CN101973395B - 电动防碰安全无人直升机 - Google Patents

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Abstract

一种电动防碰安全无人直升机，碟形机身的内腔中央涵道内连有支撑架，支撑架的中央固定连有主旋翼动力传动机构，主旋翼动力传动机构的上、下端分别同轴连有主旋翼，碟形机身的侧前方两侧分别对称连有姿态控制副旋翼涵道，姿态控制副旋翼涵道内通过姿态控制副动力传动机构连有姿态控制副旋翼。本发明的优点是：1、有效保障了飞控***的可靠性和稳定性；2、提高了复杂环境下的飞行安全性，飞机更为安全、安静和简洁可靠；3、该无人机具有优良的垂直起降和可靠稳定的飞控性能，是一种具有广阔应用前景的无人飞行器。

Description

电动防碰安全无人直升机
技术领域
 本发明涉及一种无人直升机，尤其涉及一种电动防碰安全无人直升机。
背景技术
众所周知，近年来无人机因其鲜明的技术特点在军事和民用领域都获得了广泛应用和飞速发展，尤其在军事侦察、反恐、公安、消防、森林巡查、核泄漏探测以及救灾等领域具有广泛的的需求，它代表着未来航空器的一个重要发展方向。在各种无人机方案中，与无人固定翼飞机相比，无人直升飞机能够垂直起降，没有对机场跑道的依赖，既能够实现空中悬停和前飞，具有良好的综合优势，但现有的无人直升飞机大多数是一个运动耦合***，在飞行中的方向和姿态是耦合的，不利于飞行控制，灵活性和稳定性较差，并且桨叶暴露在机身外面，高速旋转的桨叶很容易碰到其他物体而产生飞行事故，同时高速旋转的桨叶对操作人员也是致命的威胁。另外，现有的无人直升飞机在安静环保性和经济性方面还存在一些不如人意之处，难以满足城市及山地等复杂环境下的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动防碰安全无人直升机，解决传统的无人直升飞机的运动和姿态高度耦合导致的飞控***复杂，稳定性差；旋翼桨叶外露导致安全性差以及噪音大、成本高等一系列问题，以促进无人直升机在城市、森林等复杂环境的应用。
本发明是这样来实现的，它包括碟形机身、内腔中央涵道、支撑架、主旋翼动力传动机构、姿态控制副旋翼涵道、姿态控制副动力传动机构、姿态控制副旋翼、推进涵道、推进螺浆、防碰气囊、主旋翼，其特征是碟形机身的内腔中央涵道内连有支撑架，支撑架的中央固定连有主旋翼动力传动机构，主旋翼动力传动机构的上、下端分别同轴连有主旋翼，碟形机身的侧前方两侧分别对称连有姿态控制副旋翼涵道，姿态控制副旋翼涵道内通过姿态控制副动力传动机构连有姿态控制副旋翼，两个姿态控制副旋翼涵道之间的碟形机身上设有推进涵道，推进涵道内连有推进螺浆，主旋翼动力传动机构，推进螺浆和姿态控制副动力传动机构分别连接电源和控制器，蝶形机身的外缘设有一圈防碰气囊。
所述的主旋翼动力传动机构包括主旋翼、旋翼轴、从动齿轮、伺服电机，上、下主旋翼分别对称同轴连接旋翼轴，旋翼轴通过轴承连接从动齿轮，从动齿轮通过主动齿轮连接伺服电机。
所述姿态控制副动力传动机构包括伺服电机、姿态控制副旋翼、推拉杆、摇臂、舵机，伺服电机通过旋翼轴连接姿态控制副旋翼，姿态控制副旋翼通过推拉杆连接摇臂，摇臂连接舵机。
本发明的优点是：1、它全部采用各自完全独立的动力面和控制面，克服了传统无人直升机飞行控制耦合严重的问题，有效保障了飞控***的可靠性和稳定性；2、总体结构采用全部旋翼和桨叶内置在涵道内及碟形防碰气囊，提高了复杂环境下的飞行安全性，飞机更为安全、安静和简洁可靠；3、该无人机具有优良的垂直起降和可靠稳定的飞控性能，可在城市、森林等复杂环境下进行火灾汛情监测、森林巡查、输油管道监察、核泄漏探测、指挥交通、追捕逃犯、空中摄影和广告宣传等，在军事领域可用于军情侦察、反恐和反潜扫雷等，是一种具有广阔应用前景的无人飞行器。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明主旋翼动力传动机构的结构示意图。
图3为本发明姿态控制副动力传动机构的结构示意图。
在图中，1、碟形机身 2、内腔中央涵道 3、支撑架 4、主旋翼动力传动机构 5、姿态控制副旋翼涵道 6、姿态控制副动力传动机构 7、姿态控制副旋翼 8、推进涵道 9、推进螺浆 10、防碰气囊 11、主旋翼 12、旋翼轴 13、从动齿轮 14、伺服电机ⅰ 15、伺服电机ⅱ 16、推拉杆 17、摇臂 18、舵机。
具体实施方式
如图1所示，本发明是这样来实现的，碟形机身1的内腔中央涵道2内连有支撑架3，支撑架3的中央固定连有主旋翼动力传动机构4，主旋翼动力传动机构4的上、下端分别同轴连有主旋翼11，碟形机身1的侧前方两侧分别对称连有姿态控制副旋翼涵道5，姿态控制副旋翼涵道5内通过姿态控制副动力传动机构6连有姿态控制副旋翼7，两个姿态控制副旋翼涵道5之间的碟形机身1上设有推进涵道8，推进涵道8内连有推进螺浆9，主旋翼动力传动机构4，推进螺浆9和姿态控制副动力传动机构6分别连接电源和控制器，蝶形机身1的外缘设有一圈防碰气囊10。
如图2所示，所述的主旋翼动力传动机构包括主旋翼11、旋翼轴12、从动齿轮13、伺服电机ⅰ14，上、下主旋翼11分别对称同轴连接旋翼轴12，旋翼轴12通过轴承连接从动齿轮13，从动齿轮13通过主动齿轮连接伺服电机ⅰ14。
如图3所示，所述姿态控制副动力传动机构包括伺服电机ⅱ15、姿态控制副旋翼7、推拉杆16、摇臂17、舵机18，伺服电机ⅱ15通过旋翼轴连接姿态控制副旋翼7，姿态控制副旋翼7通过推拉杆16连接摇臂17，摇臂17连接舵机18。
本发明中的垂直起降无人机的控制原理如下：
1、通过同步调节两个姿态操控副旋翼的桨距和转速来改变两个姿态操控副旋翼涵道产生的拉力大小，形成纵向控制力矩来控制该无人机的纵向姿态。
2、通过调节上、下主旋翼的转速，产生偏转力矩来控制该无人机的航向姿态。
3、通过反向调节两个姿态操控副旋翼的桨距使两个姿态操控副旋翼涵道产生的反向的拉力，从而控制该无人机的滚转姿态。
本发明中的垂直起降无人机的三种典型工作状态的描述如下：
1、垂直起降：两个旋翼等速反转，产生竖直向上的拉力平衡飞机的重量，同时通过控制两个姿态操控副旋翼的桨距和转速，产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩，推进涵道不工作。
2、空中悬停：通过控制两个主旋翼转速使其产生的升力刚好能平衡飞机的重量，从而使飞机处于悬停状态，同时通过控制两个姿态操控副旋翼的桨距和转速，产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩，保证飞机悬停状态的稳定性；通过调节上、下主旋翼的转速，产生偏转力矩，使飞机原地旋转，实现航向控制；推进涵道不工作。
3、前飞：通过控制两个主旋翼转速使其产生的升力平衡飞机的重量，通过控制推进螺桨的转速来产生飞机前飞所需的推力，同时通过控制两个姿态操控副旋翼的桨距和转速，产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩，保证飞行的稳定性。

Claims (3)

1.一种电动防碰安全无人直升机，它包括碟形机身、内腔中央涵道、支撑架、主旋翼动力传动机构、姿态控制副旋翼涵道、姿态控制副动力传动机构、姿态控制副旋翼、推进涵道、推进螺浆、防碰气囊、主旋翼，其特征是碟形机身的内腔中央涵道内连有支撑架，支撑架的中央固定连有主旋翼动力传动机构，主旋翼动力传动机构的上、下端分别同轴连有主旋翼，碟形机身的侧前方两侧分别对称连有姿态控制副旋翼涵道，姿态控制副旋翼涵道内通过姿态控制副动力传动机构连有姿态控制副旋翼，两个姿态控制副旋翼涵道之间的碟形机身上设有推进涵道，推进涵道内连有推进螺浆，主旋翼动力传动机构，推进螺浆和姿态控制副动力传动机构分别连接电源和控制器，碟形机身的外缘设有一圈防碰气囊。
2.根据权利要求1所述的电动防碰安全无人直升机，其特征是所述的主旋翼动力传动机构包括主旋翼、旋翼轴、从动齿轮、伺服电机，上、下主旋翼分别对称同轴连接旋翼轴，旋翼轴通过轴承连接从动齿轮，从动齿轮通过主动齿轮连接伺服电机。
3.根据权利要求1所述的电动防碰安全无人直升机，其特征是所述姿态控制副动力传动机构包括伺服电机、姿态控制副旋翼、推拉杆、摇臂、舵机，伺服电机通过旋翼轴连接姿态控制副旋翼，姿态控制副旋翼通过推拉杆连接摇臂，摇臂连接舵机。
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