CN203318676U

CN203318676U - 一种重心球移动的共轴双翼飞行器

Info

Publication number: CN203318676U
Application number: CN2013203041432U
Authority: CN
Inventors: 王伟; 王昱; 叶薛飞
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-05-30

Abstract

本实用新型涉及一种上下两对旋翼作正反转动的飞行器，尤其是一种重心球移动的共轴双翼飞行器。连杆一的一端与托盘的底端连接，另一端布置连杆紧固件一，连杆紧固件一内固定驱动电机一，驱动电机一的驱动轴连接连杆二，连杆二的一端布置连杆紧固件二，连杆紧固件二内固定驱动电机二，驱动电机二的驱动轴连接连杆三，连杆三的一端布置重心球。这种带重心球的简易式的共轴双翼飞行器一方面继承了共轴双翼飞行器在垂直起降、空中悬停、自转下滑等发面优越的性能，另一方面巧妙地利用动力学原理，通过重心球的摆动来实现飞行器的重心偏移，从而达到控制飞行姿态的目的。

Description

一种重心球移动的共轴双翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及一种上下两对旋翼作正反转动的飞行器，尤其是一种重心球移动的共轴双翼飞行器。

背景技术

飞行器的姿态控制是飞行器研究领域的主要研究内容之一。随着国内外对飞行器研究的逐步成熟，现已具备了一套较完备的控制体系，除了对飞行器的姿态控制外还包括高度控制、位置控制等，其控制方法也多种多样，主要包括：PID控制、鲁棒控制、模糊控制、非线性控制等方法，但这些都只是在飞行器机械结构确定的前提下对控制算法的进一步优化和选择，并且这些控制方法大多依赖于精确的数学模型，很少有对机械结构本身进行创新改造来实现飞行器姿态控制的，通过附加机械结构改变重心来控制飞行器姿态的研究则更少。目前，比较典型的控制飞行器重心的实例如：对于一个具有多个燃料箱的飞行器，根据预定顺序，从燃料箱中的一个或多个传送燃料来控制飞行器的重心位置以达到姿态控制的目的。然而这类方法对飞行器本身的结构具有很强的依赖性，使用的环境也有一定的局限性，并且在操作上不易实现。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种带重心球的共轴双旋翼的飞行器，其要解决的技术问题是使飞行器姿态控制更加灵活，并使结构设计变得简单。

本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型所述的一种重心球移动的共轴双翼飞行器，包括旋翼一，旋翼二，电机一，电机二，托盘，支撑脚；所述的旋翼一与旋翼二布置在托盘上，电机一驱动旋翼一转动，电机二驱动旋翼二转动，支撑脚用于支撑托盘；还包括连杆一，驱动电机一，连杆二，连杆紧固件一，连杆紧固件二，驱动电机二，连杆三，重心球；所述的连杆一的一端与托盘的底端连接，另一端布置连杆紧固件一，连杆紧固件一内固定驱动电机一，驱动电机一的驱动轴连接连杆二，连杆二的一端布置连杆紧固件二，连杆紧固件二内固定驱动电机二，驱动电机二的驱动轴连接连杆三，连杆三的一端布置重心球。

有益效果

本实用新型提供的重心球移动的共轴双翼飞行器，这种带重心球的简易式的共轴双翼飞行器一方面继承了共轴双翼飞行器在垂直起降、空中悬停、自转下滑等发面优越的性能，另一方面巧妙地利用动力学原理，通过重心球的摆动来实现飞行器的重心偏移，从而达到控制飞行姿态的目的。与传统的设计、控制方法相比，由于减少了传统共轴双翼飞行器倾斜盘和舵机部分，大大降低了飞行器设计的难度和成本，使得飞行器结构更简单。同时飞行器结构重量和重心球均集中在整个机体的重心处，因而减少了飞行器俯仰和偏航的转动惯量，使得飞行器的姿态控制更加灵活，从而可以很好地用于实现低空侦察、灾害现场监视与救援等方面，在军用和民用领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图中1事平衡杆，2是旋翼一，3是旋翼二，4是电机一，5是电机二，6是托盘，7是支撑脚，8是连杆一，9是驱动电机一，10是螺纹孔，11是连杆二，12是连杆紧固件一，13是连杆紧固件二，14是驱动电机二，15是连杆三，16是重心球。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：

如图所示：一种重心球移动的共轴双翼飞行器，图1给出了飞行器构造原理图，图中省略了一些共轴双旋翼直升机通用的传动机构以及某些零件之间的连接部件、电源、电线等，示意性地介绍了共轴双旋翼机的旋翼传动部分，着重对机体下方的双电机控制重心球位置部分作详细的介绍。

1为平衡杆，通过改变平衡杆可以改变上旋翼的倾斜角度。2、3为共轴双翼飞行器的两个旋翼，根据动力学原理，上旋翼和下旋翼的旋转方向相反。同时，飞行器能够实现平稳飞行功能，上旋翼与下旋翼之间的距离必须控制在一定范围内。上旋翼2由电机4和内连杆传动，下旋翼3由电机5和外连杆传动（这里没有对电机如何驱动旋翼作详细的说明，只是用电机4、5和齿轮简单地说明其原理）。6为托盘，主要承载电机、电源、控制板等装置，在对其结构布置时尽量使其重心在托盘中轴线附近。7为支撑脚，用于实现飞行器的平稳支撑。

12、13为两个连杆紧固件，可以固定在连杆8、11的末端，连杆11尽可能的短，以保证9、14两个电机对整个机体重心的影响不大。连杆紧固件中间可以安放电机9、14，并用穿螺纹孔10而过的螺丝紧固电机。16为与连杆15相连的重心球。连杆11、15的一端分别连接在电机9、14的转轴上，由电机9、14直接驱动。其中9、14两个驱动电机成90°角放置，以保证重心球16能达到空间指定的位置。

在飞行器旋翼下方安装一托盘，在其上固定两个电机，传动齿轮组的正旋动力齿轮和反旋动力齿轮分别与内、外传动杆相连，并与两个电机齿轮啮合传动。托盘的下方为飞行器的重心移动机构，主要通过两个成90°角安装的电机驱动连杆来改变重心球在空间中的位置，从而改变整个飞行器的重心，使得飞行器在重力作用下向重心方向偏移，以此来改变飞行器的姿态。重心球的摆角，必须在预置范围内，否则会引起飞行器震荡或失调。为了使飞行器能够平稳起飞，在飞行器飞行前，需要对重心球的初始角进行设定，使飞行器重心在垂直放置时的主轴线上。当重心在飞行器主轴线上时，可实现飞行器的垂直上下移动，当改变重心球的位置使飞行器重心偏离主轴线，并同时改变逆向双翼的转速时，可实现飞行器在空间中以不同的姿态飞行。

在飞行器飞行前，需对整个机体的重心位置进行调整，必要时还需要对初始情况下由于两个电机导致的重心偏移做补偿，以保证整个机体重心定位的准确性，即通过电机9、14的转角来调整重心球的摆角，使得整个飞行器的重心在飞行器主轴线上，从而便于飞行器的稳定飞行和起降。

上升、下降、偏航：给予双翼一定的初始速度，飞行器便可实现飞行功能。若同步改变双翼的转速大小，可实现飞行器的垂直上升与垂直下降；若通过调速使双翼存在转速差，则可实现飞行器的偏航（换向）。

多姿态飞行：在飞行器飞行过程中，通过无线设备发送控制信号，改变重心球在前后、左右方向上的摆角，使飞行器按照重心球偏移的方向移动，移动的速度可由偏移的角度决定，即实现对飞行器的姿态控制。重心球偏移角不宜过大，否则会增加对飞行器的控制难度。电机9改变重心球15在空间中的前后移动，电机14改变重心球的左右移动。如图1，以此为正视图，若当电机9转角不变，改变电机14的转角，使重心球右移（左移），则整个飞行器的重心会偏向右边（左边），为了使重心回归到原来的相对位置，飞行器会产生向右（左）的倾斜趋势，最终导致飞行器向右（向左）飞行；若保持电机14的转角不变，改变电机9的转角，使重心球前移（后移），则飞行器向前（向后）飞行，则整个飞行器的重心会偏向前方（后方），为了使重心回归到原来的相对位置，飞行器会产生向前（后）的倾斜趋势，最终导致飞行器向前（向后）飞行；若同时改变电机9、14的转角，再结合飞行器高度变化，则可实现飞行器在空间以任一姿态角移动。

Claims

1.一种重心球移动的共轴双翼飞行器，包括旋翼一（2），旋翼二（3），电机一（4），电机二（5），托盘（6），支撑脚（7）；所述的旋翼一（2）与旋翼二（3）布置在托盘（6）上，电机一（4）驱动旋翼一（2）转动，电机二（5）驱动旋翼二（3）转动，支撑脚（7）用于支撑托盘（6）；其特征在于：还包括连杆一（8），驱动电机一（9），连杆二（11），连杆紧固件一（12），连杆紧固件二（13），驱动电机二（14），连杆三（15），重心球（16）；所述的连杆一（8）的一端与托盘（6）的底端连接，另一端布置连杆紧固件一（12），连杆紧固件一（12）内固定驱动电机一（9），驱动电机一（9）的驱动轴连接连杆二（11），连杆二（11）的一端布置连杆紧固件二（13），连杆紧固件二（13）内固定驱动电机二（14），驱动电机二（14）的驱动轴连接连杆三（15），连杆三（15）的一端布置重心球（16）。