ITBO20110768A1 - HELICOPTER QUADRIROTORE (SOLUTION A). - Google Patents

HELICOPTER QUADRIROTORE (SOLUTION A). Download PDF

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ITBO20110768A1
ITBO20110768A1 IT000768A ITBO20110768A ITBO20110768A1 IT BO20110768 A1 ITBO20110768 A1 IT BO20110768A1 IT 000768 A IT000768 A IT 000768A IT BO20110768 A ITBO20110768 A IT BO20110768A IT BO20110768 A1 ITBO20110768 A1 IT BO20110768A1
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IT
Italy
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rotors
axis
helicopter
rotor
propellers
Prior art date
Application number
IT000768A
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Italian (it)
Inventor
Giulio Avanzini
Fabrizio Giulietti
Original Assignee
Univ Bologna Alma Mater
Torino Politecnico
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/30—Blade pitch-changing mechanisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B64U10/14—Flying platforms with four distinct rotor axes, e.g. quadcopters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports
    • B64U30/29—Constructional aspects of rotors or rotor supports; Arrangements thereof
    • B64U30/296—Rotors with variable spatial positions relative to the UAV body
    • B64U30/297—Tilting rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U50/00—Propulsion; Power supply
    • B64U50/20—Transmission of mechanical power to rotors or propellers
    • B64U50/23—Transmission of mechanical power to rotors or propellers with each propulsion means having an individual motor

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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

ELICOTTERO QUADRIROTORE (soluzione A) SQUARE-ROTOR HELICOPTER (solution A)

La presente invenzione ha per oggetto un elicottero quadrirotore. The present invention relates to a four-rotor helicopter.

Velivoli di questo tipo sono comunemente impiegati in particolare come droni (comunemente detti UAV “unmanned aerial vehicle†, “veicolo aereo non pilotato†in italiano) a causa dell’elevata manovrabilità anche in spazi ridotti. Con maggior dettaglio, elicotteri quadrirotore di questo tipo possono essere impiegati per attività militari quali ad esempio la ricognizione e l’osservazione, oppure per scopi civili quali ad esempio la ricerca di superstiti in seguito a catastrofi naturali. Aircraft of this type are commonly used in particular as drones (commonly called UAVs â € œunmanned aerial vehicleâ €, â € œunmanned aerial vehicleâ € in Italian) due to their high maneuverability even in small spaces. In greater detail, quadrotor helicopters of this type can be used for military activities such as reconnaissance and observation, or for civil purposes such as the search for survivors following natural disasters.

Nello stato della tecnica, un elicottero quadrimotore comprende un telaio di supporto per dei rotori, per esempio, può essere costituito da un traliccio comprendente quattro supporti di aggancio disposti a croce. In the state of the art, a four-engine helicopter comprises a support frame for rotors, for example, can be constituted by a trellis comprising four coupling supports arranged in a cross.

I quattro rotori sono collegati al telaio, ciascuno in corrispondenza di un rispettivo supporto. I rotori sono orientati parallelamente ad un asse verticale del telaio, in modo da cooperare fra loro per creare una portanza e permettere il funzionamento del velivolo. In dettaglio sul velivolo sono collocati, disposti sull’asse di rollio, un motore anteriore ed uno posteriore. Sull’asse di beccheggio, da lati opposti rispetto all’asse di rollio sono inoltre collocati due motori laterali. Si noti che, per garantire la stabilità del velivolo, i rotori a due a due contrapposti sono controrotanti. Ciascun rotore à ̈ accoppiato ad un rispettivo motore che à ̈ in grado di controllarne la velocità di rotazione. The four rotors are connected to the frame, each at a respective support. The rotors are oriented parallel to a vertical axis of the frame, so as to cooperate with each other to create lift and allow the aircraft to operate. In detail on the aircraft are placed, arranged on the roll axis, a front and a rear engine. On the pitch axis, on opposite sides with respect to the roll axis, there are also two lateral motors. Note that the two-by-two rotors are counter-rotating to ensure the stability of the aircraft. Each rotor is coupled to a respective motor which is able to control its rotation speed.

Per questo motivo, i rotori possono cooperare fra loro in modo tale da garantire la manovrabilità del velivolo. In particolare, essi garantiscono al velivolo la possibilità di inclinarsi attorno agli assi di beccheggio e di rollio, oltre che di ruotare attorno all’asse di imbardata. For this reason, the rotors can cooperate with each other in such a way as to ensure the maneuverability of the aircraft. In particular, they guarantee the aircraft the ability to tilt around the pitch and roll axes, as well as rotate around the yaw axis.

In dettaglio, aumentando i giri del rotore anteriore e diminuendo i giri del motore posteriore il velivolo à ̈ in grado di cabrare, in quanto la differenza di rotazione dei due motori genera una coppia attorno all’asse di beccheggio. Se, al contrario, si aumentano i giri del motore posteriore e si diminuiscono quelli del motore anteriore, il velivolo punterà il muso verso il basso, andando in picchiata. In detail, by increasing the revolutions of the front rotor and decreasing the revolutions of the rear engine, the aircraft is able to pull up, as the difference in rotation of the two motors generates a torque around the pitch axis. If, on the other hand, you increase the revs of the rear engine and decrease those of the front engine, the aircraft will point the nose down, going into a dive.

Allo stesso modo, i due motori laterali possono comandare il rollio del velivolo variando in modo differente l’uno dall’altro le rispettive velocità di rotazione. L’imbardata viene controllata in modo simile, aumentando la velocità dei rotori con il verso di rotazione contrario a quello in cui si vuole far ruotare il velivolo e diminuendo i giri dei rotori che ruotano con verso concorde a quello in cui si vuole imbardare. Si noti, infine, che tali manovre sono sufficienti a garantire la completa mobilità del velivolo, in quanto per muoverlo lungo una direzione prestabilita à ̈ sufficiente inclinarlo lungo tale direzione come sopra descritto, in modo tale che la forza prodotta dai rotori presenti una componente di trazione lungo la direzione voluta. Per aumentare o diminuire la quota di volo à ̈ sufficiente rispettivamente aumentare o diminuire la velocità di rotazione di tutti i motori contemporaneamente. In the same way, the two lateral motors can control the roll of the aircraft by varying their respective rotation speeds in a different way. The yaw is controlled in a similar way, increasing the speed of the rotors with the direction of rotation opposite to that in which you want to rotate the aircraft and decreasing the revolutions of the rotors that rotate with a direction concordant with that in which you want to yaw. Finally, it should be noted that these maneuvers are sufficient to guarantee the complete mobility of the aircraft, since to move it along a predetermined direction it is sufficient to tilt it along this direction as described above, so that the force produced by the rotors presents a component of traction along the desired direction. To increase or decrease the flight altitude, it is sufficient to increase or decrease the rotation speed of all the motors at the same time.

Come sopra evidenziato, il velivolo della tecnica nota risulta estremamente manovrabile, tuttavia richiede svantaggiosamente l’installazione di quattro motori che vengono fatti funzionare variando il numero di giri. Di conseguenza, il velivolo à ̈ pesante ed inefficiente dal punto di vista propulsivo. As highlighted above, the aircraft of the known art is extremely maneuverable, however it disadvantageously requires the installation of four engines which are operated by varying the number of revolutions. As a result, the aircraft is heavy and propulsively inefficient.

Inoltre, poiché tutti e quattro i motori sono richiesti per il corretto funzionamento del velivolo, esso ne risente in termini di affidabilità, in quanto il guasto di un motore à ̈ sufficiente per compromettere il funzionamento dell’elicottero. Furthermore, since all four engines are required for the correct operation of the aircraft, it suffers in terms of reliability, as the failure of one engine is sufficient to compromise the operation of the helicopter.

Inoltre si noti che, per quanto tale velivolo sia manovrabile, per poterlo muovere à ̈ necessario variarne l’assetto. Questo potrebbe renderlo inadatto per applicazioni di osservazione di un obiettivo fisso, in quanto per potersi muovere dovrebbe necessariamente perdere di vista il bersaglio. Also note that, although this aircraft is maneuverable, to be able to move it it is necessary to change its attitude. This could make it unsuitable for observation applications of a fixed target, as it would have to lose sight of the target in order to move.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione à ̈ proporre un elicottero quadrirotore che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati. In this context, the technical task underlying the present invention is to propose a four-rotor helicopter which overcomes the drawbacks of the prior art mentioned above.

In particolare, Ã ̈ scopo della presente invenzione mettere a disposizione un elicottero quadrirotore avente una struttura particolarmente leggera e particolarmente efficiente in termini di rendimento. In particular, it is an object of the present invention to provide a four-rotor helicopter having a particularly light and particularly efficient structure in terms of efficiency.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ proporre un elicottero quadrirotore in cui il controllo dell’assetto à ̈ particolarmente preciso ed efficiente. A further object of the present invention is to propose a quadrotor helicopter in which the attitude control is particularly precise and efficient.

Un altro scopo del presente trovato à ̈ quello di mettere a disposizione un elicottero quadrimotore particolarmente affidabile. Another object of the present invention is to provide a particularly reliable four-engine helicopter.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono raggiunti da un elicottero quadrirotore comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni. The specified technical task and the specified aims are achieved by a four-rotor helicopter comprising the technical characteristics set out in one or more of the appended claims.

In particolare, l’elicottero quadrirotore del presente trovato comprende un telaio e quattro rotori provvisti di eliche e configurati per generare una portanza. In particular, the four-rotor helicopter of the present invention comprises a frame and four rotors provided with propellers and configured to generate lift.

Tali rotori sono connessi al telaio in modo da essere raggruppati in due coppie; i rotori di ciascuna coppia sono posizionati in modo diametralmente opposto rispetto a un corrispondente asse di manovra, per consentire una rotazione dell’elicottero attorno al corrispondente asse di manovra. These rotors are connected to the frame so as to be grouped in two pairs; the rotors of each pair are positioned diametrically opposite to a corresponding maneuvering axis, to allow the helicopter to rotate around the corresponding maneuvering axis.

Tali assi di manovra (sono tra loro non paralleli, e preferibilmente sono tra loro perpendicolari. These maneuvering axes (are not parallel to each other, and preferably are perpendicular to each other.

Secondo l’invenzione, detto elicottero comprendere mezzi attuatori associati alle eliche di almeno una di dette coppie di rotori per variarne il passo; i rotori di detta almeno una coppia sono cinematicamente connessi ad un medesimo motore, per essere messi in rotazione alla medesima velocità angolare. According to the invention, said helicopter comprises actuator means associated with the propellers of at least one of said pairs of rotors to vary their pitch; the rotors of said at least one pair are kinematically connected to the same motor, to be rotated at the same angular speed.

Preferibilmente, l’elicottero secondo il trovato comprendente un singolo motore preposto alla rotazione di tutti i rotori, ovvero di tutte le eliche attorno ai corrispondenti assi di rotazione. Preferably, the helicopter according to the invention comprises a single motor designed to rotate all the rotors, that is, all the propellers around the corresponding rotation axes.

Dunque, tutti i rotori sono cinematicamente connessi a detto motore per essere messi in rotazione alla medesima velocità angolare. Therefore, all the rotors are kinematically connected to said motor in order to be rotated at the same angular speed.

Pertanto, preferibilmente i mezzi attuatori sono configurati per variare il passo delle eliche di entrambi i gruppi di eliche (ovvero i gruppi di rotori), l’una relativamente all’altra. Therefore, preferably the actuator means are configured to vary the pitch of the propellers of both groups of propellers (ie the groups of rotors), one relative to the other.

In particolare, i mezzi attuatori sono configurati per variare il passo delle eliche di un gruppo in modo indipendente rispetto al passo delle eliche dell’altro gruppo. In particular, the actuator means are configured to vary the pitch of the propellers of one group independently with respect to the pitch of the propellers of the other group.

Preferibilmente, l’elicottero secondo il trovato comprende una unità di controllo dell’assetto dell’elicottero stesso. Preferably, the helicopter according to the invention comprises a unit for controlling the attitude of the helicopter itself.

Tale unità di controllo à ̈ predisposta a ricevere un segnale di pilotaggio, rappresentativo dei comandi impartiti dal pilota per impartire un assetto desiderato al velivolo, ed à ̈ collegata ai mezzi attuatori, per comandarli in funzione del segnale di pilotaggio. This control unit is arranged to receive a pilot signal, representative of the commands given by the pilot to impart a desired attitude to the aircraft, and is connected to the actuator means, to control them as a function of the pilot signal.

In tal modo, il controllo dell’assetto avviene variando il passo delle eliche, che possono essere così messe in rotazione da un medesimo motore, preferibilmente a velocità costante. In this way, the attitude control takes place by varying the pitch of the propellers, which can thus be set in rotation by the same motor, preferably at a constant speed.

Ciò consente un aumento di efficienza nella propulsione e di leggerezza dell’elicottero. This allows an increase in propulsion efficiency and lightness of the helicopter.

Preferibilmente, ciascun rotore à ̈ inclinabile rispetto al telaio. Preferably, each rotor is tiltable with respect to the frame.

In questa luce, l’elicottero comprende, per ciascun rotore, un corrispondente organo di movimentazione, per inclinarlo rispetto al telaio e rispetto agli altri rotori, in modo autonomo rispetto agli altri rotori. In this light, the helicopter includes, for each rotor, a corresponding movement member, to tilt it with respect to the frame and with respect to the other rotors, autonomously with respect to the other rotors.

Ciò consente di mantenere l’assetto dell’elicottero anche nel caso di guasto di uno dei rotori, con conseguente aumento della affidabilità dell’elicottero quadrirotore. This makes it possible to maintain the helicopterâ € ™ s attitude even in the event of a failure of one of the rotors, with a consequent increase in the reliability of the quadrotor helicopter.

In questa luce, l’unità di controllo dell’assetto del velivolo à ̈ configurata per ricevere un segnale di pilotaggio, rappresentativo dei comandi impartiti dal pilota per impartire un assetto desiderato al velivolo, ed à ̈ collegata agli organi di movimentazione dei rotori per comandarli (ovvero per comandarne l’inclinazione) in funzione di detto segnale di pilotaggio. In this light, the aircraft attitude control unit is configured to receive a piloting signal, representative of the commands given by the pilot to impart a desired attitude to the aircraft, and is connected to the rotor moving parts. to control them (or to control their inclination) as a function of said control signal.

Pertanto, il trovato mette a disposizione anche un procedimento per gestire l’assetto di detto elicottero quadrirotore. Therefore, the invention also provides a method for managing the attitude of said four-rotor helicopter.

Secondo l’invenzione, tale procedimento comprende le seguenti fasi: According to the invention, this process comprises the following steps:

- movimentazione dei rotori di almeno una di dette coppie per porre in rotazione le corrispondenti eliche alla stessa velocità; - movement of the rotors by at least one of said pairs to rotate the corresponding propellers at the same speed;

- variazione del passo di una di dette eliche (di detta coppia di rotori) rispetto all’altra, per ruotare l’elicottero attorno all’asse di manovra corrispondente a detta almeno una coppia di rotori. - variation of the pitch of one of said propellers (of said pair of rotors) with respect to the other, to rotate the helicopter around the maneuver axis corresponding to said at least one pair of rotors.

Preferibilmente, tale procedimento comprende anche una fase di inclinazione dell’asse di rotazione di detti rotori. Preferably, this process also comprises a step of tilting the axis of rotation of said rotors.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un elicottero quadrirotore, come illustrato negli uniti disegni in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will become clearer from the indicative, and therefore non-limiting, description of a preferred but not exclusive embodiment of a four-rotor helicopter, as illustrated in the accompanying drawings in which:

- la figura 1 à ̈ una vista prospettica schematica di un elicottero quadrirotore secondo la presente invenzione; - la figura 2 illustra schematicamente un particolare dell’elicottero di figura 1, in vista sezionata. - figure 1 is a schematic perspective view of a four-rotor helicopter according to the present invention; - figure 2 schematically illustrates a detail of the helicopter of figure 1, in sectional view.

Con riferimento alle figure allegate, con 1 Ã ̈ stato indicato un elicottero quadrirotore secondo la presente invenzione. With reference to the attached figures, 1 indicates a four-rotor helicopter according to the present invention.

In particolare, l’elicottero 1 comprende un telaio 2. Tale telaio può comprendere, come illustrato in figura 1, quattro bracci 2a disposti a croce. In particular, the helicopter 1 comprises a frame 2. This frame can comprise, as illustrated in Figure 1, four arms 2a arranged in a cross shape.

L’elicottero 1 comprende inoltre quattro rotori 3, ciascuno collegato al telaio 2 ed attivo almeno lungo una direzione verticale per creare una portanza. In particolare, nella forma realizzativa preferita ciascun rotore 3 à ̈ collegato all’estremità di un rispettivo braccio 2a. Tali rotori 3 sono raggruppati in due coppie 4. Ciascun rotore 3 di ciascuna coppia 4 à ̈ opposto all’altro rotore 3 della stessa coppia 4 rispetto ad un rispettivo asse di manovra X, Y, in modo tale da poter ruotare il telaio 2 attorno a tale asse di manovra X, Y. In particolare, gli assi di manovra sono disposti trasversalmente e preferibilmente perpendicolarmente fra loro. Con maggior dettaglio, due rotori 3 sono disposti ad estremità opposte del telaio 2 lungo un primo asse di manovra “X†, mentre gli altri due rotori 3 sono disposti ad estremità opposte del telaio 2 lungo un secondo asse di manovra “Y†. A titolo di esempio, possiamo definire il primo asse di manovra “X†come l’asse di beccheggio dell’elicottero 1. Analogamente, il secondo asse di manovra “Y†può essere considerato l’asse di rollio dell’elicottero quadrirotore 1. The helicopter 1 further comprises four rotors 3, each connected to the frame 2 and active at least along a vertical direction to create a lift. In particular, in the preferred embodiment each rotor 3 is connected to the end of a respective arm 2a. These rotors 3 are grouped in two pairs 4. Each rotor 3 of each pair 4 is opposite to the other rotor 3 of the same pair 4 with respect to a respective maneuvering axis X, Y, so as to be able to rotate the frame 2 around this maneuver axis X, Y. In particular, the maneuver axes are arranged transversely and preferably perpendicular to each other. In greater detail, two rotors 3 are arranged at opposite ends of frame 2 along a first maneuvering axis â € œXâ €, while the other two rotors 3 are arranged at opposite ends of frame 2 along a second maneuvering axis â € œYâ € . As an example, we can define the first maneuver axis â € œXâ € as the pitch axis of helicopter 1. Similarly, the second maneuver axis â € œYâ € can be considered the roll axis of the helicopter. € ™ quadrotor helicopter 1.

Vantaggiosamente, l’elicottero 1 comprende un numero di motori 5 inferiore al numero dei rotori 3. Per questo motivo, almeno un motore 5 risulta essere cinematicamente associato a più di un rotore 3. In particolare, nella forma realizzativa preferita della presente invenzione, l’elicottero 1 comprende un singolo motore 5 che risulta cinematicamente associato a tutti i rotori 3. Tale singolo motore 5 à ̈ preferibilmente collocato in corrispondenza dell’incrocio fra i bracci 2a del telaio 2. Advantageously, the helicopter 1 comprises a number of engines 5 lower than the number of rotors 3. For this reason, at least one engine 5 is kinematically associated with more than one rotor 3. In particular, in the preferred embodiment of the present invention, the helicopter 1 comprises a single motor 5 which is kinematically associated with all the rotors 3. This single motor 5 is preferably located at the intersection between the arms 2a of the frame 2.

L’elicottero 1 comprende inoltre dei mezzi di trasmissione 6 attivi fra il motore 5 ed i rotori 3, in modo tale da trasferire il moto dal motore 5 ai rotori 3. The helicopter 1 also comprises transmission means 6 active between the engine 5 and the rotors 3, so as to transfer the motion from the engine 5 to the rotors 3.

In particolare, i mezzi di trasmissione 6 comprendono quattro organi di rinvio cinematico 7 ciascuno posto fra il motore 5 ed un rispettivo rotore 3. Vantaggiosamente, i mezzi di trasmissione 6 muovono tutti rotori 3 con la stessa velocità di rotazione. In particular, the transmission means 6 comprise four kinematic transmission members 7 each positioned between the motor 5 and a respective rotor 3. Advantageously, the transmission means 6 all move rotors 3 with the same rotation speed.

Nell’esempio parzialmente illustrato nelle figure, il motore 5 à ̈ connesso ad un pignone, che ingrana con quattro ruote dentate (una per ogni braccio 2a). In the example partially illustrated in the figures, the motor 5 is connected to a pinion which meshes with four toothed wheels (one for each arm 2a).

Ciascun braccio 2a à ̈ provvisto di un sistema di trasmissione avente una cinghia 61 avvolta su pulegge; di queste, una prima puleggia (non illustrata) à ̈ calettata su un alberello fissato ad una corrispondente ruota dentata (e dunque à ̈ disposta in un corpo centrale dell’elicottero, in prossimità del motore 5), mentre l’altra puleggia, indicata con 62 in figura 2, à ̈ disposta all’estremità di un corrispondente braccio 2a. Preferibilmente, le cinghie 61 sono alloggiate all’interno dei corrispondenti bracci 2a. Each arm 2a is provided with a transmission system having a belt 61 wound on pulleys; of these, a first pulley (not shown) is keyed on a small shaft fixed to a corresponding toothed wheel (and therefore is arranged in a central body of the helicopter, near the engine 5), while the other pulley , indicated by 62 in figure 2, is arranged at the end of a corresponding arm 2a. Preferably, the belts 61 are housed inside the corresponding arms 2a.

In tal modo, la rotazione del motore 5 viene trasmessa alle quattro pulegge 62 corrispondenti ai quattro rotori 3. In this way, the rotation of the motor 5 is transmitted to the four pulleys 62 corresponding to the four rotors 3.

Ciascuna di tali pulegge 62 Ã ̈ cinematicamente connessa ad una corrispondente elica 8 per trasmetterle il moto rotatorio. Each of these pulleys 62 is kinematically connected to a corresponding helix 8 to transmit the rotary motion to it.

I rotori 3 sopra citati comprendono ciascuno un’elica 8 che presenta un passo variabile. In particolare, ciascuna elica 8 comprende una pluralità di pale 11 (preferibilmente due pale 11). The rotors 3 mentioned above each comprise a propeller 8 which has a variable pitch. In particular, each propeller 8 comprises a plurality of blades 11 (preferably two blades 11).

Per consentire di variare il passo delle eliche 8 l’elicottero 1 comprende dei mezzi attuatori 9 associati ad esse per variare l’inclinazione delle pale 11. Tali mezzi attuatori 9 consentono di agire effettivamente sul passo delle rispettive eliche 8, in modo tale da variare la portanza prodotta da ciascun rotore 3. To allow the pitch of the propellers 8 to be varied, the helicopter 1 comprises actuator means 9 associated with them for varying the inclination of the blades 11. These actuator means 9 allow to effectively act on the pitch of the respective propellers 8, in such a way to vary the lift produced by each rotor 3.

Per quanto riguarda i mezzi attuatori 9, un esempio di realizzazione à ̈ illustrato nella figura 2. As regards the actuator means 9, an example of embodiment is shown in Figure 2.

Secondo l’esempio illustrato, i mezzi attuatori 9 (per ciascuna elica 3) comprendono quanto segue. According to the illustrated example, the actuator means 9 (for each propeller 3) comprise the following.

L’elica 8 à ̈ connessa a un alberino 91 rotante attorno a un proprio asse A’. The propeller 8 is connected to a shaft 91 rotating around its own axis Aâ € ™.

All’estremità libera dell’alberino 91 à ̈ fissato un perno 92, perpendicolarmente all’asse A’ dell’alberino 91 stesso. A pin 92 is fixed to the free end of the shaft 91, perpendicular to the axis A of the shaft 91 itself.

Alle estremità opposte del perno 92 sono rotabilmente accoppiate corrispondenti pale 11 (nell’esempio illustrato e qui descritto le pale sono due, ma una soluzione tecnica simile potrebbe essere adottata per un numero diverso di pale). Corresponding blades 11 are rotatably coupled to the opposite ends of the pin 92 (in the example illustrated and described here there are two blades, but a similar technical solution could be adopted for a different number of blades).

Un equipaggio 93 mobile à ̈ accoppiato all’alberino 91 in modo da poter traslare lungo di esso (ed eventualmente ruotare). A mobile crew 93 is coupled to the shaft 91 so as to be able to translate along it (and possibly rotate).

Una boccola 94 à ̈ accoppiata all’equipaggio mobile 93 in modo che l’equipaggio mobile 93 sia libero di ruotare rispetto alla boccola 94, ma sia mobile solidalmente ad esso lungo l’asse A’ dell’alberino 91. A bushing 94 is coupled to the mobile member 93 so that the mobile member 93 is free to rotate with respect to the bushing 94, but is movable integrally to it along the axis Aâ € ™ of the shaft 91.

In altre parole, uno spostamento assiale della boccola 94 lungo l’asse A’ dell’alberino 91 comporta un corrispondente spostamento assiale dell’equipaggio mobile 93, mentre una rotazione dell’equipaggio mobile 93 attorno all’asse A’ non comporta una corrispondente rotazione della boccola 94. In other words, an axial displacement of the bushing 94 along the axis Aâ € ™ of the shaft 91 entails a corresponding axial displacement of the mobile element 93, while a rotation of the mobile element 93 around the axis Aâ € ™ does not involve a corresponding rotation of the bushing 94.

La boccola 94 Ã ̈ collegata mediante un sistema cinematico 95 ad un corrispondente braccio 2a. The bushing 94 is connected by means of a kinematic system 95 to a corresponding arm 2a.

Tale sistema cinematico 95 comprende un attuatore (preferibilmente un tirante), ed à ̈ configurato per comandare la traslazione della boccola 94 lungo l’asse A’ dell’alberino 91. This kinematic system 95 comprises an actuator (preferably a tie rod), and is configured to control the translation of the bushing 94 along the axis A of the shaft 91.

L’equipaggio mobile 93 à ̈ collegato (per esempi mediante bracci articolati 96) alle pale 11, in modo che uno spostamento dello equipaggio mobile 93 lungo l’asse A’ dell’alberino 91 comporti una rotazione delle pale 11 (in versi opposti) attorno all’asse B definito dal perno 92. The mobile device 93 is connected (for example by means of articulated arms 96) to the blades 11, so that a movement of the mobile device 93 along the axis Aâ € ™ of the shaft 91 involves a rotation of the blades 11 ( in opposite directions) around the B axis defined by pin 92.

Si osservi che l’asse B à ̈ a propria volta rotante attorno all’asse A’. Observe that the B axis is in turn rotating around the Aâ € ™ axis.

Per ciascun rotore 3, gli attuatori del rispettivo sistema cinematico 95 sono azionabili in modo indipendente (mediante comandi disposti nella cabina di pilotaggio e preferibilmente attraverso una centralina elettronica). For each rotor 3, the actuators of the respective kinematic system 95 can be operated independently (by means of controls arranged in the cockpit and preferably through an electronic control unit).

Si noti che, secondo un primo aspetto dell’invenzione, ciascun rotore 3, in particolare ciascun’elica 8, presenta un rispettivo piano di giacitura fisso rispetto al telaio 2. It should be noted that, according to a first aspect of the invention, each rotor 3, in particular each propeller 8, has a respective plane of fixed position with respect to the frame 2.

Alternativamente, ciascun rotore 3 giace su un rispettivo piano di giacitura inclinabile rispetto al telaio 2 per poter esercitare una forza di spinta longitudinale e/o trasversale. Vantaggiosamente, in questo modo la forza aerodinamica risultante dalla movimentazione del rotore 3 può essere orientata lungo una direzione diversa dalla verticale, presentando quindi una componente giacente su un piano orizzontale. Questo à ̈ possibile senza modificare l’assetto del velivolo 1. Alternatively, each rotor 3 lies on a respective plane of inclination with respect to the frame 2 in order to be able to exert a longitudinal and / or transverse thrust force. Advantageously, in this way the aerodynamic force resulting from the movement of the rotor 3 can be oriented along a direction other than the vertical, thus presenting a component lying on a horizontal plane. This is possible without changing the attitude of the aircraft 1.

In particolare, ciascun rotore 3 comprende un rispettivo organo di movimentazione 10 in grado di variare l’inclinazione del piano di giacitura sopra citato. In particular, each rotor 3 comprises a respective movement member 10 capable of varying the inclination of the aforementioned lying plane.

Detti organi di movimentazione 10 (solo parzialmente illustrati nella figura 2) sono descritti nel seguito, per un singolo rotore 3 (in quanto sono analoghi per gli altri rotori 3), secondo un esempio di realizzazione. Said moving members 10 (only partially illustrated in Figure 2) are described below, for a single rotor 3 (as they are similar for the other rotors 3), according to an embodiment example.

Un alberello 101 viene posto in rotazione attorno a un proprio asse A, attraverso i mezzi di trasmissione 6. A sapling 101 is rotated around its own axis A, through the transmission means 6.

Nell’esempio illustrato, l’alberello 101 à ̈ fissato alla puleggia 62. In the example shown, sapling 101 is attached to pulley 62.

L’alberino 91 che pone in rotazione l’elica 8 attorno al proprio asse A’ à ̈ inclinabile rispetto all’alberello 101, in modo che l’asse A e l’asse A’ formino un angolo l’uno rispetto all’altro. The shaft 91 which rotates the propeller 8 around its axis Aâ € ™ is inclinable with respect to the shaft 101, so that the A axis and the A axis form an angle one with respect to the other.

A tal fine, tra l’alberello 101 e l’alberino 91 à ̈ interposto un giunto sferico (per esempio una bronzina, ovvero un cuscinetto radente o a strisciamento), oppure un giunto cardanico o altri giunti atti a trasferire il moto rotatorio tra un primo albero e un secondo albero inclinato rispetto al primo. For this purpose, between the shaft 101 and the shaft 91 there is a spherical joint (for example a bushing, or a sliding or sliding bearing), or a cardan joint or other joints suitable for transferring the rotary motion between a first shaft and a second shaft inclined with respect to the first.

Tale giunto sferico non à ̈ illustrato, in quanto à ̈ di per se stesso noto. This ball joint is not shown, as it is known in itself.

Inoltre, l’organo di movimentazione 10 comprende un cinematismo connesso all’alberino 91 per inclinarlo di un angolo rispetto ad un riferimento prestabilito, costituito per esempio dall’asse A dell’alberello 101 o dal braccio 2a. Furthermore, the movement member 10 comprises a kinematic mechanism connected to the shaft 91 to incline it at an angle with respect to a predetermined reference, constituted for example by the axis A of the shaft 101 or by the arm 2a.

Per esempio, tale cinematismo comprende uno o più bracci a lunghezza variabile (per esempio un martinetto o un braccio telescopico collegato a un attuatore) avente una prima estremità imperniata ad una boccola rotabilmente accoppiata all’alberino 93 e una seconda estremità imperniata a un pattino scorrevolmente accoppiato a una guida circolare disposta esternamente alla boccola per circondarla. For example, this kinematic mechanism comprises one or more variable-length arms (for example a jack or a telescopic arm connected to an actuator) having a first end pivoted to a bush rotatably coupled to the shaft 93 and a second end pivoted to a shoe slidingly coupled to a circular guide arranged externally to the bush to surround it.

In tal modo, agendo su un attuatore preposto a spostare il pattino lungo la guida e sull’attuatore preposto a variare la lunghezza di tale braccio a lunghezza variabile, l’asse A’ dell’alberino 93 viene spostato all’interno di un cono avente sostanzialmente per vertice lo snodo definito dal giunto sferico di connessione tra l’alberino 93 e l’alberello 91 e superficie laterale tangente a detta guida. In this way, by acting on an actuator in charge of moving the shoe along the guide and on the actuator in charge of varying the length of this variable-length arm, the axis Aâ € ™ of the shaft 93 is moved to the inside of a cone substantially having as its vertex the joint defined by the ball joint connecting the shaft 93 and the shaft 91 and lateral surface tangent to said guide.

Tale esempio di realizzazione dell’organo di movimentazione 10 può essere sostituito da altri sistemi noti in meccanica ed à ̈ suscettibile a modifiche (per esempio la guida può avere forme diverse da quella circolare). This example of embodiment of the movement member 10 can be replaced by other systems known in mechanics and is susceptible to modifications (for example the guide can have shapes other than the circular one).

Si osservi che, nell’esempio sopra descritto, il piano di giacitura del rotore 3 à ̈ perpendicolare all’asse A’ del corrispondente alberino 93. It should be noted that, in the example described above, the plane of the rotor 3 is perpendicular to the Aâ € ™ axis of the corresponding shaft 93.

Si noti che per coordinare i mezzi attuatori 9 gli organi di movimentazione 10 in modo tale da garantire un controllo completo del velivolo, l’elicottero 1 comprende un’unità di controllo 11. It should be noted that in order to coordinate the actuator means 9 and the moving members 10 in such a way as to ensure complete control of the aircraft, the helicopter 1 comprises a control unit 11.

Preferibilmente, tale unità di controllo à ̈ collegata agli attuatori dei mezzi di movimentazione 10 (preposti alla variazione del piano di giacitura dei rotori 3); inoltre, preferibilmente, tale unità di controllo à ̈ collegata ai mezzi attuatori 9 (preposti alla variazione del passo delle eliche 8). Preferably, this control unit is connected to the actuators of the movement means 10 (responsible for varying the plane of positioning of the rotors 3); moreover, preferably, this control unit is connected to the actuator means 9 (designed to vary the pitch of the propellers 8).

Inoltre, tale unità di controllo à ̈ collegata a strumenti di comando accessibili al pilota ed eventualmente a una pluralità di sensori e (di per se stessi noti nell’ambito degli elicotteri), per consentire al pilota di controllare l’assetto dell’elicottero, ovvero per convertire i comandi di beccheggio, rollio, imbardata e traslazione lungo i tre assi in comandi agli attuatori (ed eventualmente per definire un sistema di guida automatico in grado di impartire analoghi comandi in modo antonomo rispetto agli input del pilota). Furthermore, this control unit is connected to command instruments accessible to the pilot and possibly to a plurality of sensors and (known per se in the field of helicopters), to allow the pilot to control the attitude of the ™ helicopter, that is to convert the commands for pitch, roll, yaw and translation along the three axes into commands to the actuators (and possibly to define an automatic steering system capable of issuing analogous commands in an antonym way with respect to the pilot's inputs).

La presente invenzione raggiunge gli scopi proposti. Interfacciando un singolo motore con più di un rotore à ̈ possibile diminuire il numero dei motori sul velivolo. Di conseguenza à ̈ possibile montare dei motori di dimensioni maggiori, che risultano più efficienti e più leggeri a parità di potenza complessiva. In questo modo, l’elicottero quadrirotore à ̈ in grado di garantire prestazioni più elevate. The present invention achieves the proposed aims. By interfacing a single engine with more than one rotor it is possible to decrease the number of engines on the aircraft. Consequently, it is possible to mount larger motors, which are more efficient and lighter for the same overall power. In this way, the quadrotor helicopter is able to guarantee higher performance.

Inoltre, poiché i rotori sono orientabili rispetto al telaio non à ̈ più necessario variare l’assetto del velivolo per poterlo traslare. E’ quindi possibile inseguire un obiettivo mantenendo sempre un assetto fisso rispetto ad esso. Furthermore, since the rotors are adjustable with respect to the frame, it is no longer necessary to vary the attitude of the aircraft in order to move it. It is therefore possible to pursue an objective while always maintaining a fixed set-up with respect to it.

Claims (11)

RIVENDICAZIONI 1. Elicottero quadrirotore (1) comprendente: - un telaio (2); - quattro rotori (3) provvisti di eliche (8) e configurati per generare una portanza, detti rotori (3) essendo connessi al telaio in modo da essere raggruppati in due coppie (4), i rotori (3) di ciascuna coppia (4) essendo posizionati in modo diametralmente opposto rispetto a un corrispondente asse di manovra (X, Y), per consentire una rotazione dell’elicottero attorno al corrispondente asse di manovra (X, Y), detti assi di manovra (X, Y) essendo tra loro non paralleli, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi attuatori (9) associati alle eliche (8) di almeno una di dette coppie di rotori per variarne relativamente il passo, i rotori di detta almeno una coppia essendo cinematicamente connessi ad un medesimo motore (5), per essere messi in rotazione alla medesima velocità angolare. CLAIMS 1. Four-rotor helicopter (1) comprising: - a frame (2); - four rotors (3) provided with propellers (8) and configured to generate a lift, said rotors (3) being connected to the frame so as to be grouped in two pairs (4), the rotors (3) of each pair (4 ) being positioned diametrically opposite to a corresponding maneuvering axis (X, Y), to allow the helicopter to rotate around the corresponding maneuvering axis (X, Y), said maneuvering axes (X, Y) being not parallel to each other, characterized in that they comprise actuator means (9) associated with the propellers (8) of at least one of said pairs of rotors to vary their pitch relatively, the rotors of said at least one pair being kinematically connected to the same motor ( 5), to be rotated at the same angular speed. 2. Elicottero quadrirotore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui tutti i rotori (3) sono cinematicamente connessi a detto medesimo motore (5) per essere messi in rotazione alla medesima velocità angolare, i mezzi attuatori (9) essendo configurati per variare il passo delle eliche (8) di entrambi i gruppi (4), l’una relativamente all’altra. 2. Four-rotor helicopter (1) according to claim 1, in which all the rotors (3) are kinematically connected to said same motor (5) to be rotated at the same angular speed, the actuator means (9) being configured to vary the pitch of the propellers (8) of both groups (4), one relative to the other. 3. Elicottero quadrirotore (1) secondo la rivendicazione 1 o la 2, comprendente quattro cinghie (61) avvolte su corrispondenti coppie di pulegge, ciascuna oppia di pulegge avendo una prima puleggia connessa al motore (5) e una seconda puleggia cinematicamente connessa a un elica (8) del corrispondente rotore (3). Four-rotor helicopter (1) according to claim 1 or 2, comprising four belts (61) wound on corresponding pairs of pulleys, each pulley set having a first pulley connected to the motor (5) and a second pulley kinematically connected to a propeller (8) of the corresponding rotor (3). 4. Elicottero quadrirotore (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui i mezzi attuatori (9), per ciascun rotore (3), comprendono un equipaggio mobile (93) scorrevole lungo un asse (A’) di rotazione di un elica (8) del rotore (3), in cui l’elica (8) comprende un perno (92) rotante attorno all’asse (A’) e una coppia di pale (11) rotabilmente accoppiate al perno (92) per poter ruotare attorno ad un asse (B) definito dal perno (92) e trasversale all’asse (A’), l’equipaggio mobile (93) essendo cinematicamente connesso alle pale (11), in modo che uno spostamento dell’equipaggio mobile lungo l’asse (A’) generi una corrispondente rotazione delle pale (11) attorno all’asse (B). 4. Four-rotor helicopter (1) according to any one of the preceding claims, wherein the actuator means (9), for each rotor (3), comprise a mobile device (93) sliding along an axis (Aâ € ™) of rotation of a propeller (8) of the rotor (3), in which the propeller (8) includes a pivot (92) rotating around the axis (Aâ € ™) and a pair of blades (11) rotatably coupled to the pivot (92 ) in order to rotate around an axis (B) defined by the pin (92) and transversal to the axis (Aâ € ™), the mobile device (93) being kinematically connected to the blades (11), so that one displacement of the mobile equipment along the axis (Aâ € ™) generates a corresponding rotation of the blades (11) around the axis (B). 5. Elicottero quadrirotore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una unità di controllo dell’assetto del velivolo, predisposta a ricevere un segnale di pilotaggio, rappresentativo dei comandi impartiti dal pilota per impartire un assetto desiderato al velivolo, e collegata a detti mezzi attuatori (9) per comandarli in funzione di detto segnale di pilotaggio. 5. Four-rotor helicopter (1) according to any one of the preceding claims, comprising an aircraft attitude control unit, arranged to receive a pilot signal, representative of the commands given by the pilot to impart a desired attitude to the aircraft, and connected to said actuator means (9) for controlling them as a function of said driving signal. 6. Elicottero quadrirotore (1) secondo la rivendicazione 2, in cui i mezzi attuatori (9) sono configurati per variare il passo delle eliche (8) di ciascuno dei gruppi (4) in modo indipendente dal passo delle eliche dell’altro gruppo. 6. Four-rotor helicopter (1) according to claim 2, in which the actuator means (9) are configured to vary the pitch of the propellers (8) of each of the groups (4) independently of the pitch of the propellers of the other group . 7. Elicottero quadrirotore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascun rotore (3) à ̈ inclinabile rispetto al telaio (2), l’elicottero (1) comprendendo una pluralità di organi di movimentazione (10) collegati a corrispondenti rotori per inclinarli rispetto al telaio. 7. Four-rotor helicopter (1) according to any one of the preceding claims, in which each rotor (3) is tiltable with respect to the frame (2), the helicopter (1) comprising a plurality of handling members (10) connected to corresponding rotors to tilt them with respect to the frame. 8. Elicottero quadrirotore (1) secondo la rivendicazione 7, in cui ciascun organo di movimentazione (10) comprende un alberino (93) rotante attorno a un asse (A’) e connesso a un alberello (101) rotante attorno a un asse (A) mediante un giunto atto a consentire un’inclinazione dell’alberino (93) rispetto all’alberello (101), detto alberino (91) essendo collegato all’elica (8) corrispondente ed essendo accoppiato ad un cinematismo configurato per inclinare l’alberino (9) stesso rispetto all’alberello (101). 8. Four-rotor helicopter (1) according to claim 7, wherein each handling member (10) comprises a shaft (93) rotating around an axis (Aâ € ™) and connected to a shaft (101) rotating around an axis (A) by means of a joint designed to allow an inclination of the shaft (93) with respect to the shaft (101), said shaft (91) being connected to the corresponding propeller (8) and being coupled to a kinematic mechanism configured to incline the shaft (9) itself with respect to the tree (101). 9. Elicottero quadrirotore (1) secondo la rivendicazione 8 o la 9, comprendente una unità di controllo dell’assetto dell’elicottero, configurata per ricevere un segnale di pilotaggio, rappresentativo dei comandi impartiti dal pilota per dare un assetto desiderato al velivolo, e collegata a detti organi di movimentazione (10) dei rotori (3) per comandarli in funzione di detto segnale di pilotaggio, mantenendo detto assetto anche in caso di avaria di uno dei quattro rotori (3). 9. Four-rotor helicopter (1) according to claim 8 or 9, comprising a helicopter attitude control unit, configured to receive a pilot signal, representative of the commands given by the pilot to give a desired attitude to the aircraft , and connected to said moving members (10) of the rotors (3) to control them as a function of said driving signal, maintaining said attitude even in the event of failure of one of the four rotors (3). 10. Procedimento per gestire l’assetto di un elicottero quadrirotore (1), avente quattro rotori (3) connessi al telaio in modo da essere raggruppati in due coppie (4), i rotori (3) di ciascuna coppia (4) essendo posizionati in modo diametralmente opposto rispetto a un corrispondente asse di manovra (X, Y), per consentire una rotazione dell’elicottero attorno al corrispondente asse di manovra (X, Y), detti assi di manovra (X, Y) essendo tra loro non paralleli, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - movimentazione dei rotori (3) di almeno una di dette coppie (4) per porre in rotazione le corrispondenti eliche (8) alla stessa velocità; - variazione del passo di una di dette eliche (8) rispetto all’altra, per ruotare l’elicottero attorno all’asse di manovra corrispondente a detta almeno una coppia di rotori (3). 10. Procedure for managing the attitude of a four-rotor helicopter (1), having four rotors (3) connected to the frame so as to be grouped into two pairs (4), the rotors (3) of each pair (4) being positioned diametrically opposite to a corresponding maneuver axis (X, Y), to allow the helicopter to rotate around the corresponding maneuver axis (X, Y), said maneuver axes (X, Y) being between them not parallel, characterized in that it includes the following phases: - movement of the rotors (3) of at least one of said pairs (4) to rotate the corresponding propellers (8) at the same speed; - variation of the pitch of one of said propellers (8) with respect to the other, to rotate the helicopter around the maneuver axis corresponding to said at least one pair of rotors (3). 11. Procedimento secondo la rivendicazione 11, comprendente una fase di inclinazione dell’asse di rotazione di detti rotori (3).11. Process according to claim 11, comprising a step of tilting the axis of rotation of said rotors (3).
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