一种用于直升机的X型周期螺距混控系统的制作方法

本发明涉及一种周期螺距混控系统，尤其是一种用于直升机的x型周期螺距混控系统。

背景技术：

目前，传统布局的大型直升机主旋翼使用传统的周期螺距控制方式，即集体螺距和周期螺距的控制相互独立，分别由升降舵控制俯仰，副翼舵控制滚转，总距舵控制集体螺距。该操纵方式直观、但机械结构复杂。

而在无人直升机中则广泛使用周期螺距混控（ccpm）方式来控制主旋翼。具体方式是以周向均布的三个舵机拉动连杆推动下斜盘，使斜盘既可以向指定方向倾斜一定的角度，也可以上下升降到指定的位置。从而用混控的方式控制主旋翼的集体螺距和周期螺距。该方式将降低机械复杂度，减少舵机数量，同时相对平衡舵机负担。

然而，三点混控方式仍有不足。以前两点，后一点的ccpm混控为例。在实际飞行中，无人直升机多是前进或后退，斜盘主要以俯仰角变化为主。而前部有两个舵机分担受力，后部只有一个舵机，导致后部舵机受力和行程都远远大于前部的舵机。因此会出现后部舵机内的齿轮、轴承的磨损更加严重，舵机的精准度和寿命都大大降低。若舵机布局为前部一点，后部两点的方式，前部舵机也会出现同样问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是三点式ccpm混控系统中出现的舵机受力不平衡，在长期大负荷工作状态下容易出现损坏。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于直升机的x型周期螺距混控系统，包括控制器、右前舵机、左前舵机、左后舵机、右后舵机、上倾斜圆盘、下倾斜圆盘、右前连杆、左前连杆、左后连杆、右后连杆、向心关节轴承、主旋翼轴、下倾斜盘相位器、上倾斜盘相位器以及与桨叶数量相同的拉杆；向心关节轴承的内圈套设在主旋翼轴上，并可沿主旋翼轴上下滑动；上倾斜圆盘的中心孔固定安装在向心关节轴承的外圈上；下倾斜圆盘的中心孔通过滚动轴承转动式安装在向心关节轴承的外圈上；上倾斜圆盘和下倾斜圆盘同心且盘面相平行；右前连杆、左前连杆、左后连杆以及右后连杆的上端通过球头轴承等弧度间隔铰接安装在下倾斜圆盘的圆周边缘上；左前连杆的下端通过球头轴承安装在左前舵机的驱动臂上；左后连杆的下端通过球头轴承安装在左后舵机的驱动臂上；右前连杆的下端通过球头轴承安装在右前舵机的驱动臂上；右后连杆的下端通过球头轴承安装在右后舵机的驱动臂上；拉杆的下端通过球头轴承安装在上倾斜圆盘的圆周边缘的对应位置处，拉杆的上端通过球头轴承安装在对应位置处的桨夹上；控制器的控制信号输出端分别与左前舵机、左后舵机、右前舵机以及右后舵机的信号输入端相连；上倾斜盘相位器的上端铰接安装在上倾斜盘相位器，下端铰接安装在上倾斜圆盘上；下倾斜盘相位器的上端铰接安装在下倾斜圆盘上，下端用于铰接安装在主体支架上；右前舵机、左前舵机、左后舵机以及右后舵机分别固定安装在主体支架上主旋翼轴的右前侧、左前侧、左后侧以及右后侧。

采用上倾斜圆盘和下倾斜圆盘的双倾斜盘结构，能够在下倾斜圆盘发生倾斜时上倾斜圆盘发生同角度倾斜，且上倾斜圆盘可相对下倾斜圆盘转动，从而间接实现上倾斜圆盘对桨叶螺距的调节；采用左前舵机、左后舵机、右前舵机和右后舵机共同完成下倾斜圆盘到达指定螺距位置并产生所需倾斜角度；与现有三舵机结构相比，首先舵机数量的增加降低了每个舵机的负载；其次以前后左右方向为主进行飞行时，下斜盘倾斜两侧均有两个舵机共同驱动，舵机负载小于3舵机ccpm方式；而在四个x型分布舵机驱动倾斜圆盘向任意方向倾斜时，各个舵机的平均负载情况比较一致，不会出现某一个舵机负载较大，寿命特别短的情况；当四个舵机中有一个舵机出现故障无法提供驱动力时，剩余三个舵机仍然组成稳定结构，可以驱动上下斜盘达到所需的集体螺距和周期螺距。

作为本发明的进一步限定方案，下倾斜盘相位器共为两个，且两个下倾斜盘相位器均由上臂杆和下臂杆铰接构成；两根上臂杆的上端位中心对称式铰接安装在下倾斜圆盘的圆周边缘上。

作为本发明的进一步限定方案，上倾斜盘相位器共为两个，且两个上倾斜盘相位器均由上连杆和下连杆铰接构成；两根下连杆的下端位中心对称式铰接安装在上倾斜圆盘的圆周边缘上。

本发明的有益效果在于：采用上倾斜圆盘和下倾斜圆盘的双倾斜盘结构，能够在下倾斜圆盘发生倾斜时上倾斜圆盘发生同角度倾斜，且上倾斜圆盘可相对下倾斜圆盘转动，从而间接实现上倾斜圆盘对桨叶螺距的调节；采用左前舵机、左后舵机、右前舵机和右后舵机共同完成下倾斜圆盘到达指定螺距位置并产生所需倾斜角度；与现有三舵机结构相比，首先舵机数量的增加降低了每个舵机的负载；其次以前后左右方向为主进行飞行时，下斜盘倾斜两侧均有两个舵机共同驱动，舵机负载小于3舵机ccpm方式；而在四个舵机驱动倾斜圆盘向任意方向倾斜时，各个舵机的平均负载情况比较一致，不会出现某一个舵机负载较大，寿命特别短的情况；当四个舵机中有一个舵机出现故障无法提供驱动力时，剩余三个舵机仍然组成稳定结构，可以驱动上下斜盘达到所需的集体螺距和周期螺距。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明采用摆臂舵机安装结构示意图；

图3为本发明采用直线舵机安装结构示意图。

图中：1、右前舵机，2、左前舵机，3、左后舵机，4、右后舵机，5、上倾斜圆盘，6、下倾斜圆盘，7、右前连杆，8、左前连杆，9、左后连杆，10、右后连杆，11、上臂杆，12、下臂杆，13、上连杆，14、下连杆，15、主旋翼轴，16、主体支架。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的用于直升机的x型周期螺距混控系统包括：控制器、右前舵机1、左前舵机2、左后舵机3、右后舵机4、上倾斜圆盘5、下倾斜圆盘6、右前连杆7、左前连杆8、左后连杆9、右后连杆10、向心关节轴承、主旋翼轴15、下倾斜盘相位器、上倾斜盘相位器以及与桨叶数量相同的拉杆。

其中，向心关节轴承的内圈套设在主旋翼轴15上，并可沿主旋翼轴15上下滑动；上倾斜圆盘5的中心孔固定安装在向心关节轴承的外圈上；下倾斜圆盘6的中心孔通过滚动轴承转动式安装在向心关节轴承的外圈上；上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6同心且盘面相平行；右前连杆7、左前连杆8、左后连杆9以及右后连杆10的上端通过球头轴承等弧度间隔铰接安装在下倾斜圆盘6的圆周边缘上；左前连杆8的下端通过球头轴承安装在左前舵机2的驱动臂上；左后连杆9的下端通过球头轴承安装在左后舵机3的驱动臂上；右前连杆7的下端通过球头轴承安装在右前舵机1的驱动臂上；右后连杆10的下端通过球头轴承安装在右后舵机4的驱动臂上；拉杆的下端通过球头轴承安装在上倾斜圆盘5的圆周边缘的对应位置处，拉杆的上端通过球头轴承安装在对应位置处的桨夹上；控制器的控制信号输出端分别与左前舵机2、左后舵机3、右前舵机1以及右后舵机4的信号输入端相连；上倾斜盘相位器的上端铰接安装在上倾斜盘相位器，下端铰接安装在上倾斜圆盘5上；下倾斜盘相位器的上端铰接安装在下倾斜圆盘6上，下端用于铰接安装在主体支架16上；右前舵机1、左前舵机2、左后舵机3以及右后舵机4分别固定安装在主体支架16上主旋翼轴15的右前侧、左前侧、左后侧以及右后侧；下倾斜盘相位器共为两个，且两个下倾斜盘相位器均由上臂杆11和下臂杆12铰接构成；两根上臂杆11的上端位中心对称式铰接安装在下倾斜圆盘6的圆周边缘上；上倾斜盘相位器共为两个，且两个上倾斜盘相位器均由上连杆13和下连杆14铰接构成；两根下连杆14的下端位中心对称式铰接安装在上倾斜圆盘5的圆周边缘上。

如图2所示，以左后舵机3为例，本发明的一种实施例是将右前舵机1，左前舵机2，左后舵机3，右后舵机4设置为摆动舵机，左后连杆9的下端通过球头轴承安装在左后舵机3的摆臂上；左前连杆8的下端通过球头轴承安装在左后舵机2的摆臂上；右前连杆7的下端通过球头轴承安装在右前舵机1的摆臂上；右后连杆10的下端通过球头轴承安装在右后舵机4的摆臂上。

如图3所示，以左后舵机3为例，本发明的另一种实施例是将右前舵机1，左前舵机2，左后舵机3，右后舵机4设置为直线舵机，左后连杆9的下端通过球头轴承安装在左后舵机3的拉臂上；左前连杆8的下端通过球头轴承安装在左后舵机2的拉臂上；右前连杆7的下端通过球头轴承安装在右前舵机1的拉臂上；右后连杆10的下端通过球头轴承安装在右后舵机4的拉臂上。

本发明的用于直升机的x型周期螺距混控系统的控制原理如下：

一、升力控制：由左前舵机2、左后舵机3、右前舵机1和右后舵机4同时运作，使上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6沿主旋翼轴15方向平移，通过拉杆使主旋翼轴15上的桨叶总螺距发生变化，从而改变直升机总体升力的大小。

二、姿态控制：由左前舵机2、左后舵机3、右前舵机1和右后舵机4分别运动到不同的位置，使上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6处于特定的倾斜角度，通过拉杆使主旋翼轴15上的桨叶的周期螺距按照上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6的圆周角度和位置发生周期性的变化，使主旋翼圆周的各个位置可以产生不同大小的升力，产生使直升机发生滚转的力矩，从而改变升力的方向，控制直升机飞行的运动和姿态。

具体来说：当确定左前舵机2和右前舵机1中点方向为机头方向时，进行方向控制如下：

左前舵机2向下驱动左前连杆8，右前舵机1向下驱动右前连杆7，左后舵机3向上驱动左后连杆9，右后舵机4向上驱动右后连杆10，从而使上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6向前倾斜，主旋翼左右两边升力发生变化出现差值，合力力矩对机体产生前后方向的角动量变化量，直升机向前倾斜（原理同陀螺进动），从而产生前向的升力分量，直升机向前飞行；反之，左前舵机2向上驱动左前连杆8，右前舵机1向上驱动右前连杆7，左后舵机3向下驱动左后连杆9，右后舵机4向下驱动右后连杆10，从而使上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6向后倾斜，主旋翼左右两边升力发生变化出现差值，合力力矩对机体产生前后方向的角动量变化量，直升机向后倾斜，从而产生后向的升力分量，直升机向后飞行。

左前舵机2向下驱动左连杆8，左后舵机3向下驱动左后连杆9，右前舵机1向上驱动右前连杆7，右后舵机4向上驱动右后连杆10，从而使上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6向左倾斜，主旋翼前后两边升力发生变化出现差值，合力力矩对机体产生左右方向的角动量变化量，直升机向左倾斜，从而产生左向的升力分量，直升机向左飞行；反之，左前舵机2向上驱动左连杆8，左后舵机3向上驱动左后连杆9，右前舵机1向下驱动右前连杆7，右后舵机4向下驱动右后连杆10，从而使上倾斜圆盘5和下倾斜圆盘6向右倾斜，主旋翼前后两边升力发生变化出现差值，合力力矩对机体产生左右方向的角动量变化量，直升机向右倾斜，从而产生右向的升力分量，直升机向右飞行。

与现有的三舵机结构相比，四舵机成x型分布主要就是为了增加舵机寿命，同时增加冗余度，由于三舵机的寿命问题在实际中是常常遇到的，常规解决办法是更换扭力更大的舵机，三舵机是三点确定一个平面，如果常规三舵机，必然前后方向单独的那个舵机受力增大，寿命减少，所以避免这个问题并不仅仅是增加舵机数量，主要是改变了舵机的分布方式，改为x型这样可以同时有两个舵机去分担前后或左右方向运动时的力，如果采用十字型四舵机方式，这样对于前后左右运动时，仍然是一个舵机承力，和3舵机没有区别；一般三舵机的情况，后舵机的寿命远小于前面两个，导致平均寿命也很小，后期设置维护周期很困难，有可能几个小时后舵机就磨损了，所以主要就是分布方式的问题，和舵机数量关系不大。