一种可倾转旋翼飞行器的制作方法

本发明属于航空航天领域，尤其是涉及一种可倾转旋翼飞行器。

背景技术：

目前低空低速飞行器发展迅速，但基本都采用直升机的布局方式，即使用一个或多个大的外露桨盘来获得提升力使得机体悬浮在空气中，通过改变桨盘不同部位的桨叶迎角来使得桨盘周向提升力不均匀来获得前进或转向的能力，抵消外露桨盘的旋转力矩则依靠尾桨或设置共轴反桨。

这种布局形式较为原始，它只满足了飞起来的需求，具有噪音大乘用不舒适、桨盘外露危险性高、体积大等缺陷，总体而言直升机这种飞行器基本不可能成为未来短途旅行和日常出行的主要乘具。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种克服现有技术缺陷，提供一种低噪音、高安全性、机体体积适中的低空低速飞行器。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可倾转旋翼飞行器，包括机体、可倾转旋翼单元、调速电机、转向-传动齿轮箱、发动机、传动轴、控制台、转向电机和动力输出齿轮箱，

所述的控制台设置在机体的中央，所述的可倾转旋翼单元设置四个，且四个可倾转旋翼单元两两一组左右对称布置在机体的四周，四个所述可倾转旋翼单元完全包裹在机体中，所述的转向-传动齿轮箱设置四个，且安装在机体上，每一可倾转旋翼单元与一转向-传动齿轮箱一一对应成组布置；

在每一转向-传动齿轮箱上均安装调速电机和转向电机，同侧的前后两个转向-传动齿轮箱各通过一根传动轴接入同一侧的动力输出齿轮箱，每一动力输出齿轮箱均与一发动机相连，

发动机的动力输出至同侧的动力输出齿轮箱，经动力输出齿轮箱分配后输出至前后两根传动轴，前后两根传动轴再将动力传至相应转向-传动齿轮箱后输出至相应的可倾转旋翼单元，从而控制可倾转旋翼单元的转速与倾转；

四个可倾转旋翼单元均能够在控制台控制下相对机身进行前后倾转，实现飞行器空中悬停、垂直升降、前飞、后飞和转弯。

进一步的，每一所述转向-传动齿轮箱均包括齿轮箱体，传动变向齿轮副、传动转速控制行星轮副、传动输出轴、转向蜗轮和转向输出轴，在所述齿轮箱体内设置三个连通的腔室，一个腔室容纳传动变向齿轮副；中间的腔室容纳传动转速控制行星轮副；另一个腔室容纳转向蜗轮；

所述的传动变向齿轮副将传动轴的输入力矩改变方向后传递至传动转速控制行星轮副，经调速电机带动传动转速控制行星轮副耦合，控制传动输出轴转速，所述转向电机带动转向蜗轮旋转，从而控制转向输出轴转向。

进一步的，所述传动变向齿轮副包括传动变向主齿轮和传动变向从齿轮，所述的传动转速控制行星轮副包括传动主齿轮、传动从齿轮和多个行星轮；

所述的传动变向主齿轮与传动轴相连，所述的传动变向主齿轮与传动变向从齿轮相啮合，所述的传动变向从齿轮设置在传动短轴的一端，所述的传动短轴的另一端上设置传动主齿轮；

与调速电机相连的传动转速控制蜗杆与传动转速控制蜗轮啮合，多个行星轮均匀设置在传动转速控制蜗轮内部，多个行星轮一侧与传动主齿轮啮合，另一侧与传动从齿轮啮合，所述的传动从齿轮与传动输出轴相连；

与转向电机相连的转向蜗杆与转向蜗轮相啮合，所述的转向蜗轮与转向输出轴相连；所述转向输出轴为空心轴，转向输出轴的输出端伸出齿轮箱体外部设置，传动输出轴设置在转向输出轴内，且传动输出轴的输出端伸出转向输出轴的输出端设置；

所述的传动转速控制蜗杆和转向蜗杆空间垂直设置。

进一步的，每一所述可倾转旋翼单元均包括两组螺旋桨叶组、支柱、涵道外壳、齿轮箱和传动主齿轮；

所述的齿轮箱设置在涵道外壳形成的涵道的中心位置，两组所述的螺旋桨叶组对称设置在齿轮箱的上下两端，每一组螺旋桨叶组与齿轮箱内一传动从齿轮相连，上下两个传动从齿轮均与传动主齿轮相啮合，传动输出轴的输出端穿过涵道外壳后伸入齿轮箱内与传动主齿轮固定连接；

转向输出轴的输出端穿过涵道外壳后固定在齿轮箱的外壁上，转向输出轴与涵道外壳固定连接。

进一步的，所述行星轮设置三个，且互不干涉，每个行星轮均通过一行星轮轴承转动安装在传动转速控制蜗轮的内壁上。

进一步的，所述传动轴通过传动变向主齿轮轴承安装在齿轮箱体上；所述转向输出轴通过转向轴承安装在齿轮箱体上；所述传动输出轴和传动短轴各通过一传动轴承安装在齿轮箱体上。

进一步的，每个所述齿轮箱均通过两个支柱固定在相应的涵道外壳上，且两个支柱设置在齿轮箱的两个相对的侧面上，且两个支柱与转向输出轴呈十字交叉设置。

进一步的，每个所述动力输出齿轮箱均设置在同侧的前后布置的两个转向-传动齿轮箱之间。

进一步的，在机体上还设有为调速电机和转向电机提供电力供给的电池包，且前后布置的同侧的两个所述调速电机和两个所述转向电机由一个电池包供电。

进一步的，在机体上还设有为发动机提供油料供给的油箱，且每个发动机由一油箱提供油料。

相对于现有技术，本发明所述的一种可倾转旋翼飞行器具有以下优势：

(1)、相比于传统直升机旋翼完全暴露在外的布置形式，本发明所使用的旋翼完全包裹在机体内部不外露，高速旋转的旋翼在机体内部运转，不对外造成威胁，降低了飞行器的危险性；

(2)、相比于传统直升机，本发明使用了以涵道风扇为主要元部件的旋翼单元，有效抑制了旋翼翼尖扰流涡的形成，提高了旋翼的升力系数，同时由于涵道的约束，使噪声的传播得到阻挡，有效降低了旋翼运转产生的噪音；

(3)、相比于传统直升机螺旋桨系统和固定式涵道风扇，本发明使用的旋翼单元为可倾转设计，可在飞行器机体保持不动的情况下控制旋翼单元进行一定角度范围的前后倾转，并通过这种倾转来实现飞行器机体的飞行控制，提高了飞行器的灵活性和飞行稳定性，提高了乘用的舒适性；

(4)、本发明采用了4组旋翼单元，2组动力系统，各组动力系统之间相互独立互不干扰，安全冗余度高，较之传统直升机具有更高的安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种可倾转旋翼飞行器空中悬停或垂直起降状态示意图；

图2为转向-传动齿轮箱的主视图；

图3为转向-传动齿轮箱的俯视图；

图4为图3的d-d剖面视图；

图5为图2中a-a剖面视图；

图6为图2中b-b剖面视图；

图7为图3中c-c剖面视图；

图8为可倾转旋翼单元的结构示意图；

图9为可倾转旋翼单元的纵剖图；

图10本发明实施例所述的一种可倾转旋翼飞行器前飞状态示意图；

图11为本发明实施例所述的一种可倾转旋翼飞行器后飞状态示意图；

图12为本发明实施例所述的一种可倾转旋翼飞行器右转弯状态示意图；

图13为本发明实施例所述的一种可倾转旋翼飞行器左转弯状态示意图。

附图标记说明：

1-机体，2-可倾转旋翼单元，201-螺旋桨叶组，202-支柱，203-涵道外壳，204-齿轮箱，205-传动主齿轮，206-传动从齿轮，3-电池包，4-油箱，5-调速电机，6-转向-传动齿轮箱，601-齿轮箱体，602-传动输出轴，603-转向蜗轮，604-转向输出轴，605-传动变向主齿轮，606-传动变向从齿轮，607-传动主齿轮，608-传动从齿轮，609-行星轮，610-传动短轴，611-传动转速控制蜗杆，612-传动转速控制蜗轮，613-转向蜗杆，7-发动机，8-传动轴，9-控制台，10-转向电机，11-动力输出齿轮箱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图9所示，一种可倾转旋翼飞行器，包括机体1、可倾转旋翼单元2、调速电机5、转向-传动齿轮箱6、发动机7、传动轴8、控制台9、转向电机10和动力输出齿轮箱11，

所述的控制台9设置在机体1的中央，所述的可倾转旋翼单元2设置四个，且四个可倾转旋翼单元2两两一组左右对称布置在机体1的四周，四个所述可倾转旋翼单元2完全包裹在机体1中，所述的转向-传动齿轮箱6设置四个，且安装在机体1上，每一可倾转旋翼单元2与一转向-传动齿轮箱6一一对应成组布置；

在每一转向-传动齿轮箱6上均安装调速电机5和转向电机10，同侧的前后两个转向-传动齿轮箱6各通过一根传动轴8接入同一侧的动力输出齿轮箱11，每一动力输出齿轮箱11均与一发动机7相连，每个所述动力输出齿轮箱11均设置在同侧的前后布置的两个转向-传动齿轮箱6之间；

发动机7的动力输出至同侧的动力输出齿轮箱11，经动力输出齿轮箱11分配后输出至前后两根传动轴8，前后两根传动轴8再将动力传至相应转向-传动齿轮箱6后输出至相应的可倾转旋翼单元2；转向-传动齿轮箱6将调速电机5的转动与传动轴8的转动进行合成输出，调节相应的可倾转旋翼单元2的转速，转向-传动齿轮箱6接收转向电机10的转动输入之后动作，使可倾转旋翼单元2倾转；

通过控制台9控制两侧发动机7的运转和各个调速电机5和转向电机10的运转；四个可倾转旋翼单元2均能够在控制台9控制下相对机身进行前后倾转，实现飞行器空中悬停、垂直升降、前飞、后飞和转弯。所有控制行为均由控制台9发出。

每一所述转向-传动齿轮箱6均包括齿轮箱体601，传动变向齿轮副、传动转速控制行星轮副、传动输出轴602、转向蜗轮603和转向输出轴604，在所述齿轮箱体601内设置三个连通的腔室，一个腔室容纳传动变向齿轮副；中间的腔室容纳传动转速控制行星轮副；另一个腔室容纳转向蜗轮603；

所述的传动变向齿轮副将传动轴8的输入力矩改变方向后传递至传动转速控制行星轮副，经调速电机5带动传动转速控制行星轮副耦合，控制传动输出轴602转速，所述转向电机10带动转向蜗轮603旋转，从而控制转向输出轴604转向。

所述传动变向齿轮副包括传动变向主齿轮605和传动变向从齿轮606，所述的传动转速控制行星轮副包括传动主齿轮607、传动从齿轮608和多个行星轮609；

所述的传动变向主齿轮605与传动轴8相连，所述的传动变向主齿轮605与传动变向从齿轮606相啮合，所述的传动变向从齿轮605设置在传动短轴610的一端，所述的传动短轴610的另一端上设置传动主齿轮607；

与调速电机5相连的传动转速控制蜗杆611与传动转速控制蜗轮612啮合，多个行星轮609均匀设置在传动转速控制蜗轮612内部，具体为：行星轮609设置三个，且互不干涉，每个行星轮609均通过一行星轮轴承转动安装在传动转速控制蜗轮612的内壁上，多个行星轮609一侧与传动主齿轮607啮合，另一侧与传动从齿轮608啮合，所述的传动从齿轮608与传动输出轴602相连；保证了传动的平稳性；

与转向电机10相连的转向蜗杆613与转向蜗轮603相啮合，所述的转向蜗轮603与转向输出轴604相连；所述转向输出轴604为空心轴，转向输出轴604的输出端伸出齿轮箱体601外部设置，传动输出轴602设置在转向输出轴604内，且传动输出轴602的输出端伸出转向输出轴604的输出端设置；

所述的传动转速控制蜗杆611和转向蜗杆613空间垂直设置。

每一所述可倾转旋翼单元2均包括两组螺旋桨叶组201、支柱202、涵道外壳203、齿轮箱204和传动主齿轮205；

所述的齿轮箱204设置在涵道外壳203形成的涵道的中心位置，两组所述的螺旋桨叶组201对称设置在齿轮箱204的上下两端，每一组螺旋桨叶组201与齿轮箱204内一传动从齿轮206相连，上下两个传动从齿轮206均与传动主齿轮205相啮合，传动输出轴602的输出端穿过涵道外壳203后伸入齿轮箱204内与传动主齿轮205固定连接；每组所述螺旋桨叶组201均包括轮毂和均匀设置在轮毂上的多个叶片；

转向输出轴604的输出端穿过涵道外壳203后固定在齿轮箱204的外壁上，转向输出轴604与涵道外壳203固定连接。

所述传动轴8通过传动变向主齿轮轴承安装在齿轮箱体601上；所述转向输出轴604通过转向轴承安装在齿轮箱体601上；所述传动输出轴602和传动短轴610各通过一传动轴承安装在齿轮箱体601上。

每个所述齿轮箱204均通过两个支柱202固定在相应的涵道外壳203上，且两个支柱202设置在齿轮箱204的两个相对的侧面上，且两个支柱202与转向输出轴604呈十字交叉设置。

在机体1上还设有为调速电机5和转向电机10提供电力供给的电池包3，且前后布置的同侧的两个所述调速电机5和两个所述转向电机10由一个电池包3供电。在机体1上还设有为发动机7提供油料供给的油箱4，且每个发动机7由一油箱4提供油料。

转向-传动齿轮箱6的作用是接收传动轴8、调速电机5的转动，然后输出至可倾转旋翼单元2，同时接收转向电机10的转动然后驱动可倾转旋翼单元2倾转。

调速电机5安装在转向-传动齿轮箱6上，转向-传动齿轮箱6将调速电机5的转动与传动轴8的转动进行合成输出，通过控制调速电机5的转动即可控制转向-传动齿轮箱6的传动输出轴602的输出，进而控制与之匹配的可倾转旋翼单元2的转速，具体为：传动输出轴602通过齿轮箱601内的啮合齿轮副传动主齿轮205与传动从齿轮206将动力传输到上下两个螺旋桨叶组201，使上下两个螺旋桨叶组1旋转；进而控制前后可倾转旋翼单元2的功率分配，实现前后摇摆的姿态控制。

转向电机10安装在转向-传动齿轮箱6上，转向-传动齿轮箱6接收转向电机10的转动输入之后动作，转向输出轴604带动可倾转旋翼单元2倾转，使可倾转旋翼单元2产生的提升力可以产生一个水平分力，使本发明可倾转旋翼飞行器具备水平动作的能力。

可倾转旋翼飞行器左右对称布置，同时左右各为一套独立系统，通过调节左右侧发动机7的动力输出可以调节左右侧的可倾转旋翼单元2的转速，进而控制左右可倾转旋翼单元2的功率分配，实现左右摇摆的姿态控制。

可倾转旋翼飞行器具有垂直起降及多种倾斜组合，工作状态描述如下：

飞行器空中悬停或垂直起降：如图1所示，通过控制台9控制发动机7和调速电机5运作，转向电机10不运作，使得前后左右4个可倾转旋翼单元2均处于水平状态，可倾转旋翼单元2内的螺旋桨叶组201旋转，旋翼组只提供垂直向上的总提升力，可倾转旋翼飞行器空中悬停或垂直起降。

4个可倾转旋翼单元同向前倾：如图10所示，当本发明时，通过控制台9控制四个转向电机10，前后左右4个可倾转旋翼单元2均倾转一定角度并朝向前方，旋翼组提供前倾向上的总提升力，使可倾转旋翼飞行器前飞。

4个可倾转旋翼单元同向后倾：如图11所示，通过控制台9控制四个转向电机10，前后左右4个可倾转旋翼单元2均倾转一定角度并朝向后方，旋翼组提供后倾向上的总提升力，使得可倾转旋翼飞行器后飞。

4个可倾转旋翼单元同差异倾斜：

如图12所示，通过控制台9控制四个转向电机10，左侧2个可倾转旋翼单元2将比右侧2个可倾转旋翼单元2倾转角度更大，使得左侧可倾转旋翼单元2提供的提升力在水平方向的分力比右侧更大，使得本发明可倾转旋翼飞行器可以右转弯；

如图13所示，通过控制台9控制四个转向电机10，使得右侧2个可倾转旋翼单元2将比左侧2个可倾转旋翼单元2倾转角度更大，使得右侧可倾转旋翼单元2提供的提升力在水平方向的分力比左侧更大，使得本发明可倾转旋翼飞行器可以左转弯。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。