专利名称：共轴式无人起吊直升机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种飞行器，尤其是一种发动机随翼旋转的共轴式无人起吊直升机。
背景技术：
众所周知，目前有专门起吊货物的吊车、吊船，却没有专门用于起吊货物的直升机。当然，普通直升机也能起吊货物，但是因其本身设计的目的，不是主要用于起吊货物，而是运载货物或人员飞行，因而它一般要具备有驾驶舱、机舱、平衡尾翼等，以及各种通信导航设备，这些装置对于主要以起吊和近距离搬运货物的直升机来说，就可以不必要了。因为，这些装置既增加了直升机的原材料消耗，也增加了直升机的重量，降低了直升机的效率，使直升机的生产成本和使用费用大为提高。再者，现有直升机，特别是大载重的直升机，都需要功率强大的动力装置，其可由单台或许多台发动机组成，而现有直升机由于受其结构条件的限制，一般最多也只装置三至四台发动机，否则就显得过于复杂和庞大，故一般大都采用涡轴发动机来满足对动力性的要求，虽然此类发动机重量轻、功率大，但其价格、维护费用都比较高，噪音也较大。
此外，对现有共轴式直升机来说，上、下两组旋翼，一组正转，一组反转，要求两组旋翼扭矩必须平衡，否则就会导致机身自转，影响飞行安全。其在实际运行中，都有可能因其它原因而导致上、下旋翼扭矩的不平衡，因而存在着这方面的故障率。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，操纵简便，运行稳定可靠、费用少、专用于起吊搬运货物的共轴式无人起吊直升机。
本发明所采取的技术方案是本发明由旋翼、旋翼主轴、发动机、离合器、减速器、主动齿轮、从动齿轮、起落架、倾斜器、电动执行器等构成。由两台或两台以上的发动机装置于一组旋翼上随旋翼转动，并带动另一组旋翼转动；控制装置由电动执行器和设置于直升机顶部的倾斜器组成。所述的旋翼由浆毂、桨轴、桨叶组成，分为上下两组，上桨毂、桨轴和上浆叶相连共为一转动体，组成上旋翼，下桨毂和下桨叶直接相连，为下旋翼；设有旋翼主轴为管状，用于装置上、下两组旋翼。所述的发动机、离合器、主动齿轮对称或均布装置于下旋翼上；所述的从动齿轮装于上旋翼的桨毂上；所述的起落架为四脚台形，用于支承直升机。发动机动力经离合器、减速器、主动齿轮、带动从动齿轮及上旋翼旋转，其反作用力也推动装有发动机、离合器、减速器、主动齿轮的下旋翼旋转，形成两组旋翼共轴反转，产生升力飞行。
控制部份由倾斜器和电动执行器组成。所述的倾斜器顶置于直升机上部；所述的电动执行器装置于起落架上部，它们之间通过贯穿于旋翼主轴的两根相套的轴杆，对倾斜器进行控制，进而实现对直升机姿态的控制。
本发明与现有共轴式直升机一样，除具有尺寸小，无需尾桨，不存在来自尾桨的故障率气流对称，有利于操纵，悬停效率高等优点外，还有如下特点其一，本直升机重心与轴心几乎一致，吊钩也正好在轴的中心垂线上，起吊货物时，吊索吊钩、轴心、重心几乎连成一线，很平稳，在运行中不存在诸如因燃料减少、货物移动而引起的重心偏移问题，且整机包括油箱在内的绝大部分的重量都在转动，形似飞碟，惯性大，容易保持原来的运行姿态。
其二、本直升机结构简单、紧凑、自重轻，在传动系统中，所有的主动齿轮都共带一个从动齿轮，且主动齿轮除带动从动齿轮转动外，本身也围绕从动齿轮转动，其传动比只是同类直升机的1/2；所有的发动机都环绕布置在下桨毂周围，充分利用其空间位置，减少了用于支承发动机的许多梁架；没有驾驶舱、机舱、尾翼、无人驾驶，作为一种起吊搬运货物的工具，相对于用普通直升机直接吊载货物作业要经济得多。
其三，本直升机由于其结构上的特点，其动力装置可由少至2台、多至十多台的发动机组成。在许多台发动机组成的情况下，因故同时停车的可能性很小，也就是说，来自无动力所发生的故障率很低；且有利于采用价格低、噪音小的活塞式发动机。此外，在空载或轻载时，可以停止部分发动机的工作，有利于节省燃料。
其四，本直升机由于发动机随翼旋转的特点，根据作用力与反作用力的原理，为保持扭矩的平衡，上、下两组旋翼可根据不同阻力负荷自动分配转速，不存在上、下两组旋翼因扭矩不平衡而导致机身自转的故障率；发动机随翼旋转，还有利于风冷式发动机得到充分冷却、以保持发动机功率的有效输出。
本直升机可应用于普通起吊工具设备难以进行作业的特殊环境，如高山深谷立电杆，搬运机器设备；也可吊挂喷洒装置喷洒农药，吊水喷洒灭火；需要时，还可通过吊笼运载人员进行空中巡视、摄影、或旅游观光等。
图1是本发明立体结构示意图。
图2是图1的I-I剖面俯视图。
图中所示控制按钮1、方向电动执行器2、控制箱3、升降电动执行器4、炭刷5、减速器6、离合器7、下浆叶8、主动齿轮9、油门电动执行器10、轴承11、油箱12、上桨叶13、升降控制轴杆14、方向控制轴杆15、倾斜器16、桨轴17、调节螺杆18、螺母19、旋翼主轴20、上桨毂21、从动齿轮22、下桨毂23、发动机24、滑环25、起落架26、蓄电池27、移动电动执行器28、吊钩29、空档拔杆30、稳定板31。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体结构及工作情况。
本发明由旋翼系统、动力系统、传动系统、操纵控制系统、起落架等组成。
旋翼系统产生直升机的升力、移动力和操纵力。旋翼由桨毂21、23，桨轴17和桨叶8、13组成。桨毂21、23两端放置有滚动轴承11，旋翼主轴20在装入桨毂21、23后，由螺母19锁定。桨轴17的作用是保持上、下旋翼有足够的间距。上桨叶13可在一定的角度内自由转动，以便对直升机的操纵控制，其仰俯角可由调节螺杆18调节。下桨叶8应多于或稍长于上桨叶13，并使其桨叶角大于或等于上桨叶角的最大值，这样在任何工况下，下旋翼的转速都低于上旋翼的转速，以避免由于下旋翼转速过高、离心力过大而对发动机24工作稳定性的影响。
动力系统由发动机24和油箱12组成。发动机24必须是两台或两台以上，并且应是同型号和同等重量的，它们对称或均布装置于下桨毂23周围。由下桨毂支承，并随其转动。当装置发动机较多，一层布置不下时，还可采用长的旋翼主轴20，多层布置，则从上至下用传动轴相连并共用一个主动齿轮9，然后一起驱动从动齿轮22，这样可装置多台，乃至十多台发动机，功率强大，非常适合起吊重物的需要。油箱12为圆环形，桨轴17穿于环中心，并放置有轴承套，使其能够在桨轴17上转动，让重量由桨轴17支承，而用撑杆与下旋翼相连，让其随下旋翼转动。
传动系统由离合器7，减速器6，主动齿轮9，从动齿轮22组成。离合器7为离心式自动离合器，当发动机24转速高时自动接合，低速时自动分离，这样既能保证发动机空载起动，又能在单台发动机停车时，能自动分离，以保证其他发动机能正常工作，以及在万一失去动力时，旋翼能自转，以降低直升机的下滑率。
减速器6为圆锥齿轮减速器，输出轴上装有主动齿轮9，工作时带动与上旋翼相连接的从动齿轮22转动。减速器7上装有空档拔杆30，内有分离套，其作用是在发动机检修和调试时拔至空档位置，不让旋翼旋转。
操纵控制系统，由倾斜器16、升降控制轴杆14、方向控制轴杆15、电动执行器2、4、10、28，控制箱3、控制按钮1、炭刷5、滑环25、蓄电池27及遥控装置组成。倾斜器16置于直升机顶部，由升降控制轴杆14支承，有连杆与上桨叶13相连，随上旋翼转动，其上、下移动可改变上桨叶13的角度，而方向控制轴杆15上、下移动可使倾斜器16倾斜，当倾斜器倾斜时，能使旋转中的桨叶13的叶角不断变化，从而在某一方向产生一个力，使直升机向某一方向移动；当控制轴杆15转动方向时，直升机也随之转向。电动执行器是以电为动力去实现控制的执行机构，电动执行器4以起落架26为固定点，其动作可使升降控制轴杆14上、下移动；电动执行器28以升降控制轴杆14为固定点，其动作可使方向控制轴杆15上、下移动；电动执行器2也以升降控制轴杆14为固定点，其动作可使方向控制轴杆15正反转动；电动执行器10固定于发动机24上，其动作可使发动机24的油门量增大或减小。
控制箱3内装有继电器，遥控接收器等元器件，与控制按钮1组成对各个电动执行器的控制。控制按钮1至控制箱3的导线以20～30米为宜；如使用超出此范围则应使用遥控装置，其遥控范围一般可达数百米；如果使用范围超出遥控范围，则可配置吊笼，让人坐在上面随机操作。有线控制和无线遥控共同使用可提高直升机操作控制的可靠性。
炭刷5和滑环25的作用是使旋转着的下旋翼与控制箱3的电路相互联通。
起落架26为四脚锥形台架，旋翼主轴20垂直连接于其中心位置上。起落架26两边对称装有稳定板31，它起稳定起落架和作前后方向标志的作用。吊钩29与起落架26上端连接，并位于旋翼主轴20轴心垂线上。
控制电源由发动机24内部的发电机供给，蓄电池27起补助电源和稳定电压的作用。
组装后的直升机必须进行重心平衡性调试，特别是装有发动机的下旋翼，要使其重心与轴心一致，否则旋转时就会产生震动，当震动力不大时，可采用调整油门电动执行器10对旋翼主轴20矩离远近的方法来调整，如震动过大，则要校对发动机的对称性或均布性。
本发明的工作情况是这样的将油门置于怠速位置，逐个起动发动机24，按动控制按钮1的油门“加速”键，电动执行器10动作，发动机24转速逐渐提高。当转速达到一定时，离心式离合器7接合，动力经圆锥齿轮减速器6减速后输至主动齿轮9，带动从动齿轮22转动，从而使上旋翼旋转；与此同时，主动齿轮9也产生一个反作用力，反方向推动下旋翼旋转，于是上、下两组旋翼形成共轴反转，共同产生升力。
当旋翼转速达到一定时，按动控制按钮1的“上升”键，电动执行器4动作，升降控制轴杆14上移，上桨叶角增大，下旋翼的转速也随之相应增高，上升力也随之增大。不断交替按上述的两键，直至直升机克服自重而垂直起飞。
当需要使直升机移动时，则按动控制按钮1的“移动”键，电动执行器28动作，方向控制轴杆15上移，拉动倾斜器16倾斜，上旋翼在旋转时就会自动改变桨叶角，于是产生一个移动力，直升机就会向某一方向移动，至于是前后，还是左右，要以起落架26上的稳定板31的方向标志而定，而移动的快慢则要以方向控制轴杆15移动量而定。
当要使直升机改变移动方向时，则按动控制按钮1的“左移”或“右移”键，电动执行器2动作。方向控制轴杆15向左或向右转动，带动倾斜器16向左或向右倾斜，直升机的移动方向也随之改变。
当要使直升机降落时，则按控制按钮1的“下降”键，电动执行器4动作，升降控制轴杆14下移，上桨叶13叶角减小，升力减小；继而按动油门“减速”键，使电动执行器10动作，油门开度减小，发动机24减速，两键交替按动直至直升机降落地面，最后按“减速”键至怠速，离心式离合器6彻底分离，旋翼停转。
权利要求
1.一种共轴式无人起吊直升机，包括由浆毂、浆轴、浆叶连接组成的旋翼，发动机，由离合器、减速器、主动齿轮、从动齿轮组成的传动装置，以及控制装置，起落架，其特征在于旋翼分为上、下两组，设有旋翼主轴(20)，由两台或两台以上的发动机(24)装置于一组旋翼上随旋翼转动，并带动另一组旋翼转动；控制装置由电动执行器(2)、(4)、(10)、(28)和设置于直升机顶部的倾斜器(16)组成。
2.根据权利要求1所述的共轴式无人起吊直升机，其特征在于发动机(24)、离合器(17)、减速器(6)、主动齿轮(9)通常设置在下组旋翼上，并由电动执行器(10)控制，带动从动齿轮(22)及上组旋翼旋转，形成两组旋翼共轴反转。
3.根据权利要求1所述的共轴式无人起吊直升机，其特征在于电动执行器(2)、(4)、(28)设置于旋翼主轴(20)下方、起落架(26)上部。
4.根据权利要求1所述的共轴式无人起吊直升机，其特征在于倾斜器(16)和电动执行器(2)、(4)(28)之间，设置有穿入旋翼主轴(20)的升降控制轴杆(14)和方向控制轴杆(15)。
全文摘要
本发明公开了一种共轴式无人起吊直升机、旨在提供一种结构简单，自重轻，稳定可靠、操作简便，且价格低廉的短距离空中起吊和搬运工具。主要的技术方案是采用二台或二台以上的发动机与离合器－减速器和主动齿轮装置于下组旋翼上，通过从动齿轮带动上组旋翼旋转，其反作用力也推动下组旋翼旋转，形成两组旋翼共轴反转，产生升力飞行。采用有线或无线遥控对直升机进行控制，由电动执行器通过穿过旋翼主轴的轴杆、对倾斜器进而对直升机的姿态进行控制。本发明可用于特殊环境的起吊和搬运货物，及进行喷洒农药、洒水灭火等作业，需要时，还可通过吊笼运载人员进行空中巡视、摄影、旅游观光等。
文档编号B64C27/00GK1556007SQ20031012163
公开日2004年12月22日 申请日期2003年12月30日 优先权日2003年12月30日
发明者何主能 申请人:何主能