CN1556007A - 共轴式无人起吊直升机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轴式无人起吊直升机、旨在提供一种结构简单，自重轻，稳定可靠、操作简便，且价格低廉的短距离空中起吊和搬运工具。主要的技术方案是：采用二台或二台以上的发动机与离合器－减速器和主动齿轮装置于下组旋翼上，通过从动齿轮带动上组旋翼旋转，其反作用力也推动下组旋翼旋转，形成两组旋翼共轴反转，产生升力飞行。采用有线或无线遥控对直升机进行控制，由电动执行器通过穿过旋翼主轴的轴杆、对倾斜器进而对直升机的姿态进行控制。本发明可用于特殊环境的起吊和搬运货物，及进行喷洒农药、洒水灭火等作业，需要时，还可通过吊笼运载人员进行空中巡视、摄影、旅游观光等。

Description

共轴式无人起吊直升机

技术领域：

本发明涉及一种飞行器，尤其是一种发动机随翼旋转的共轴式无人起吊直升机。

背景技术：

众所周知，目前有专门起吊货物的吊车、吊船，却没有专门用于起吊货物的直升机。当然，普通直升机也能起吊货物，但是因其本身设计的目的，不是主要用于起吊货物，而是运载货物或人员飞行，因而它一般要具备有驾驶舱、机舱、平衡尾翼等，以及各种通信导航设备，这些装置对于主要以起吊和近距离搬运货物的直升机来说，就可以不必要了。因为，这些装置既增加了直升机的原材料消耗，也增加了直升机的重量，降低了直升机的效率，使直升机的生产成本和使用费用大为提高。再者，现有直升机，特别是大载重的直升机，都需要功率强大的动力装置，其可由单台或许多台发动机组成，而现有直升机由于受其结构条件的限制，一般最多也只装置三至四台发动机，否则就显得过于复杂和庞大，故一般大都采用涡轴发动机来满足对动力性的要求，虽然此类发动机重量轻、功率大，但其价格、维护费用都比较高，噪音也较大。

此外，对现有共轴式直升机来说，上、下两组旋翼，一组正转，一组反转，要求两组旋翼扭矩必须平衡，否则就会导致机身自转，影响飞行安全。其在实际运行中，都有可能因其它原因而导致上、下旋翼扭矩的不平衡，因而存在着这方面的故障率。

发明内容：

本发明的目的是提供一种结构简单，操纵简便，运行稳定可靠、费用少、专用于起吊搬运货物的共轴式无人起吊直升机。

本发明所采取的技术方案是：

本发明由旋翼、旋翼主轴、发动机、离合器、减速器、主动齿轮、从动齿轮、起落架、倾斜器、电动执行器等构成。由两台或两台以上的发动机装置于一组旋翼上随旋翼转动，并带动另一组旋翼转动；控制装置由电动执行器和设置于直升机顶部的倾斜器组成。所述的旋翼由浆毂、桨轴、桨叶组成，分为上下两组，上桨毂、桨轴和上浆叶相连共为一转动体，组成上旋翼，下桨毂和下桨叶直接相连，为下旋翼；设有旋翼主轴为管状，用于装置上、下两组旋翼。所述的发动机、离合器、主动齿轮对称或均布装置于下旋翼上；所述的从动齿轮装于上旋翼的桨毂上；所述的起落架为四脚台形，用于支承直升机。发动机动力经离合器、减速器、主动齿轮、带动从动齿轮及上旋翼旋转，其反作用力也推动装有发动机、离合器、减速器、主动齿轮的下旋翼旋转，形成两组旋翼共轴反转，产生升力飞行。

控制部份由倾斜器和电动执行器组成。所述的倾斜器顶置于直升机上部；所述的电动执行器装置于起落架上部，它们之间通过贯穿于旋翼主轴的两根相套的轴杆，对倾斜器进行控制，进而实现对直升机姿态的控制。

本发明与现有共轴式直升机一样，除具有尺寸小，无需尾桨，不存在来自尾桨的故障率气流对称，有利于操纵，悬停效率高等优点外，还有如下特点：

其一，本直升机重心与轴心几乎一致，吊钩也正好在轴的中心垂线上，起吊货物时，吊索吊钩、轴心、重心几乎连成一线，很平稳，在运行中不存在诸如因燃料减少、货物移动而引起的重心偏移问题，且整机包括油箱在内的绝大部分的重量都在转动，形似飞碟，惯性大，容易保持原来的运行姿态。

其二、本直升机结构简单、紧凑、自重轻，在传动系统中，所有的主动齿轮都共带一个从动齿轮，且主动齿轮除带动从动齿轮转动外，本身也围绕从动齿轮转动，其传动比只是同类直升机的1/2；所有的发动机都环绕布置在下桨毂周围，充分利用其空间位置，减少了用于支承发动机的许多梁架；没有驾驶舱、机舱、尾翼、无人驾驶，作为一种起吊搬运货物的工具，相对于用普通直升机直接吊载货物作业要经济得多。

其三，本直升机由于其结构上的特点，其动力装置可由少至2台、多至十多台的发动机组成。在许多台发动机组成的情况下，因故同时停车的可能性很小，也就是说，来自无动力所发生的故障率很低；且有利于采用价格低、噪音小的活塞式发动机。此外，在空载或轻载时，可以停止部分发动机的工作，有利于节省燃料。

其四，本直升机由于发动机随翼旋转的特点，根据作用力与反作用力的原理，为保持扭矩的平衡，上、下两组旋翼可根据不同阻力负荷自动分配转速，不存在上、下两组旋翼因扭矩不平衡而导致机身自转的故障率；发动机随翼旋转，还有利于风冷式发动机得到充分冷却、以保持发动机功率的有效输出。

本直升机可应用于普通起吊工具设备难以进行作业的特殊环境，如高山深谷立电杆，搬运机器设备；也可吊挂喷洒装置喷洒农药，吊水喷洒灭火；需要时，还可通过吊笼运载人员进行空中巡视、摄影、或旅游观光等。

附图说明：

图1是本发明立体结构示意图。

图2是图1的I-I剖面俯视图。

图中所示：控制按钮1、方向电动执行器2、控制箱3、升降电动执行器4、炭刷5、减速器6、离合器7、下浆叶8、主动齿轮9、油门电动执行器10、轴承11、油箱12、上桨叶13、升降控制轴杆14、方向控制轴杆15、倾斜器16、桨轴17、调节螺杆18、螺母19、旋翼主轴20、上桨毂21、从动齿轮22、下桨毂23、发动机24、滑环25、起落架26、蓄电池27、移动电动执行器28、吊钩29、空档拔杆30、稳定板31。

具体实施方式：

下面结合附图详细说明本发明的具体结构及工作情况。

本发明由旋翼系统、动力系统、传动系统、操纵控制系统、起落架等组成。

旋翼系统产生直升机的升力、移动力和操纵力。旋翼由桨毂21、23，桨轴17和桨叶8、13组成。桨毂21、23两端放置有滚动轴承11，旋翼主轴20在装入桨毂21、23后，由螺母19锁定。桨轴17的作用是保持上、下旋翼有足够的间距。上桨叶13可在一定的角度内自由转动，以便对直升机的操纵控制，其仰俯角可由调节螺杆18调节。下桨叶8应多于或稍长于上桨叶13，并使其桨叶角大于或等于上桨叶角的最大值，这样在任何工况下，下旋翼的转速都低于上旋翼的转速，以避免由于下旋翼转速过高、离心力过大而对发动机24工作稳定性的影响。

动力系统由发动机24和油箱12组成。发动机24必须是两台或两台以上，并且应是同型号和同等重量的，它们对称或均布装置于下桨毂23周围。由下桨毂支承，并随其转动。当装置发动机较多，一层布置不下时，还可采用长的旋翼主轴20，多层布置，则从上至下用传动轴相连并共用一个主动齿轮9，然后一起驱动从动齿轮22，这样可装置多台，乃至十多台发动机，功率强大，非常适合起吊重物的需要。油箱12为圆环形，桨轴17穿于环中心，并放置有轴承套，使其能够在桨轴17上转动，让重量由桨轴17支承，而用撑杆与下旋翼相连，让其随下旋翼转动。

传动系统由离合器7，减速器6，主动齿轮9，从动齿轮22组成。离合器7为离心式自动离合器，当发动机24转速高时自动接合，低速时自动分离，这样既能保证发动机空载起动，又能在单台发动机停车时，能自动分离，以保证其他发动机能正常工作，以及在万一失去动力时，旋翼能自转，以降低直升机的下滑率。

减速器6为圆锥齿轮减速器，输出轴上装有主动齿轮9，工作时带动与上旋翼相连接的从动齿轮22转动。减速器7上装有空档拔杆30，内有分离套，其作用是在发动机检修和调试时拔至空档位置，不让旋翼旋转。

操纵控制系统，由倾斜器16、升降控制轴杆14、方向控制轴杆15、电动执行器2、4、10、28，控制箱3、控制按钮1、炭刷5、滑环25、蓄电池27及遥控装置组成。倾斜器16置于直升机顶部，由升降控制轴杆14支承，有连杆与上桨叶13相连，随上旋翼转动，其上、下移动可改变上桨叶13的角度，而方向控制轴杆15上、下移动可使倾斜器16倾斜，当倾斜器倾斜时，能使旋转中的桨叶13的叶角不断变化，从而在某一方向产生一个力，使直升机向某一方向移动；当控制轴杆15转动方向时，直升机也随之转向。电动执行器是以电为动力去实现控制的执行机构，电动执行器4以起落架26为固定点，其动作可使升降控制轴杆14上、下移动；电动执行器28以升降控制轴杆14为固定点，其动作可使方向控制轴杆15上、下移动；电动执行器2也以升降控制轴杆14为固定点，其动作可使方向控制轴杆15正反转动；电动执行器10固定于发动机24上，其动作可使发动机24的油门量增大或减小。

控制箱3内装有继电器，遥控接收器等元器件，与控制按钮1组成对各个电动执行器的控制。控制按钮1至控制箱3的导线以20～30米为宜；如使用超出此范围则应使用遥控装置，其遥控范围一般可达数百米；如果使用范围超出遥控范围，则可配置吊笼，让人坐在上面随机操作。有线控制和无线遥控共同使用可提高直升机操作控制的可靠性。

炭刷5和滑环25的作用是使旋转着的下旋翼与控制箱3的电路相互联通。

起落架26为四脚锥形台架，旋翼主轴20垂直连接于其中心位置上。起落架26两边对称装有稳定板31，它起稳定起落架和作前后方向标志的作用。吊钩29与起落架26上端连接，并位于旋翼主轴20轴心垂线上。

控制电源由发动机24内部的发电机供给，蓄电池27起补助电源和稳定电压的作用。

组装后的直升机必须进行重心平衡性调试，特别是装有发动机的下旋翼，要使其重心与轴心一致，否则旋转时就会产生震动，当震动力不大时，可采用调整油门电动执行器10对旋翼主轴20矩离远近的方法来调整，如震动过大，则要校对发动机的对称性或均布性。

本发明的工作情况是这样的：

将油门置于怠速位置，逐个起动发动机24，按动控制按钮1的油门“加速”键，电动执行器10动作，发动机24转速逐渐提高。当转速达到一定时，离心式离合器7接合，动力经圆锥齿轮减速器6减速后输至主动齿轮9，带动从动齿轮22转动，从而使上旋翼旋转；与此同时，主动齿轮9也产生一个反作用力，反方向推动下旋翼旋转，于是上、下两组旋翼形成共轴反转，共同产生升力。

当旋翼转速达到一定时，按动控制按钮1的“上升”键，电动执行器4动作，升降控制轴杆14上移，上桨叶角增大，下旋翼的转速也随之相应增高，上升力也随之增大。不断交替按上述的两键，直至直升机克服自重而垂直起飞。

当需要使直升机移动时，则按动控制按钮1的“移动”键，电动执行器28动作，方向控制轴杆15上移，拉动倾斜器16倾斜，上旋翼在旋转时就会自动改变桨叶角，于是产生一个移动力，直升机就会向某一方向移动，至于是前后，还是左右，要以起落架26上的稳定板31的方向标志而定，而移动的快慢则要以方向控制轴杆15移动量而定。

当要使直升机改变移动方向时，则按动控制按钮1的“左移”或“右移”键，电动执行器2动作。方向控制轴杆15向左或向右转动，带动倾斜器16向左或向右倾斜，直升机的移动方向也随之改变。

当要使直升机降落时，则按控制按钮1的“下降”键，电动执行器4动作，升降控制轴杆14下移，上桨叶13叶角减小，升力减小；继而按动油门“减速”键，使电动执行器10动作，油门开度减小，发动机24减速，两键交替按动直至直升机降落地面，最后按“减速”键至怠速，离心式离合器6彻底分离，旋翼停转。

Claims (4)

1、一种共轴式无人起吊直升机，包括由浆毂、浆轴、浆叶连接组成的旋翼，发动机，由离合器、减速器、主动齿轮、从动齿轮组成的传动装置，以及控制装置，起落架，其特征在于：旋翼分为上、下两组，设有旋翼主轴(20)，由两台或两台以上的发动机(24)装置于一组旋翼上随旋翼转动，并带动另一组旋翼转动；控制装置由电动执行器(2)、(4)、(10)、(28)和设置于直升机顶部的倾斜器(16)组成。

2、根据权利要求1所述的共轴式无人起吊直升机，其特征在于：发动机(24)、离合器(17)、减速器(6)、主动齿轮(9)通常设置在下组旋翼上，并由电动执行器(10)控制，带动从动齿轮(22)及上组旋翼旋转，形成两组旋翼共轴反转。

3、根据权利要求1所述的共轴式无人起吊直升机，其特征在于：电动执行器(2)、(4)、(28)设置于旋翼主轴(20)下方、起落架(26)上部。

4、根据权利要求1所述的共轴式无人起吊直升机，其特征在于：倾斜器(16)和电动执行器(2)、(4)(28)之间，设置有穿入旋翼主轴(20)的升降控制轴杆(14)和方向控制轴杆(15)。

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