一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统技术方案

一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统，本发明专利技术涉及一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统，本发明专利技术为了解决现有技术中现有旋翼式无人机难以在火星低雷诺数大气环境中不能完成飞行、悬停的问题，它包括上旋翼模块、下旋翼模块和动力模块,上旋翼模块包括上桨毂、上旋翼模块内轴和上旋翼桨叶组件，下旋翼模块包括下旋翼轴承套筒、下桨毂、下旋翼模块外轴、下旋翼桨叶组件和转轴深沟球轴承，动力模块包括电机外罩固定套筒、下旋翼模块主动齿轮、电机底罩、上旋翼模块从动齿轮、上旋翼模块主动齿轮、下旋翼模块从动齿轮、下旋翼模块从动套筒、外筒式高速电机、电机固定套筒、第一组高速电机，本发明专利技术属螺旋桨领域。

A coaxial rotor blade dual rotor rotor system for Mars rotorcraft UAV

The invention relates to a coaxial anti paddle double blade rotor system of the Mars rotorcraft unmanned aerial vehicle, in order to solve the problem that the existing rotorcraft is difficult to complete the flight and hover in the low Reynolds number atmosphere of the existing rotorcraft. It includes the upper rotor module, the lower rotor module and the power module. The upper rotor module includes the upper rotor hub, the upper rotor module inner shaft and the upper rotor blade component. The lower rotor module includes the lower rotor bearing sleeve, the lower rotor hub, the lower rotor module outer shaft, the lower rotor blade component and the shaft deep groove ball bearing, and the power module includes the motor cover. Set sleeve, lower rotor module active gear, motor bottom cover, upper rotor module driven gear, upper rotor module active gear, lower rotor module driven gear, lower rotor module driven sleeve, outer cylinder type high-speed motor, motor fixed sleeve, and first group of high speed motor.

【技术实现步骤摘要】
一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统
本专利技术涉及一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统，本专利技术具体涉及一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统。
技术介绍
火星在太阳系中位置与地球相邻具有与地球极其相似的物理特性，大量研究表明火星曾存在大量的液态水等生命必须的物质，因此火星探测任务能够拓展人类的生存空间并探索生命的起源，极大地推进人类的科学研究进程。目前火星表面共有七个火星探测器，包括轨道探测器和着陆器，然而轨道探测器飞行高度影响其探测图像的分辨率，着陆器则极大地受到地形特征的限制，无法到达环形山或沟壑等特殊区域，探索和开发高可靠性、高效率、低风险的新型地外星球深空探测器成为一个重要课题。无人机作为一种空中探测平台，能够对火星环境进行高空广度探测并对火星表面局部区域进行详细探测，具有比传统的火星漫游车更高的探测速度与效率。此外，无人机可以实现定点着陆并能辅助火星车完成火星多点采样任务，这对人类探测火星具有重要的实用价值。研制一种火星无人机的旋翼系统对我国未来深空探测意义重大。现有地球无人机旋翼系统无法实现火星环境的飞行，适用性差且飞行效率极低，只能用于地球高雷诺数大气环境的飞行。与地球无人机旋翼系统不同，火星无人机的旋翼系统在低雷诺数环境的悬停特性研究尚存在大量空白。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中现有旋翼式无人机难以在火星低雷诺数大气环境中不能完成飞行、悬停的问题，进而提出一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统。本专利技术为解决上述问题而采用的技术方案是：它包括上旋翼模块、下旋翼模块和动力模块,上旋翼模块包括上桨毂、上旋翼模块内轴和两个上旋翼桨叶组件，下旋翼模块包括下旋翼轴承套筒、下桨毂、下旋翼模块外轴、两个下旋翼桨叶组件和三个转轴深沟球轴承，动力模块包括动力模块定位套筒、电机外罩固定套筒、电机外罩、下旋翼模块主动齿轮、电机底罩、动力模块端盖、上旋翼模块齿轮支撑套体、上旋翼模块从动齿轮、上旋翼模块主动齿轮、下旋翼模块从动齿轮、下旋翼模块从动套筒、两个电机外罩固定套筒深沟球轴承、两个外筒式高速电机、多个电机外罩固定套筒固定螺栓、多个弹簧垫圈、多个齿轮固定内六角圆柱螺栓、多个垫片、两个电机固定套筒、第一组高速电机、多个电机固定内六角螺钉和多个电机外罩内六角螺钉,两个上旋翼桨叶组件呈‘一’字形对称固定安装在上桨毂上，上桨毂固定套装在上旋翼模块内轴的外侧壁上，两个下旋翼桨叶组件呈‘一’字形对称固定安装在下桨毂上，下桨毂固定套装在下旋翼模块外轴的外侧壁上，下旋翼轴承套筒固定安装在下旋翼模块外轴顶端上，上旋翼模块内轴竖直插装在下旋翼模块外轴和下旋翼轴承套筒上，下旋翼轴承套筒的顶端和下旋翼模块外轴底端分别安装有一个转轴深沟球轴承，且每个转轴深沟球轴承位于上旋翼模块内轴和下旋翼模块外轴之间，动力模块定位套筒、电机外罩固定套筒、下旋翼模块从动套筒和下旋翼模块从动齿轮由上至下依次固定套装在下旋翼模块外轴的底端上，电机外罩固定套筒的顶端和底端分别安装有一个电机外罩固定套筒深沟球轴承,电机外罩固定套筒深沟球轴承位于电机外罩固定套筒和下旋翼模块外轴之间，动力模块定位套筒的底端顶在位于上方电机外罩固定套筒深沟球轴承的内环上，下旋翼模块从动套筒的顶端顶在位于下方电机外罩固定套筒深沟球轴承的内环上，上旋翼模块从动齿轮、上旋翼模块齿轮支撑套体和另一个转轴深沟球轴承由上至下竖直固定套装在上旋翼模块内轴底端的外侧壁上，且上旋翼模块内轴的底端设有一个动力模块端盖，上旋翼模块内轴底端的转轴深沟球轴承安装在动力模块端盖上，两个外筒式高速电机对称设置在上旋翼模块内轴的两侧，每个外筒式高速电机的顶端依次设有电机固定套筒，其中一个电机固定套筒上套装有一个下旋翼模块主动齿轮，且下旋翼模块主动齿轮和电机固定套筒通过两个齿轮固定内六角圆柱螺栓固定安装在外筒式高速电机顶端的转动壳体上，且下旋翼模块主动齿轮上每个齿轮固定内六角圆柱螺栓上套设有一个垫片，垫片位于下旋翼模块主动齿轮和电机固定套筒之间，另一个电机固定套筒上套装有一个上旋翼模块主动齿轮，上旋翼模块主动齿轮和电机固定套筒通过两个齿轮固定内六角圆柱螺栓固定安装在外筒式高速电机顶端的转动壳体上，且上旋翼模块主动齿轮上每个齿轮固定内六角圆柱螺栓上套设有一个垫片，垫片位于上旋翼模块主动齿轮和电机固定套筒之间，上旋翼模块从动齿轮和上旋翼模块主动齿轮齿啮合，下旋翼模块主动齿轮和下旋翼模块从动齿轮齿啮合，动力模块端盖和两个外筒式高速电机固定安装在电机底罩上，每个外筒式高速电机通过多个电机固定内六角螺钉固定安装在电机底罩的上端面上，动力模块端盖固定安装在电机底罩的通孔处，电机外罩扣合在电机底罩上，且电机外罩固定套筒的底端插装在电机外罩顶端的壳体上，电机外罩固定套筒的底端和电机外罩通过多个电机外罩固定套筒固定螺栓固定连接，电机外罩的底端通过电机外罩内六角螺钉固定安装在电机底罩上。本专利技术的有益效果是：通过灌筑自密实混凝土使各相邻模块牢固连接成整体，因此本专利技术具有下列优点：1、本专利技术结构设计科学合理，旋翼系统动力模块采用两个并行安装高速电机驱动，充分考虑火星大气的特点，采用高模数直齿轮直接传动，实现旋翼系统上旋翼模块1和下旋翼模块2转速最大化，以获得足够的旋翼系统升力。两个外筒式高速电机3-14分别采用光电传感器3-13进行测速，光电传感器3-13、电源与外筒式高速电机3-14实现自反馈控制，使两个外筒式高速电机3-14转速均维持在给定值的阈值范围内，从而实现上旋翼模块1、下旋翼模块2转速的一致性，消除上旋翼模块1和下旋翼模块2的扭矩对旋翼系统的影响，电机控制方式响应迅速、误差低。2、本专利技术的上旋翼模块1和下旋翼模块2可实现旋翼叶片的快速替换且安装角调节方式简单。3、本专利技术的工作介质为二氧化碳或空气，适于普遍推广使用。4、本专利技术通过多次试验可知，旋翼系统上、下旋翼模块的转速调节范围为0–5000r/min，转速误差为±5r/min，翼展调节范围为0–1.5m，旋翼系统可实现单轴/共轴替换。5、本专利技术通过多次试验可知，旋翼系统在5000r/min，翼展1.5m时，1000Pa的二氧化碳环境工作过程整体性能稳定。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图；图2是本专利技术的整体结构主视图；图3是图2的整体结构剖视图；图4是上旋翼模块1的整体结构主视图；图5是下旋翼模块2的整体结构主视图；图6是动力模块3整体结构剖视图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式所述一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统，它包括上旋翼模块1、下旋翼模块2和动力模块3,上旋翼模块1包括上桨毂1-6、上旋翼模块内轴1-8和两个上旋翼桨叶组件，下旋翼模块2包括下旋翼轴承套筒2-4、下桨毂2-10、下旋翼模块外轴2-7、两个下旋翼桨叶组件和三个转轴深沟球轴承2-3，动力模块3包括动力模块定位套筒3-1、电机外罩固定套筒3-3、电机外罩3-5、下旋翼模块主动齿轮3-6、电机底罩3-16、动力模块端盖3-17、上旋翼模块齿轮支撑套体3-21、上旋翼模块从动齿轮3-23、上旋翼模块主动齿轮3-24、下旋翼模块从动齿轮3-25、下旋翼模块从动套筒3-27、两个电机外罩固定套筒深沟球轴承3-2、两个外筒式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统，其特征在于：它包括上旋翼模块(1)、下旋翼模块(2)和动力模块(3),上旋翼模块(1)包括上桨毂(1‑6)、上旋翼模块内轴(1‑8)和两个上旋翼桨叶组件，下旋翼模块(2)包括下旋翼轴承套筒(2‑4)、下桨毂(2‑10)、下旋翼模块外轴(2‑7)、两个下旋翼桨叶组件和三个转轴深沟球轴承(2‑3)，动力模块(3)包括动力模块定位套筒(3‑1)、电机外罩固定套筒(3‑3)、电机外罩(3‑5)、下旋翼模块主动齿轮(3‑6)、电机底罩(3‑16)、动力模块端盖(3‑17)、上旋翼模块齿轮支撑套体(3‑21)、上旋翼模块从动齿轮(3‑23)、上旋翼模块主动齿轮(3‑24)、下旋翼模块从动齿轮(3‑25)、下旋翼模块从动套筒(3‑27)、两个电机外罩固定套筒深沟球轴承(3‑2)、两个外筒式高速电机(3‑14)、多个电机外罩固定套筒固定螺栓(3‑4)、多个弹簧垫圈(3‑7)、多个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3‑8)、多个垫片(3‑9)、两个电机固定套筒(3‑10)、第一组高速电机(3‑14)、多个电机固定内六角螺钉(3‑15)和多个电机外罩内六角螺钉(3‑20),两个上旋翼桨叶组件呈‘一’字形对称固定安装在上桨毂(1‑6)上，上桨毂(1‑6)固定套装在上旋翼模块内轴(1‑8)的外侧壁上，两个下旋翼桨叶组件呈‘一’字形对称固定安装在下桨毂(2‑10)上，下桨毂(2‑10)固定套装在下旋翼模块外轴(2‑7)的外侧壁上，下旋翼轴承套筒(2‑4)固定安装在下旋翼模块外轴(2‑7)顶端上，上旋翼模块内轴(1‑8)竖直插装在下旋翼模块外轴(2‑7)和下旋翼轴承套筒(2‑4)上，下旋翼轴承套筒(2‑4)的顶端和下旋翼模块外轴(2‑7)底端分别安装有一个转轴深沟球轴承(2‑3)，且每个转轴深沟球轴承(2‑3)位于上旋翼模块内轴(1‑8)和下旋翼模块外轴(2‑7)之间，动力模块定位套筒(3‑1)、电机外罩固定套筒(3‑3)、下旋翼模块从动套筒(3‑27)和下旋翼模块从动齿轮(3‑25)由上至下依次固定套装在下旋翼模块外轴(2‑7)的底端上，电机外罩固定套筒(3‑3)的顶端和底端分别安装有一个电机外罩固定套筒深沟球轴承(3‑2),电机外罩固定套筒深沟球轴承(3‑2)位于电机外罩固定套筒(3‑3)和下旋翼模块外轴(2‑7)之间，动力模块定位套筒(3‑1)的底端顶在位于上方电机外罩固定套筒深沟球轴承(3‑2)的内环上，下旋翼模块从动套筒(3‑27)的顶端顶在位于下方电机外罩固定套筒深沟球轴承(3‑2)的内环上，上旋翼模块从动齿轮(3‑23)、上旋翼模块齿轮支撑套体(3‑21)和另一个转轴深沟球轴承(2‑3)由上至下竖直固定套装在上旋翼模块内轴(1‑8)底端的外侧壁上，且上旋翼模块内轴(1‑8)的底端设有一个动力模块端盖(3‑17)，上旋翼模块内轴(1‑8)底端的转轴深沟球轴承(2‑3)安装在动力模块端盖(3‑17)上，两个外筒式高速电机(3‑14)对称设置在上旋翼模块内轴(1‑8)的两侧，每个外筒式高速电机(3‑14)的顶端依次设有电机固定套筒(3‑10)，其中一个电机固定套筒(3‑10)上套装有一个下旋翼模块主动齿轮(3‑6)，且下旋翼模块主动齿轮(3‑6)和电机固定套筒(3‑10)通过两个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3‑8)固定安装在外筒式高速电机(3‑14)顶端的转动壳体上，且下旋翼模块主动齿轮(3‑6)上每个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3‑8)上套设有一个垫片(3‑9)，垫片(3‑9)位于下旋翼模块主动齿轮(3‑6)和电机固定套筒(3‑10)之间，另一个电机固定套筒(3‑10)上套装有一个上旋翼模块主动齿轮(3‑24)，上旋翼模块主动齿轮(3‑24)和电机固定套筒(3‑10)通过两个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3‑8)固定安装在外筒式高速电机(3‑14)顶端的转动壳体上，且上旋翼模块主动齿轮(3‑24)上每个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3‑8)上套设有一个垫片(3‑9)，垫片(3‑9)位于上旋翼模块主动齿轮(3‑24)和电机固定套筒(3‑10)之间，上旋翼模块从动齿轮(3‑23)和上旋翼模块主动齿轮(3‑24)齿啮合，下旋翼模块主动齿轮(3‑6)和下旋翼模块从动齿轮(3‑25)齿啮合，动力模块端盖(3‑17)和两个外筒式高速电机(3‑14)固定安装在电机底罩(3‑16)上，每个外筒式高速电机(3‑14)通过多个电机固定内六角螺钉(3‑15)固定安装在电机底罩(3‑16)的上端面上，动力模块端盖(3‑17)固定安装在电机底罩(3‑16)的通孔处，电机外罩(3‑5)扣合在电机底罩(3‑16)上，且电机外罩固定套筒(3‑3)的底端插装在电机外罩(3‑5)顶端的壳体上，电机外罩固定套筒(3‑3)的底端和电机外罩(3‑5)通过多个电机外罩固定...

【技术特征摘要】
1.一种火星旋翼式无人机的共轴反桨双叶片旋翼系统，其特征在于：它包括上旋翼模块(1)、下旋翼模块(2)和动力模块(3),上旋翼模块(1)包括上桨毂(1-6)、上旋翼模块内轴(1-8)和两个上旋翼桨叶组件，下旋翼模块(2)包括下旋翼轴承套筒(2-4)、下桨毂(2-10)、下旋翼模块外轴(2-7)、两个下旋翼桨叶组件和三个转轴深沟球轴承(2-3)，动力模块(3)包括动力模块定位套筒(3-1)、电机外罩固定套筒(3-3)、电机外罩(3-5)、下旋翼模块主动齿轮(3-6)、电机底罩(3-16)、动力模块端盖(3-17)、上旋翼模块齿轮支撑套体(3-21)、上旋翼模块从动齿轮(3-23)、上旋翼模块主动齿轮(3-24)、下旋翼模块从动齿轮(3-25)、下旋翼模块从动套筒(3-27)、两个电机外罩固定套筒深沟球轴承(3-2)、两个外筒式高速电机(3-14)、多个电机外罩固定套筒固定螺栓(3-4)、多个弹簧垫圈(3-7)、多个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3-8)、多个垫片(3-9)、两个电机固定套筒(3-10)、第一组高速电机(3-14)、多个电机固定内六角螺钉(3-15)和多个电机外罩内六角螺钉(3-20),两个上旋翼桨叶组件呈‘一’字形对称固定安装在上桨毂(1-6)上，上桨毂(1-6)固定套装在上旋翼模块内轴(1-8)的外侧壁上，两个下旋翼桨叶组件呈‘一’字形对称固定安装在下桨毂(2-10)上，下桨毂(2-10)固定套装在下旋翼模块外轴(2-7)的外侧壁上，下旋翼轴承套筒(2-4)固定安装在下旋翼模块外轴(2-7)顶端上，上旋翼模块内轴(1-8)竖直插装在下旋翼模块外轴(2-7)和下旋翼轴承套筒(2-4)上，下旋翼轴承套筒(2-4)的顶端和下旋翼模块外轴(2-7)底端分别安装有一个转轴深沟球轴承(2-3)，且每个转轴深沟球轴承(2-3)位于上旋翼模块内轴(1-8)和下旋翼模块外轴(2-7)之间，动力模块定位套筒(3-1)、电机外罩固定套筒(3-3)、下旋翼模块从动套筒(3-27)和下旋翼模块从动齿轮(3-25)由上至下依次固定套装在下旋翼模块外轴(2-7)的底端上，电机外罩固定套筒(3-3)的顶端和底端分别安装有一个电机外罩固定套筒深沟球轴承(3-2),电机外罩固定套筒深沟球轴承(3-2)位于电机外罩固定套筒(3-3)和下旋翼模块外轴(2-7)之间，动力模块定位套筒(3-1)的底端顶在位于上方电机外罩固定套筒深沟球轴承(3-2)的内环上，下旋翼模块从动套筒(3-27)的顶端顶在位于下方电机外罩固定套筒深沟球轴承(3-2)的内环上，上旋翼模块从动齿轮(3-23)、上旋翼模块齿轮支撑套体(3-21)和另一个转轴深沟球轴承(2-3)由上至下竖直固定套装在上旋翼模块内轴(1-8)底端的外侧壁上，且上旋翼模块内轴(1-8)的底端设有一个动力模块端盖(3-17)，上旋翼模块内轴(1-8)底端的转轴深沟球轴承(2-3)安装在动力模块端盖(3-17)上，两个外筒式高速电机(3-14)对称设置在上旋翼模块内轴(1-8)的两侧，每个外筒式高速电机(3-14)的顶端依次设有电机固定套筒(3-10)，其中一个电机固定套筒(3-10)上套装有一个下旋翼模块主动齿轮(3-6)，且下旋翼模块主动齿轮(3-6)和电机固定套筒(3-10)通过两个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3-8)固定安装在外筒式高速电机(3-14)顶端的转动壳体上，且下旋翼模块主动齿轮(3-6)上每个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3-8)上套设有一个垫片(3-9)，垫片(3-9)位于下旋翼模块主动齿轮(3-6)和电机固定套筒(3-10)之间，另一个电机固定套筒(3-10)上套装有一个上旋翼模块主动齿轮(3-24)，上旋翼模块主动齿轮(3-24)和电机固定套筒(3-10)通过两个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3-8)固定安装在外筒式高速电机(3-14)顶端的转动壳体上，且上旋翼模块主动齿轮(3-24)上每个齿轮固定内六角圆柱螺栓(3-8)上套设有一个垫片(3-9)，垫片(3-9)位于上旋翼模块主动齿轮(3-24)和电机固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：全齐全，赵鹏越，陈水添，柏德恩，邓宗全，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23