变螺距旋翼装置以及多旋翼飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于飞行器技术领域，尤其涉及一种变螺距旋翼装置以及具有该变螺距旋翼装置的多旋翼飞行器。
【背景技术】
[0002]如今多旋翼飞行器已经广泛应用于多种行业，如航拍、电力巡线、森林防火、无人机快递、反恐侦查、模型玩具等领域。为了使多旋翼飞行器有更广泛的用途，就要提升多旋翼飞行器本身的飞行性能。由于目前的多旋翼飞行器大多为不完整控制系统，其抗风能力及机动能力有限，并不适宜应对恶劣的工作环境。因此，在一些如大风、阵风和对飞行器有高机动性要求的环境下传统多旋翼飞行器就难以胜任。
[0003]多旋翼飞行器通常具有四个或四个以上的螺旋桨。这其中最常见的为四旋翼飞行器。四旋翼飞行器有四个螺旋桨，通过调整四个螺旋桨的平均转速来控制飞行器的飞行高度，通过调节各个螺旋桨之间的转速差来控制飞行器的姿态。
[0004]多数的多旋翼飞行器为固定螺距，这类飞行器使用的螺旋桨的螺距是固定不变的，其每个螺旋桨所产生的推力大小由驱动其旋转的电机转速决定，转速越高推力越大，反之转速越小推力越小。虽然这类飞行器的螺旋桨产生的推力大小可控，但是其推力的方向是固定的，是不可改变的，这导致飞行器的控制力矩有限，进而导致抗风能力偏弱。当飞行器需要快速下降时，由于螺旋桨的平均转速降低，导致控制力矩进一步降低，因此，在这类飞行工况下这种飞行器的飞行性能会变得更差。
[0005]另一种多旋翼飞行器使用了主动变螺距机构，这种飞行器的每个螺旋桨都配有一个专门的私服装置，通过相应的连杆机构实现对螺旋桨螺距大小的实时控制。其每个螺旋桨的推力大小和方向都可控，因此这类多旋翼飞行器的抗风能力较好，在飞行器快速下降时的稳定性较好，并且可以进行特技飞行。2012年来自MIT的一篇研究生论文《Design andControl of an Autonomous Variable-Pitch Quadrotor Helicopter》详细介绍了这类飞行器的设计方法及性能。然而，这类主动变螺距的多旋翼飞行器需要与螺旋桨数目相同的伺服装置来控制螺旋桨的螺距变化，并且还要配合较为复杂的连杆结构。这样整个装置的制造成本大幅提升，可靠性下降，而且这种多旋翼飞行器的螺旋桨在飞行过程中一旦遭到撞击其整个连杆和伺服机构都有可能损坏，这样会给维修带来很大的麻烦。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种变螺距旋翼装置，旨在解决现有技术中主动变螺距旋翼装置需要专门的伺服装置和连杆机构配合而造成结构复杂及可靠性下降的技术问题。
[0007]本发明是这样实现的，一种变螺距旋翼装置，包括:
[0008]动力装置，用于提供动力并具有输出轴；
[0009]至少两个螺旋桨；
[0010]传动组件，连接于所述动力装置与各所述螺旋桨之间并具有至少两条与所述输出轴互成夹角的转动轴，所述传动组件与所述输出轴转动连接并通过各所述转动轴与对应的所述螺旋桨活动连接；
[0011]其中，所述动力装置以一速度带动所述传动组件旋转，并通过所述传动组件驱动所述螺旋桨匀速旋转；所述动力装置在匀速旋转的基础上加速或减速旋转并产生惯性转矩，所述惯性转矩通过所述传动组件驱动所述螺旋桨绕所述转动轴做偏转运动，以使所述螺旋桨的桨叶剖面弦与所述螺旋桨的旋转平面之间的夹角发生改变。
[0012]进一步地，所述转动轴与所述输出轴之间的夹角范围为大于0°且小于或者等于90。。
[0013]进一步地，所述传动组件包括与所述输出轴转动连接的动力传动件以及至少两个通过所述转动轴转动连接于所述动力传动件并与对应的所述螺旋桨固定连接的连接件。
[0014]进一步地，各所述螺旋桨与对应的所述连接件的重心位于所述转动轴之远离所述输出轴的一侧。
[0015]进一步地，所述动力传动件设有一对对称设置于所述输出轴相对两侧的倾斜平面，所述连接件包括与所述倾斜平面相对设置的接合平面，所述转动轴与所述倾斜平面相垂直。
[0016]进一步地，所述连接件与所述动力传动件和所述螺旋桨的连接端由一体成型而制成且由抗疲劳柔性材料制成。
[0017]进一步地，所述连接件上设有相对于所述输出轴呈倾斜状态的凹槽，所述凹槽的倾斜角度与所述转动轴的倾斜角度相同。
[0018]进一步地，所述动力传动件包括与所述输出轴转动连接的主动件以及对称设置于所述主动件相对两侧并与所述转动轴转动连接的从动件，所述主动件将所述动力装置产生的惯性转矩经所述从动件传递至对应的所述螺旋桨。
[0019]进一步地，所述主动件和所述从动件均为锥形齿轮；或者，所述主动件为蜗杆，所述从动件为涡轮。
[0020]进一步地，所述动力传动件还包括连接于所述输出轴与所述转动轴的固定支架，所述固定支架设有与所述输出轴配合的第一轴孔以及与所述转动轴配合的第二轴孔，所述输出轴穿过所述第一轴孔并与所述主动件配合，所述转动轴穿过所述第二轴孔并与所述从动件配合。
[0021]进一步地，所述动力传动件还包括位于所述输出轴末端并将所述主动件与所述固定支架弹性连接的柔性元件。
[0022]本发明还提供了一种多旋翼飞行器，包括机身、与所述机身相连的若干机臂以及位于各所述机臂上的变螺距旋翼装置，所述变螺距旋翼装置为上述变螺距旋翼装置。
[0023]进一步地，所述变螺距旋翼装置的数量最少为4件。
[0024]本发明相对于现有技术的技术效果是:该变螺距旋翼装置通过所述动力装置在匀速旋转的基础上加速旋转或者减速旋转并产生惯性转矩，各所述螺旋桨由于惯性作用会与所述传动组件之间发生偏移，也就是说各所述螺旋桨会沿着各自的转动轴偏移一定角度，即形成偏转角度，而该偏转角度直接改变了各所述螺旋桨的桨叶剖面弦与所述螺旋桨的旋转平面之间的夹角，进而改变了各所述螺旋桨的气动攻角，以改变此刻各所述螺旋桨的升力大小，该变螺距旋翼装置结构简单且可靠性高。
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本发明实施例提供的变螺距旋翼装置的原理图；
[0027]图2是本发明一实施例提供的变螺距旋翼装置的结构图；
[0028]图3是图2中变螺距旋翼装置的分解图；
[0029]图4是本发明另一实施例提供的变螺距旋翼装置的结构图；
[0030]图5是本发明又一实施例提供的变螺距旋翼装置的结构图；
[0031]图6是图5中变螺距旋翼装置的分解图；
[0032]图7是本发明实施例提供的变螺距旋翼装置于加速旋转时螺旋桨的桨叶剖面弦与所述螺旋桨的旋转平面之间的夹角