一种用于共轴式无人直升机的操纵系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于共轴式无人直升机的操纵系统，该操纵系统具体包括上旋翼操纵系统、下旋翼操纵系统、上下旋翼自动倾斜器连杆、航向操纵系统，其中，上旋翼操纵系统包括上旋翼自动倾斜器以及上旋翼自动倾斜器内、外环扭力臂；下旋翼操纵系统包括下旋翼自动倾斜器、总距纵横向舵机操纵系统以及下旋翼自动倾斜器内、外环扭力臂；上下旋翼自动倾斜器连杆将上旋翼自动倾斜器外环和下旋翼自动倾斜器内环连接；航向操纵系统包括航向操纵滑环系统、航向变距摇臂、航向舵机操纵系统、航向撑杆。本发明专利技术既保证了直升机总距、纵向、横向和航向操纵，减小了直升机航向操纵时升力的变化，同时还降低了下旋翼自动倾斜器的加工难度和重量。

A Control System for Coaxial Unmanned Helicopter

【技术实现步骤摘要】
一种用于共轴式无人直升机的操纵系统
本专利技术涉及航空器设计
，更具体的说，涉及一种用于共轴式无人直升机的操纵系统。
技术介绍
共轴式无人直升机相对于单旋翼无人直升机，具有结构紧凑、气动效率和悬停效率高的优势，是目前小型无人直升机的一种重要的布局形式。共轴式无人直升机的传统轴外操纵系统，要实现航向操纵，较为普遍的采用了半差动的结构形式，即航向操纵时仅操纵一副旋翼的桨叶角变化，从而改变该旋翼轴的扭矩，实现共轴式直升机航向偏转。这种结构形式的优点是相对于全差动的结构形式结构较为简单，缺点是航向操纵时造成了直升机升力的变化，引起了直升机航向偏转运动和升降运动的耦合。而且这种半差动结构主要采用操纵下旋翼的桨叶角的方式，因此需要在不干扰下旋翼自动倾斜器运动的基础上实现对下旋翼桨叶变距角的控制，目前一般是采用下旋翼自动倾斜器的镂空设计，以便于航向操纵机构从中通过，同时还要避免下自动倾斜器在纵横向运动中不与航向操纵机构发生干涉，但这就造成了下旋翼自动倾斜器设计的结构过于复杂和尺寸偏大。因此，如何在现有小型共轴式无人直升机操纵系统结构基础上进行改进，保证直升机总距、纵向、横向和航向操纵，减小直升机航向操纵时升力的变化，同时降低下旋翼自动倾斜器的加工难度和重量，是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述技术上的不足，本专利技术提供了一种用于共轴式无人直升机的操纵系统。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于共轴式无人直升机的操纵系统，该操纵系统安装于直升机的上旋翼轴、下旋翼轴以及机身上，所述操纵系统包括上旋翼操纵系统、下旋翼操纵系统、上下旋翼自动倾斜器连杆、航向操纵系统，其中，上旋翼操纵系统包括上旋翼自动倾斜器、上旋翼自动倾斜器内环扭力臂、上旋翼自动倾斜器外环扭力臂；上旋翼自动倾斜器包括上旋翼自动倾斜器内环和上旋翼自动倾斜器外环，上旋翼自动倾斜器内环和上旋翼自动倾斜器外环通过轴承连接；上旋翼自动倾斜器内环扭力臂一端与上旋翼自动倾斜器内环连接，另一端固定于上旋翼轴；上旋翼自动倾斜器外环扭力臂一端与上旋翼自动倾斜器外环连接，另一端固定于下旋翼轴；下旋翼操纵系统包括下旋翼自动倾斜器、下旋翼自动倾斜器内环扭力臂、下旋翼自动倾斜器外环扭力臂以及总距纵横向舵机操纵系统；下旋翼自动倾斜器包括下旋翼自动倾斜器内环和下旋翼自动倾斜器外环，下旋翼自动倾斜器内环和下旋翼自动倾斜器外环通过轴承连接；下旋翼自动倾斜器内环扭力臂一端与下旋翼自动倾斜器内环连接，另一端固定于下旋翼轴；下旋翼自动倾斜器外环扭力臂一端与下旋翼自动倾斜器外环连接，另一端固定于机身；总距纵横向舵机操纵系统包括综合电动舵机、舵机操纵拉杆、舵机安装支座，综合电动舵机安装于舵机安装支座，舵机安装支座固定于机身，舵机操纵拉杆由综合电动舵机驱动，并与下旋翼自动倾斜器外环扭力臂连接；上下旋翼自动倾斜器连杆将上旋翼自动倾斜器外环和下旋翼自动倾斜器内环连接，使上旋翼自动倾斜器和下旋翼自动倾斜器共同产生一致的总距、纵向和横向运动；航向操纵系统包括航向操纵滑环系统、航向变距摇臂、航向舵机操纵系统、航向撑杆，其中，航向操纵滑环系统包括：航向操纵滑环、航向滑环外圈扭力臂；航向操纵滑环包括航向操纵滑环内圈和航向操纵滑环外圈；下旋翼轴上设有轴套，航向操纵滑环内圈套在轴套外侧，底部固定在航向撑杆上；航向操纵滑环外圈与航向变距摇臂相连，航向操纵滑环外圈和航向操纵滑环内圈之间通过轴承连接；航向操纵滑环外圈扭力臂与下旋翼轴固定连接；下旋翼操纵系统还包括下旋翼自动倾斜器变距拉杆和下旋翼变距拉杆，航向变距摇臂两端分别与航向操纵滑环外圈、下旋翼自动倾斜器变距拉杆相连，中间位置与下旋翼变距拉杆连接；航向舵机操纵系统包括:航向滑套、航向舵机操纵摇臂、航向舵机操纵摇臂支座、航向舵机拉杆和航向舵机；航向滑套套在轴套外侧，通过固定于轴套外侧的导向平键限制航向滑套的周向转动，航向滑套上端与航向撑杆固连，通过航向撑杆使航向滑套与航向操纵滑环系统同时上下滑动；航向舵机操纵摇臂以航向舵机操纵摇臂支座为支点，两端分别与航向滑套、航向舵机拉杆相连；航向舵机操纵摇臂支座上端与航向舵机操纵摇臂相连，下端与轴套相连；航向舵机通过航向舵机拉杆操纵航向滑套和航向操纵滑环系统做上下滑动。航向撑杆上端与航向操纵滑环内圈固连，下端与航向滑套固连。通过采用上述技术方案，本专利技术一种用于共轴式无人直升机的操纵系统既保证了直升机总距、纵向、横向和航向操纵，减小了直升机航向操纵时升力的变化，同时还简化了下旋翼自动倾斜器的结构，降低了下旋翼自动倾斜器的加工难度和重量。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可做出如下改进：优选的，上旋翼轴和下旋翼轴之间通过齿轮机构进行同轴反向的等速旋转。优选的，综合电动舵机包含四个舵机。优选的，综合电动舵机中舵机的布置形式为绕轴45°或90°，可根据空间需要布置，以便获得更好的结构和纵横向操纵效果。优选的，航向撑杆通过下旋翼自动倾斜器球铰内环与轴套之间的预留空隙与航向操纵滑环内圈、航向滑套固连。优选的，下旋翼自动倾斜器与轴套之间由固定于轴套外侧的导向平键引导进行上下滑动，不产生周向转动，避免与航向撑杆发生干涉。优选的，航向舵机仅包含一个舵机。优选的，航向舵机中舵机的布置形式为绕轴0°、90°、180°或270°。航向舵机中舵机的布置形式可根据空间需要布置在0°、90°、180°或270°位置以及任意其他合理位置，以获得较小的尺寸和重量。优选的，航向操纵系统的航向舵机操纵下旋翼桨距增加和减少时，共轴式无人直升机的总距纵横向舵机操纵系统应做出相应的总距补偿操纵。这是因为航向操纵系统的航向舵机单独操纵下旋翼桨距的增加和减少造成了共轴式无人直升机升力的增加和减少，为了避免共轴式无人直升机航向舵机单独操纵引起的直升机升降运动耦合，共轴式无人直升机的总距操纵应做相应的总距补偿操纵。优选的，上述共轴式无人直升机的总距补偿操纵为：综合电动舵机总距操纵引起的上旋翼和下旋翼的桨距同时减少的度数为航向舵机操纵下旋翼的桨距增加的度数的一半，或者，综合电动舵机总距操纵引起的上旋翼和下旋翼的桨距同时增加的度数为航向舵机操纵下旋翼的桨距减少的度数的一半。航向操纵时综合电动舵机的总距补偿策略可根据实验和理论分析进一步精确化，以达到好的航向操纵效果和更小的升力变化。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术一种共轴式无人直升机操纵系统使飞行器实现了总距、纵向和横向操纵和航向操纵，预留的下旋翼自动倾斜器球铰内环的空隙能够允许航向操纵在不影响下旋翼自动倾斜器的运动前提下独立操纵，简化了下旋翼自动倾斜器的结构，降低了下旋翼自动倾斜器的重量；同时，进行航向操纵时总距操纵进行进一步补偿操纵，能够减小直升机偏航时升力的变化，增加直升机的航向操纵功效。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种用于共轴式无人直升机的操纵系统的轴测图；图2为本专利技术一种用于共轴式无人直升机的操纵系统的主视图；图3为本专利技术一种用于共轴式无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于共轴式无人直升机的操纵系统，该操纵系统安装于直升机的上旋翼轴、下旋翼轴以及机身上，其特征在于，所述操纵系统包括上旋翼操纵系统、下旋翼操纵系统、上下旋翼自动倾斜器连杆、航向操纵系统，其中，上旋翼操纵系统包括上旋翼自动倾斜器、上旋翼自动倾斜器内环扭力臂、上旋翼自动倾斜器外环扭力臂；上旋翼自动倾斜器包括上旋翼自动倾斜器内环和上旋翼自动倾斜器外环，上旋翼自动倾斜器内环和上旋翼自动倾斜器外环通过轴承连接；上旋翼自动倾斜器内环扭力臂一端与上旋翼自动倾斜器内环连接，另一端固定于上旋翼轴；上旋翼自动倾斜器外环扭力臂一端与上旋翼自动倾斜器外环连接，另一端固定于下旋翼轴；下旋翼操纵系统包括下旋翼自动倾斜器、下旋翼自动倾斜器内环扭力臂、下旋翼自动倾斜器外环扭力臂以及总距纵横向舵机操纵系统；下旋翼自动倾斜器包括下旋翼自动倾斜器内环和下旋翼自动倾斜器外环，下旋翼自动倾斜器内环和下旋翼自动倾斜器外环通过轴承连接；下旋翼自动倾斜器内环扭力臂一端与下旋翼自动倾斜器内环连接，另一端固定于下旋翼轴；下旋翼自动倾斜器外环扭力臂一端与下旋翼自动倾斜器外环连接，另一端固定于机身；总距纵横向舵机操纵系统包括综合电动舵机、舵机操纵拉杆、舵机安装支座，综合电动舵机安装于舵机安装支座，舵机安装支座固定于机身，舵机操纵拉杆由综合电动舵机驱动，并与下旋翼自动倾斜器外环扭力臂连接；上下旋翼自动倾斜器连杆将上旋翼自动倾斜器外环和下旋翼自动倾斜器内环连接，使上旋翼自动倾斜器和下旋翼自动倾斜器共同产生一致的总距、纵向和横向运动；航向操纵系统包括航向操纵滑环系统、航向变距摇臂、航向舵机操纵系统、航向撑杆，其中，航向操纵滑环系统包括：航向操纵滑环、航向滑环外圈扭力臂；航向操纵滑环包括航向操纵滑环内圈和航向操纵滑环外圈；下旋翼轴上设有轴套，航向操纵滑环内圈套在轴套外侧，底部固定在航向撑杆上；航向操纵滑环外圈与航向变距摇臂相连，航向操纵滑环外圈和航向操纵滑环内圈之间通过轴承连接；航向操纵滑环外圈扭力臂与下旋翼轴固定连接；下旋翼操纵系统还包括下旋翼自动倾斜器变距拉杆和下旋翼变距拉杆，航向变距摇臂两端分别与航向操纵滑环外圈、下旋翼自动倾斜器变距拉杆相连，中间位置与下旋翼变距拉杆连接；航向舵机操纵系统包括:航向滑套、航向舵机操纵摇臂、航向舵机操纵摇臂支座、航向舵机拉杆和航向舵机；航向滑套套在轴套外侧，通过固定于轴套外侧的导向平键限制航向滑套的周向转动，航向滑套上端与航向撑杆固连，通过航向撑杆使航向滑套与航向操纵滑环系统同时上下滑动；航向舵机操纵摇臂以航向舵机操纵摇臂支座为支点，两端分别与航向滑套、航向舵机拉杆相连；航向舵机操纵摇臂支座上端与航向舵机操纵摇臂相连，下端与轴套相连；航向舵机通过航向舵机拉杆操纵航向滑套和航向操纵滑环系统做上下滑动。航向撑杆上端与航向操纵滑环内圈固连，下端与航向滑套固连。...

【技术特征摘要】
1.一种用于共轴式无人直升机的操纵系统，该操纵系统安装于直升机的上旋翼轴、下旋翼轴以及机身上，其特征在于，所述操纵系统包括上旋翼操纵系统、下旋翼操纵系统、上下旋翼自动倾斜器连杆、航向操纵系统，其中，上旋翼操纵系统包括上旋翼自动倾斜器、上旋翼自动倾斜器内环扭力臂、上旋翼自动倾斜器外环扭力臂；上旋翼自动倾斜器包括上旋翼自动倾斜器内环和上旋翼自动倾斜器外环，上旋翼自动倾斜器内环和上旋翼自动倾斜器外环通过轴承连接；上旋翼自动倾斜器内环扭力臂一端与上旋翼自动倾斜器内环连接，另一端固定于上旋翼轴；上旋翼自动倾斜器外环扭力臂一端与上旋翼自动倾斜器外环连接，另一端固定于下旋翼轴；下旋翼操纵系统包括下旋翼自动倾斜器、下旋翼自动倾斜器内环扭力臂、下旋翼自动倾斜器外环扭力臂以及总距纵横向舵机操纵系统；下旋翼自动倾斜器包括下旋翼自动倾斜器内环和下旋翼自动倾斜器外环，下旋翼自动倾斜器内环和下旋翼自动倾斜器外环通过轴承连接；下旋翼自动倾斜器内环扭力臂一端与下旋翼自动倾斜器内环连接，另一端固定于下旋翼轴；下旋翼自动倾斜器外环扭力臂一端与下旋翼自动倾斜器外环连接，另一端固定于机身；总距纵横向舵机操纵系统包括综合电动舵机、舵机操纵拉杆、舵机安装支座，综合电动舵机安装于舵机安装支座，舵机安装支座固定于机身，舵机操纵拉杆由综合电动舵机驱动，并与下旋翼自动倾斜器外环扭力臂连接；上下旋翼自动倾斜器连杆将上旋翼自动倾斜器外环和下旋翼自动倾斜器内环连接，使上旋翼自动倾斜器和下旋翼自动倾斜器共同产生一致的总距、纵向和横向运动；航向操纵系统包括航向操纵滑环系统、航向变距摇臂、航向舵机操纵系统、航向撑杆，其中，航向操纵滑环系统包括：航向操纵滑环、航向滑环外圈扭力臂；航向操纵滑环包括航向操纵滑环内圈和航向操纵滑环外圈；下旋翼轴上设有轴套，航向操纵滑环内圈套在轴套外侧，底部固定在航向撑杆上；航向操纵滑环外圈与航向变距摇臂相连，航向操纵滑环外圈和航向操纵滑环内圈之间通过轴承连接；航向操纵滑环外圈扭力臂与下旋翼轴固定连接；下旋翼操纵系统还包括下旋翼自动倾斜器变距拉杆和下旋翼变距拉杆，航向变距摇臂两端分别与航向操纵滑环外圈、下旋翼自动倾斜器变距拉杆相连，中间位置与下旋翼变距拉杆连接；航向舵机操纵系统包...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈铭，聂资，王放，徐安安，张少群，
申请(专利权)人：北京海空行科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11