CN105620749A - 一种滚翼变距机构 - Google Patents

Abstract

一种滚翼变距机构，包括2个桨盘、桨盘中心轴、二级变距轴、一级变距轴、弹簧、导向套。由所述的二级变距轴、一级变距轴、弹簧和导向套分别组成了滚翼变距机构的变距杆。2个桨盘分别安装在该桨盘中心轴的两端。变距杆均分为2组并分别均布在各桨盘的圆周上，并由分别位于两个桨盘上的一对变距杆组成一个摆线桨的伸缩臂，飞行器的各滚翼分别绞接在各伸缩臂的顶端。该滚翼变距机构有2个，对称的分布在飞行器机身两侧。本发明利用滚翼自身转动产生的离心力实现了滚翼无人机滚翼的伸缩，实现了滚翼尺寸伸缩的变距机构，使其能够适应于不同的环境状态，拓展了滚翼无人机的应用，同时还具有结构简单，能耗少，重量轻的特点。

Description

一种滚翼变距机构

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种可实现改变滚翼机两侧滚翼尺寸大小的变距机构。

背景技术

滚翼机是一种使用摆线桨来提供驱动力的飞行器。在当今无人机领域，固定翼、多旋翼等常见无人机已经得到了非常广泛的运用，在微小型无人机研究领域中，扑翼无人机在低雷诺数下的良好表现也引起了许多专家学者的兴趣，如今研究人员在扑翼无人机方面的研究也取得了一定的成果。而相比其它常见无人机而言，滚翼无人机则显得非常陌生，其实人类对于滚翼机的研究可追溯到二十世纪三十年代，但由于当时理论、材料以及科学技术水平等的限制因素下其相关研究一直停滞不前，在上世纪的1943年到1998年期间甚至没有与之相关的文献。

近年来，在计算机科技的飞速发展下，计算方法和空气动力学理论得以快速发展和进步，在滚翼机的研究方面，人们对摆线桨的认识也越来越深入。如今在世界范围内，美国、日本、新加坡、以色列、韩国等国家的著名大学都已开展了对滚翼机的相关研究，并取得了宝贵的成果。西北工业大学在2011年曾成功试飞了“风火轮”滚翼无人机，并多次在国际无人机大赛中获奖，引起了广泛关注。各种研究表明，滚翼无人机具有高效的推动效率并能够提供矢量推力，具备良好的操纵性能，以及噪音小等优良特性，适合在低雷诺数环境下飞行。由此可见，滚翼无人机具有相当的潜质。由于其滚翼酷似车轮，可将其改造成空陆两栖无人机，本发明机构即是在此背景技术下提出的，解决了滚翼尺寸的伸长和缩短的难题。另外，由于滚翼无人机的低雷诺数特性，很有潜力派往火星，充当火星车的伴飞两栖无人飞行器并执行相关任务。

虽然滚翼无人机具备众多优点和潜质，但由于对其的理论认识还不够充分，滚翼无人机的稳定性和载重能力等也是亟需研究解决的问题。但是，在当今科技的发展带动下，我们有理由相信它终究走向成熟的一天，而属于它的应用和时代也即将来临。

目前为止，国内外对于滚翼无人飞行器的研究主要是飞行控制以及摆线桨气动原理两方面，尚未发现将滚翼飞行器与变距机构相结合的发明装置等相关文献记录。但是在螺旋桨方面，西北工业大学在公开号为CN104943853A的发明创造中公开了一种能够变桨径的螺旋桨，该发明的技术方案是：随着螺旋桨转速的增加，桨叶自身产生的离心力也不断增加。当离心力克服了变径阻力时，桨叶开始由小桨径状态变为桨径状态；当桨叶桨径至大桨径状态时，其被限位弹簧顶珠重新锁死。当转速下降到一定程度，桨叶开始由大桨状态恢复至小桨径状态。该发明创造克服了现有主动式变桨径螺旋桨赔付重量太大的缺点，提出了一种能够变桨距的螺旋桨。此类螺旋桨可以同时适应高空和低空的不同工况。但该发明创造结构复杂，体积较大，不适于滚翼无人飞行器。

发明内容

为克服现有技术中存在的不适于滚翼无人飞行器的不足，本发明提出了一种滚翼变距机构。

本发明包括2个桨盘、桨盘中心轴、二级变距轴、一级变距轴、弹簧、导向套。其中所述二级变距轴、一级变距轴、弹簧4和导向套的数量相同，并为滚翼机上摆线桨数量的2倍。由所述的二级变距轴、一级变距轴、弹簧和导向套分别组成了滚翼变距机构的变距杆。所述2个桨盘分别安装在该桨盘中心轴的两端。所述变距杆均分为2组并分别均布在所述各桨盘的圆周上，并由分别位于两个桨盘上的一对变距杆组成一个摆线桨的伸缩臂，飞行器的各滚翼分别绞接在各伸缩臂的顶端。该滚翼变距机构有2个，对称的分布在飞行器机身两侧。

所述桨盘的中心孔的孔径是桨盘中心轴直径的1.5倍。在该桨盘的两端有端板，该端板上有轴孔。所述轴孔的孔径均与桨盘中心轴的直径相同。在该桨盘的外圆周表面均布有多个弹簧过孔，该弹簧过孔的数量与所述一级变距轴的数量相同。

所述一级变距轴的内径与导向套的外径相同，该一级变距轴的外径略大于位于所述桨盘外圆周表面的弹簧过孔的孔径。所述一级变距轴与二级变距轴配合一端的内端面有径向凸出的限位台，该限位台的内径与所述二级变距轴的小直径段间隙配合；通过该限位台防止二级变距轴从一级变距轴中脱出。

所述二级变距轴的一端为阶梯状，其最大直径略小于所述导向套的内径，使该二级变距轴装入该导向套内后，二者之间间隙配合。所述二级变距轴的另一端由圆形过渡渐变为扁平板状，在该扁平板的端头有用于固定摆线桨的安装孔。

所述导向套为筒状。该导向套的轴向长度＝一级变距轴的长度+桨盘的壁厚；外径与一级变距轴的内径相同，内径略大于所述弹簧4的外径。

所述各导向套分别装入并固定在各一级变距轴的内孔中；在各导向套内分别安装有弹簧。所述各二级变距轴的一端分别与各导向套套接。

本发明中的桨盘固定在桨盘中心轴上，对称的分布在飞行器机身两侧。当飞行器转动时，通过桨盘中心轴带动该机构转动。所述一级变距轴与桨盘无缝刚性连接，使两者成为一个整体。所述弹簧处于一级变距轴中的导向套并且一端在桨盘内部与桨盘中心轴固定相连，另一端与二级变距轴一端固定相连。所述二级变距轴与弹簧相连的一端嵌套在一级变距轴的导向套之中，另一端与摆线桨铰接相连。

本发明利用滚翼无人飞行器转动滚翼时产生的离心力实现支撑轴的伸长，利用弹簧变形产生的弹力实现支撑轴的缩短。本发明中的弹簧始终处于伸长状态。当滚翼变距机构静止时，在弹簧的拉力作用下，二级变距轴大部分嵌套在一级变距轴中，此时滚翼无人飞行器的尺寸达到最小。滚翼变距机构的转动是在转轴带动下产生的，当转速由小到大递增时，离心力也随之增大，在离心力大于弹簧的拉力时，二级变距轴便沿着导向套开始做离心运动，在滚翼无人飞行器飞行过程中，可以根据具体情况调整转速实现对滚翼大小的操控。在转速足够大时，二级变距轴端部的防滑脱结构可阻止其因离心力的作用而滑出一级变距轴，并保持此状态，此时滚翼无人飞行器处于最大尺寸状态，弹簧4也处于拉伸的最长状态。同样，在滚翼转速由大到小递减时，二级变距轴所受的离心力大小便逐渐减小，当其离心力小于弹簧的拉力时，二级变距轴便沿着一级变距轴3收缩，慢慢回复到滚翼无人飞行器的最小尺寸状态。

本发明立足于现今滚翼无人机的发展现状，结合对其在未来发展的展望，所提出的技术方案能够实现滚翼尺寸大小伸缩的变距机构。本发明利用滚翼自身转动产生的离心力实现了滚翼无人机滚翼的伸缩，使其适应于不同的环境状态，拓展了滚翼无人机的应用，例如改造成空陆两栖无人机。同时本发明还具有结构简单，能耗少，重量轻的特点。

附图说明

图1为本发明与飞行器的配合示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为变距杆达到最大伸长量时的剖视图；

图4为变距杆收缩后的示意图；

图5为轴盘的示意图；

图6为图5的A-A向示意图；

图7为二级变距轴的结构示意图；

图8为一级变距轴的结构示意图；

图9为变距杆收缩后的结构示意图；

图10为变距杆达到最大伸长量时的结构示意图；

图11为二级变距轴与一级变距轴的配合示意图。图中：

1.桨盘；2.二级变距轴；3.一级变距轴；4.弹簧；5.桨盘中心轴；6.摆线桨；7.导向套。

具体实施方式

本实施例是一种滚翼变距机构，该滚翼变距机构有2个，对称的分布在飞行器机身两侧。所述2个滚翼变距机构的结构相同，本实施例以其中一个为例加以说明。

所述滚翼变距机构包括2个桨盘1、桨盘中心轴5、二级变距轴2、一级变距轴3、弹簧4、导向套7。其中所述二级变距轴2、一级变距轴3、弹簧4和导向套7的数量相同，并为滚翼机上摆线桨数量的2倍。

所述各导向套7分别装入并固定在所述各一级变距轴3的内孔中；在各导向套内分别安装有弹簧4。所述各二级变距轴2的一端分别与各导向套7套接。由所述的二级变距轴2、一级变距轴3、弹簧4和导向套7分别组成了滚翼变距机构的变距杆。

所述2个桨盘1分别安装在该桨盘中心轴5的两端。所述变距杆均分为2组并分别均布在所述各桨盘1的圆周上，并由分别位于两个桨盘1上的一对变距杆组成一个摆线桨的伸缩臂，飞行器的各滚翼分别绞接在各伸缩臂的顶端。

所述桨盘1为中空回转体。该桨盘中心孔的孔径是桨盘中心轴直径的1.5倍。在该桨盘的两端有端板，该端板上有轴孔。所述轴孔的孔径均与桨盘中心轴的直径相同。在该桨盘的外圆周表面均布有多个弹簧过孔，该弹簧过孔的数量与所述一级变距轴3的数量相同。本实施例中，所述弹簧过孔的数量为4个。当所述各弹簧分别装入该过孔内后，弹簧与过孔间间隙配合，以满足弹簧收缩所需的空间要求。

所述一级变距轴3为中空壳体。该一级变距轴的内径与导向套7的外径相同，该一级变距轴的外径略大于位于所述桨盘外圆周表面的弹簧过孔的孔径。所述一级变距轴3与二级变距轴2配合一端的内端面有径向凸出的限位台，该限位台的内径与所述二级变距轴的小直径段间隙配合；通过该限位台防止二级变距轴2从一级变距轴中脱出。

所述二级变距轴2的一端为阶梯状，其最大直径略小于所述导向套7的内径，使该二级变距轴装入该导向套内后，二者之间间隙配合。所述二级变距轴2的另一端由圆形过渡渐变为扁平板状，在该扁平板的端头有用于固定摆线桨6的安装孔。

所述弹簧4为拉力弹簧，弹簧终端设置长拉钩或者半圆拉钩。所述弹簧在不受力的情况下，是处于闭合状态的，即弹簧圈之间没有空隙。弹簧4位于导向套7中，直径略小于导向套7，使其能在导向套7中正常工作。

所述导向套7为筒状。该导向套的轴向长度＝一级变距轴的长度+桨盘的壁厚；外径与一级变距轴3的内径相同，内径略大于所述弹簧4的外径。

Claims (7)

1.一种滚翼变距机构，其特征在于，包括2个桨盘、桨盘中心轴、二级变距轴、一级变距轴、弹簧、导向套；其中所述二级变距轴、一级变距轴、弹簧4和导向套的数量相同，并为滚翼机上摆线桨数量的2倍；由所述的二级变距轴、一级变距轴、弹簧和导向套分别组成了滚翼变距机构的变距杆；所述2个桨盘分别安装在该桨盘中心轴的两端；所述变距杆均分为2组并分别均布在所述各桨盘的圆周上，并由分别位于两个桨盘上的一对变距杆组成一个摆线桨的伸缩臂，飞行器的各滚翼分别绞接在各伸缩臂的顶端。

2.如权利要求1所述滚翼变距机构，其特征在于，所述桨盘的中心孔的孔径是桨盘中心轴直径的1.5倍；在该桨盘的两端有端板，该端板上有轴孔；所述轴孔的孔径均与桨盘中心轴的直径相同；在该桨盘的外圆周表面均布有多个弹簧过孔，该弹簧过孔的数量与所述一级变距轴的数量相同。

3.如权利要求1所述滚翼变距机构，其特征在于，所述一级变距轴的内径与导向套的外径相同，该一级变距轴的外径略大于位于所述桨盘外圆周表面的弹簧过孔的孔径；所述一级变距轴与二级变距轴配合一端的内端面有径向凸出的限位台，该限位台的内径与所述二级变距轴的小直径段间隙配合；通过该限位台防止二级变距轴从一级变距轴中脱出。

4.如权利要求1所述滚翼变距机构，其特征在于，所述二级变距轴的一端为阶梯状，其最大直径略小于所述导向套的内径，使该二级变距轴装入该导向套内后，二者之间间隙配合；所述二级变距轴的另一端由圆形过渡渐变为扁平板状，在该扁平板的端头有用于固定摆线桨的安装孔。

5.一种滚翼变距机构，其特征在于，所述导向套为筒状；该导向套的轴向长度＝一级变距轴的长度+桨盘的壁厚；外径与一级变距轴的内径相同，内径略大于所述弹簧4的外径。

6.如权利要求1所述滚翼变距机构，其特征在于，所述各导向套分别装入并固定在各一级变距轴的内孔中；在各导向套内分别安装有弹簧；所述各二级变距轴的一端分别与各导向套套接。

7.如权利要求1所述滚翼变距机构，其特征在于，该滚翼变距机构有2个，对称的分布在飞行器机身两侧。