CN108163193A - 一种主动主旋翼垂直起降飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动主旋翼垂直起降飞行器，至少包括两片主旋翼，主旋翼一端与中间联接件连接，中间联接件与主旋翼变距***连接，在每片主旋翼的末端装有驱动主旋翼旋转的推力装置或牵引装置，推力装置或牵引装置通过设置在主旋翼末端的安装轴与主旋翼之间转动连接，且安装轴的轴线与主旋翼的横向轴向重合或平行，所述推力装置或牵引装置的推力方向与主旋翼的旋转方向相反，在推力装置或牵引装置的一侧固定连接有定向翼片，定向翼片用于使推力装置或牵引装置的旋转轴中心线与主旋翼末端的旋转面平行。该飞行器具有结构简单、可大幅降低对主旋翼的驱动功率或快速提高对主旋翼的驱动力，还能够克服陀螺效应对主旋翼造成的扭转力矩等特点。
Description
技术领域
本发明涉及垂直起降飞行器备技术领域，具体涉及一种主动主旋翼垂直起降飞行器。
背景技术
众所周知，直升机包括机身、安装在机身中间部位的顶部上的主旋翼、以及用于抵消从主旋翼传递至机身的扭矩的反扭矩尾部旋翼。
铰接的主旋翼和/或反扭矩旋翼也是已知的。更为具体地，铰接的旋翼包括围绕第一轴线旋转的驱动轴、与驱动轴一体地围绕第一轴线旋转的桨毂、以及从桨毂上沿相对于第一轴线的为径向的各第二轴线伸出的多个桨片。
各桨片可相对于桨毂围绕各自的第二轴线旋转，以改变其相对于气流的冲击角度，并可相对于桨毂围绕各自的第三轴线自由的振荡，以进行所谓的拍翼运动。各第三轴线与相关桨片的第一和第二轴线交叉。
各桨片还相对于桨毂和其它桨片围绕平行于第一轴线的各自的第四轴线自由的振荡，以进行所谓的摇摆(lead-lag)运动。
在此领域内出现了这样一种需求：在不削弱旋翼自身的空气动力性能的情况下，在驱动轴围绕第一轴线的旋转速度的大范围内减弱桨片的摇摆运动所产生的振动。
目前，机直升机产生动力是通过内置发动机提供动力，常用发动机类型有燃油发动机、汽缸活塞式发动机或涡轮式发动机，发动机将旋转动力提供给一种立式平行转轴，该立式平行转轴的输出端一头连接六支单体的螺旋桨，使该六支单体的螺旋桨片水平转动起来，这样，螺旋桨片切割其上方静止空气，被切割后的静止空气便产生了一个向下流动的空气流，同时空气流对螺旋桨产生向上的升力，在这样的作用力与反作用力的作用下，直升机升上空中。
现有直升机旋翼的动力都只是由发动机，通过垂直起降飞行器主旋翼变距***将动力传送给主旋翼，由于直升机的主旋翼较长，因此其客服空气阻力所需要的扭矩也会很大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单、可大幅降低对主旋翼的驱动力或快速提高对主旋翼的驱动力，还能够克服陀螺效应对主旋翼造成的扭转力矩的主动主旋翼垂直起降飞行器。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种主动主旋翼垂直起降飞行器，所述飞行器至少包括两片主旋翼，主旋翼的一端与中间联接件连接，中间联接件与主旋翼变距***连接，在每片主旋翼的末端装有驱动主旋翼旋转的推力装置或牵引装置，推力装置或牵引装置通过设置在主旋翼末端的安装轴与主旋翼之间转动连接，且安装轴的轴线与主旋翼的横向轴向重合或平行，所述推力装置或牵引装置的推力方向与主旋翼的旋转方向相反，且与安装轴的轴线方向垂直，在所述推力装置或牵引装置的一侧固定连接有定向翼片，定向翼片与每片主旋翼末端之间对称于推力装置或牵引装置的轴线，定向翼片用于使推力装置或牵引装置的旋转轴中心线与主旋翼末端的旋转面平行。
由于该直升机的主旋翼一端通过主旋翼变距***与空心管连接，在主旋翼的末端还连接有推力装置或牵引装置。因此当直升机主旋翼的末端由推力装置或牵引装置驱动主旋翼旋转。由于推力装置或牵引装置被安装在主旋翼的末端，由于杠杆原理的作用，在输出扭矩相同的情况下驱动力越远离旋转中心所需要的推力也就越小，因此可以大幅降低推力装置或牵引装置输出功率，达到节能的功效。安装轴的设置是为了便于推力装置或牵引装置与主旋翼末端之间的连接，同时保证主旋翼受力合理，
为了简化驱动装置的结构，降低驱动装置的体积、重量，便于加工制造，便于维修保养，便于使用，便于降低成本，优选的技术方案是，所述推力装置或牵引装置为驱动电机或为涡轮喷气发动机，在所述驱动电机的输出轴上装有驱动叶片。
为了便于通过定向翼片带动驱动电机绕主旋翼的末端在一定范围内旋转，以克服陀螺效应对主旋翼翼面产生的扭矩，同时也便于驱动电机与主旋翼末端的连接，优选的技术方案还有，所述驱动电机通过安装轴座与安装轴连接，安装轴座呈T形管状结构，在T形管状结构的安装轴座的横向通孔内安装有与安装轴配合的轴承，或将主旋翼安装轴位置设计为轴承座，将原T形管状轴承座位置设置为安装轴，在T形管状结构的安装轴座的竖向通孔内安装驱动电机，在主旋翼的末端设有限位销，在T形管状结构的安装轴座的竖向外表面设有与限位销位置相对应的限位销槽。
为了避免主旋翼旋转过程中产生的惯性力矩对驱动电机造成的安装轴弯曲力矩，进一步优选的技术方案还有，所述定向翼片、安装轴座和驱动电机的重心均位于安装轴的轴线上。
为了简化驱动电机的结构或为了进一步提升驱动电机对于主旋翼的驱动力，进一步优选的技术方案还有，在所述驱动电机的一端装有驱动扇叶，在T形管状结构的安装轴座的竖向通孔另一端装有端帽。
为了简化驱动电机的结构或为了进一步提升驱动电机对于主旋翼的驱动力，进一步优选的技术方案还有，在所述驱动电机的两端分别装有驱动扇叶，或在T形管状结构的安装轴座的竖向通孔内安装有两台输出轴方向相反的驱动电机，两台驱动电机可通过正反桨使动力输出方向相同。
为了平衡主旋翼对直升机机身产生旋转力矩，同时也为了便于控制直升机的偏航航向，进一步优选的技术方案还有，在所述垂直起降飞行器的尾部设有航向驱动电机。
为了便于将直升机上的电能传送到主旋翼末端上的驱动电动机上，并能够同时将电能传送到航向驱动电机上，优选的技术方案还有，所述主旋翼变距系通过轴承座及轴承与空心管连接，在所述空心管上套装有集电环。
为了便于将直升机上的电能传送到主旋翼末端上的驱动电动机上，并能够同时将电能传送到航向驱动电机上，进一步优选的技术方案还有，所述驱动电机通过安装轴座以及设置在主旋翼内部的导线或导电膜与集电环电连接。
为了便于对主旋翼驱动电机及航向驱动电机的工作状态进行有效地操控，并为其提供电力，进一步优选的技术方案还有，所述集电环通过导线与电子调速器电连接，电子调速器与主控制器电连接，主控制器与控制台电连接，主控制器还通过电源管理器与电源连接，电子调速器也电源管理器与电连接，航向驱动电机也通过舵机及电子调速器与主控制器电连接，主控制器还与舵行电连接。
本发明的优点和有益效果在于：所述主动主旋翼垂直起降飞行器具有结构简单、可大幅降低对主旋翼的驱动功率或快速提高对主旋翼的驱动力，还能够克服陀螺效应对主旋翼造成的扭转力矩等特点。
附图说明
图1是本发明主动主旋翼垂直起降飞行器的***结构示意图；
图2是本发明主动主旋翼垂直起降飞行器中主旋翼的主视图；
图2.1是图2的C处局部放大示意图；
图3是图2的A-A向示图；
图4是图2的俯视图之一；
图5是图2的俯视图之二；
图6是图2的俯视图之三
图7.1是图2中的安装轴座的主视结构示意图；
图7.2是图2中的安装轴座的左视结构示意图；；
图7.3是图2中的安装轴座的右视结构示意图；
图8是图2中的安装轴座与定向翼片连接的结构示意图；
图9是图8的立体结构示意图；
图10是图2的立体结构示意图。
图中：1、主旋翼；2、主旋翼变距***；3、安装轴；4、定向翼片；5、驱动电机；6、驱动叶片；7、安装轴座；8、轴承；9、限位销；10、限位销槽；11、端帽；12、航向驱动电机；13、轴承座；14、轴承；15、空心管；16、集电环；17、舵机；18、电子调速器；19、主控制器；20、控制台；21、电源管理器；22、电源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1～10所示，本发明是一种主动主旋翼垂直起降飞行器，所述飞行器至少包括两片主旋翼1，主旋翼1的一端与中间联接件连接，中间联接件与主旋翼变距***2连接，在每片主旋翼1的末端装有驱动主旋翼1旋转的推力装置或牵引装置，推力装置或牵引装置通过设置在主旋翼1末端的安装轴3与主旋翼1之间转动连接，且安装轴3的轴线与主旋翼1的横向轴向重合或平行，所述推力装置或牵引装置的推力方向与主旋翼1的旋转方向相反，且与安装轴1的轴线方向垂直，在所述推力装置或牵引装置的一侧固定连接有定向翼片4，定向翼片4与每片主旋翼1末端之间对称于推力装置或牵引装置的轴线，定向翼片4用于使推力装置或牵引装置的旋转轴中心线与主旋翼末端的旋转面平行。
由于该直升机的主旋翼1一端通过主旋翼变距***2与空心管连接，在主旋翼1的末端还连接有推力装置或牵引装置。因此当直升机主旋翼1的末端由推力装置或牵引装置驱动主旋翼1旋转。由于推力装置或牵引装置被安装在主旋翼1的末端，由于杠杆原理的作用，在输出扭矩相同的情况下驱动力越远离旋转中心所需要的推力也就越小，因此可以大幅降低推力装置或牵引装置输出功率，达到节能的功效。安装轴3的设置是为了便于推力装置或牵引装置与主旋翼1末端之间的连接，同时保证主旋翼1受力合理，
为了简化驱动装置的结构，降低驱动装置的体积、重量，便于加工制造，便于维修保养，便于使用，便于降低成本，本发明优选的实施方案是，所述推力装置或牵引装置为驱动电机5或为涡轮喷气发动机，在所述驱动电机5的输出轴上装有驱动叶片6。
为了便于通过定向翼片4带动驱动电机5绕主旋翼1的末端在一定范围内旋转，以克服陀螺效应对主旋翼1翼面产生的扭矩，同时也便于驱动电机5与主旋翼1末端的连接，本发明优选的实施方案还有，所述驱动电机5通过安装轴座7与安装轴3连接，安装轴座7呈T形管状结构，在T形管状结构的安装轴座7的横向通孔内安装有与安装轴3配合的轴承8，或将主旋翼安装轴位置设计为轴承座，将原T形管状轴承座位置设置为安装轴，在T形管状结构的安装轴座7的竖向通孔内安装驱动电机5，在主旋翼1的末端设有限位销9，在T形管状结构的安装轴座7的竖向外表面设有与限位销9位置相对应的限位销槽10。
为了避免主旋翼旋1转过程中产生的惯性力矩对驱动电机5造成的安装轴3弯曲力矩，本发明进一步优选的实施方案还有，所述定向翼片4、安装轴座7和驱动电机5的重心均位于安装轴3的轴线上。
为了简化驱动电机5的结构或为了进一步提升驱动电机5对于主旋翼1的驱动力，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述驱动电机5的一端装有驱动扇叶6，在T形管状结构的安装轴座7的竖向通孔另一端装有端帽11。
为了简化驱动电机5的结构或为了进一步提升驱动电机5对于主旋翼1的驱动力，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述驱动电机5的两端分别装有驱动扇叶6，或在T形管状结构的安装轴座7的竖向通孔内安装有两台输出轴方向相反的驱动电机5，两台驱动电机可通过正反桨使动力输出方向相同。
为了平衡主旋翼1对直升机机身产生旋转力矩，同时也为了便于控制直升机的偏航航向，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述垂直起降飞行器的尾部设有航向驱动电机12。
为了便于将直升机上的电能传送到主旋翼1末端上的驱动电动机5上，并能够同时将电能传送到航向驱动电机12上，本发明优选的实施方案还有，所述主旋翼变距系2通过轴承座13及轴承14与空心管15连接，在所述空心管15上套装有集电环16。
为了便于将直升机上的电能传送到主旋翼1末端上的驱动电动机5上，并能够同时将电能传送到航向驱动电机12上，本发明进一步优选的实施方案还有，所述驱动电机5通过安装轴座7以及设置在主旋翼1内部的导线或导电膜与集电环16电连接。
为了便于对主旋翼驱动电机5及航向驱动电机12的工作状态进行有效地操控，并为其提供电力，本发明进一步优选的实施方案还有，所述集电环16通过导线与电子调速器18电连接，电子调速器18与主控制器19电连接，主控制器19与控制台20电连接，主控制器19还通过电源管理器21与电源22连接，电子调速器18也电源管理器21与电连接，航向驱动电机12也通过舵机17及电子调速器18与主控制器19电连接，主控制器19还与舵行17电连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述飞行器至少包括两片主旋翼，主旋翼一端与中间联接件连接，中间联接件与主旋翼变距***连接，在每片主旋翼的末端装有驱动主旋翼旋转的推力装置或牵引装置，推力装置或牵引装置通过设置在主旋翼末端的安装轴与主旋翼之间转动连接，且安装轴的轴线与主旋翼的横向轴向重合或平行，所述推力装置或牵引装置的推力方向与主旋翼的旋转方向相反，且与安装轴的轴线方向垂直，在所述推力装置或牵引装置的一侧固定连接有定向翼片，定向翼片与每片主旋翼末端之间对称于推力装置或牵引装置的轴线，定向翼片用于使推力装置或牵引装置的旋转轴中心线与主旋翼末端的旋转面平行。
2.如权利要求1所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述推力装置或牵引装置为驱动电机或为涡轮喷气发动机，在所述驱动电机的输出轴上装有驱动叶片。
3.如权利要求2所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述驱动电机通过安装轴座与安装轴连接，安装轴座呈T形管状结构，在T形管状结构的安装轴座的横向通孔内安装有与安装轴配合的轴承，或将主旋翼安装轴位置设计为轴承座，将原T形管状轴承座位置设置为安装轴，在T形管状结构的安装轴座的竖向通孔内安装驱动电机，在主旋翼的末端设有限位销，在T形管状结构的安装轴座的竖向外表面设有与限位销位置相对应的限位销槽。
4.如权利要求3所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述定向翼片、安装轴座和驱动电机的重心均位于安装轴的轴线上。
5.如权利要求4所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，在所述驱动电机的一端装有驱动扇叶，在T形管状结构的安装轴座的竖向通孔另一端装有端帽。
6.如权利要求3所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，在所述驱动电机的两端分别装有驱动扇叶，或在T形管状结构的安装轴座的竖向通孔内安装有两台输出轴方向相反的驱动电机。
7.如权利要求1至6任意一项所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，在所述垂直起降飞行器的尾部设有航向驱动电机。
8.如权利要求7所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述主旋翼变距系通过轴承座及轴承与空心管连接，在所述空心管上套装有集电环。
9.如权利要求8所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述驱动电机通过安装轴座以及设置在主旋翼内部的导线或导电膜与集电环电连接。
10.如权利要求9所述的主动主旋翼垂直起降飞行器，其特征在于，所述集电环通过导线与电子调速器电连接，电子调速器与主控制器电连接，主控制器与控制台电连接，主控制器还通过电源管理器与电源连接，电子调速器也电源管理器与电连接，航向驱动电机也通过舵机及电子调速器与主控制器电连接，主控制器还与舵行电连接。
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