一种上旋翼带伺服小翼的共轴直升机操纵系统的制作方法

本发明涉及航空设计制造技术领域，更具体的说是涉及一种上旋翼带伺服小翼的共轴直升机操纵系统。

背景技术：

共轴式直升机没有常规布局中的尾桨及其传动系统，其所需的功率相对单旋翼带尾桨直升机所需的功率要少；同时，共轴式直升机具有更加紧凑的结构，相对于单旋翼带尾桨直升机尺寸要减少35％-40％，进而拥有较小的惯性矩，从而增加共轴式直升机的可控性和机动性，因此不少国家研制的无人直升机都采用了共轴双旋翼的布局形式。

近些年来，小型无人直升机以体积小，质量轻，操控灵活等特点，逐渐成为研究和发展的重点。小型无人直升机造价更加低廉，不仅在各个领域有着广泛的用途，而且可以作为研制无人直升机飞行控制系统的良好平台，为轻型、中型无人直升机的研制节约大量时间和经费。比较有代表性的机型有奥地利camcopter及其改进型s-100，日本的r-50及其改型rmax，中国的“天鹰-3”等。同样由于共轴双旋翼的特点，小型无人直升机中也有很多采用了共轴双旋翼的形式，北航于2000年研制的“m-22”以及05年首飞的某小型无人直升机就是采用了这种形式。

共轴式直升机操纵系统主要分为两种形式，一种为上下旋翼联合操纵，即通过平行四边形将上下两个倾斜器连接在一起，使两个倾斜器同时进行总距运动与周期变距，航向运动通过只控制一副旋翼的总距运动的半差动形式实现。另一种操纵形式为桨距分控操纵，其特点为两个倾斜器分别独立控制两副旋翼的总距与周期变距，航向运动通过增加一副旋翼的总距同时减小另一副旋翼总距的全差动方式实现。

小型无人直升机由于机体惯量和旋翼角速度阻尼较小，旋翼转速高，机体本身不稳定且振荡周期短，如不加装相应机械增稳装置来增加稳定性，直升机将很难于控制和操纵，因此，如何对现有小型无人直升机，尤其是安装了跷跷板式旋翼的直升机进行改进，通过相应的加装机械增稳系统，以提高直升机的稳定性，便成为了本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种上旋翼带伺服小翼的共轴直升机操纵系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种上旋翼带伺服小翼的共轴直升机操纵系统，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，该共轴直升机操纵系统采用上下旋翼联动的操纵形式，上旋翼操纵系统中的上旋翼倾斜器和下旋翼操纵系统中的下旋翼倾斜器通过四根长连杆连接；该共轴直升机操纵系统通过四个伺服舵机同时控制上下旋翼的总距和周期变距，其中上旋翼操纵系统加装有伺服小翼，通过改变伺服小翼的挥舞运动来操纵上旋翼的周期变距；该共轴直升机操纵系统的航向操纵采用半差动的操纵方式，由一个伺服舵机单独控制下旋翼的总距来实现。

通过上述技术方案，本发明的有益效果为：采用上下旋翼联动的操纵形式，所需的伺服舵机个数较少，在上旋翼操纵系统上加装伺服小翼，相较于下旋翼操纵系统的伺服小翼有更高的稳定性，伺服小翼的机械结构更加简单，更加方便操纵手操纵直升机。

在上述技术方案的基础上，本发明还可做出如下改进：

进一步地，下旋翼操纵系统包括伺服舵机、舵机连杆、下旋翼倾斜器、下旋翼倾斜器与航向摇臂连杆、航向摇臂、变距连杆、变距摇臂、设于轴承座上的航向操纵系统；伺服舵机上设有摇臂，舵机连杆为两端安装有杆端轴承的杆状结构，其一端通过铰链连接伺服舵机的摇臂，另一端通过铰链连接下旋翼倾斜器，伺服舵机通过舵机连杆控制下旋翼倾斜器的上下运动与倾斜；下旋翼倾斜器通过下旋翼倾斜器与航向摇臂连杆两端的杆端轴承与航向摇臂的一端通过铰链相连，航向摇臂的另一端与装配在该共轴直升机操纵系统外轴上的轴承座通过法兰轴承相连，航向摇臂的中部通过变距连杆两端的杆端轴承与变距摇臂通过铰链相连。当无航向操纵时，航向摇臂与轴承座相连的一端固定，下旋翼倾斜器的运动带动航向摇臂运动，航向摇臂通过变距拉杆带动变距摇臂运动，从而控制下旋翼的总距与周期变距。

进一步地，航向操纵系统包括航向舵机、航向连杆、航向杠杆、航向撑杆，航向舵机通过航向连杆两端的杆端轴承与航向杠杆一端通过铰链相连，航向杠杆的中部固定在该共轴直升机操纵系统的机身上，航向杠杆另一端通过航向撑杆连接轴承座，航向撑杆通过螺钉与轴承座固连。航向舵机通过控制航向连杆、航向杠杆和航向撑杆的运动使轴承座上下运动，轴承座与航向摇臂相连，因此可以在上下旋翼倾斜器不动的情况下，通过控制下旋翼的总距改变扭矩实现航向操作。

进一步地，上旋翼操纵系统包括上旋翼倾斜器、上旋翼倾斜器与伺服小翼摇臂连杆、剪型摇臂、剪型摇臂滑套、传扭拉杆、伺服小翼、伺服小翼摇臂、剪型摇臂与小翼撑杆连杆；上旋翼倾斜器通过四根长连杆通过铰链连接下旋翼倾斜器，在进行总距与周期变距操纵时上旋翼倾斜器与下旋翼倾斜器会同时进行相同的运动；上旋翼倾斜器外环伸出四个耳片，其中两个通过上旋翼倾斜器与伺服小翼摇臂连杆两端的杆端轴承与伺服小翼摇臂通过铰链相连，另两个通过传扭拉杆与剪型摇臂的一端通过铰链相连；剪型摇臂滑套穿在该共轴直升机操纵系统的内轴上，实现上下滑动，剪型摇臂中部与剪型摇臂滑套通过轴承相连，剪型摇臂另一端通过剪型摇臂与小翼撑杆连杆两端的杆端轴承与伺服小翼通过铰链相连。

进一步地，伺服小翼包括小翼叶片、叶片连杆、稳定杆壳体、小翼撑杆和小翼变距连杆；剪型摇臂另一端通过两个剪型摇臂与小翼撑杆连杆两端的杆端轴承与小翼撑杆外端两侧通过铰链相连，小翼撑杆中部通过螺钉与叶片连杆中部固定，叶片连杆穿过空心的稳定杆壳体，通过轴承连接稳定杆壳体，叶片连杆外端固定连接小翼叶片，小翼撑杆倾斜会使叶片连杆和小翼叶片绕其轴线旋转，由此控制伺服小翼变距产生挥舞运动，伺服小翼摇臂通过轴承连接在稳定杆壳体的外表面，能绕该点旋转并由此通过与其相连的变距摇臂控制上旋翼的总距与周期变距。

进一步地，四根长连杆相连组成平行四边形。因为下旋翼倾斜器与上旋翼倾斜器构成平行四边形，因此下旋翼倾斜器的上下运动与倾斜会带动上旋翼倾斜器进行相同的上下运动与倾斜。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明操纵系统的轴测图；

图2为本发明操纵系统的正视图；

图3为本发明操纵系统的侧视图；

图中符号说明如下：

1、伺服舵机；2、舵机连杆；3、下旋翼倾斜器；4、下旋翼倾斜器与航向摇臂连杆；5、航向摇臂；6、变距连杆；7、航向舵机；8、航向连杆；9、航向杠杆；10、航向撑杆；11、长连杆；12、上旋翼倾斜器；13、上旋翼倾斜器与伺服小翼摇臂连杆；14、伺服小翼摇臂；15、小翼变距连杆；16、传扭拉杆；17、剪型摇臂；18、剪型摇臂滑套；19、剪型摇臂与小翼撑杆连杆；20、小翼撑杆；21、稳定杆壳体；22、叶片连杆；23、小翼叶片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1-3所示，本发明提供的一种上旋翼带伺服小翼的共轴直升机操纵系统，主要包括带伺服小翼的上旋翼操纵系统和下旋翼系统。具体为，该共轴直升机操纵系统采用上下旋翼联动的操纵形式，上旋翼操纵系统中的上旋翼倾斜器12和下旋翼操纵系统中的下旋翼倾斜器3通过四根长连杆11通过铰链连接；该共轴直升机操纵系统通过四个伺服舵机1同时控制上下旋翼的总距和周期变距，其中，上旋翼操纵系统加装有伺服小翼，通过改变伺服小翼的挥舞运动来操纵上旋翼的周期变距；该共轴直升机操纵系统的航向操纵采用半差动的操纵方式，由一个伺服舵机1单独控制下旋翼的总距来实现。

如图2所示，下旋翼操纵系统包括伺服舵机1、舵机连杆2、下旋翼倾斜器3、下旋翼倾斜器与航向摇臂连杆4、航向摇臂5、变距连杆6、航向舵机7、航向连杆8、航向杠杆9、航向撑杆10、变距摇臂、轴承座。

伺服舵机1上设有摇臂，舵机连杆2为两端安装有杆端轴承的杆状结构，其一端杆端轴承通过铰链连接伺服舵机1，另一端通过铰链连接下旋翼倾斜器3，伺服舵机1为四个，四个伺服舵机1位于传动系统上方呈90°均布，其通过舵机连杆2控制下旋翼倾斜器3的上下运动与倾斜；下旋翼倾斜器3通过下旋翼倾斜器与航向摇臂连杆4两端的杆端轴承与航向摇臂5的一端通过铰链相连，航向摇臂5的另一端与装配在该共轴直升机操纵系统外轴上的轴承座通过法兰轴承相连，航向摇臂5的中部通过变距连杆6两端的杆端轴承与变距摇臂通过铰链相连。当无航向操纵时，航向摇臂5与轴承座相连的一端固定，下旋翼倾斜器3的运动带动航向摇臂5运动，航向摇臂5通过变距拉杆6带动变距摇臂运动，从而控制下旋翼的总距与周期变距。

航向舵机7通过航向连杆8两端的杆端轴承与航向杠杆9一端通过铰链相连，航向杠杆9的中部固定在该共轴直升机操纵系统的机身上，航向杠杆9另一端通过航向撑杆10连接轴承座，航向撑杆10通过螺钉与轴承座固连。航向舵机7通过控制航向连杆8、航向杠杆9和航向撑杆10的运动使轴承座上下滑动，轴承座与航向摇臂5相连，因此可以在上下旋翼倾斜器不动的情况下，通过控制下旋翼的总距改变扭矩实现航向操作。

如图2所示，上旋翼操纵系统包括上旋翼倾斜器12、上旋翼倾斜器与伺服小翼摇臂连杆13、剪型摇臂17、剪型摇臂滑套18、传扭拉杆16、伺服小翼、伺服小翼摇臂14、剪型摇臂与小翼撑杆连杆19、小翼叶片23、叶片连杆22、稳定杆壳体21、小翼撑杆20和小翼变距连杆15。

上旋翼操纵系统中的上旋翼倾斜器12和下旋翼操纵系统中的下旋翼倾斜器3通过四根长连杆11通过铰链连接，四根长连杆11相连组成平行四边形，这样下旋翼倾斜器3的上下运动与倾斜会带动上旋翼倾斜器12进行相同的上下运动与倾斜，即在进行总距与周期变距操纵时上旋翼倾斜器12与下旋翼倾斜器3会同时进行相同的运动。

上旋翼倾斜器12外环伸出四个耳片，其中两个通过上旋翼倾斜器与伺服小翼摇臂连杆13两端的杆端轴承与伺服小翼摇臂14通过铰链相连，另两个通过传扭拉杆16与剪型摇臂17的一端通过铰链相连；剪型摇臂滑套18穿在该共轴直升机操纵系统的内轴上，实现上下滑动，剪型摇臂17中部与剪型摇臂滑套18通过轴承相连，剪型摇臂17另一端通过两个剪型摇臂与小翼撑杆连杆19两端的杆端轴承与小翼撑杆20外端两侧通过铰链相连，小翼撑杆20中部通过螺钉与叶片连杆22中部固定，叶片连杆22外端连接小翼叶片23，小翼撑杆20倾斜会使叶片连杆22和小翼叶片23绕其轴线旋转，由此控制伺服小翼变距产生挥舞运动，叶片连杆穿过空心的稳定杆壳体，通过轴承连接稳定杆壳体，伺服小翼摇臂通过轴承连接在稳定杆壳体的外表面，可绕该点旋转并由此通过与其相连的变距摇臂控制上旋翼的总距与周期变距。

本发明的具体工作过程为：

当伺服舵机1通过舵机连杆2控制下旋翼倾斜器3的上下运动与倾斜时，下旋翼倾斜器3带动下旋翼倾斜器与航向摇臂连杆4的上下运动，此时，航向舵机7不动，因此轴承座固定，而航向摇臂5与轴承座连接的一端固定，航向摇臂5绕该点旋转，带动变距连杆6控制变距摇臂的运动，从而控制下旋翼的总距与周期变距。

因为下旋翼倾斜器3与上旋翼倾斜器12构成平行四边形，因此下旋翼倾斜器3的上下运动与倾斜会带动上旋翼倾斜器12进行相同的上下运动与倾斜。

当上旋翼倾斜器12上下滑动时，两个传扭拉杆16同时向上或向下运动，使两个剪型摇臂17受到同方向的力，因为两个剪型摇臂17的另一端都与小翼撑杆20相连，小翼撑杆20两端受到同方向的力保持平行，因此伺服小翼保持水平不发生运动，剪型摇臂17与小翼撑杆20相连的一端固定，剪型摇臂17绕这一端旋转，剪型摇臂滑套18上下滑动。与此同时，上旋翼倾斜器12上下运动使上旋翼倾斜器与伺服小翼摇臂连杆13上下运动，因为伺服小翼保持水平，而伺服小翼摇臂14与稳定杆壳体21连接端固定，伺服小翼摇臂14绕该端旋转，带动变距连杆15与变距摇臂上下运动，达到控制上旋翼总距的目的。

当上旋翼倾斜器12倾斜时，两个传扭拉杆16向相反的方向运动，因为两个剪型摇臂17与剪型摇臂滑套18中心对称安装，因此剪型摇臂滑套18与剪型摇臂17中部连接点固定，剪型摇臂17绕该点旋转，使两个剪型摇臂与小翼撑杆连杆19向不同的方向运动，小翼撑杆20绕伺服小翼中心线向一侧倾斜，通过中部与叶片连杆22的固定点使叶片连杆22和小翼叶片23绕中心旋转，使伺服小翼变距产生挥舞运动，伺服小翼的挥舞运动也使得稳定杆壳体21倾斜，伺服小翼两侧伺服小翼摇臂14与稳定杆壳体21的固定点向相反的方向运动，带动变距连杆15与变距摇臂向相反的方向运动，达到控制下旋翼周期变距的目的。

当航向舵机7带动航向连杆8上下运动时，与之相连的航向杠杆9带动航向撑杆10上下运动，航向撑杆10带动轴承座上下滑动，此时航向摇臂5与下旋翼倾斜器与航向摇臂连杆4相连的一端固定，因此航向摇臂5绕该点旋转带动变距连杆6上下运动，从而控制下旋翼的总距变化。航向舵机7在上下倾斜器不动情况下改变的下旋翼的总距，而上旋翼的总距没有发生变化，由此产生的扭矩不平衡操纵了直升机的航向运动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。