CN115991294B - 一种全动垂尾的操纵机构、全动垂尾及无人机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种全动垂尾的操纵机构、全动垂尾及无人机，属于全动垂尾技术领域，能够解决现有全动垂尾占用空间大，会出现无法折叠的情况的问题。操纵机构包括动力组件、传动组件和对接法兰；垂尾上设置有安装孔，动力组件设置于安装孔处并与垂尾固定；传动组件与垂尾固定，一端穿过垂尾的底端伸入安装孔内与动力组件连接，另一端与柱状的对接法兰的一端连接，以使动力组件带动垂尾相对机身转动；对接法兰的另一端与机身上设置的折叠控制组件连接，以使折叠控制组件带动垂尾折叠或展开。本申请能够实现全动垂尾的展开、折叠以及转动控制，整体结构简单紧凑，安装方便，安全可靠，维护性好，体积占比小。

Description

一种全动垂尾的操纵机构、全动垂尾及无人机

技术领域

本申请涉及全动垂尾技术领域，尤其涉及一种全动垂尾的操纵机构、全动垂尾及无人机。

背景技术

近年来无人机技术飞速发展，已经应用在军事侦察、通信中继、远程精确打击等领域，具有广泛的应用前景。飞机尾翼是无人机的重要组成部件，其主要功能是操纵飞机升降和偏转，并保证飞机平稳飞行。飞机尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。垂直尾翼又简称垂尾，是无人机垂直方向上的尾翼，垂尾是保证无人机航向操控稳定特性的重要部件。垂尾包括固定的垂直安定面和可动的方向舵。而垂尾中的全动垂尾，可以提供更大的操纵面积和操纵性，得到较大的应用。

全动垂尾即把原来的安定面和舵面整合到一起，即整个垂尾只有一个面，这个面既具有安定面的稳定功能，同时也具有舵面的调节功能（整个面是可活动的）。现有的全动垂尾多采用四连杆机构，占用空间大，会出现无法折叠的情况，难以满足诸如弹载折叠翼无人机等快速发展的无人机的需求。

发明内容

本申请实施例通过提供一种全动垂尾的操纵机构、全动垂尾及无人机，解决了现有全动垂尾占用空间大，会出现无法折叠的情况的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种全动垂尾的操纵机构，包括动力组件、传动组件和对接法兰；垂尾上设置有安装孔，所述动力组件设置于所述安装孔处并与所述垂尾固定；所述传动组件与所述垂尾固定，一端穿过所述垂尾的底端伸入所述安装孔内与所述动力组件连接，另一端与柱状的所述对接法兰的一端连接，以使所述动力组件带动所述垂尾相对机身转动；所述对接法兰的另一端与机身上设置的折叠控制组件连接，以使所述折叠控制组件带动所述垂尾折叠或展开。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述动力组件包括舵机和安装架；所述安装架包括挡板、侧板和固定板；所述挡板的两侧分别设置一块所述侧板，且每块所述侧板的表面均与所述挡板的表面垂直，以使所述挡板和所述侧板之间形成一个安装腔；所述侧板的外侧均设置有固定板，所述固定板的表面与所述侧板的表面垂直并与所述挡板的表面平行，所述固定板与所述垂尾固定；所述舵机卡固于所述安装腔内并与所述挡板固定，所述舵机和所述侧板卡设于所述安装孔内，所述舵机的输出轴与所述传动组件连接。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述挡板和所述侧板上均设置有减重孔。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述挡板上设置的减重孔包括两个减重子孔，两个所述减重子孔之间形成加强肋。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述传动组件包括中心轴、第一轴承、第二轴承、套筒和定位螺母；所述中心轴包括圆柱轴和块状轴，所述圆柱轴一端的端面与所述块状轴的顶面一体连接，所述对接法兰与所述块状轴连接且所述对接法兰的中心线与所述圆柱轴的中心线互相垂直；所述套筒包括筒体和固定片，所述筒体的一端的外壁与所述固定片一体连接并形成筒腔；所述筒腔内，沿与所述块状轴连接端到固定片的方向上依次套设第一轴承、第二轴承、第一轴承和定位螺母，所述第一轴承用于承受轴向力，所述第二轴承用于承受径向力；所述圆柱轴的另一端与所述动力组件连接。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述传动组件还包括卡箍；所述圆柱轴的另一端设置有由端面向下凹进的盲孔，所述盲孔的横截面为四边形，所述四边形的任意一组对角处设置有切槽，所述切槽由所述圆柱轴的端面向下凹进，并贯穿所述圆柱轴的外侧壁和所述盲孔；所述盲孔用于与所述传动组件连接，并在外侧套设所述卡箍。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述切槽的深度不小于所述盲孔的深度。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，所述安装孔设置于所述垂尾的预埋接头所在位置处。

第二方面，本发明另一实施例提供了一种全动垂尾，包括上述的全动垂尾的操纵机构。

第三方面，本发明又一实施例提供了一种无人机，包括上述的全动垂尾的操纵机构。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供了一种全动垂尾的操纵机构，包括动力组件、传动组件和对接法兰。垂尾上设置有安装孔，动力组件设置于安装孔处并与垂尾固定。传动组件与垂尾固定，一端穿过垂尾的底端伸入安装孔内与动力组件连接，另一端与柱状的对接法兰的一端连接，以使动力组件带动垂尾相对机身转动。对接法兰的另一端与机身上设置的折叠控制组件连接，以使折叠控制组件带动垂尾折叠或展开。

本发明实施例将动力组件设置于垂尾上的安装孔处并与垂尾固定，传动组件一端连接动力组件，另一端连接对接法兰，并与垂尾固定，对接法兰与机身上设置的折叠控制组件连接，动力组件带动垂尾相对机身转动，折叠控制组件带动垂尾展开及折叠。本申请能够实现全动垂尾的展开、折叠以及转动控制，同时将动力组件设置于垂尾上，使操纵机构的整体结构简单紧凑，安装方便，安全可靠，维护性好，体积占比小，可以满足大中小各型无人机折叠垂尾的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述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为本申请实施例提供的全动垂尾的操纵机构的结构示意图一；

图2为本申请实施例提供的全动垂尾的操纵机构的结构示意图二；

图3为本申请实施例提供的全动垂尾的操纵机构的结构示意图三；

图4为本申请实施例提供的全动垂尾的操纵机构的结构示意图四；

图5为本申请实施例提供的全动垂尾展开和折叠同时示出的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的安装架的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的全动垂尾的操纵机构的结构示意图五；

图8为本申请实施例提供的全动垂尾的操纵机构的结构示意图六；

图9为本申请实施例提供的全动垂尾的操纵机构的结构示意图七；

图10为图9中A处放大图。

图标：1-动力组件；11-舵机；12-安装架；121-挡板；122-侧板；123-固定板；124-减重孔；125-减重子孔；2-传动组件；21-中心轴；211-圆柱轴；212-盲孔；213-切槽；214-块状轴；22-第一轴承；23-第二轴承；24-套筒；241-筒体；242-固定片；25-定位螺母；26-卡箍；3-对接法兰；4-垂尾；41-安装孔；42-预埋接头；5-折叠控制组件；51-齿轮箱；52-电机。

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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“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实施例和简化描述，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。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

请参照图1~图5所示，本发明实施例提供了一种全动垂尾的操纵机构，包括动力组件1、传动组件2和对接法兰3。

垂尾4上设置有安装孔41，动力组件1设置于安装孔41处并与垂尾4固定。其中，该安装孔41的大小视动力组件1的大小决定，可以为盲孔，也可以为通孔。垂尾4包括蒙皮、填充泡沫和预埋接头42。填充泡沫形成垂尾4的整体形状，预埋接头42固定在填充泡沫的尾部，蒙皮套设于填充泡沫和预埋接头42的外表面。

传动组件2与垂尾4固定，具体的，传动组件2与预埋接头42固定。传动组件2的一端穿过垂尾4的底端伸入安装孔41内与动力组件1连接，另一端与柱状的对接法兰3的一端连接，以使动力组件1带动垂尾4相对机身转动。

如图5所示，对接法兰3的另一端与机身上设置的折叠控制组件5连接，以使折叠控制组件5带动垂尾4折叠或展开。动力组件1驱动传动组件2以实现垂尾4的转动控制，动力组件1、传动组件2和垂尾4通过对接法兰3固定设置在机身上。如图5同时示出了两个尾翼展开和折叠时的结构示意图，如图所示，折叠控制组件5包括齿轮箱51和电机52，对接法兰3的另一端与齿轮箱51连接，齿轮箱51与电机52连接，从而电机52工作时带动对接法兰3转动，进而控制尾翼的展开和折叠。该对接法兰3的一端与传动组件2直接连接，将整个操纵机构固定在机身上。

本发明将动力组件1设置于垂尾4上的安装孔41处并与垂尾4固定，传动组件2一端连接动力组件1，另一端连接对接法兰3，并与垂尾4固定，对接法兰3与机身上设置的折叠控制组件5连接，动力组件1带动垂尾4相对机身转动，折叠控制组件5带动垂尾4展开及折叠。本申请能够实现全动垂尾4的展开、折叠以及转动控制，同时将动力组件1设置于垂尾4上，使操纵机构的整体结构简单紧凑，安装方便，安全可靠，维护性好，体积占比小，可以满足大中小各型无人机折叠垂尾4的需求，如折叠翼筒式无人机的需求。

如图1~4所示，动力组件1包括舵机11和安装架12。如图6所示，安装架12包括挡板121、侧板122和固定板123。挡板121的两侧分别设置一块侧板122，且每块侧板122的表面均与挡板121的表面垂直，以使挡板121和侧板122之间形成一个安装腔。侧板122的外侧均设置有固定板123，固定板123的表面与侧板122的表面垂直并与挡板121的表面平行，固定板123与垂尾4固定。如图4所示，舵机11卡固于安装腔内并与挡板121固定，具体地，舵机11通过螺钉与挡板121固定，此固定方式为点固定。侧板122的设置，能够将舵机11卡固于安装腔内，使舵机11实现面固定，从而使舵机11传递的扭力为面传递，当扭力较大时，能够使扭力更为均匀的传递。舵机11的固定采用点、面固定相结合的方式，既能使舵机11稳固的固定，也能使扭力传递均匀化。舵机11和侧板122卡设于安装孔41内，舵机11的传动轴与传动组件2连接。

本申请实施例通过安装架12将舵机11固定安装在垂尾4内部，结构简单易实现，安装架12能够将舵机11稳固的固定，同时也能使舵机11传递的扭力均匀化。

如图6所示，挡板121和侧板122上均设置有减重孔124，从而使安装架12轻便化。

进一步地，挡板121上设置的减重孔124包括两个减重子孔125，两个减重子孔125之间形成加强肋，从而能够提高安装架12的强度，使动力组件1更安全。

如图7~10所示，传动组件2包括中心轴21、第一轴承22、第二轴承23、套筒24和定位螺母25。如图9所示，中心轴21包括圆柱轴211和块状轴214，圆柱轴211一端的端面与块状轴214的顶面一体连接，对接法兰3与块状轴214连接且对接法兰3的中心线与圆柱轴211的中心线互相垂直。

如图8和图9所示，套筒24包括筒体241和固定片242，筒体241的一端的外壁与固定片242一体连接并形成筒腔。筒腔内，沿与块状轴214连接端到固定片242的方向上依次套设第一轴承22、第二轴承23、第一轴承22和定位螺母25，第一轴承22用于承受轴向力，从而当垂尾4与舵机11固定后，防止舵机11沿轴向脱出。第一轴承22可以采用平面轴承。第二轴承23用于承受径向力，从而保证舵机11与中心轴21的同轴性。第二轴承23可采用滚针轴承。一般第二轴承23数量根据圆柱轴211的长度设定，如图9，圆柱轴211较长，设置了两个第二轴承23。圆柱轴211的另一端与动力组件1连接。定位螺母25将第一轴承22和第二轴承23固定于中心轴21的圆柱轴211和套筒24的筒体241之间，并使第一轴承22和第二轴承23可绕中心轴21自由转动，从而使动力组件1和传动组件2能够相对自由转动。

本申请实施例的全动垂尾的操纵机构，中心轴21的一端与动力组件1连接，另一端通过对接法兰3与机身固定，套筒24的固定片242与垂尾4固定，套筒24与中心轴21的圆柱轴211之间设置有轴承，从而通过定位螺母25和两个第一轴承22限制套筒24与中心轴21的轴向位置，通过第二轴承23限制套筒24与中心轴21的径向位置。需要操纵机构控制垂尾4转动时，动力组件1工作，动力组件1和垂尾4将转动，将驱动垂尾4转动的力矩传递给中心轴21，套筒24随垂尾4绕中心轴21转动，中心轴21不转动。相较于现有四连杆机构，连接点较多，配合要求高，发动机震动时故障率较大。本申请实施例的传动组件2为单轴式操纵机构，降低了发动机震动对垂尾4驱动的不良影响，以及降低了故障率。

进一步地，当动力组件1为舵机11和安装架12时，中心轴21一端与舵机11的传动轴连接，另一端通过对接法兰3与机身固定，套筒24的固定片242与垂尾4固定，套筒24与中心轴21的圆柱轴211之间设置有轴承，从而通过定位螺母25和两个第一轴承22限制套筒24与中心轴21的轴向位置，通过第二轴承23限制套筒24与中心轴21的径向位置。需要操纵机构控制垂尾4转动时，打开舵机11，舵机11机身带动垂尾4转动（即舵机11的传动轴不动，机身转动），舵机11将驱动垂尾4转动的力矩传递给中心轴21和安装架12，安装架12将扭矩传递给垂尾4，套筒24随垂尾4绕中心轴21转动，中心轴21不转动。

如图7和图8所示，传动组件2还包括卡箍26。如图8和图9所示，圆柱轴211的另一端设置有由端面向下凹进的盲孔212，盲孔212的横截面为四边形，四边形的任意一组对角处设置有切槽213，切槽213由圆柱轴211的端面向下凹进，并贯穿圆柱轴211的外侧壁和盲孔212。盲孔212用于与传动组件2连接，并在外侧套设卡箍26。具体地，盲孔212与舵机11的传动轴连接。

目前，对于发动机的布局为后推式的无人机，由于发动机放在无人机的后面，在无人机飞行过程中，发动机工作会产生震动，而垂尾4设置在无人机的尾部，从而垂尾4此时受震动影响很大，导致垂尾4操纵虚位较大，无人机的航向操纵稳定性不足。切槽213的设置，能够使舵机11的传动轴更容易安装于盲孔212。卡箍26的设置，解决了垂尾4操纵虚位较大的缺陷，保证了垂尾4的转动稳定性和精确性。

如图10所示，切槽213的深度不小于盲孔212的深度，即舵机11的传动轴安装于中心轴21上时，切槽213的底面低于舵机11的传动轴的对接面或与舵机11的传动面平齐。实际中，中心轴21的材料较硬，切槽213的深度不小于盲孔212的深度，能够减小卡箍26收紧时材料刚度的影响，即在不影响中心轴21强度的情况下，卡箍26更易收紧，从而保证了垂尾4的操纵稳定性，进而保证了无人机的航向稳定性。

如图3所示，安装孔41设置于垂尾4的预埋接头42所在位置处，从而传动组件2的安装能够合理利用现有的预埋接头42，使全动垂尾的操纵机构更易制作。

本发明另一实施例提供了一种全动垂尾，包括上述的全动垂尾的操纵机构，从而能够实现全动垂尾的展开、折叠以及转动控制，同时将动力组件1设置于垂尾4上，使操纵机构的整体结构简单紧凑，安装方便，安全可靠，维护性好，体积占比小，进而使全动垂尾的结构简单紧凑。

本发明又一实施例提供了一种无人机，包括上述的全动垂尾的操纵机构，

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种全动垂尾的操纵机构，其特征在于，包括动力组件、传动组件和对接法兰；

垂尾上设置有安装孔，所述动力组件设置于所述安装孔处并与所述垂尾固定；

所述传动组件与所述垂尾固定，一端穿过所述垂尾的底端伸入所述安装孔内与所述动力组件连接，另一端与柱状的所述对接法兰的一端连接，以使所述动力组件带动所述垂尾相对无人机的机身转动；

所述对接法兰的另一端与所述无人机机身上设置的折叠控制组件连接，以使所述折叠控制组件带动所述垂尾折叠或展开；

所述动力组件包括舵机和安装架；

所述安装架包括挡板、侧板和固定板；

所述挡板的两侧分别设置一块所述侧板，且每块所述侧板的表面均与所述挡板的表面垂直，以使所述挡板和所述侧板之间形成一个安装腔；

所述侧板的外侧均设置有固定板，所述固定板的表面与所述侧板的表面垂直并与所述挡板的表面平行，所述固定板与所述垂尾固定；

所述舵机卡固于所述安装腔内并与所述挡板固定，所述舵机和所述侧板卡设于所述安装孔内，所述舵机的输出轴与所述传动组件连接，所述舵机的输出轴不动，所述舵机的机身转动；

所述传动组件包括中心轴、第一轴承、第二轴承、套筒和定位螺母；

所述中心轴包括圆柱轴和块状轴，所述圆柱轴一端的端面与所述块状轴的顶面一体连接，所述对接法兰与所述块状轴连接且所述对接法兰的中心线与所述圆柱轴的中心线互相垂直；

所述套筒包括筒体和固定片，所述筒体的一端的外壁与所述固定片一体连接并形成筒腔，所述固定片与所述垂尾固定连接，所述筒体套设在所述圆柱轴外；

所述筒腔内，沿与所述块状轴连接端到固定片的方向上依次套设第一轴承、第二轴承、第一轴承和定位螺母，所述第一轴承用于承受轴向力，所述第二轴承用于承受径向力；

所述圆柱轴的另一端与所述舵机的输出轴连接，当需要控制所述垂尾转动时，打开所述舵机，所述舵机机身带动所述垂尾转动；

所述折叠控制组件包括齿轮箱和电机，所述对接法兰的另一端与所述齿轮箱连接，所述齿轮箱与所述电机连接。

2.根据权利要求1所述的全动垂尾的操纵机构，其特征在于，所述挡板和所述侧板上均设置有减重孔。

3.根据权利要求2所述的全动垂尾的操纵机构，其特征在于，所述挡板上设置的减重孔包括两个减重子孔，两个所述减重子孔之间形成加强肋。

4.根据权利要求1所述的全动垂尾的操纵机构，其特征在于，所述传动组件还包括卡箍；

所述圆柱轴的另一端设置有由端面向下凹进的盲孔，所述盲孔的横截面为四边形，所述四边形的任意一组对角处设置有切槽，所述切槽由所述圆柱轴的端面向下凹进，并贯穿所述圆柱轴的外侧壁和所述盲孔；

所述盲孔用于与所述舵机的输出轴连接，并在外侧套设所述卡箍。

5.根据权利要求4所述的全动垂尾的操纵机构，其特征在于，所述切槽的深度不小于所述盲孔的深度。

6.根据权利要求1所述的全动垂尾的操纵机构，其特征在于，所述安装孔设置于所述垂尾的预埋接头所在位置处。

7.一种全动垂尾，其特征在于，包括权利要求1~6任一项所述的全动垂尾的操纵机构。

8.一种无人机，其特征在于，包括权利要求1~6任一项所述的全动垂尾的操纵机构。

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