遥控模型直升机平衡系统的制作方法

专利名称：遥控模型直升机平衡系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种遥控模型直升机，尤其涉及单旋翼遥控模型直升机平衡 系统。
背景技术：
遥控模型直升机与真实的直升机在基本技术上是一致的，但是二者在结构上 又有明显的不同。目前直升机的控制方式有贝尔方式，希拉方式和贝尔-希拉混合 方式。
贝尔方式大多使用在真实的直升机，其典型特征是旋翼的桨叶角的直接控 制，没有稳定翼片，旋翼的前缘有配重，更多的现代直升机连配重也没有，而 是旋翼能作挥舞运动，当直升机在行进中遇到不稳定气流干扰时，变化的气动 载荷不会传导到机身，直升机的颠簸较小。贝尔方式直升机的特性是动作控制 较直接，小动作较灵敏但无法从事大动作飞行。因此这种方式无法实现特技模 型直升机中对操纵性能特定要求卓越性高灵敏度、动作难度高大舵量操纵的 技术要求。
希拉方式和贝尔方式的特性相反，希拉控制方式的R/C直升机特点是有 一对平衡翼片(又称希拉小翼)。平衡翼主要是作为伺服机和主旋翼间的一个 中介，操纵时先以伺服机拉动平衡翼，再以平衡翼拉动主旋翼。希拉方式的直 升机适合大动作飞行，多应用在R/C直升机，但是单纯的希拉方式难以获得足 够的稳定性。
目前在模型直升机中普遍使用的是贝尔-希拉混合方式，该方式的平衡锤与 希拉小翼为一整体的组合件，且平衡锤-希拉小翼的轴线垂直于旋翼轴线。平衡锤 旋转时产生的陀螺效应，克服模型直升机的飞行中遇到的外界干扰，起到平衡作用， 使模型自动克服外界的干扰。"贝尔-希拉"方式主要表现在操纵性能的优越性， 适用于有大舵量操纵的单旋翼模型直升机上。然而，由于平衡锤-希拉小翼为一个整体，在一定速度下旋转的小翼对平衡锤的自动平衡作用起到某种阻尼作用，弱化 了平衡锤的平衡功效。这导致该模式的操纵技术复杂，特别对于初学者来说，该方 式的模型直升机的自身平衡性能仍显不足，初学时极易出现飞行事故。
业者希望可以对"贝尔-希拉"方式的直升机进行某些改良，以提高其平衡 性能。然而由于平衡锤的自动平衡功能和希拉小翼的辅助操纵功能是两个不同 的技术问题，在贝尔-希拉方式中二者却被合成为整体，根据这种方式设计出来 的结构并无法在操纵性能与平衡性能之间有充裕的设计自由度。

实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有更高平衡性能的遥控模型 直升机平衡系统。
本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种遥控模型 直升机平衡系统，适于单旋翼模型直升机的平衡控制，该模型直升机包括一主 轴、 一设于主轴上的旋翼夹、以及设于旋翼夹上的一对旋翼，其中平衡系统包 括一对混控摇臂、 一连接于主轴上的平衡杆以及一对设于平衡杆两端的平衡 锤；该对混控摇臂分别设于旋翼夹两侧，且通过其中部的轴孔与旋翼夹两侧的 凸轴可转动连接；该对混控摇臂的两端分别形成万向铰接点，其中第一端上的 万向铰接点通过一对第一连杆与设于平衡杆邻近主轴位置的两个万向铰接点 连接，使该对第一端被平衡杆所控制，而第二端上的万向铰接点通过一对第二 连杆与设于旋翼下方主轴的控制系统上的万向铰接点连接，使该对第二端被该
控制系统所控制，平衡杆的轴线与所述旋翼的轴线的水平夹角介于25°至65 °之间。
在上述的遥控模型直升机平衡系统中，平衡杆可以连接于主轴的顶端，且 位于旋翼夹的上方；平衡杆位于旋翼夹的下方的主轴上，其中平衡杆可以是连 接于旋翼夹下方主轴的一平衡杆架上。
较佳地是，平衡杆的轴线与旋翼的轴线水平夹角为45° ，平衡杆与旋翼的 水平夹角可以将45。作为基点角度，向正负两个方向调整，最终通过实验求得 平衡性能及平衡性能与操纵性能较佳组合时的夹角。
本实用新型由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有如下显著优点
1、 与现有的"贝尔一希拉"模式平衡锤与"希拉小翼"共同对旋翼控制不 同的是，本实用新型单独利用旋转状态的平衡锤的陀螺效应通过混控摇臂对旋翼 迎角实施控制，克服单旋翼模型直升机在空中所遇到的外界干扰，这种自动平衡 效果使模型直升机在空中处于相对安定状态；
2、 与现有的"贝尔一希拉"模式的遥控模型直升机中，平衡锤与旋翼的 轴线恒定为垂直的结构相比，本实用新型的平衡锤与旋翼的轴线的夹角，在设
计时可以45。夹角为基点调整该夹角，因此可找到模型直升机的动稳定性和操
纵性较佳组合，其模型直升机的动稳定性显著优于"贝尔一希拉"模式。
3、 与现有的"贝尔一希拉"模式的遥控模型直升机相较，本实用新型可
以通过调节平衡锤的陀螺效应的大小(调整平衡锤重量或平衡锤旋转半径)， 更十分有效地改变直升机的平衡性能，以适应不同人群的需要。


为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，
以下结合附图对
本实用新型的具体实施方式
作详细说明，其中
图1是本实用新型一个实施例的遥控单旋翼模型直升机局部示意图。
图2是图1所示模型直升机的俯视图。
图3是本实用新型另一个实施例的遥控单旋翼模型直升机局部示意图。 图4是模型直升机的旋翼在旋转一周期间所受到的干扰力以及旋翼迎角变化
造成升力变化示意图。
图5是图4所示干扰力经一个周期衰减后的示意图。 图6是图4所示千扰力衰减过程示意图。
具体实施方式
请参阅图l、图2所示，本实用新型一个实施例的遥控模型直升机100中， 设有一主轴l， 一旋翼夹2设于主轴1上，旋翼夹2两端分别连接一旋翼10， 一对旋翼10可以主轴1为中心旋转。并且旋翼10及旋翼夹2以旋翼轴线12 为轴可转动，也就是说旋翼10的相对于气流的迎角可增加或减小，由此旋翼迎角可周期性变化。
直升机100的平衡系统包括一对混控摇臂4，分别对称地设于旋翼夹2两 侧，每一混控摇臂4分别通过其中部的轴孔41与旋翼夹2中部的凸轴21可转 动连接。
平衡系统还包括一平衡杆8以及一对设于平衡杆8两端的平衡锤11，平衡 杆8与平衡锤11形成一整体。在本实施例中，平衡杆8中心连接于主轴1的 顶端，即位于旋翼10的上方。以点划线X为轴心，平衡锤11可如图1箭头A 所示方向在垂直面上转动。
如图2所示，与目前的贝尔-希拉方式不同的是，平衡杆8及平衡锤11的 轴线12与旋翼IO的轴线13的水平夹角小于90。，在本实用新型的实施例中， 此夹角可为25。至65° ，较佳地为45。。
此外，在旋翼10和平衡锤下方的主轴1上设有倾斜盘，倾斜盘由两部分 组成，上方为旋转倾斜盘6，下方为不旋转倾斜盘7，两者通过轴承相互连接。
旋转倾斜盘6通过万向铰接点34、连杆5、万向铰接点33与混控摇臂4 连接；主轴通过拨叉14、第二连杆5带动旋转倾斜盘6同步旋转；旋转倾斜盘 6既旋转又跟随不旋转倾斜盘7的倾斜而倾斜；不旋转倾斜盘依次通过万向铰 接点35、第三连杆16、伺服机摇臂17与伺服机18连接。上述结构组成操纵 系统。此操纵系统的结构仅为便于说明平衡系统的原理而提供，并非用以限制 本实用新型。
伺服机18的操纵力矩依次通过伺服机摇臂17、第三连杆16、万向铰接点 35传递到不旋转倾斜盘7，使它发生倾斜，旋转倾斜盘6由此也跟随不旋转倾 斜盘7的倾斜面旋转，将操纵力矩变为周期性力矩。该周期性力矩经第二连杆 5传递至混控摇臂4并进而控制旋翼10的桨叶角周期性地或增大或减小，使桨 盘(旋翼旋转平面)产生倾斜，进而实现对模型直升机纵向或横向力矩的操纵。
平衡杆8邻近主轴1的位置形成一对万向铰接点31。每一混控摇臂4的两 端也分别形成万向铰接点32、 33，即一对混控摇臂上共计4个万向铰接点，如 图2所示，这4个铰接点呈矩形排列。而在旋转倾斜盘6上，也分别形成有至 少两个位于旋转倾斜盘6同一直径上的万向铰接点34。其中，平衡杆8上的一 对万向铰接点31与一对混控摇臂4第一端上的两个万向铰接点32之间分别通过一对第一连杆9连接。此2个万向铰接点32是矩形排列的4个铰接点中处 于对角的2个。同时， 一对混控摇臂4的第二端上的万向铰接点33与一对第 二连杆5上端可万向转动连接，第二连杆5下端与旋转倾斜盘6上的一对万向 铰接点34可万向转动连接。
下面描述本实用新型的平衡系统的基本原理。
在空中的模型直升机100，其主轴1将带动旋翼夹2-旋翼10和平衡锤11 向顺时针(或逆时针)方向旋转，旋转的平衡锤11如旋转的陀螺，平衡锤的陀 螺效应使平衡杆-平衡锤始终保持在一个轴向稳定的旋转状态。
如果飞行中模型直升机100受到外界干扰，则右边旋翼10抬升，左边旋 翼10下沉(以图1中阅读者的视角为准)，造成模型直升机100的主轴1以 直升机质心为中心发生倾斜；而由于陀螺效应的作用，旋转状态中的平衡锤ll 的旋转轴指向仍处于原方向，也就是平衡杆-平衡锤仍在原旋转平面上旋转， 因而模型直升机主轴1与平衡杆-平衡锤由原来相互垂直转而不垂直，两者的 夹角由90°向小于90°变化。此时，第一连杆9上端在铰接点31处受平衡杆 8-平衡锤11的带动向下推动混控摇臂4的铰接点32处，致使混控摇臂4以铰 接点33为圆心向下偏转一定角度，并通过混控摇臂4与旋翼夹2的轴孔连接 关系带动旋翼夹2-旋翼10以旋翼轴线12为转动轴转动，使右旋翼10迎角减 小，升力减小。
与之类似的是，在图1中的主轴1未被示出的另外一面那些对称的部件上 也同时产生力矩大小相等、方向相反的力矩，使左旋翼10迎角增大，升力增 大。
需要说明的是，在上述过程中，平衡锤ll、平衡杆8通过第一连杆9控制 混控摇臂4第一端上的万向铰接点32上下转动，转动的支点是与第二连杆5 连接的混控摇臂第二端上的万向铰接点33。而在整个运动过程中，平衡系统和 操纵系统是以混控摇臂4两端上的万向铰接点32、 33互为支点，将分别来自 于平衡系统和操纵系统周期性控制力矩通过旋翼夹2传递到旋翼10。
可见，由于平衡锤的作用，促使右旋翼升力减小，左旋翼升力增大，结果 促使右旋翼下降，左旋翼抬升，正好克服外界对模型直升机100的干扰，使模 型直升机恢复到原来稳定的平衡状态。由于模型直升机100的旋翼是在高速旋转状态，外界干扰力对于旋翼来说
是一种周期性的千扰力，为说明方便，设直升机的正前方指向为零度。图4中
力f表示模型直升机的旋翼在旋转一周期间所受到的干扰力，而该旋翼受平衡
锤的陀螺效应所控制的迎角变化造成升力的变量以Af表示。在图4中，干扰 力f与升力变化Af的指向相反，所以干扰力f经过这36(T周期后衰减为图5 中所表示的f'，此后各周期周而复始，干扰f趋向零，如图6所示。因此， 平衡锤的陀螺效应使平衡系统克服外界干扰，本实用新型的模型直升机具有动 稳定性。
在本实用新型的一个较佳实施例中，旋翼10的直径340mm、平衡锤11 重量(2g-6g) X2、平衡锤的旋转直径190mm、主轴1的转速1500转/分。试 验证明模型直升机在无线电遥控操纵行进中，较佳的平衡缍轴线13位于旋 翼轴线12前45。(即在旋转方向上超前45。)，然而在±20°范围内均可飞 行。但当该夹角偏离最佳角度后，动平衡性能会逐渐变差。特别是当平衡锤轴 线与旋翼轴线夹角从25。趋向0°调整，对模型直升机做操纵动作时，即时出 现摆动，并且摆动幅度逐步加剧。而平衡锤轴线与旋翼轴线夹角从65°往90 °变化时，模型直升机的动稳定性也趋于变差，难以控制模型直升机。
与上述实施例相同模式而规格及重要参数不同的单旋翼模型直升机，其平 衡锤轴线与旋翼轴线最佳夹角是会有所不同的，所列举的实施例说明了其可能 的范围及该问题的重要性。在进行设计和验证实验时，平衡杆与所述旋翼的水 平夹角可以将45。作为基点角度，向正负两个方向调整，最终通过实验求得平 衡性能及平衡性能与操纵性能较佳组合时的夹角。
本实用新型还可以通过调整平衡锤的的重量来调整平衡性能，不仅可以在 设计时针对不同的技术要求选定平衡锤的重量，而且可以在初学操纵直升机时 选装重的平衡锤，例如上述实施例的模型直升机平衡綞，初学者可选择5g—6g， 随着操纵技术的进步，再逐渐减轻平衡锤到3g—2g。实践证明其效果远胜于" 贝尔一希拉"模式。
虽然在上述实施例中，平衡杆一平衡锤是连接在主轴1的顶端，但在图3 所示为另一的实施例中，平衡锤ll一平衡杆8完全可以连接于旋翼IO —旋翼 夹2的下方，通过平衡杆架15与主轴1实现连接，平衡杆架15带动平衡杆8、平衡锤11以中心线X为轴如图3中A方向转动上，与图1仅在结构上有所不 同。
因此，本实用新型的模型直升机平衡系统，与目前的"贝尔一希拉"模式
的遥控模型直升机相比，具有以下优点
1、 利用旋转状态的平衡锤的陀螺效应通过混控摇臂对旋翼迎角实施控制，克 服模型直升机在空中所遇到的外界干扰，这种自动平衡效果使模型直升机在空中处 于更加相对安定状态。
2、 与现有的"贝尔一希拉"模式的遥控模型直升机中，平衡锤与旋翼的 轴线恒定为垂直的结构相比，本实用新型的平衡锤与旋翼的轴线的夹角，在设 计时可以调整，因此可找到模型直升机的动稳定性和操纵性较佳组合。
3、 与现有的"贝尔一希拉"模式的遥控模型直升机比较，本实用新型还
可以通过调节平衡锤的陀螺效应的大小(调整平衡锤重量或平衡锤旋转半径)， 相比较可以更加有效地改变直升机的平衡性能，以适应不同人群的需要。
虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新 型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许 的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
权利要求1. 一种遥控模型直升机平衡系统，适于单旋翼模型直升机的平衡控制，所述模型直升机包括一主轴、 一设于主轴上的旋翼夹、以及设于旋翼夹上的一对旋翼，其特征在于，所述平衡系统包括一对混控摇臂、 一连接于主轴上的平衡杆以及一对设于平衡杆两端的平衡锤；该对混控摇臂分别设于旋翼夹两侧，且通过其中部的轴孔与旋翼夹两侧的凸轴可转动连接；该对混控摇臂的两端分别形成万向铰接点，其中第一端上的万向铰接点通过一对第一连杆与设于平衡杆邻近主轴位置的两个万向铰接点连接，使该对第一端被平衡杆所控制，而第二端上的万向铰接点通过一对 第二连杆与设于旋翼下方主轴的控制系统上的万向铰接点连接，使该对第二端被该控制系统所控制，所述平衡杆的轴线与所述旋翼的轴线的水平夹角介于25°至65°之间。
2. 如权利要求1所述的遥控模型直升机平衡系统，其特征在于，所述平衡杆 连接于主轴的顶端，且位于所述旋翼夹的上方。
3. 如权利要求1所述的遥控模型直升机平衡系统，其特征在于，所述平衡杆 位于所述旋翼夹的下方的主轴上。
4. 如权利要求3所述的遥控模型直升机平衡系统，其特征在于，所述平衡杆 是连接于所述旋翼夹下方主轴的一平衡杆架上。
5. 如权利要求1 4任一项所述的遥控模型直升机平衡系统，其特征在于， 所述平衡杆的轴线与所述旋翼的轴线水平夹角为45。。
专利摘要本实用新型涉及一种适于单旋翼模型直升机的平衡控制的遥控模型直升机平衡系统，该模型直升机包括一主轴、一设于主轴上的旋翼夹、以及设于旋翼夹上的一对旋翼，该平衡系统包括一对混控摇臂、一连接于主轴上的平衡杆以及一对设于平衡杆两端的平衡锤。该对混控摇臂通过其中部的轴孔与旋翼夹两侧的凸轴的配合可转动连接于旋翼夹两侧。该对混控摇臂的两端分别形成万向铰接点，其中第一端的铰接点由平衡杆通过一对第一连杆控制，而第二端上的铰接点通过由控制系统通过一对第二连杆控制，该平衡杆的轴线与该旋翼的轴线的水平夹角介于25°至65°之间。该平衡系统可提高模型直升机的平衡性能。
文档编号A63H27/00GK201154229SQ20072007626
公开日2008年11月26日 申请日期2007年11月16日 优先权日2007年11月16日
发明者丁焕中, 俞宜震, 吴雨辰, 黄国川 申请人:上海九鹰电子科技有限公司