一种共轴双旋翼式小微型飞行器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种共轴双旋翼式小微型飞行器，该飞行器包括机身、双旋翼系统和涵道系统，双旋翼系统包括对称地设置于机身的上下两侧的上旋翼系统和下旋翼系统，上旋翼系统和下旋翼系统通过反转机构实现上、下主传动轴反向驱动，反转机构是位于机身内部并具有三个锥齿轮的等传动比的差速器，差速器与上、下主传动轴同轴反转地连接；涵道系统设置于机身尾部并通过一倾转调节组件与机身相连，涵道系统与差速器的连线垂直于上、下主传动轴的轴线。本实用新型融合了直升机和旋翼机的特点，能够改善飞行器空气场分布，其具有结构简单、安全可靠、机动灵活、经济实用、通用性强等优点。
【专利说明】一种共轴双旋翼式小微型飞行器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种航空航天领域中的自转旋翼飞机或者直升机，更具体地涉及一种共轴双旋翼式小微型飞行器。
【背景技术】
[0002]自转旋翼飞机是一种以自转旋翼作为升力面，螺旋桨推力为前进动力的旋翼飞行器。在航空史上，自转旋翼机首先采用旋翼技术成功飞行，比直升机早了约15年。尽管早期直升机所采用的技术很大程度上来源于自转旋翼机，然而直升机所具有的悬停和垂直飞行性能使其较旋翼机具有更广泛的应用领域。旋翼机在经历了初期快速发展之后，没有在商业和军事应用上得到进一步发展的机会。
[0003]现代自转旋翼机采用了旋翼预转技术，可实现跳跃式或超短距起飞，且在其降落时，可通过操纵旋翼锥体后倾实现点式着陆，不需要专用机场。因此近年来，自转旋翼机又逐渐为航空业内人士所关注。对于通过风力驱转的自转旋翼机而言，旋翼桨盘区域可分为驱动区(又称自转区，中间大部分)，被驱动区(又称阻转区，靠桨尖部分)和失速区(内部小部分)。当整个桨盘起阻碍作用的气动合力等于起驱动作用的气动合力时，旋翼便达到稳定自转状态；在不稳定飞行状态下，其旋翼稳定转速是在一定范围内变化的，这是自转旋翼机与采用驱转旋翼的直升机最大不同之处之一。此外，前飞时自转旋翼机的向前动力是由推进或拉进式螺旋桨提供的，并通过改变驱动螺旋桨的发动机油门开度来控制其产生的前向力的大小，这与通过周期变距实现桨盘前倾从而获得前向分力的直升机不同。由于自转旋翼机没有直升机的平衡扭矩问题，因此无需直升机所采用的尾桨，其航向通过方向舵或全动垂尾加以实现。
[0004]同时旋翼机也存在机动性不够好，飞行速度不快等缺点。本实用新型通过动力系统的改进，飞行器独特的外观设计等措施，融合以上两种旋翼模式的优势，降低其各自缺点的影响，使飞行器拥有较好的灵活性、飞行速度、稳定性和舒适度。在融合过程中，采用双旋翼系统，能增加升力，减小单旋翼的翼展，在有动力输入时又能平衡扭矩。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种共轴双旋翼式小微型飞行器，从而解决现有技术中的传统飞行器(直升机与旋翼机)的机动性不够好，飞行速度不快，稳定性不高的问题。
[0006]本实用新型提供的一种共轴双旋翼式小微型飞行器，该飞行器包括机身、双旋翼系统和涵道系统，双旋翼系统包括对称地设置于机身的上下两侧的上旋翼系统和下旋翼系统，上旋翼系统和下旋翼系统通过反转机构实现上、下主传动轴反向驱动，反转机构是位于机身内部并具有三个锥齿轮的等传动比的差速器，差速器与上、下主传动轴同轴反转地连接，从而使上旋翼系统和下旋翼系统实现同轴反转；涵道系统设置于机身尾部并通过一倾转调节组件与机身相连，涵道系统与差速器的连线垂直于主传动轴的轴线。
[0007]上旋翼系统包括上旋翼头和上旋翼舵机；下旋翼系统包括下旋翼头和下旋翼舵机；上旋翼舵机和下旋翼舵机对称的设置于机身内部上下两侧且分别通过舵机调节组件与上旋翼头和下旋翼头相连。
[0008]上旋翼头和下旋翼头分别包括十字圆盘、边距拉杆和旋翼拉杆,上旋翼头和下旋翼头通过十字圆盘与上、下主传动轴相连，十字圆盘通过边距拉杆与舵机调节组件相连，十字圆盘远离机身的一侧上还设置有若干桨叶，桨叶靠近上、下主传动轴的一端通过旋翼拉杆与十字圆盘相连。
[0009]双旋翼系统还包括一对辅翼和稳定杆组，辅翼设置于上、下主传动轴远离机身的最外端且其所在平面与桨叶所在平面平行，辅翼靠近上、下主传动轴的一端通过稳定杆组与上、下主传动轴相连。
[0010]涵道系统包括涵道，涵道舵机和涵道舵机臂，涵道舵机设置于机身尾部且通过涵道舵机臂与涵道连接；涵道包括涵道叶片、涵道风头、涵道电机和机壳，机壳与涵道舵机臂相连，机壳内设置涵道电机，涵道电机具有与机身的水平中心轴线平行的转动轴，转动轴远离机身的一端连接涵道叶片，涵道叶片的外端覆盖有涵道风头。
[0011]涵道舵机通过舵机座固连于机身，通过涵道舵机输出轴连接至涵道舵机臂以控制飞行器飞行时的倾斜角度。
[0012]差速器通过其中一个锥齿轮与离合器相连，离合器与电动机相连，电动机固定于机身内部。从而在直升机模式下，飞行器能够以标准的共轴双桨直升机的飞行原理飞行，主要由电机带动双旋翼旋转提供飞行器动力；在旋翼机模式下，双旋翼与电动机通过离合器断开连接，飞行器以旋翼机的飞行原理飞行，旋翼的无动力自旋提供飞行器升力，而由涵道提供推进力。
[0013]飞行器还包括控制电路板和锂电池，锂电池布置于机身正后方，控制电路板设置于锂电池上方。
[0014]另外，飞行器还包括着陆架系统，着陆架系统由两个着陆架，一个轴承组件和三个轮子组成，轴承组件沿下主传动轴延伸的方向设置于下旋翼系统的最下方，轴承组件最底端与其中一个轮子连接，两个着陆架分布于机身尾部两侧且其底端分别与另外两个轮子连接，三个轮子呈等腰三角形结构。
[0015]每个着陆架均由3根连杆铰接形成，在飞行时着陆架可以收起。
[0016]本实用新型提供的一种共轴双旋翼式小微型飞行器，包括可控动力双旋翼系统、旋翼桨叶倾角调整系统和涵道系统，能够改善飞行器空气场分布，其具有结构简单、安全可靠、机动灵活、经济实用、通用性强等优点。本实用新型融合了直升机和旋翼机的特点，在直升机模式下，飞行器以标准的共轴双桨直升机的飞行原理飞行，主要由电机带动的双旋翼提供飞行器动力；旋翼机模式下，飞行器以旋翼机的飞行原理飞行，旋翼的无动力自旋提供飞行器升力，双旋翼与电动机通过离合器断开连接，由涵道提供推进力。另外，上下旋翼同轴对称布置，用一个等传动比的差速器实现同轴反转的连接，实现同轴反转抵消上下旋翼产生的扭矩。上下旋翼由相同的旋翼舵机控制十字圆盘的倾转角度，以保持桨叶特定的倾斜状态，适应不同的飞行状态要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是根据本实用新型的一个实施例的飞行器的结构布局示意图；
[0018]图2是根据本实用新型的一个实施例的舵机旋翼布置示意图；
[0019]图3是根据本实用新型的一个实施例的旋翼头-差速器-离合器布局示意图；
[0020]图4是根据本实用新型的一个实施例的涵道示意图；
[0021]图5是根据本实用新型的一个实施例的上旋翼头布局示意图。
[0022]附图标记:
[0023]1-飞行器，2-机身，11-上旋翼头，12-下旋翼头，13-上旋翼舵机，14-下旋翼舵机，151-上主传动轴，152-下主传动轴，16-舵机调节组件，111、121_十字圆盘，112、122_旋翼拉杆，113、123-稳定杆组，114、124-桨叶，115、125-边距拉杆，116、126-辅翼，21-涵道，22-涵道舵机，23-涵道舵机臂，24-倾转调节组件，211-涵道机壳，212-涵道叶片，213-涵道风头，214-涵道电机，30-差速器，31-电动机，32-离合器，40-锂电池，41-控制电路板，50-着陆架，51-轴承组件，52-轮子
【具体实施方式】
[0024]以下结合具体实施例，对本实用新型做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限制本实用新型的范围。
[0025]根据本实用新型一个实施例提供的一种共轴双旋翼式小微型飞行器1，如图1-图5所示，该飞行器I包括机身2、可控动力双旋翼系统和涵道系统。飞行器I的机身2部分的骨架由铝合金、塑料棒及塑料板材料搭建，呈橄榄球形，用于固连可控动力双旋翼系统和涵道系统。下面分别就各个系统结合具体实施例进行详细说明。
[0026]如图1所示，双旋翼系统包括对称地设置于机身2的上下两侧的上旋翼系统和下旋翼系统，上旋翼系统包括上旋翼头11和上旋翼舵机13。下旋翼系统包括下旋翼头12和下旋翼舵机14。上旋翼舵机13和下旋翼舵机14对称的设置于机身2内部上下两侧，且分别通过舵机调节组件16与上旋翼头11、下旋翼头12相连。其中，上旋翼系统和下旋翼系统通过反转机构同轴驱动，即上旋翼系统在该反转机构的作用下围绕着上主传动轴151 (参见图2)设置；下旋翼系统在该反转机构的作用下围绕着下主传动轴152 (参见图2)设置。该反转机构设置于机身2内部，包括具有三个锥齿轮的等传动比的差速器30、离合器32和电机31。其中，差速器30与上、下主传动轴151、152同轴反转地连接，即上、下主传动轴151、152在竖直方向上从差速器30分别向上、向下延伸并伸出机身2外，从而实现上、下主传动轴151、152的同轴反转，上旋翼头11和下旋翼头12对称地设置于机身2上下两侧并分别连接于上、下主传动轴151、152伸出机身2外的一端，如图1所示。
[0027]如图1所示，涵道系统设置于机身2尾部并通过一倾转调节组件24与机身2相连，涵道系统与差速器30的连线垂直于上、下主传动轴151、152的轴线。
[0028]以下对旋翼系统进行详细说明。如图1-图2所示，旋翼头11、12包括十字圆盘
111、121、边距拉杆115、125、旋翼拉杆112、122。旋翼头11、12通过十字圆盘111、121分别与上、下主传动轴151、152相连，十字圆盘111、121通过边距拉杆115、125与舵机调节组件16相连，十字圆盘111、121远离机身2的一侧上还设置有若干桨叶114、124，桨叶114、124靠近上、下主传动轴151、152的一端通过旋翼拉杆112、122与十字圆盘111、121相连。
[0029]双旋翼系统分别通过同样的旋翼舵机13、14控制十字圆盘111、121的旋转角度，以保持桨叶114、124相同的倾斜状态，适应不同的飞行状态要求。上、下主传动轴151、152将动力输入旋翼系统，带动上下旋翼头11、12旋转，上下舵机13、14通过舵机调节组件16控制边距拉杆115、125的上下拉动，使十字圆盘111、121产生一定的倾斜，从而通过旋翼拉杆112、122调整桨叶114、124的倾斜角度。
[0030]如图1、图2和图5所示，双旋翼系统还分别包括一对辅翼116、126和稳定杆组113、123，辅翼116、126设置于上、下主传动轴151、152远离机身2的最外端且其所在平面与桨叶114、124所在平面平行，辅翼116、126靠近上、下主传动轴151、152的一端通过稳定杆组113、123与桨叶114、124相连。稳定杆组113、123是可伸缩的，在将各个桨叶114、124和旋翼头11、12主体连结起来的同时，该稳定杆组还具有稳定桨叶114、124和辅翼116、126的作用。
[0031]如图3所示，差速器30通过其中一个锥齿轮与离合器32相连，离合器32与电动机31相连，电动机31固定于机身内部，等传动比的差速器30实现同轴反转，从而抵消上旋翼系统和下旋翼系统产生的扭矩，通过离合器32对旋翼的动力控制来实现该飞行器在飞行过程中完成两种模式(直升机模式和旋翼机模式)间的转换。
[0032]如图1和图4所示,涵道系统包括涵道21,涵道舵机22和涵道舵机臂23,涵道舵机22通过舵机座固连在机身2尾部且通过涵道舵机输出轴连接至涵道舵机臂23以控制飞行器飞行时的倾斜角度。涵道舵机臂23通过倾转调节组件24与涵道21连接；涵道21位于飞行器I正后方，与差速器30，离合器32，电机31在同一水平线上，它们同时位于机身2的正中，以保持飞行器I整体质量平衡。如图4所示，涵道21包括涵道叶片212、涵道风头213、涵道电机214和机壳211，机壳211与涵道舵机臂23相连，机壳211内设置涵道电机214，涵道电机214具有与机身2的水平中心轴线平行的转动轴，转动轴远离机身2的一端连接涵道叶片212，涵道叶片212的外端覆盖有涵道风头213。涵道系统能够通过倾转调节组件24任意调整角度，以满足两种飞行状态下的位置调节，确保飞行姿态。
[0033]如图1所示，飞行器还包括控制电路板41和锂电池40，锂电池40布置于机身2正后方，且与上旋翼舵机13、下旋翼舵机14、涵道舵机22、电动机31和涵道电机214电连接，用于驱动上旋翼舵机13、下旋翼舵机14、涵道舵机22、电动机31和涵道电机214，控制电路板41设置于锂电池40上方。
[0034]飞行器I还包括着陆架系统，着陆架系统由两个着陆架50，轴承组件51和三个轮子52组成，轴承组件51沿下主传动轴152延伸的方向设置于下旋翼头12最下方，使着陆时旋翼的转动不受地面干扰；轴承组件51最底端与其中一个轮子52连接，两个着陆架50分布于机身2尾部两侧且其底端分别与另外两个轮子52连接，三个轮子52呈等腰三角形结构。
[0035]着陆架50均由3根连杆铰接形成。在飞行过程中，着陆架50可以收拢。
[0036]本实用新型具有两种飞行模式，在直升机模式下，飞行器以标准的共轴双桨直升机的飞行原理飞行，并可有涵道辅助推进功能，主要由电机带动的双旋翼头提供飞行器动力。旋翼机模式下，飞行器以旋翼机的飞行原理飞行，旋翼的无动力自旋提供飞行器升力，双旋翼与电动机通过离合器断开连接，由涵道风扇提供推进力。在切换模式中，飞行器完成在直升机模式与旋翼机模式之间的切换，且切换过程在飞行过程中完成，切换关键在于旋翼动力的切换及桨叶正负迎角的切换。
[0037]以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。
【权利要求】
1.一种共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，该飞行器包括机身、双旋翼系统和涵道系统，所述双旋翼系统包括对称地设置于所述机身的上下两侧的上旋翼系统和下旋翼系统，所述上旋翼系统和所述下旋翼系统通过反转机构实现上、下主传动轴反向驱动，所述反转机构为位于所述机身内部并具有三个锥齿轮的等传动比的差速器，所述差速器与所述上、下主传动轴同轴反转地连接；所述涵道系统设置于所述机身尾部并通过一倾转调节组件与所述机身相连，所述涵道系统与所述差速器的连线垂直于所述上、下主传动轴的轴线。
2.根据权利要求1所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述上旋翼系统包括上旋翼头和上旋翼舵机；所述下旋翼系统包括下旋翼头和下旋翼舵机；所述上旋翼舵机和所述下旋翼舵机对称的设置于所述机身内部上下两侧且分别通过舵机调节组件与上旋翼头和下旋翼头相连。
3.根据权利要求2所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述上旋翼头和所述下旋翼头分别包括十字圆盘、边距拉杆和旋翼拉杆，所述上旋翼头和所述下旋翼头通过所述十字圆盘与所述上、下主传动轴相连，所述十字圆盘通过所述边距拉杆与所述舵机调节组件相连，所述十字圆盘远离所述机身的一侧上还设置有若干桨叶，所述桨叶靠近所述上、下主传动轴的一端通过所述旋翼拉杆与所述十字圆盘相连。
4.根据权利要求3所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述双旋翼系统还包括一对辅翼和稳定杆组，所述辅翼设置于所述上、下主传动轴远离所述机身的最外端且其所在平面与所述桨叶所在平面平行，所述辅翼靠近所述上、下主传动轴的一端通过所述稳定杆组与所述上、下主传动轴相连。
5.根据权利要求1所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述涵道系统包括涵道，涵道舵机和涵道舵机臂，所述涵道舵机设置于所述机身尾部且通过所述涵道舵机臂与所述涵道连接；所述涵道包括涵道叶片、涵道风头、涵道电机和机壳，所述机壳与所述涵道舵机臂相连，所述机壳内设置涵道电机，所述涵道电机具有与所述机身的水平中心轴线平行的转动轴，所述转动轴远离所述机身的一端连接涵道叶片，所述涵道叶片的外端覆盖有所述涵道风头。
6.根据权利要求5所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述涵道舵机通过舵机座固连于所述机身，通过涵道舵机输出轴连接至所述涵道舵机臂以控制飞行器飞行时的倾斜角度。
7.根据权利要求1所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述差速器通过其中一个所述锥齿轮与离合器相连，所述离合器与电动机相连，所述电动机固定于机身内部。
8.根据权利要求1所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括控制电路板和锂电池，所述锂电池布置于所述机身正后方，所述控制电路板设置于所述锂电池上方。
9.根据权利要求1所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，所述飞行器还包括着陆架系统，所述着陆架系统由两个着陆架，一个轴承组件和三个轮子组成，所述轴承组件沿所述下主传动轴延伸的方向设置于下旋翼系统的最下方，所述轴承组件最底端与其中一个所述轮子连接，所述两个着陆架分布于所述机身尾部两侧且其底端分别与另外两个所述轮子连接，三个所述轮子呈等腰三角形结构。
10.根据权利要求9所述的共轴双旋翼式小微型飞行器，其特征在于，每个所述着陆架均由3根连杆铰接形成。
【文档编号】B64C27/10GK203946273SQ201420252664
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月16日 优先权日:2014年5月16日
【发明者】殷勇辉, 张驰凌, 王生申, 赵涛 申请人:华东理工大学