CN107284656A - 共轴双桨同向旋翼机构及其飞行器 - Google Patents

Abstract

一种共轴双桨同向旋翼机构，它包括上螺旋桨、下螺旋桨、旋翼轴和转动件，所述上螺旋桨和所述下螺旋桨分别固定在所述旋翼轴的上下两端，所述转动件固套在所述旋翼轴上，且所述转动件位于所述上螺旋桨和所述下螺旋桨之间；所述上螺旋桨为变距螺旋桨，所述上螺旋桨通过变距组件控制变距。还提供了一种飞行器。结构精简，减轻了自身重量，且升力和载重能力提升，敏捷性和稳定性提高。

Description

共轴双桨同向旋翼机构及其飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种共轴双桨同向旋翼机构及其飞行器。

背景技术

现有的多旋翼飞行器普遍应用单桨***，由于角动力的原因机臂抖动大，其不足之处在于需使用功率大的发动机，既加大飞行器的重量，又增加了飞行器的生产成本。

而且现有的多旋翼飞行器，每个旋翼均单独配置一个驱动的电机，导致其转速有差异，影响飞行的可靠性，且多电机驱动故障率也比较高，影响飞行的安全。

多旋翼飞行器具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点，不仅在军用领域大显身手，在民用领域的应用也日益广泛。但现有的多旋翼飞行器的变距***普遍应用单桨变距***，其不足之处在于需使用功率大的发动机，既加大飞行器的重量，又增加了飞行器的生产成本，上升速度慢。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种共轴双桨同向旋翼机构，传动简单，重量轻，故障率低，且产生升力能力强，还提供了一种飞行器，能够保持飞行温稳定和较强的升力，飞行状态的变换更加的灵活，具体技术方案如下：

一种共轴双桨同向旋翼机构，包括上螺旋桨、下螺旋桨、旋翼轴和转动件，所述上螺旋桨和所述下螺旋桨分别固定在所述旋翼轴的上下两端，所述转动件固套在所述旋翼轴上，且所述转动件位于所述上螺旋桨和所述下螺旋桨之间；

所述上螺旋桨为变距螺旋桨，所述上螺旋桨通过变距组件控制变距。

本发明是这样实现的，转动件带动旋翼轴转动，旋翼轴带动上螺旋桨和下螺旋桨同步转动，下螺旋桨提供一部分升力，从下往上托起机臂，能够产生更大的升力，上螺旋桨为变距螺旋桨，上螺旋桨可以随时改变飞行的状态，使得飞行器反应更加灵活。在一个旋翼轴同向转动下，双螺旋桨旋转产生的气流能为飞行器提供更大的升力。它们同向旋转，减少了旋轴的数量，降低了重量减少了故障率，并可选择功率低的发动机，减轻了飞行器的重量及生产成本

一种并列技术方案的进一步限定，所述下螺旋桨为变距螺旋桨，所述下螺旋桨通过变距组件控制变距变距。

上下均为变距螺旋桨，上下同时变距可减少对单变距***的负荷，***的负荷由上螺旋桨和下螺旋桨分担，反应速度更快更加敏捷。

一种并列技术方案的进一步限定，所述下螺旋桨为定距螺旋桨。

由于在旋翼轴的底部安装有下定距螺旋桨，下定距螺旋桨旋在吸收上螺旋桨的气流的同时，可持续保持飞行器的稳定和升力，所以在同等发动机功率的基础上提高15％的升力，既减轻了飞行器的重量，又降低了飞行器的生产成本。另外本飞行器上升速度快，结构简单，易于制造。

进一步限定，所述变距螺旋桨均包括旋翼头、旋翼夹和变距桨叶；

所述旋翼头固定在所述旋翼轴的一端；

所述旋翼夹一端卡在所述旋翼头内，且所述旋翼夹和所述旋翼头转动连接，所述变距桨叶固定在所述旋翼夹的另一端，一个所述旋翼夹和一个所述变距桨叶形成一个固定叶片，一个所述旋翼夹对应两个所述固定叶片，且两个所述固定叶片在同一直线上，两个所述固定叶片垂直于所述旋翼轴。

在飞行时，旋翼头和旋翼轴同步旋转，旋翼夹和旋翼头一起同步公转，变距组件控制旋翼夹自转，使得桨叶和气流作用的角度发生改变，从而改变飞行状态。

进一步限定，所述旋翼夹上设有支杆，所述支杆悬空固定在所述旋翼夹上；

所述变距组件包括舵机、传动组和输出组，所述舵机驱动所述传动组，所述传动组驱动所述输出组；

所述输出组包括从动环和拉杆，所述从动环活套在所述旋翼轴上，所述拉杆一端和所述从动环铰接，所述拉杆另一端和所述支杆铰接；

所述传动组驱动所述从动环竖直运动。

在工作时，从动环被传动组驱动竖直运动，使得拉杆竖直发生位移，拉杆作用在支杆上，支杆和旋翼夹的转动轴线之间形成转动力矩，支杆上下运动，从而使得旋翼夹转动，桨叶跟着旋翼夹转动，从而实现变距。

进一步限定，所述传动组包括主动环、转动连杆、第一摆动连杆、中间连杆、第二摆动连杆和固定座，所述主动环活套在所述旋翼轴上，所述转动连杆、所述第一摆动连杆、所述中间连杆和第二摆动连杆依次首尾铰接；

所述转动连杆和所述舵机的输出轴垂直且固定连接，所述第二摆动连杆和所述固定座铰接，所述中间连杆和所述主动环通过销轴转动连接，所述销轴垂直于所述旋翼轴。

在工作时，舵机转动，使得转动连杆同步转动，转动连杆带动第一摆动连杆摆动，第一摆动连杆带动中间连杆摆动，第二摆动连杆铰接在固定座上，对中间连杆的运动起到限制作用，中间连杆在摆动时，中间连杆在连接有销轴处的竖直位置发生变化，通过销轴带动主动环在竖直方向上位移，主动环在和从动环接触，从而带动从动环竖直位移，主动环和从动环均套在旋翼轴上，此时的旋翼轴还起到了导向的作用。

进一步限定，所述中间连杆有两个，且两个所述中间连杆均为弧状结构，两个所述中间连杆均通过销轴转动连接在所述主动环上，且所述销轴穿过所述中间连杆的中点，两个所述中间连杆相互固定形成一个套环，所述套环套在所述主动环外。

两个中间连杆能够始终保持同步的摆动幅度，从而保证了控制的可靠性和准确性。

进一步限定，所述转动件为锥齿轮，所述锥齿轮固套在所述旋翼轴上。

直齿轮的传动更加的精准，误差小，同时结构也更加的稳固。

一种飞行器，还包括舱体、发动机、机臂和传动件，所述机臂固定在所述舱体上，所述发动机驱动所述传动件，所述传动件驱动所述转动件转动；

所述机臂和所述传动件均不止一个，且一个机臂对应一个所述传动件，各个所述传动件由一个所述发动机驱动；

所述旋翼轴通过轴承固定在所述机臂末端，所述舵机和所述固定座均固定安装在所述机臂上。

通过多旋翼的设置，保证飞行的灵活性，且各个旋翼分担重力，有效减少了其零部件的承重压力，且由一个发动机驱动，精简了结构，同时优化升力的转化效率。

进一步限定，所述发动机输出端为锥齿轮结构，所述传动件为传动轴，且所述传动轴两端为锥齿轮结构，所述转动件为锥齿轮结构。

采用锥齿轮之间的啮合，保证了传动的准确可靠，且结构简单，重量轻，有效的减少故障率的发生。

本发明的有益效果为：通过上螺旋桨的变距设计，以及配置一个下螺旋桨，有效的提升了飞行的升力，减少了每个螺旋桨的飞行负荷，使得飞行器在飞行变换时，更加的灵活，且升力也能够得到有效的保证；在下螺旋桨为定距螺旋桨时，下螺旋桨可以提供稳定的升力，由上螺旋桨变距实现飞行变换，在下螺旋桨为变距螺旋桨时，上下均可以进行变距操作，使得飞行器的飞行更加敏捷；通过一个发动机对多个旋翼进行动力的驱动，结构精简，减轻重量，整体来说，本发明在减轻重量且增加了敏捷性的同时，还保证了整个飞行器的升力，以及其载重能力。

附图说明

图1为共轴双桨同向旋翼机构在下螺旋桨12为定距螺旋桨时的结构示意图。

图2为共轴双桨同向旋翼机构在下螺旋桨12为变距螺旋桨时的结构示意图。

图3为舵机151和传动组152的结构示意图。

图4为输出组153的结构示意图。

图5为飞行器的下螺旋桨12为定距螺旋桨时的结构示意图。

图6为飞行器的下螺旋桨12为变距螺旋桨时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1、图2、图5、图6所示，一种飞行器，包括共轴双桨同向旋翼机构，还包括舱体2、发动机3、机臂4和传动件5。

如图1、图2所示，一种共轴双桨同向旋翼机构，包括上螺旋桨11、下螺旋桨12、旋翼轴13和转动件14，所述上螺旋桨11和所述下螺旋桨12分别固定在所述旋翼轴13的上下两端，所述转动件14固套在所述旋翼轴13上，且所述转动件14位于所述上螺旋桨11和所述下螺旋桨12之间；所述转动件14为锥齿轮，所述锥齿轮固套在所述旋翼轴13上。

所述上螺旋桨11为变距螺旋桨，所述上螺旋桨11通过变距组件15控制变距变距。

如图1、图2所示，所述变距螺旋桨均包括旋翼头a1、旋翼夹a2和变距桨叶a3；

所述旋翼头a1固定在所述旋翼轴13的一端；

所述旋翼夹a2一端卡在所述旋翼头a1内，且所述旋翼夹a2和所述旋翼头 a1转动连接，所述变距桨叶a3固定在所述旋翼夹a2的另一端，一个所述旋翼夹a2和一个所述变距桨叶a3形成一个固定叶片，一个所述旋翼夹a2对应两个所述固定叶片，且两个所述固定叶片在同一直线上，两个所述固定叶片垂直于所述旋翼轴13。

如图1、图2、图3、图4所示，所述旋翼夹a2上设有支杆a21，所述支杆 a21悬空固定在所述旋翼夹a2上；

所述变距组件15包括舵机151、传动组152和输出组153，所述舵机151 驱动所述传动组152，所述传动组152驱动所述输出组153；

所述输出组153包括从动环1531和拉杆1532，所述从动环1531活套在所述旋翼轴13上，所述拉杆1532一端和所述从动环1531铰接，所述拉杆1532 另一端和所述支杆a21铰接；

所述传动组152驱动所述从动环1531竖直运动。

如图1、图2、图3、图4所示，所述中间连杆1524有两个，且两个所述中间连杆1524均为弧状结构，两个所述中间连杆1524均通过销轴15241转动连接在所述主动环1521上，且所述销轴15241穿过所述中间连杆1524的中点，两个所述中间连杆1524相互固定形成一个套环，所述套环套在所述主动环1521 外。

如图1、图2、图3、图4所示，所述传动组152包括主动环1521、转动连杆1522、第一摆动连杆1523、中间连杆1524、第二摆动连杆1525和固定座1526，所述主动环1521活套在所述旋翼轴13上，所述转动连杆1522、所述第一摆动连杆1523、所述中间连杆1524和第二摆动连杆1525依次首尾铰接；

所述转动连杆1522和所述舵机151的输出轴垂直且固定连接，所述第二摆动连杆1525和所述固定座1526铰接，所述中间连杆1524和所述主动环1521 通过销轴15241转动连接，所述销轴15241垂直于所述旋翼轴13。

如图1、图2、图5、图6所示，所述机臂4固定在所述舱体2上，所述发动机3驱动所述传动件5，所述传动件5驱动所述转动件14转动；

所述机臂4和所述传动件5均不止一个，且一个机臂4对应一个所述传动件5，所述机臂4为中空结构，所述传动件5位于所述机臂4内，各个所述传动件5由一个所述发动机3驱动；在图5和图6中，仅仅是为了表达更加的清楚，故仅画出了两个机臂，其实施时，并不仅仅限于两个。

所述旋翼轴13通过轴承固定在所述机臂4末端，所述舵机151和所述固定座1526均固定安装在所述机臂4上。

所述发动机3输出端为锥齿轮结构，所述传动件5为传动轴，且所述传动轴两端为锥齿轮结构，所述转动件14为锥齿轮结构。

在其他结构相同的情况下，下螺旋桨12的实施方式一，如图2、图5所示，所述下螺旋桨12为变距螺旋桨，所述下螺旋桨12通过变距组件15控制变距。

工作时，下螺旋在提升升力的同时，上下螺旋可以均进行变距，使得飞行器的敏捷性得到提升，同时飞行器自身的载重能力也得到提高。

在其他结构相同的情况下，下螺旋桨12的实施方式二，如图1、图6所示，所述下螺旋桨12为定距螺旋桨。

工作时，下螺旋桨12提供稳定的升力，上螺旋桨11提供飞行变换所需要的变距，其飞行的载重能力和飞行的稳定性更高。

工作原理：发动机3启动，发动机3同时带动所有的传动轴转动，传动轴带动转动件14转动，旋翼轴13转动件14一起转动，旋翼轴13带动上螺旋桨 11和下螺旋桨12一起同步转动，在需要变距调节时，控制舵机151转动，传动组152传送动力给输出组153，输出组153控制旋翼a2自转，从而实现变距桨叶a3的翻转，实现变距调节。

Claims (10)

1.一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：包括上螺旋桨(11)、下螺旋桨(12)、旋翼轴(13)和转动件(14)，所述上螺旋桨(11)和所述下螺旋桨(12)分别固定在所述旋翼轴(13)的上下两端，所述转动件(14)固套在所述旋翼轴(13)上，且所述转动件(14)位于所述上螺旋桨(11)和所述下螺旋桨(12)之间；

所述上螺旋桨(11)为变距螺旋桨，所述上螺旋桨(11)通过变距组件(15)控制变距。

2.根据权利要求1所述的一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：所述下螺旋桨(12)为变距螺旋桨，所述下螺旋桨(12)通过变距组件(15)控制变距。

3.根据权利要求1所述的一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：所述下螺旋桨(12)为定距螺旋桨。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：所述变距螺旋桨均包括旋翼头(a1)、旋翼夹(a2)和变距桨叶(a3)；

所述旋翼头(a1)固定在所述旋翼轴(13)的一端；

所述旋翼夹(a2)一端卡在所述旋翼头(a1)内，且所述旋翼夹(a2)和所述旋翼头(a1)转动连接，所述变距桨叶(a3)固定在所述旋翼夹(a2)的另一端，一个所述旋翼夹(a2)和一个所述变距桨叶(a3)形成一个固定叶片，一个所述旋翼夹(a2)对应两个所述固定叶片，且两个所述固定叶片在同一直线上，两个所述固定叶片垂直于所述旋翼轴(13)。

5.根据权利要求4所述的一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：所述旋翼夹(a2)上设有支杆(a21)，所述支杆(a21)悬空固定在所述旋翼夹(a2)上；

所述变距组件(15)包括舵机(151)、传动组(152)和输出组(153)，所述舵机(151)驱动所述传动组(152)，所述传动组(152)驱动所述输出组(153)；

所述输出组(153)包括从动环(1531)和拉杆(1532)，所述从动环(1531)活套在所述旋翼轴(13)上，所述拉杆(1532)一端和所述从动环(1531)铰接，所述拉杆(1532)另一端和所述支杆(a21)铰接；

所述传动组(152)驱动所述从动环(1531)竖直运动。

6.根据权利要求5所述的一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：所述传动组(152)包括主动环(1521)、转动连杆(1522)、第一摆动连杆(1523)、中间连杆(1524)、第二摆动连杆(1525)和固定座(1526)，所述主动环(1521)活套在所述旋翼轴(13)上，所述转动连杆(1522)、所述第一摆动连杆(1523)、所述中间连杆(1524)和第二摆动连杆(1525)依次首尾铰接；

所述转动连杆(1522)和所述舵机(151)的输出轴垂直且固定连接，所述第二摆动连杆(1525)和所述固定座(1526)铰接，所述中间连杆(1524)和所述主动环(1521)通过销轴(15241)转动连接，所述销轴(15241)垂直于所述旋翼轴(13)。

7.根据权利要求6所述的一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：所述中间连杆(1524)有两个，且两个所述中间连杆(1524)均为弧状结构，两个所述中间连杆(1524)均通过销轴(15241)转动连接在所述主动环(1521)上，且所述销轴(15241)穿过所述中间连杆(1524)的中点，两个所述中间连杆(1524)相互固定形成一个套环，所述套环套在所述主动环(1521)外。

8.根据权利要求1-3任一所述的一种共轴双桨同向旋翼机构，其特征在于：所述转动件(14)为锥齿轮，所述锥齿轮固套在所述旋翼轴(13)上。

9.一种利用权利要求5-7任一所述共轴双桨同向旋翼机构的飞行器，其特征在于：还包括舱体(2)、发动机(3)、机臂(4)和传动件(5)，所述机臂(4)固定在所述舱体(2)上，所述发动机(3)驱动所述传动件(5)，所述传动件(5)驱动所述转动件(14)转动；

所述机臂(4)和所述传动件(5)均不止一个，且一个机臂(4)对应一个所述传动件(5)，各个所述传动件(5)由一个所述发动机(3)驱动；

所述旋翼轴(13)通过轴承固定在所述机臂(4)末端，所述舵机(151)和所述固定座(1526)均固定安装在所述机臂(4)上。

10.根据权利要求9所述的一种飞行器，其特征在于：所述发动机(3)输出端为锥齿轮结构，所述传动件(5)为传动轴，且所述传动轴两端均为锥齿轮结构，所述转动件(14)为锥齿轮结构。