CN216805807U - 一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，包括前旋翼机构、前变距机构、后旋翼机构、后变距机构和2个电机，所述前旋翼机构和后旋翼机构转向相反，均包括桨叶、变距轴和旋翼轴，所述桨叶包含2个一体连接的叶片，所述桨叶中间安装有变距轴，变距轴与旋翼轴一端固联，旋翼轴与电机输出端连接，所述2个电机分别固定在机身的前、后部，用于双旋翼无人直升机的航向、垂向和俯仰操纵；所述前变距机构与前旋翼机构连接，用于产生相对机身向前或后倾倒的气动力，所述后变距机构与后旋翼机构连接，用于产生相对机身向左或右倾倒的气动力。该装置减少了舵机的数量，可节约成本和重量，便于实现轻量化，也便于实现微型无人机的结构设计。

Description

一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置

技术领域

本实用新型涉及双旋翼无人直升机，具体涉及一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置。

背景技术

直升机具有垂直起降和悬停能力，对起降场地的要求较低，能够在非铺装地面或城市高楼楼顶等场合起降，由于其使用的灵活性，直升机在航空器领域具有不可替代的作用。对于单旋翼带尾桨直升机、共轴双旋翼直升机和纵列双旋翼直升机来说，都是通过主旋翼系统产生升力并实现滚转和俯仰方向的运动，传统旋翼实现滚转和俯仰运动的方法是使用自动倾斜器对旋翼桨叶迎角进行控制，通过桨叶迎角的周期性变化实现周期变距，从而使旋翼合力方向发生倾斜，产生直升机的操纵力矩。纵列双旋翼无人直升机具有前后布置的两个旋翼，其载荷能力较单旋翼带尾桨式直升机要好，在对飞行速度要求不高的领域具有较大优势。常规无人直升机的每个自动倾斜器需要三个舵机进行操纵，对于纵列双旋翼无人直升机，共两个自动倾斜器，需要六个舵机实现无人机操纵。常规旋翼的自动倾斜器除绕旋翼轴偏转的周期变距运动之外，还需要绕旋翼轴上下平移的总距运动，结构比较复杂，并且要求足够的空间用于变距系统设计。并且舵机的数量也比较多，占用了较多的空间和重量，使得纵列双旋翼无人直升机难以实现微型化，且会增加舵机对应的成本。

因此，设计一种新型的旋翼操纵系统，简化自动倾斜器的运动，减少自动倾斜器运动需要的空间，并且使用更少的舵机就能实现对纵列双旋翼无人直升机的控制，这对于实现纵列双旋翼无人直升机的微型化、廉价化、轻量化具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，减少了舵机的数量，可节约成本和重量，便于实现轻量化和微型无人机的结构设计。

实现本实用新型目的的技术方案为：一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，包括前旋翼机构、前变距机构、后旋翼机构、后变距机构和2个电机，所述前旋翼机构和后旋翼机构转向相反，均包括桨叶、变距轴和旋翼轴，所述桨叶包含2个一体连接的叶片，所述桨叶中间安装有变距轴，变距轴与旋翼轴一端固联，旋翼轴与电机输出端连接，所述2个电机分别固定在机身的前、后部，用于双旋翼无人直升机的航向、垂向和俯仰操纵；所述前变距机构与前旋翼机构连接，用于产生相对机身向前或后倾倒的气动力，所述后变距机构与后旋翼机构连接，用于产生相对机身向左或右倾倒的气动力。

进一步的，所述前变距机构和后变距机构均包括2个拉杆、自动倾斜器、舵机摇臂和舵机，所述旋翼轴贯穿自动倾斜器中心，自动倾斜器与旋翼轴同步旋转，所述舵机固定安装在机身上，舵机输出端与舵机摇臂连接，所述变距摇臂与自动倾斜器接触，进行相对旋转运动，所述2个拉杆的一端对称安装在自动倾斜器的两侧，另一端与桨叶连接。

进一步的，所述自动倾斜器与旋翼轴通过球铰连接。

进一步的，所述桨叶两侧设有两个变距操纵节点，所述拉杆的一端安装在变距操纵节点上，可带动桨叶绕变距轴变距运动。

进一步的，所述拉杆的两端为球状。

进一步的，所述自动倾斜器与舵机相邻90°方位角的位置设有位置约束机构。

进一步的，所述桨叶使用一体注塑或树脂材料3d打印加工。

本实用新型与现有技术相比，其显著效果为：本实用新型采用一体化桨叶的设计，两个叶片连接在一起形成一个零件，旋转产生的离心力在桨叶自身零件内部相互抵消，不会传递到其它零件，对桨叶之外的其它零件强度要求较低，便于轻量化设计；对于纵列双旋翼无人直升机，由常规的控制六个舵机简化至控制两个旋翼的转速，每个旋翼的自动倾斜器仅由一个舵机进行控制，控制通道更少，减少了舵机的数量，可节约成本和重量，便于实现轻量化，也便于实现微型无人机的结构设计。

附图说明

图1是本实用新型的整体示意图。

图2是本实用新型的前旋翼机构示意图。

图3是本实用新型的变距系统结构示意图。

图4(a)和图4(b)分别是本实用新型的周期变距后视图和前视图。

图5是本实用新型的操纵通道分配图。

图中：1、前旋翼机构，2、后旋翼机构，3、前变距机构，4、后变距机构，5、机身，6、电机，11、桨叶，12、变距轴，13、旋翼轴，31、拉杆，32、自动倾斜器，33、舵机摇臂，34、舵机。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

一种纵列双旋翼无人直升机整体结构如图1所示，包括前旋翼机构1、后旋翼机构2、前变距机构3、后变距机构4、机身5和电机6等，其它无人机通用结构，如GPS等机载设备、电池、飞控计算机、起落架等与普通无人直升机没有差异，因此未在本实用新型中描述。纵列双旋翼无人直升机的两个旋翼转向相反，可互相抵消旋转产生的反扭矩。前后旋翼都使用本实用新型的变距系统进行控制，各由一个舵机进行控制，结合电机转速的变化，可以实现两个旋翼拉力大小的控制和拉力方向的控制，依靠两个电机转速、两个舵机的转角这四个自由度实现对纵列双旋翼无人直升机的控制。

图2是本实用新型的前旋翼机构1，包括桨叶11、变距轴12、旋翼轴13。其中桨叶11为一体化设计，即两个叶片连接在一起，桨叶11安装在变距轴12上，变距轴12与旋翼轴13固联，旋翼轴13与电机6输出端连接，旋翼轴13通过变距轴12带动桨叶11旋转产生升力，电机6固定在机身5上。桨叶11上设有两个变距操纵节点，拉杆31安装在变距操纵节点上带动桨叶11绕变距轴12变距运动，桨叶11的两个叶片在变距时反向运动，即一侧桨叶提高总距时，另一侧桨叶降低总距。

图3是本实用新型的变距系统结构示意图，包括拉杆31、自动倾斜器32、舵机摇臂33和舵机34。自动倾斜器32与旋翼轴13通过球铰连接，跟随旋翼轴13同步旋转，并可绕旋翼轴13上的球铰偏转。舵机34固定安装在机身5上，舵机34带动舵机摇臂33转动，变距摇臂33带动自动倾斜器32绕旋翼轴13上的球铰偏转，变距摇臂33与自动倾斜器32间为摩擦接触，两者间存在相对旋转运动。自动倾斜器32偏转后，通过拉杆31带动桨叶11实现变距运动。在自动倾斜器32与舵机34相邻90°方位角的位置设有位置约束机构，每个自动倾斜器仅保留一个运动自由度。

图4(a)和图4(b)是周期变距运动时的操纵机构示意图，可以看出，舵机34带动舵机摇臂33向上偏转时，舵机摇臂33带动自动倾斜器32绕旋翼轴13偏转。当拉杆31随自动倾斜器32旋转到舵机摇臂33一侧时，拉杆31处于高位，桨叶11上前缘在此拉杆31一侧的叶片桨距增加。当拉杆31随自动倾斜器32旋转到舵机摇臂33的另一侧时，拉杆31处于低位，桨叶11上前缘在此拉杆31一侧的叶片桨距降低。桨距增加后，桨叶上气动力也增加，桨距降低后，桨叶上气动力也降低，由此，桨叶11上的两个叶片产生不对称的气动力。对于本实用新型所述前旋翼机构1的布局，向上偏转舵机摇臂33时，前旋翼机构1会产生相对机身5向后倾倒的气动力，向下偏转舵机摇臂33时，前旋翼机构1会产生相对机身5向前倾倒的气动力。对于本实用新型所述后旋翼机构2的布局，向上偏转舵机摇臂33时，后旋翼机构2会产生相对机身5向左倾倒的气动力，向下偏转舵机摇臂33时，后旋翼机构2会产生相对机身5向右倾倒的气动力。

图5是本实用新型的操纵通道分配图，共有前电机转速、后电机转速、前舵机、后舵机4个操纵通道，利用4个操纵通道的组合，实现对纵列双旋翼无人直升机五个方向的操控。其中，航向操纵由前、后两个电机转速差实现，两个电机转速差动操纵时，两个旋翼的反扭矩不再平衡，利用不平衡反扭矩实现航向操纵。垂向操纵由前、后两个电机的转速同步操纵实现，同步提转速则上升，同步降转速则下降。纵向操纵主要由前舵机实现，操纵前舵机使前旋翼1产生前后方向的力，同时控制两个电机的转速差动利用两个旋翼反扭矩的差异维持整机的航向，实现纵列双旋翼无人直升机的前后平移。横向操纵主要由后舵机实现，操纵后舵机使后旋翼2产生左右方向的力，同时控制两个电机的转速差动利用两个旋翼反扭矩的差异维持整机的航向，实现纵列双旋翼无人直升机的左右平移。俯仰运动由前、后电机的转速差动实现，两个旋翼转速不同，拉力产生差异，相对整机重心产生俯仰力矩，同时控制后舵机产生左右方向的力，维持整机的偏航方向，从而实现该纵列双旋翼无人直升机的俯仰操纵。

Claims (7)

1.一种纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，其特征在于，包括前旋翼机构(1)、前变距机构(3)、后旋翼机构(2)、后变距机构(4)和2个电机(6)，所述前旋翼机构和后旋翼机构转向相反，均包括桨叶(11)、变距轴(12)和旋翼轴(13)，所述桨叶(11)包含2个一体连接的叶片，所述桨叶(11)中间安装有变距轴(12)，变距轴(12)与旋翼轴(13)一端固联，旋翼轴(13)与电机(6)输出端连接，所述2个电机(6)分别固定在机身的前、后部，用于双旋翼无人直升机的航向、垂向和俯仰操纵；所述前变距机构(3)与前旋翼机构(1)连接，用于产生相对机身向前或后倾倒的气动力，所述后变距机构(4)与后旋翼机构(2)连接，用于产生相对机身向左或右倾倒的气动力。

2.根据权利要求1所述的纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，其特征在于，所述前变距机构(3)和后变距机构(4)均包括2个拉杆(31)、自动倾斜器(32)、舵机摇臂(33)和舵机(34)，所述旋翼轴(13)贯穿自动倾斜器(32)中心，自动倾斜器(32)与旋翼轴(13)同步旋转，所述舵机(34)固定安装在机身(5)上，舵机(34)输出端与舵机摇臂(33)连接，所述舵机摇臂(33)与自动倾斜器(32)接触，进行相对旋转运动，所述2个拉杆(31)的一端对称安装在自动倾斜器(32)的两侧，另一端与桨叶(11)连接。

3.根据权利要求2所述的纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，其特征在于，所述自动倾斜器(32)与旋翼轴(13)球铰连接。

4.根据权利要求2所述的纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，其特征在于，所述桨叶(11)两侧设有两个变距操纵节点，所述拉杆(31)的一端安装在变距操纵节点上，可带动桨叶(11)绕变距轴(12)变距运动。

5.根据权利要求2所述的纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，其特征在于，所述拉杆(31)的两端为球状。

6.根据权利要求2所述的纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，其特征在于，所述自动倾斜器(32)与舵机(34)相邻90°方位角的位置设有位置约束机构。

7.根据权利要求1所述的纵列双旋翼无人直升机的旋翼操纵装置，其特征在于，所述桨叶(11)采用一体注塑或树脂材料3d打印。

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