一种共轴直升机及其旋翼系统的制作方法

本发明涉及飞行器设计技术领域，特别是涉及一种共轴直升机的旋翼系统。另外，本发明还涉及一种包括上述旋翼系统的共轴直升机。

背景技术：

共轴直升机是直升机的一种，它具有双层桨叶，且上下桨盘桨叶的转动方向相反，并在同一轴线上。由于其结构紧凑、机动性好，因此有广泛的应用。

为增加飞行平稳性，目前的共轴直升机大都加装有平衡杆或平衡重锤，加装了平衡杆或平衡重锤的共轴直升机，在平衡杆或平衡锤的陀螺效应作用下，其姿态较为平稳，但平衡杆或平衡锤的旋转面不可人工调整，只能靠其自身绕轴旋转产生的向心力分力进行修正，使得直升机调整姿态的时间较长，反应较为迟钝；目前也有加装了平衡小翼的共轴直升机，但其配合了尾桨设计。由于尾桨的存在使得共轴直升机的结构复杂，设计制作成本增加，且由于尾桨要消耗一部分发动机的功率，使得整机的效率降低，同时尾桨也是一个较为脆弱的部分，容易受到损坏增大了直升机的坠机概率，降低了直升机的安全性。

因此提高共轴直升机的自稳性和安全性是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种共轴直升机的旋翼系统，其结构设计能够提高共轴直升机的自稳性和安全性。本发明的另一目的是提供一种包括上述旋翼系统的共轴直升机。

为解决上述技术问题，本发明提供一种共轴直升机的旋翼系统，包括主轴、安装在所述主轴上的上桨叶桨夹和下桨叶桨夹，所述上桨叶桨夹和所述下桨叶桨夹均可绕自身水平轴线转动，在所述主轴的顶部和/或在所述主轴的中部安装有平衡机构，所述平衡机构，包括固定块、小翼框支撑架、小翼支撑框、小翼连接轴和平衡小翼，所述固定块固定安装在所述主轴顶部，所述小翼框支撑架通过轴承与所述固定块上的轴转动连接，所述平衡小翼固定在所述小翼连接轴的一端，所述小翼连接轴的另一端穿过所述小翼支撑框的一端且与所述小翼框支撑架可转动连接，所述小翼连接轴垂直于所述固定块上的轴，且与所述小翼支撑框固定连接，所述平衡小翼、所述小翼连接轴和所述小翼支撑框形成一个整体，且可相对所述小翼框支撑架绕所述小翼连接轴的轴线旋转。

优选地，固定块固定安装在主轴的顶部，且共轴直升机的旋翼系统，还包括摆臂推拉杆、上桨变距摆臂、上桨叶变距推拉杆和上桨叶变距过渡杆，以及安装在所述主轴上且设于所述上桨叶桨夹与所述下桨叶桨夹之间的上倾斜盘内环和上倾斜盘外环，所述上倾斜盘内环和所述上倾斜盘外环嵌套成一个整体且能够各自转动，所述上倾斜盘内环和所述上倾斜盘外环作为一个整体能够沿所述主轴上下滑动且能够上下摆动倾斜；所述上倾斜盘内环的左右耳上分别连接有一个所述摆臂推拉杆，所述摆臂推拉杆的另一端安装于所述上桨变距摆臂靠近所述主轴的动端，所述上桨变距摆臂的定端安装于所述小翼框支撑架上，且所述上桨变距摆臂的动端能够绕着其定端在垂直方向上下摆动，所述上桨叶变距推拉杆的一端连接在所述上桨变距摆臂的中间位置，另一端通过所述上桨叶变距过渡杆与所述上桨叶桨夹连接。

优选地，还包括上桨相位臂、小翼变距控制臂和小翼变距推拉杆，所述小翼变距控制臂通过其中间的安装孔安装于所述主轴上，且所述小翼变距控制臂能够绕着安装孔上下摆动，所述上倾斜盘内环的前后耳上分别连接有一个所述上桨相位臂，所述上桨相位臂的另一端与所述小翼变距控制臂的一端连接，所述小翼变距控制臂的另一端通过小翼变距过渡杆与所述小翼变距推拉杆的一端连接，所述小翼变距推拉杆的另一端安装在所述小翼支撑框上。

优选地，所述上倾斜盘外环的前后耳上分别连接有一个长推拉杆，所述上倾斜盘外环的左右耳上分别连接有一个短推拉杆。

优选地，还包括，

下传动机构，所述下传动机构用于传输驱动机构所提供的动力，以使得所述下桨叶桨夹绕自身轴线转动以及使得所述下桨叶桨夹相对于所述主轴倾斜；

设在所述下桨叶桨夹一侧且用于调节所述下桨叶桨夹转角的下桨叶变距推拉杆和下桨叶变距过渡杆，所述下桨叶桨夹通过所述下桨叶变距过渡杆与所述下桨叶变距推拉杆连接，所述下桨叶变距推拉杆与所述下传动机构连接，且所述长推拉杆与所述短推拉杆均与所述下传动机构连接。

优选地，固定块固定安装在主轴的中部，且所述固定块处于下桨叶桨平的下方。

本发明还提供一种共轴直升机，包括旋翼系统，所述旋翼系统具体为上述任意一项所述的旋翼系统。

本发明提供的共轴直升机的旋翼系统，包括主轴、安装在主轴上的上桨叶桨夹和下桨叶桨夹，上桨叶桨夹和下桨叶桨夹均可绕自身水平轴线旋转，还包括固定块、小翼框支撑架、小翼支撑框、小翼连接轴和平衡小翼，固定块固定安装在主轴顶部，小翼框支撑架通过轴承与固定块上的轴转动连接，平衡小翼固定在小翼连接轴的一端，小翼连接轴的另一端穿过小翼支撑框的一端且与小翼框支撑架可转动连接，小翼连接轴垂直于固定块上的轴，且与小翼支撑框固定连接，平衡小翼、小翼连接轴和小翼支撑框形成一个整体，且可相对小翼框支撑架绕小翼连接轴的轴线旋转。

平衡小翼在离心力及高速旋转的作用下产生陀螺效应，即平衡小翼总是趋向于保持已形成的稳定状态，形成了其自稳特性。在直升机机身位于中位时，平衡小翼的旋转面垂直于主轴并与上下桨叶桨夹的旋转面平行，在此状态下平衡小翼总是趋于保持其旋转面的水平及其旋转轴心的稳定；在直升机倾斜时主轴倾斜，由于平衡小翼是一种旋翼翼型，其在旋转过程中会在垂直于旋转面和平行于旋转面的平面产生力，从而作用于与其相连的小翼支撑框，使其与平衡小翼一起趋向于保持已形成的自稳状态，进而带动主轴趋于保持垂直状态；将平衡小翼与共轴双桨旋翼配合使用，并利用平衡小翼的自稳特性及其旋转面的可调节性改善共轴直升机的控制品质，因此本发明提供的旋翼系统能够提高共轴直升机的调整效率，提高共轴直升机的自稳性和安全性。

本发明提供的共轴直升机包括上述旋翼系统，由于上述旋翼系统具有上述技术效果，上述共轴直升机也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

图1为本发明所提供的共轴直升机的旋翼系统的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的主视图；

图4为本发明所提供的共轴直升机的旋翼系统的一种具体实施方式的修正过程示意图；

图5为设置有两平衡机构的共轴直升机的旋翼系统的结构示意图。

其中：

1为长推拉杆；2为短推拉杆；3为下桨叶变距推拉杆；4为下桨叶变距过渡杆；5为下桨盘桨毂；6为下桨叶桨夹；7为上倾斜盘外环；8为上倾斜盘内环；9为摆臂推拉杆；10为上桨相位臂；11为小翼变距控制臂；12为上桨叶变距推拉杆；13为上桨变距摆臂；14为固定块；15为小翼框支撑架；16为小翼支撑框；17为小翼连接轴；18为平衡小翼；19为小翼变距推拉杆；20为上桨叶变距过渡杆；21为上桨叶桨夹；22为小翼变距过渡杆；23为挥舞轴；24为轴承；25剪刀臂；26下小翼变距推拉杆；27剪刀臂推拉臂；28俯仰推拉杆；29下倾斜盘外环；30下倾斜盘内环；31固定件。

上图4中：

H1为中位时的主轴轴线；L1为中位时平衡小翼的旋转面；M1为中位时上桨盘桨叶的旋转面；N1为中位时下桨盘桨叶的旋转面；H2为倾斜时的主轴轴线；L2为倾斜时无平衡小翼时的旋转面；M2为倾斜时上桨盘桨叶的旋转面；N2为倾斜时下桨盘桨叶的旋转面；L3为倾斜时平衡小翼自稳修正后的实际旋转面；M3为平衡小翼修正后上桨盘桨叶的实际旋转面。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种共轴直升机的旋翼系统，其结构设计能够提高共轴直升机的自稳性和安全性。本发明的另一核心是提供一种包括上述旋翼系统的共轴直升机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的共轴直升机的旋翼系统的一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为图1的主视图。

本发明具体实施方式提供的共轴直升机的旋翼系统，包括主轴、安装在主轴上的上桨叶桨夹21和下桨叶桨夹6，上桨叶桨夹21和下桨叶桨夹6均可绕自身水平轴线转动，在主轴的顶部安装有平衡机构，其中，平衡机构包括固定块14、小翼框支撑架15、小翼支撑框16、小翼连接轴17和平衡小翼18，固定块14固定安装在主轴顶部，小翼框支撑架15通过轴承24与固定块14上的轴转动连接，且小翼框支撑架15能够绕着固定块14上的轴在垂直方向上进行上下摆动，平衡小翼18固定在小翼连接轴17的一端，小翼连接轴17的另一端穿过小翼支撑框16的一端之后再与小翼框支撑架15可转动连接，小翼连接轴17垂直于固定块14上的轴，且小翼连接轴17与小翼支撑框16固定连接，则平衡小翼18、小翼连接轴17和小翼支撑框16形成一个整体，可相对小翼框支撑架15绕小翼连接轴17的轴线旋转，且平衡小翼18、小翼连接轴17、小翼支撑框16和小翼框支撑架15一起能够绕着固定块14上的轴在垂直方向上进行上下摆动。

其中需要说明的是，共轴直升机的旋翼系统通常包括主轴、安装在主轴上的上桨盘和下桨盘，下桨盘主要由下桨盘桨毂5、两个挥舞轴23和两个用于安装桨叶的下桨叶桨夹6组成，下桨盘桨毂5固定安装在主轴上，下桨叶桨夹6通过挥舞轴23连接在下桨盘桨毂5上，上桨叶桨夹21所在的上桨盘的结构组成及安装方式与下桨盘相同，且上桨叶桨夹21、下桨叶桨夹6均可绕着自身的水平轴旋转；另外，上桨盘和下桨盘都可在水平方向上绕着主轴轴线旋转，它们总是同时启动、同时工作、同时停止，且上、下桨盘的转向始终相反，即一个顺时针旋转一个逆时针旋转，这样反扭矩相互抵消，平衡旋翼扭矩，不需要安装尾桨；由于固定块14固定安装在主轴上，则主轴旋转时，固定块14、小翼框支撑架15、小翼支撑框16、小翼连接轴17和平衡小翼18与主轴同步绕主轴轴线旋转。

另外，本发明中所提及的主轴为能够承载上下桨盘等旋翼部件，为上下桨盘的旋转提供动力，且使上下桨盘桨叶在同一旋转轴线上的部件。其具体结构有多种，可以为通过连接装置连接、上下同轴设置且分别用于安装上桨盘和下桨盘的两根轴，且上下设置的两根轴能够反方向旋转；也可以为同轴设置、依次嵌套且能够反方向旋转的两根空心轴，本发明中所提及的主轴的结构并不限于此，其具体结构请参考现有技术，此处不再赘述，无论采用哪一种结构，都要保证其能够使上下桨盘桨叶转动方向相反，且在同一轴线。

平衡小翼18在离心力及高速旋转的作用下产生陀螺效应，即平衡小翼18总是趋向于保持已形成的稳定状态，形成了其自稳特性。在直升机机身位于中位时，平衡小翼18的旋转面垂直于主轴并与上桨叶桨夹21、下桨叶桨夹6的旋转面平行，在此状态下平衡小翼18总是趋于保持其旋转面的水平及其旋转轴心的稳定；在直升机倾斜时主轴倾斜，由于平衡小翼18是一种旋翼翼型，其在旋转过程中会在垂直于旋转面和平行于旋转面的平面产生力，从而作用于与其相连的小翼支撑框16，使其与平衡小翼18一起趋向于保持已形成的自稳状态，进而带动主轴趋于保持垂直状态；将平衡小翼18与共轴双桨旋翼配合使用，并利用平衡小翼18的自稳特性及其旋转面的可调节性改善共轴直升机的控制品质，因此本发明提供的旋翼系统能够提高共轴直升机的调整效率，提高共轴直升机的自稳性和安全性。

本发明具体实施方式提供的共轴直升机的旋翼系统，还可以包括摆臂推拉杆9、上桨变距摆臂13、上桨叶变距推拉杆12和上桨叶变距过渡杆20，以及安装在主轴上且设于上桨叶桨夹21和下桨叶桨夹6之间的倾斜盘，倾余盘包括上倾斜盘内环8和上倾斜盘外环7，上倾斜盘内环8和上倾斜盘外环7嵌套成一个整体，且又能够互不影响的各自转动，上倾斜盘内环8和上倾斜盘外环7作为一个整体能够沿主轴上下滑动，且在滑动或不滑动状态下在垂直方向上均能够上下摆动倾斜；上倾斜盘内环8的左右耳上分别连接有一个摆臂推拉杆9，摆臂推拉杆9的另一端安装于上桨变距摆臂13靠近所述主轴的动端，上桨变距摆臂13的定端安装于小翼框支撑架15上，且上桨变距摆臂13的动端能够绕着其定端在垂直方向上下摆动，上桨叶变距推拉杆12的一端连接在上桨变距摆臂13的中间位置，另一端通过上桨叶变距过渡杆20与上桨叶桨夹21连接。可见，倾斜盘动作时，其动作可通过摆臂推拉杆9、上桨变距摆臂13、上桨叶变距推拉杆12及上桨变距过渡杆作用于上桨叶桨夹21，使上桨叶桨夹21旋转从而改变上桨盘桨叶的攻角。

请参考图4，图4为本发明所提供的共轴直升机的旋翼系统的一种具体实施方式的修正过程示意图。

当主轴控制系统位于中位，即倾斜盘与主轴轴线垂直时，平衡小翼18与主轴也垂直，且平衡小翼18的旋转面、上下桨盘桨叶的旋转面三者彼此平行；若机身倾斜，由于平衡小翼18陀螺效应产生的自稳性，平衡小翼18和小翼连接轴17等绕着固定块14上的轴反方向转动，平衡小翼18旋转面与上桨叶桨夹21及下桨叶桨夹6的旋转面不再平行，形成一定的夹角。

当主轴左倾时，主轴与右侧的平衡小翼18旋转面间的夹角变小，与左侧的平衡小翼18旋转面间的夹角变大，且上下桨盘桨叶的旋转面都会向左倾斜，此时左右二侧的摆臂推拉杆9相对位置不变，右侧的上桨变距摆臂13的动端下压，左侧的上桨变距摆臂13的动端上提，使得右侧的上桨叶变距推拉杆12向下推，左侧的上桨叶变距推拉杆12向上拉，再通过上桨叶变距过渡杆20使得上桨叶桨夹21向右旋转一定角度，最终使得上桨盘桨叶旋转面向左的倾斜量小于下桨盘桨叶旋转面向左倾斜量，即相较于下桨盘，上桨盘总是在阻止主轴左倾，同时旋转的平衡小翼18具有自稳特性，上述两种力共同作用于主轴，并带动主轴趋于保持垂直状态，因此本发明提供的旋翼系统，能够使倾倒的机身自行修正，缩短了调整时间，提高了共轴直升机的自稳平衡性和安全性。

另外，本发明提供的旋翼系统，上桨盘带有平衡小翼18的自修正功能，而下桨盘没有外力限制，其更加灵敏，因此无论发生任何方向的侧倾，上桨盘的漂移距离均落后于下桨盘，从而使共轴直升机具有更强的自主悬停功能。

本发明具体实施方式提供的共轴直升机的旋翼系统，还可以包括上桨相位臂10、小翼变距控制臂11和小翼变距推拉杆19，小翼变距控制臂11中间具有安装孔，小翼变距控制臂11通过安装孔安装于主轴上，且小翼变距控制臂11能够绕着安装孔在垂直方向上进行上下摆动，上倾斜盘内环8的前后耳上分别连接有一个上桨相位臂10，上桨相位臂10的另一端与小翼变距控制臂11的一端连接，小翼变距控制臂11的另一端通过小翼变距过渡杆22与小翼变距推拉杆19的一端连接，小翼变距推拉杆19的另一端安装在小翼支撑框16上。

由此可见，倾斜盘动作时，其动作可通过上桨相位臂10、小翼变距控制臂11、小翼变距过渡杆22及小翼变距推拉杆19作用于小翼支撑框16，使小翼支撑框16带动小翼连接轴17和平衡小翼18绕着小翼连接轴17的轴线旋转，改变平衡小翼18的旋转面，因此，本发明提供的旋翼系统，在机身倾斜时，还可以通过改变倾斜盘的状态，改变平衡小翼18的旋转面，进而操纵直升机，因此增强了共轴直升机的操纵灵敏性。

为了方便操纵倾斜盘，在上倾斜盘外环7的前后耳上可以分别连接有一个长推拉杆1，在上倾斜盘外环7的左右耳上可以分别连接有一个短推拉杆2；这样当平衡小翼18的自稳性和陀螺效应不足以修改机身的倾斜时，可通过长推拉杆1和短推拉杆2两组四个操纵杆输入量的配合使用，来改变倾斜盘的状态，进而改变平衡小翼18及上桨盘桨叶的旋转面，从而操纵直升机，操作简单，且方便可靠。

在上述各具体实施方式的基础上，还包括下传动机构，下传动机构用于传输驱动机构所提供的动力，以使得下桨叶桨夹6绕自身轴线转动以及使得下桨叶桨夹6相对于主轴倾斜；还可以在下桨叶桨夹6的一侧设有下桨叶变距过渡杆4和下桨叶变距推拉杆3，下桨叶桨夹6通过下桨叶变距过渡杆4与下桨叶变距推拉杆3连接，下桨叶变距推拉杆3与下传动机构连接，且长推拉杆1与短推拉杆2均与下传动机构连接。驱动机构通过下传动机构作用于下桨叶变距推拉杆3，在下桨叶变距推拉杆3的作用下，可实现下桨叶桨夹6的旋转，改变下桨盘的旋转面及攻角，进而操纵直升机，增强共轴直升机的操纵灵活性，使共轴直升机的自稳性和安全性增强。当然，也可不设置下桨叶变距推拉杆3和下桨叶变距过渡杆4，或通过其他方式实现下桨叶桨夹6的旋转，均在本发明的保护范围之内。

请参考图5，图5为设置有两平衡机构的共轴直升机的旋翼系统的结构示意图。

本发明实施例提供的共轴直升机的旋翼系统，可以在主轴的中部设置平衡机构，即，平衡机构的固定块14固定安装在主轴的中部，且固定块处于下桨叶桨夹6的下方；当然也可以是在主轴上设置有两个平衡机构，其中，一平衡机构设置在主轴的顶部，另一平衡机构设置在主轴的中部。

当平衡机构设置在主轴的中部时，即，平衡机构的固定块14固定安装在主轴的中部，且固定块14处于下桨叶桨夹6的下方时。下传动机构包括套设在主轴上的下倾斜盘，下倾斜盘包括下倾斜盘外环29与下倾斜盘内环30，下倾斜盘内环30与下倾斜盘外环29嵌套成一个整体，且能够各自转动，下倾斜盘内环30和下倾斜盘外环29作为一个整体能够沿主轴上下滑动，且能够上下摆动倾斜。此处所述的下倾斜盘内环30和下倾斜盘外环29作为一个整体能够上下摆动倾斜是指，下倾斜盘内环30和下倾斜盘外环29作为一个整体能够相对于主轴倾斜。

下传动机构还包括与主轴铰接，且能够相对于主轴在竖直平面内转动的剪刀臂25。剪刀臂25与主轴铰接具体为，在主轴上设置有固定件31，剪刀臂25与固定件31铰接，作为优选，剪刀臂25的中部与固定件31铰接。在剪刀臂25的一端铰接有剪刀臂推拉臂27，剪刀臂推拉臂27远离剪刀臂25的一端通过一铰接件与下倾斜盘内环30铰接，以使得下倾斜盘内环30在沿主轴竖直移动时，剪刀臂25能够绕与固定件31铰接的点转动。在剪刀臂25远离剪刀臂推拉臂27的一端铰接有下小翼变距推拉杆26，下小翼变距推拉杆26远离剪刀臂25的一端与小翼支撑框16铰接，以使得剪刀臂25绕与固定件31铰接的点转动时，通过下小翼变距推拉杆26拉动小翼支撑框16相对于主轴倾斜。

在下倾斜盘外环29上铰接有俯仰推拉杆28，俯仰推拉杆28与驱动机构连接，驱动机构驱动俯仰推拉杆28，即当俯仰推拉杆28向下拉动下倾斜盘时，从而使得下倾斜盘相对于主轴倾斜，此时，下倾斜盘内环30拉动剪刀臂推拉臂27，从而拉动剪刀臂25，使得剪刀臂25绕与固定件31铰接的点转动，剪刀臂25转动的过程中，拉动26下小翼变距推拉杆，由于26下小翼变距推拉杆与小翼支撑框16铰接，从而使得小翼支撑框16倾斜；当俯仰推拉杆28向上推动下倾斜盘时，小翼支撑框16倾斜的方向与俯仰推拉杆28向下拉动下倾斜盘时小翼支撑框16倾斜的方向相反。

由于长推拉杆1与剪刀臂25铰接，因此，在处于下方的小翼支撑框16倾斜时，处于主轴顶部的小翼支撑框同步倾斜。

其中需要说明的是，本发明具体实施方式中所提及的前、后、左、右等仅是相对概念，并不指具体方位。

除了上述旋翼系统，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述旋翼系统的共轴直升机，该共轴直升机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的共轴直升机及其旋翼系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。