CN207078328U - 一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，机体部分包括机架、轴承、氢能源系统和电子飞行控制系统，旋翼部分包括旋翼轴、桨毂、单桨叶、力臂杆、电滑环和两个驱动电机，旋翼轴贯穿于电滑环和轴承，旋翼轴的端部设置有桨毂，所述桨毂上安装有单桨叶和力臂杆，力臂杆端部水平两侧分别设置有一个驱动电机，驱动电机外部安装有螺旋桨。与现有技术相比，本实用新型的驱动电机带动螺旋桨旋转产生动力，带动单桨叶旋转产生升力，力臂杆端部的螺旋桨推动这种系统消除了旋翼系统和机身之间的连接，以及反向扭力，因此无需尾桨来抵消扭力，传动系统简化，减轻重量，也便于悬停。

Description

一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及一种单旋翼飞行器，特别是一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，属于航空系统设计领域。

背景技术

长航时、大载重是航空人追求的永恒目标。长航时一般要求续航时间为几十小时乃至几天，长航时这一目标已初步在固定翼飞行器上得到实现，但是目前仍是制约直升机/旋翼机发展的一大瓶颈。直升机/旋翼机有许多固定翼飞行器所无法比拟的优势，因此发展长航时直升机/旋翼机具有重要意义。

有人/无人机作为一个平台，跟其他行业结合得越来越紧密，包括地理测绘、大数据农业、警务安防、情报侦察等领域，逐渐变成解决方案中的一个工具，应用的潜力与价值巨大，以往的飞行设备中，已经达到了单旋翼的技术水准，但传统单旋翼依靠发动机直接驱动旋翼转动，那么在旋翼转动时存在与机身之间的反向扭力，这个扭力需要通过尾桨来抵消，而且一般双桨旋翼需要更大的初始驱动力，而且会伴有明显振动，因此旋翼系统与机身之间的连接强度也就有着更高的要求，也导致单旋翼飞行器往往不能承受长时间的飞行，而且在悬停时由于反向扭力的作用，机身也不是非常稳定，因此，能够承受长时间飞行以及稳定悬停的飞行器构架将得到人们的青睐。

如申请号为201510152040.2的一种新的平衡不对称升力的结构设计，可以有效地避开这种直升机前飞时旋翼升力不平衡制约飞行速度的弊端，能让单旋翼直升机在保持特点的情况下实现速度的较大提升。本实用新型将旋翼头设计成可以向一侧倾斜的结构，再结合通过机上重物的横向移动等措施，让机体重心相对于旋翼能根据飞行速度的不断增加而持续地向前行桨叶一侧调整，从而实现与单旋翼前飞不对称升力的动态重合，进而实现既能高速飞行，同时又能避开共轴旋翼方案结构重量大、结构复杂的弊端，其综合性能将轻易超过共轴旋翼高速直升机，该方案中的单旋翼飞行器依然离不开抗扭力的尾桨，悬停飞行不够稳定。

又如申请号为201010190699.4的一种单桨碟形无人飞行器,起落架上端部位固定有三角状机翼,三角状机翼与涵道连接,涵道中心部位装有电动机处于涵道中心轴线上,电动机通过桨轴、连接桨置于涵道内上部,涵道下部安装有均匀圆周排列的止旋固定舵面,涵道底部纵向前后两端对称分别装有操纵舵,涵道底部横向左右两端对称分别装有操纵舵,涵道上部装有航电设备舱,航电设备舱内装有自动驾驶仪和动力电池。本实用新型结构紧凑、设计合理,可在任何地方垂直起降、悬停、盘旋、飞行时噪音非常低,隐蔽性非常好,它具有低空低速、机动性强,能做各种特技飞行,飞行效率高,并节省燃料,维护简便,经济实用,适应性强,适应城市等地方的垂直起降飞行,安全可靠，该方案中的单桨飞行器还是沿用了传统的旋翼轴驱动桨叶的传动形式，转动时需要更大的初始驱动力，旋翼系统与机身之间的连接强度也有更高的要求，因此不适合长时间飞行和悬停。

实用新型内容

本实用新型需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，包括机体部分和旋翼部分，所述机体部分包括机架、轴承、氢能源系统和电子飞行控制系统，所述氢能源系统和电子飞行控制系统位于机架内部，所述轴承位于机架上部；所述旋翼部分包括旋翼轴、桨毂、单桨叶、力臂杆、电滑环和两个驱动电机，所述电滑环位于轴承上部，所述旋翼轴贯穿于电滑环和轴承设置，旋翼轴的端部设置有桨毂，所述桨毂上安装有单桨叶，桨毂上背离单桨叶方向设置有力臂杆，所述力臂杆端部水平两侧分别设置有一个驱动电机，所述驱动电机外部安装有螺旋桨。

作为进一步的优选方案，两个螺旋桨的桨叶方向相反，两个螺旋桨的转动方向相反。

作为进一步的优选方案，所述桨毂与单桨叶之间设置有用于控制单桨叶变距的独立桨叶控制机构。

作为进一步的优选方案，所述机体部分内还设置有空气压缩系统、热交换系统、冷却水管理系统和电源控制系统。

与现有技术相比，本实用新型的一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，通过氢能源燃烧产生电能给两个驱动电机供电，驱动电机带动螺旋桨旋转产生动力，带动单桨叶旋转产生升力，通过桨叶控制来进行桨叶的变距进而改变飞行器的飞行姿态，力臂杆端部的螺旋桨推动这种系统的好处是，改变了以往由机身向旋翼系统传输转动力的驱动形式，这样就基本降低甚至消除了旋翼系统和机身之间的反向扭力，因此不再需要尾桨来抵消扭力，由于机身与旋翼系统之间不存在主动传输的动力，因此也降低了机身与旋翼系统之间的连接强度，在长时间航行下也不会对机身和旋翼的连接部位造成损坏，而脱离了较大的转动驱动力，也消除了连接部位的振动，使悬停时更加稳定，便于长时间悬停，总体传动系统简化，减轻机身重量，减少能耗。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是驱动电机的结构示意图；

其中，1-机架，2-轴承，3-氢能源系统，4-电子飞行控制系统，5-旋翼轴，6-桨毂，7-单桨叶，8-力臂杆，9-电滑环，10-驱动电机，11-螺旋桨，12-独立桨叶控制机构。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选技术方案。

如图1所示，本实用新型的一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，包括机体部分和旋翼部分；

所述机体部分包括机架1、轴承2、氢能源系统3和电子飞行控制系统4，其中机架1用来连接飞机结构件，安装座椅、能源系统以及电子设备等，轴承2安装在机架上部，减少旋翼系统旋转过程中的摩擦，氢能源系统3安装在机架中部，飞机的重心位置，通过氢气的燃烧反应产生能量，再通过电转换系统，将氢气最终产生电给驱动电机提供动力，电子飞行控制系统4，安装在飞行器的重心位置，控制飞行器的姿态和飞行路径；

所述氢能源系统3和电子飞行控制系统4位于机架1内部，所述轴承2位于机架1上部，氢能源系统3的存储方式采用低温高压液氢储存，低温高压储氢技术拥有目前最高的质量储氢密度，且可实现24小时内无液氢损失；

所述旋翼部分包括旋翼轴5、桨毂6、单桨叶7、力臂杆8、电滑环9和两个驱动电机10，其中旋翼轴5为机身与旋翼系统的主要连接部件，桨毂6用于安装旋翼桨叶，并使旋翼与直升机传动系统和操纵系统相连接的中间部件，单桨叶7安装在桨毂的上，与独立桨叶控制机构12连接，用于在旋转过程中产生飞行器的飞行升力，力臂杆8只是作为连接和力臂部件，不参与飞行器的起升力输出，电滑环9用于无限制连续旋转时，传输功率电源、信号电源，主要用于两个驱动电机10的供电，驱动电机10，配螺旋桨，用于产生旋转动力，正反对装，消除旋转时产生的扭矩；

所述电滑环9位于轴承2上部，轴承2与电滑环9的外部定子之间由支撑架固定，所述旋翼轴5贯穿于电滑环9的内部定子和轴承2设置，旋翼轴5的端部设置有桨毂6，所述桨毂6上安装有单桨叶7，桨毂6上背离单桨叶7方向设置有力臂杆8，单桨叶7与力臂杆8位于同一轴线上，所述力臂杆8端部水平两侧分别设置有一个驱动电机10，所述驱动电机10外部安装有一个螺旋桨11，驱动电机10上具有一个动力输出轴，螺旋桨11安装在动力输出轴上，两个驱动电机10的动力输出轴处于共轴线位置；

氢气的燃烧反应产生电能传递至电滑环9的外部定子，再由电滑环9的外部定子传递至其内内部的转子上，由转子将电能通过线路传递到驱动电机10，力臂杆8内部具有连接到驱动电机10的线路；

旋翼轴5位于轴承2内转动，会产生微弱的摩擦，这种摩擦会带来较小的扭力，一般在飞行器机身尾部安装方向舵来进行抵消即可。

两个所述的螺旋桨11的桨叶方向相反，两个螺旋桨11的转动方向相反，两个螺旋桨11的转动产生水平方向的推力，前螺旋桨提供拉力，后螺旋桨提供推力；螺旋桨11是靠螺母固定在驱动电机10上，驱动电机10运动时，带动螺旋桨11转动来产生相应的拉力或推力，以带动整个旋翼部分以旋翼轴5为中心转动。

所述桨毂6与单桨叶7之间设置有用于控制单桨叶7变距的独立桨叶控制机构12，通过电-机械作动器来控制桨叶变距，进而来控制飞机的飞行方向和飞行姿态。

所述机体部分内还设置有空气压缩系统、热交换系统、冷却水管理系统和电源控制系统，以上为辅助系统

进一步的，空气压缩系统，系统设计为串联的二级离心压缩机，它可将空气从发动机整流罩入口吸入，压缩空气后提供给燃料电池堆做氧气来源；

热交换系统热交换组件位于发动机舱的前部，电动机的下方。空气从发动机整流罩入口流进热交换器中，冷却燃料电池产生的废弃水气混合物。冷却后的水气混合物来到气旋装置，部分水重新回到冷却水箱中待用，部分水和气体由出口排出离开发动机舱；

冷却水管理系统，系统由水箱、水泵、过滤器和流量计组成，燃料电池反应将产生大量的热量，为了保证适合的电堆温度，冷却液从冷却管道进入电堆带走产生的废热；

电源控制系统系统由中心交流板块、控制板块和内置电池板块组成（用来起动燃料电池）。

进一步的，低温和高压复合储氢的方式，容器整体由三层结构组成，从外到内依次为外部夹套、保温结构层、铝内胆碳纤维全缠绕氢气瓶。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，其特征在于：包括机体部分和旋翼部分，所述机体部分包括机架（1）、轴承（2）、氢能源系统（3）和电子飞行控制系统（4），所述氢能源系统（3）和电子飞行控制系统（4）位于机架（1）内部，所述轴承（2）位于机架（1）上部；所述旋翼部分包括旋翼轴（5）、桨毂（6）、单桨叶（7）、力臂杆（8）、电滑环（9）和两个驱动电机（10），所述电滑环（9）位于轴承（2）上部，所述旋翼轴（5）贯穿于电滑环（9）和轴承（2）设置，旋翼轴（5）的端部设置有桨毂（6），所述桨毂（6）上安装有单桨叶（7），桨毂（6）上背离单桨叶（7）方向设置有力臂杆（8），所述力臂杆（8）端部水平两侧分别设置有一个驱动电机（10），所述驱动电机（10）外部安装有螺旋桨（11）。

2.根据权利要求1所述的一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，其特征在于：两个螺旋桨（11）的桨叶方向相反，两个螺旋桨（11）的转动方向相反。

3.根据权利要求1所述的一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，其特征在于：所述桨毂（6）与单桨叶（7）之间设置有用于控制单桨叶（7）变距的独立桨叶控制机构（12）。

4.根据权利要求1所述的一种可悬停长航时的载人侦查单桨单旋翼飞行器，其特征在于：所述机体部分内还设置有空气压缩系统、热交换系统、冷却水管理系统和电源控制系统。