CN204310034U - 一种无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置，包括两个变距拉杆、两个动作拉杆、倾斜盘、两组导向剪型臂、4个舵机、一个混合控制器和止转导轨；4个舵机相对主旋翼的主轴轴心上一点呈中心对称分布；以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，第一舵机与第四舵机安装位置的连线、第二舵机与第三舵机安装位置的连线均与中轴线呈45度角；或者第一舵机与第四舵机安装位置的连线与中轴线呈0度角，第二舵机与第三舵机安装位置的连线与中轴线呈90度角。本实用新型4个舵机的位置布置使其互为备份，在任意一个执行舵机失效后，倾斜盘仍能完成所述的控制动作，提高了无人驾驶直升机的可靠性和安全系数。

Description

一种无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置

技术领域

本实用新型属于无人驾驶直升机领域，具体涉及一种无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置。

背景技术

目前，无人驾驶直升机旋盘倾斜系统的控制形式有单通道独立操纵和多通道混合操纵两种形式。单通道独立操纵形式倾斜盘不但机械结构复杂、动作幅度小，且驱动舵面工作的舵机承受的载荷大，需舵机长时间大载荷工作，对舵机性能要求较高。多通道混合操纵的无人驾驶直升机旋盘倾斜系统能够有效降低单个舵机的工作载荷。但现有的多通道混合控制的无人驾驶直升机旋盘倾斜系统主要形式仍局限于两通道或三通道混合控制直升机的倾斜盘，能实现滚转、俯仰和变距操纵单维度工作模式。这类型的直升机倾斜盘系统的特点是所有参与驱动倾斜盘倾斜或上下运动的舵机必须同时按一定比率协调工作。这类型倾斜盘系统由于要求参与动作的舵机必须实时精确协调完成偏转才能实现无人驾驶直升机的飞行控制，若其中任一参与动作的舵机失效或控制不精准则可能造成无人驾驶直升机的失控。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置，其4个舵机的位置布置使其互为备份，在任意一个执行舵机失效后，倾斜盘仍能完成所述的控制动作，提高了无人驾驶直升机的可靠性和安全系数。

本实用新型提供的技术方案为：

一种无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置，包括两个变距拉杆30、四个动作拉杆31、倾斜盘、两组导向剪型臂、4个舵机、一个控制器和止转导轨34；所述倾斜盘包括旋转杯体25和固定杯体26；旋转杯体和固定杯体通过轴承连接；

所述两个变距拉杆以主轴为对称轴对称布置，两个变距拉杆30的上端分别与两个主桨夹上的变距摇臂14连接，两个变距拉杆30的下端分别与旋转杯体25通过关节轴承相连，所述四个动作拉杆31的上端分别通过关节轴承与固定杯体26连接，四个动作拉杆31的下端分别与4个舵机的动作摇臂连接；

每组导向剪型臂包括一个双环剪型臂32和一个单环剪型臂33，所述两组剪型臂以主轴为对称轴对称安装，双环剪型臂与主旋翼中联活动连接，单环剪型臂通过关节轴承与旋转杯体相连，双环剪型臂和单环剪型臂活动连接；两组剪型臂所在的平面与两个变距拉杆所在的平面垂直；导向剪型臂用于保证倾斜盘的旋转杯体与主轴没有相对转动；

4个舵机均与控制器相连；

所述4个舵机相对主旋翼的主轴轴心上一点呈中心对称分布；

无人驾驶直升机

所述止转导轨平行于主轴固定安装在舵机安装支架上，固定杯体后方安装有一个止转销，止转销插入止转导轨上的销槽内，止转导轨和止转销用于抑制固定杯体旋转。

进一步地，所述4个舵机的安装方式为：以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，第一舵机与第四舵机安装位置的连线与中轴线呈正45度角，第二舵机与第三舵机安装位置的连线与中轴线呈负45度角。

进一步地，所述4个舵机的安装方式为：以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，第一舵机与第四舵机安装位置的连线与中轴线呈0度角，第二舵机与第三舵机安装位置的连线与中轴线呈90度角。

进一步地所述双环剪型臂32和单环剪型臂33之间的活动角度为35-145度。

在导向剪型臂的牵引作用下，倾斜盘的旋转杯体得以保证与主旋翼是没有相对转动；所述4个舵机，通过舵机安装支架固定在传动系统的减速箱箱体上方。当主旋翼旋转时，带动倾斜盘的旋转杯体旋转，使得固定杯体也有一个旋转力矩，而固定杯体是不能有旋转运动的，止转导轨用于抑制倾斜盘固定杯体旋转。

本实用新型的工作原理：A、主旋翼总距控制：通过3所述混合控制器控制所述4个舵机同时向上或向下运动时，4个舵机的动作拉杆同时向相同方向运动，带动倾斜盘水平上升或者下降，倾斜盘通过变距拉杆推动主旋翼叶片向相同方向偏转，从而实现变距操作。B、45度夹角安装的4通道混合控制倾斜盘系统循环变距操作：通过3所述混合控制器控制，当4个舵机的第一和第二舵机驱动动作拉杆向下(或向上)运动，第三和第四舵机驱动动作拉杆向上(或向下)运动，使倾斜盘向前(或向后)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的俯仰操纵；当通过混合控制器控制4个舵机中的第一和第三舵机驱动动作拉杆向上(或向下)运动、舵机中的第二和第四舵机驱动动作拉杆向下(或向上)运动，使倾斜盘向左(或向右)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的滚转操纵。C、0度夹角安装的4通道混合控制倾斜盘系统循环变距操纵：通过3所述混合控制器控制，2、第三舵机保持位置不动，第一舵机驱动对应的动作拉杆向下(或向上)运动，第四舵机驱动对应的动作拉杆向上(或向下)运动时，倾斜盘向前(或向后)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的俯仰操纵；当1、第四舵机保持位置不动，第二舵机驱动对应的动作拉杆向下(或向上)运动，第三舵机驱动对应的动作拉杆向上(或向下)运动时，倾斜盘向左(或向右)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的滚转操纵。

有益效果：

(1)该装置中的4个舵机互为备份，在任意一个执行舵机失效后，倾斜盘仍能完成所述的控制动作，提高了无人驾驶直升机的可靠性和安全系数。

(2)该装置通过4个协调动作的舵机同时操纵倾斜盘所承受的变距和循环变距载荷，使操纵力矩均分到4个舵机中，降低了单个执行舵机所承受的载荷，同时也提高了倾斜盘操纵的精度。

附图说明

图1本实用新型的无人驾驶直升机结构示意图

图2本实用新型实例中主旋翼系统的结构示意图

图3本实用新型实例中主旋翼系统内部结构示意图

图4本实用新型实例中无人驾驶直升机4通道混合控制倾斜盘装置结构示意图

图5本实用新型实例中无人驾驶直升机的启动装置结构示意图

图6本实用新型实例中无人驾驶直升机的机身框架结构示意图

图7本实用新型实例中机身框架的侧板结构示意图

图8本实用新型实例中无人直升机传动系统结构示意图

图9本实用新型实例中减速箱内部结构示意图

图10本实用新型实例中辅助升力-反扭力-冷却功能装置结构示意图

图11本实用新型实例中单个辅助升力-反扭力-冷却功能装置结构示意图

图12本实用新型实例中无人驾驶直升机起落装置结构示意图

图13本实用新型实例中无人驾驶直升机尾旋翼装置结构示意图

图中：

1、主旋翼头      27、第一舵机         51、平带张紧轮

2、主旋翼        28、第二舵机         52、平带从动轮

3、倾斜盘装置    29、舵机安装支架     53、升力风扇

4、减速箱        30、变距拉杆         54、起落架固定块

5、启动装置      31、动作拉杆         55、拱形弯管

6、辅助升力-反扭 32、双环剪型臂       56、弓形支架力-冷却功能装置         33、单环剪型臂       57、锁尾舵机

7、发动机        34、止转导轨         58、尾桨夹

8、排气管        35、第三舵机         59、尾变距拉杆

9、起落架        36、第四舵机         60、联轴臂

10、尾旋翼       37、机身侧板         61、变距滑套

11、尾管         38、辅助升力-反      62、铜轴套

12、尾旋翼装置  扭力-冷却功能装置安   63、开口止转臂

13、机身框架    装支架                64、尾舵盘摇臂

14、变距摇臂     39、发动机安装板     65、尾轴

15、主桨夹       40、机身支柱         66、尾中联

16、主旋翼垫片   41、离合器           67、启动齿轮盘

17、旋翼头中联   42、一级同步轮       68、启动电机

18、主轴         43、同步带           69、启动电机减速

19、摆振铜套     44、二级同步轮    箱

20、支撑轴承     45、减速箱下盖       70、启动机安装支

21、挥舞减震垫   46、减速箱上盖    架

22、横轴         47、齿轮轴           71、超越齿轮

23、挥舞铰支柱   48、主齿轮

24、端面止推轴承 49、涵道

25、旋转杯体     50、高速平带主动

26、固定杯体    轮

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1，所示的一种采用辅助升力-反扭力-冷却功能装置冷却发动机并采用4通道混合控制倾斜盘的无人驾驶直升机结构示意图，其特征在于：包括主旋翼头1、主旋翼2、倾斜盘装置3、减速箱4、启动装置5、至少一个辅助升力-反扭力-冷却功能装置6、发动机7、排气管8、起落架9、尾旋翼10、尾管11、尾旋翼装置12和机身框架13。所述主旋翼头1安装在所述减速箱4的上方；所述主旋翼2安装在主旋翼头的两端；所述4通道倾斜盘控制装置3安装在主旋翼头的下方，固定在减速箱的上方；所述启动装置5安装在所述机身框架13的前部，发动机7的上方；所述发动机7通过悬挂方式安装在机身框架的前部，所述起落架9安装在机身框架的下方，所述尾管11安装在机身框架的后部，其后端与所述尾旋翼装置12固定，所述尾旋翼安装在尾旋翼装置的尾桨夹两端。

如图2和图3，本发明中无人驾驶直升机主旋翼系统的结构示意图，所述主旋翼头包括变距摇臂14、主桨夹15、主旋翼垫片16、旋翼头中联17、主轴18、摆振铜套19、支撑轴承20、挥舞减震垫21、横轴22、挥舞铰支柱23和端面止推轴承24。所述变距摇臂14安装在所述主桨夹15的侧端面上，为使变距工作行程范围上下对称，变距摇臂的安装平面与所述主旋翼垫片16的端面垂直，所述主桨夹15的数量为2个；所述旋翼中联17安装在所述主轴18上，旋翼头中联是一个T型结构的空心构件，其下端用于固定主轴，上端内安装有若干轴承和轴套，用于固定所述横轴22和挥舞减震垫21；主桨夹15安装在横轴的两端与旋翼头中联相连；所述挥舞铰支柱23是一个铰链式支撑结构，安装在旋翼头中联中间，用于承载旋盘的垂直力矩，当主旋翼上下挥舞时，挥舞铰支柱同两端的支撑轴承20把垂直方向的力转移到旋翼头中联上。

如图1和4，所述倾斜盘装置3，包括变距拉杆30、动作拉杆31、倾斜盘、双环剪型臂32、单环剪型臂33、止转导轨34、4个舵机和一个混合控制器。其中，倾斜盘包括旋转杯体25和固定杯体26，所述变距拉杆与倾斜盘旋转杯体通过关节轴承相连。

所述4通道混合操纵倾斜盘的4个舵机相对主旋翼的主轴中心成平均分布。舵机的动作摇臂与动作拉杆下端相连，动作拉杆通过关节轴承与倾斜盘固定杯体连接，成十字型布置。

所述的4个舵机，通过舵机安装板安装固定在传动系统的减速箱箱体上方。

所述导向剪型臂有两组，每组包括一个双环剪型臂32、一个单环剪型臂33和关节轴承，所述两组剪型臂相对主轴对称布置，双环剪型臂与主旋翼中联相连，单环剪型臂通过关节轴承与倾斜盘旋转杯体相连，两组剪型臂对称安装，形成的平面与两个变距拉杆形成的平面垂直。

所述4通道混合操纵倾斜盘的4个舵机相对主旋翼的主轴轴心上一点呈中心对称分布；

以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，第一舵机与第四舵机安装位置的连线与中轴线呈正45度角，第二舵机与第三舵机安装位置的连线与中轴线呈负45度角【第一、第二舵机靠近机头；第三、第四舵机靠近机尾】。

所述止转导轨固定安装在舵机的安装支架上，同时通过一个止转销固定于固定杯体，用于抑制倾斜盘固定杯体旋转。

所述双环剪型臂和单环剪型臂活动连接，活动角度为35-145度。

所述止转导轨34平行于主轴固定安装在舵机安装支架29上，固定杯体后方安装有一个止转销，止转销插入止转导轨上的销槽内，止转导轨和止转销用于抑制固定杯体旋转。

4通道混合操纵倾斜盘工作原理：A、主旋翼总距控制：通过混合控制器控制所述4个舵机同时向上或向下运动时，4个舵机的动作拉杆同时向相同方向运动，带动倾斜盘水平上升或者下降，倾斜盘通过变距拉杆推动主旋翼叶片向相同方向偏转，从而实现变距操作。B、45度夹角安装的4通道混合控制倾斜盘系统循环变距操作：通过混合控制器控制，当4个舵机的第一和第二舵机驱动动作拉杆向下(或向上)运动，第三和第四舵机驱动动作拉杆向上(或向下)运动，使倾斜盘向前(或向后)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的俯仰操纵；当通过混合控制器控制4个舵机中的第一和第三舵机驱动动作拉杆向上(或向下)运动、舵机中的第二和第四舵机驱动动作拉杆向下(或向上)运动，使倾斜盘向左(或向右)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的滚转操纵。

如图5所示，本发明中无人驾驶直升机的启动装置结构示意图，所述启动装置5包括启动电机68、超越离合器、启动电机减速箱69、超越齿轮71、启动齿轮盘67和启动器安装支架70；所述启动电机68连接启动减速齿轮箱69，启动减速齿轮箱内安装有超越离合器，所述超越齿轮连接在启动减速齿轮箱外侧。

启动装置工作原理:启动电机工作时超越齿轮由螺旋纹推动往前甩出与固定在发动机7输出轴上的启动齿轮盘啮合从而驱动发动机转动，启动电机停止转动时，超越齿轮在减速齿轮箱前端的弹簧推动下自动脱离接触齿轮盘。

如图1、6和7所示，本发明中无人驾驶直升机机身框架的结构示意图。机身框架13包括两张用于支撑和安装部件的机身侧板37、安装在机身侧板前方的辅助升力-反扭力-冷却功能装置安装支架38、安装启动器的启动器安装支架70、用于安装固定发动机的发动机安装板39和机身支柱。所述机身侧板如图7，机身侧板左右结构相同，开有减重孔，前下端开口为发动机安装缺口，通过此开口可实现发动机的快速拆装。所述机身支柱40的数量为3。

如图1、8和9，本发明中无人驾驶直升机的传动系统结构示意图。所述传动系统包括安装在发动机输出轴上的离合器41、离合器前端的一级同步轮42、同步带43、二级同步轮44、安装在机身框架上方的减速箱，其中减速箱包括减速箱上盖46、减速箱下盖45、减速箱内连接二级同步轮的齿轮轴47和减速箱内的主齿轮48，主齿轮通过键与主轴相连。减速箱内设有储油槽和减重孔。

如图10本发明中辅助升力-反扭力-冷却功能装置结构示意图，和图11本发明中单个辅助升力-反扭力-冷却功能装置结构示意图。

所述辅助升力-反扭力-冷却功能装置包括涵道49、升力风扇53和传动部件，所述升力风扇安装在所述涵道内，发动机通过传动部件驱动其旋转。

所述辅助升力-反扭力-冷却功能装置的数量可以为1个，也可以为2个。

所述辅助升力-反扭力-冷却功能装置的数量为1个时，所述涵道位于发动机上方，以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，涵道关于中轴线对称布置，所述升力风扇安装在涵道内，由发动机直接驱动，旋转方向与主旋翼旋转方向相反，涵道下方设计导风道，引导风流吹向发动机的气缸。涵道关于中轴线对称布置，使无人驾驶直升机在滚转控制方向受力平衡，保证了无人驾驶直升机滚转控制的稳定性和方便设计时布置无人驾驶直升机的重心。

所述辅助升力-反扭力-冷却功能装置为2个时，所述涵道对称布置于无人驾驶直升机中轴线的两侧，保证无人驾驶直升机滚转控制的稳定性和易于布置无人驾驶直升机的重心，发动机通过传动部件驱动其旋转，保持所有所述升力风扇的旋转方向与主旋翼旋转方向相反。

所述传动部件可以是传动皮带、齿轮和轴中的任一种。

为了保证无人驾驶直升机俯仰和滚转操纵力矩的平衡，所述涵道的进风口和出风口的方向与机身垂直设置。

涵道的出风口所输送的气流，流向发动机的气缸。

所述辅助升力-反扭力-冷却功能装置的工作原理：发动机驱动所述主旋翼和尾翼旋转，使无人驾驶直升机获得大部分的升力和反扭力，同时发动机驱动辅助升力-反扭力-冷却功能装置的升力风扇旋转，使叶片对涵道内的气流做功，使气流获得动量，同时升力风扇获得一定量的拉力，该拉力垂直于机身(即升力)；在升力风扇获得升力的同时，会产生与旋转方向相反的阻力，最终转换为与其旋转方向相反的扭矩，由于主旋翼与升力风扇的旋转方向相反，升力风扇所产生的扭矩刚好可以抵消一部分由主旋翼所产生的扭矩(即产生反扭力)。与此同时，涵道内的气流经涵道的引导，垂直吹向发动机的气缸，对发动机实现强制风冷的效果。

如图12本发明中无人驾驶直升机起落装置结构示意图，所述起落装置包括拱形弯管55、弓形支架56和起落架固定块54。拱形弯管55通过支架机构连接到弓形支架56的下端，弓形支架56通过L型起落架固定块54安装到机身侧板的下端。所述拱形弯管的数量为2，所述弓型支架的数量为2，所述L型起落架固定块的数量为4。

如图13本发明中无人驾驶直升机尾旋翼装置结构示意图。所述尾旋翼装置通过尾管内的同步带传动至发动机，由发动机提供动力。所述尾旋翼装置包括锁尾舵机57、尾桨夹58、尾变距拉杆59、联轴臂60、变距滑套61、铜轴套62、开口止转臂63、尾轴65和尾中联66.所述尾桨夹58数量为2，安装在所述尾中联66的两端，尾中联安装在尾轴上。锁尾舵机通过控制位舵盘摇臂64的角度练的安装在其外侧的开口止转臂63推动变距滑套61带动联轴臂60前后移动，再通过尾变距拉杆来改变尾桨夹的倾转角，从而控制尾旋翼的螺距。

实施例2：

实施例2与实施例1的结构基本相同，不同之处在于：4个舵机的安装位置为：以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，第一舵机与第四舵机安装位置的连线与中轴线呈0度角，第二舵机与第三舵机安装位置的连线与中轴线呈90度角【第一舵机靠近机头；第四舵机靠近机尾；第二舵机在中轴线左侧，第三舵机在中轴线右侧】。

4通道混合操纵倾斜盘工作原理：A、主旋翼总距控制：通过混合控制器控制所述4个舵机同时向上或向下运动时，4个舵机的动作拉杆同时向相同方向运动，带动倾斜盘水平上升或者下降，倾斜盘通过变距拉杆推动主旋翼叶片向相同方向偏转，从而实现变距操作。B、0度夹角安装的4通道混合控制倾斜盘系统循环变距操纵：通过混合控制器控制，第二、第三舵机保持位置不动，第一舵机驱动对应的动作拉杆向下(或向上)运动，第四舵机驱动对应的动作拉杆向上(或向下)运动时，倾斜盘向前(或向后)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的俯仰操纵；当第一、第四舵机保持位置不动，第二舵机驱动对应的动作拉杆向下(或向上)运动，第三舵机驱动对应的动作拉杆向上(或向下)运动时，倾斜盘向左(或向右)倾斜，从而实现无人驾驶直升机的滚转操纵。

Claims (4)

1.一种无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置，其特征在于，包括两个变距拉杆(30)、四个动作拉杆(31)、倾斜盘、两组导向剪型臂、4个舵机、一个控制器和止转导轨(34)；所述倾斜盘包括旋转杯体(25)和固定杯体(26)；旋转杯体和固定杯体通过轴承连接；

所述两个变距拉杆以主轴为对称轴对称布置，两个变距拉杆(30)的上端分别与两个主桨夹上的变距摇臂(14)连接，两个变距拉杆(30)的下端分别与旋转杯体(25)通过关节轴承相连，所述四个动作拉杆(31)的上端分别通过关节轴承与固定杯体(26)连接，四个动作拉杆(31)的下端分别与4个舵机的动作摇臂连接；

每组导向剪型臂包括一个双环剪型臂(32)和一个单环剪型臂(33)，所述两组剪型臂以主轴为对称轴对称安装，双环剪型臂与主旋翼中联活动连接，单环剪型臂通过关节轴承与旋转杯体相连，双环剪型臂和单环剪型臂活动连接；两组剪型臂所在的平面与两个变距拉杆所在的平面垂直；导向剪型臂用于保证倾斜盘的旋转杯体与主轴没有相对转动；

4个舵机均与控制器相连；

所述4个舵机相对主旋翼的主轴轴心上一点呈中心对称分布；

所述止转导轨平行于主轴固定安装在舵机安装支架上，固定杯体后方安装有一个止转销，止转销插入止转导轨上的销槽内，止转导轨和止转销用于抑制固定杯体旋转。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置，其特征在于，所述4个舵机的安装方式为：以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，第一舵机与第四舵机安装位置的连线与中轴线呈正45度角，第二舵机与第三舵机安装位置的连线与中轴线呈负45度角。

3.根据权利要求1所述的无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置，其特征在于，所述4个舵机的安装方式为：以无人驾驶直升机前进方向为中轴线，第一舵机与第四舵机安装位置的连线与中轴线呈0度角，第二舵机与第三舵机安装位置的连线与中轴线呈90度角。

4.根据权利要求1所述的无人驾驶直升机的4通道混合控制倾斜盘装置，其特征在于，所述双环剪型臂(32)和单环剪型臂(33)之间的活动角度为35-145 度。