角度传感器。同理，方位角度检测装置2并不仅限于为方位角度传感器，还可以选用其它能够检测方位角度的装置。

具体工作时，方位角度检测装置2负责采集每个桨叶机构在每个时刻的运动方位，并将采集到的桨叶机构的方位信息传入旋翼飞行器的控制系统；当旋翼飞行器的控制系统接收到地面发送的前飞、后方或者侧飞的指令后，旋翼飞行器的控制系统向对应的第一控制器输送指令，由第一控制器控制对应的升降机构工作。

本实施例提供的可移动式桨叶旋翼系统100的飞行过程的主要操作方法如下：

为方便后续说明，规定沿机身轴线机头方向为180度方位，沿机尾方向为0度方位，沿机身轴线垂直方向机身左侧为270度方位，沿机身轴线垂直方向机身右侧为90度方位角；

a)向前飞行：当飞控系统(旋翼飞行器的控制系统)接收到地面发送的前飞指令后，由飞控系统向位于0度方位的第一控制器输出向上运动的指令，向位于90度方位的第一控制器输入向下运动的指令，向位于180度方位的第一控制器输入向下运动的指令，向位于270度方位的第一控制器输入向上运动的指令。第一控制器在接收到飞控系统发送的操作指令后，向升降机构发送启动命令，在升降机构的作用下，90度方位的桨叶机构与270度方位的桨叶机构在垂直方向上会产生正距离差Hq，而在0度方位和180度方位的桨叶机构不产生距离差，在每片桨叶机构离心力的作用下，90度和270度方位的桨叶机构会产生一个力矩，该力矩方向沿机身前方，整个可移动式桨叶旋翼系统100旋转产生的力矩方向为垂直向上，在这两个力矩方向的作用下，桨盘1向前倾斜，实现旋翼飞行器向前飞行。

b)向后飞行：当飞控系统接收到地面发送的后飞指令后，由飞控系统向位于0度方位的第一控制器输出向下运动的指令，向位于90度方位的第一控制器输入向上运动的指令，向位于180度方位的第一控制器输入向上运动的指令，向位于270度方位的第一控制器输入向下运动的指令。第一控制器在接收到飞控系统发送的操作指令后，向升降机构发送启动命令，在升降机构的作用下，90度方位的桨叶机构与270度方位的桨叶机构在垂直方向上会产生负距离差Hf，而在0度方位和180度方位的桨叶机构不产生距离差，在每片桨叶机构离心力的作用下，90度和270度方位的桨叶机构会产生一个力矩，该力矩方向沿机身后方，整个可移动式桨叶旋翼系统100旋转产生的力矩方向为垂直向上，在这两个力矩方向的作用下，桨盘1向后倾斜，实现旋翼飞行器向后飞行。

c)左侧飞：当飞控系统接收到地面发送的前侧飞指令后，由飞控系统向位于270度方位的第一控制器输出向下运动的指令，向位于0度方位的第一控制器输入向上运动的指令，向位于90度方位的第一控制器输入向上运动的指令，向位于180度方位的第一控制器输入向下运动的指令。第一控制器在接收到飞控系统发送的操作指令后，向升降机构发送启动命令，在升降机构的作用下，180度方位的桨叶机构与0度方位的桨叶机构在垂直方向上会产生正距离差Hz，而在270度方位和90度方位的桨叶机构不产生距离差，在每片桨叶机构离心力的作用下，180度和0度方位的桨叶机构会产生一个力矩，该力矩方向垂直机身轴线，并指向机身左侧，整个可移动式桨叶旋翼系统100旋转产生的力矩方向为垂直向上，在这两个力矩方向的作用下，桨盘1向左倾斜，实现旋翼飞行器向左飞行。

d)右侧飞：当飞控系统接收到地面发送的右侧飞指令后，由飞控系统向位于270度方位的第一控制器输出向上运动的指令，向位于0度方位的第一控制器输入向下运动的指令，向位于90度方位的第一控制器输入向下运动的指令，向位于180度方位的第一控制器输入向上运动的指令。第一控制器在接收到飞控系统发送的操作指令后，向升降机构发送启动命令，在升降机构的作用下，180度方位的桨叶机构与0度方位的桨叶机构在垂直方向上会产生负距离差Hy，而在270度方位和90度方位的桨叶机构不产生距离差，在每片桨叶机构离心力的作用下，180度和0度方位的桨叶机构会产生一个力矩，该力矩方向垂直机身轴线，并指向机身右侧，整个可移动式桨叶旋翼系统100旋转产生的力矩方向为垂直向上，在这两个力矩方向的作用下，桨盘1向右倾斜，实现旋翼飞行器向右飞行。

一些实施例中，各桨叶机构上均设置有连接座3，连接座3上设置有连接套4，升降机构包括丝杠5、第一动力装置以及两个滑动组件，丝杠5与桨盘1转动连接，第一动力装置与丝杠5相连，以驱动丝杠5转动，丝杠5穿过连接套4，并与连接套4螺纹连接，两个滑动组件分别设置于丝杠5相对的两侧，各滑动组件均包括滑动连接的滑轨6和滑块7，各个滑轨6的长度方向均与丝杠5的轴线方向相平行，桨盘1和连接座3二者之一设置有两个滑块7、另一者设置有两个滑轨6。

对应地，第一动力装置与第一控制器通信连接，第一控制器接收飞控系统发送的操作指令，并根据飞控系统发送的操作指令控制第一动力装置工作。

具体使用过程中，通过第一动力装置驱动丝杠5转动，来实现连接座3的升降，由于连接座3与桨叶机构相连，连接座3升降的同时，带动与其相连的桨叶机构同步升降。

进一步地，可移动式桨叶旋翼系统100还包括底座8和多个安装座9，底座8和全部安装座9均设置于桨盘1上，安装座9与丝杠5一一对应，各丝杠5的一端均与底座8转动连接，各丝杠5的另一端均与各自所对应的安装座9转动连。

具体地，第一动力装置为第一电机。

一些实施例中，桨叶机构包括主体、转轴11以及第二动力装置，转轴11与主体同轴设置，转轴11设置于主体的一端，第二动力装置与转轴11传动连接，以驱动主体转动。

具体地，第二动力装置为第二电机。

进一步地，主体包括桨毂12和叶片13，桨毂12上设置有容纳槽1201，叶片13的一端置于容纳槽1201内，且桨毂12与叶片13通过紧固件14能够拆卸地连接。如此设置，叶片13拆装方便。对应地，转轴11设置于桨毂12上。

具体地，紧固件14选用螺栓，但并不仅限于为螺栓，还可选用其它能够将桨毂12与叶片13能够拆卸地连接在一起的结构。

进一步地，可移动式桨叶旋翼系统100还包括多个第二控制器15，第二控制器15与第二动力装置一一对应，并通信连接，各个第二控制器15均与旋翼飞行器的控制系统，即飞控系统通信连接。

为实现旋翼飞行器垂直爬升或者下降，需要改变桨叶机构叶片13的迎角，具体使用过程中，通过飞控系统向第二控制器15输入操作指令，第二控制器15接收操作指令后，控制第二动力装置启动，第二动力装置带动桨叶机构的叶片13转动，当叶片13迎角增大时，旋翼飞行器升力增大，旋翼飞行器垂直爬升，当叶片13迎角减小时，旋翼飞行器升力减小，旋翼飞行器垂直。

本实施例还提供一种旋翼飞行器，该旋翼飞行器包括上述任一实施例中提供的可移动式桨叶旋翼系统100。

具体地，为了方便与旋翼飞行器的发动机或发电机配合，可移动式桨叶旋翼系统100的底座8上设置有中心轴10，中心轴10的轴线与桨盘1及底座8的轴线重合，通过旋翼飞行器的发动机或发电机驱动中心轴10转动来驱动整个可移动式桨叶旋翼系统100转动。

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 (9)

1.一种可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，包括：

桨盘；

至少两个桨叶机构，全部所述桨叶机构沿所述桨盘的周向设置；

至少两个升降机构，所述升降机构与所述桨叶机构一一对应，各所述桨叶机构均通过各自所对应的所述升降机构与所述桨盘相连；

至少两个方位角度检测装置，所述方位角度检测装置与所述桨叶机构一一对应，各所述方位角度检测装置均设置于所述桨盘上，各所述方位角度检测装置均用于检测各自所对应的所述桨叶机构所处的方位角；

各所述桨叶机构上均设置有连接座，所述连接座上设置有连接套，所述升降机构包括丝杠、第一动力装置以及两个滑动组件，所述丝杠与所述桨盘转动连接，所述第一动力装置与所述丝杠相连，以驱动所述丝杠转动，所述丝杠穿过所述连接套，并与所述连接套螺纹连接，两个所述滑动组件分别设置于所述丝杠相对的两侧，各所述滑动组件均包括滑动连接的滑轨和滑块，各个所述滑轨的长度方向均与所述丝杠的轴线方向相平行，所述桨盘和所述连接座二者之一设置有两个滑块、另一者设置有两个滑轨。

2.根据权利要求1所述的可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，还包括底座和多个安装座，所述底座和全部所述安装座均设置于所述桨盘上，所述安装座与所述丝杠一一对应，各所述丝杠的一端均与所述底座转动连接，各所述丝杠的另一端均与各自所对应的所述安装座转动连接。

3.根据权利要求1所述的可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，所述第一动力装置为第一电机。

4.根据权利要求1所述的可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，所述桨叶机构包括主体、转轴以及第二动力装置，所述转轴与所述主体同轴设置，所述转轴设置于所述主体的一端，所述第二动力装置与所述转轴传动连接，以驱动所述主体转动。

5.根据权利要求4所述的可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，所述主体包括桨毂和叶片，所述桨毂上设置有容纳槽，所述叶片的一端置于所述容纳槽内，且所述桨毂与所述叶片通过紧固件能够拆卸地连接。

6.根据权利要求4所述的可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，所述第二动力装置为第二电机。

7.根据权利要求1所述的可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，所述桨叶机构、所述升降机构以及所述方位角度检测装置的数量均为4个，且全部所述桨叶机构沿所述桨盘的周向均匀设置。

8.根据权利要求1所述的可移动式桨叶旋翼系统，其特征在于，所述方位角度检测装置为方位角度传感器。

9.一种旋翼飞行器，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的可移动式桨叶旋翼系统。