一种共轴式复合自转无人直升机制造技术

本发明专利技术公开了一种共轴式复合自转无人直升机，包括无尾电动共轴式无人直升机、活塞式发动机、后推螺旋桨，其中，所述无尾电动共轴式无人直升机包括：传动系统、机身、旋翼、操纵系统、电源；所述活塞式发动机安装于所述机身后部，所述活塞式发动机上的油门通过油门舵机进行控制；所述后推螺旋桨安装在所述活塞式发动机输出轴的外端。本发明专利技术克服了现有固定翼垂直起降飞行器悬停效率低、功率载荷小、两种升力系统及操纵系统并存的问题，利用了电动驱动旋翼的振动小、易于精准控制的优点以及活塞式发动机加螺旋桨推进的油耗小航时长、速度高的优势，可提高悬停效率、重量效率、简化操纵机构、简化飞控系统。

A Coaxial Composite Self-Rotating Unmanned Helicopter

【技术实现步骤摘要】
一种共轴式复合自转无人直升机
本专利技术涉及航空器设计
，更具体的说，涉及一种共轴式复合自转无人直升机。
技术介绍
直升机具有垂直起降、空中悬停、低空低速的飞行功能，但其前飞下的气动效率远小于固定翼飞机。因此，提高直升机的速度及航时、航程成为航空飞行器的重要发展趋势。目前，已在应用的高速垂直起降飞行器有，以美国V-22“鱼鹰”为代表的倾转旋翼机，及在无人机上大量采用的固定翼加多旋翼形式(简称“固定翼垂起”)两种方式。上述两种形式总的来说都属于直升机与固定翼的复合形式，这种复合式飞行器在起飞状态以倾转旋翼或多旋翼为升力系统，通过倾转和开动推力装置进入前飞状态。这种倾转旋翼和多旋翼的特征接近螺旋桨，其悬停效率偏低。因此，这种飞行器是以牺牲直升机的悬停效率及重量效率为代价的，是以固定翼为主要工作状态的。国内大量出现的固定翼垂起，是以电动多旋翼作为垂直起降、悬停的升力系统，在前飞时停转多旋翼，启动后推螺旋桨，完全以固定翼形式飞行。因此，表现为重量效率偏低、垂直起降及悬停时间很短，且此阶段的抗风能力较差，其操纵系统需要多旋翼和固定翼两副操纵系统，包括机械部分和飞控导航部分。上述这种飞行器的优点是在前飞下以固定翼方式飞行，从而达到高速及航时长的目的。其不足之处在于，悬停效率较低；重量效率较低；具有两套操纵机构：直升机操纵机构及飞控、固定翼操纵机构及飞控。因此，如何在现有飞行器的结构上进行改进以克服上述技术缺陷，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共轴式复合自转无人直升机。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种共轴式复合自转无人直升机，包括无尾电动共轴式无人直升机、活塞式发动机、后推螺旋桨，其中，所述无尾电动共轴式无人直升机包括：传动系统，所述传动系统包括外轴、内轴、盒体、外轴电机、内轴电机、外轴皮带传动装置、内轴皮带传动装置，所述外轴为中空轴，所述内轴同轴套设于所述外轴内，所述外轴固定于所述盒体内的中部，所述外轴电机和内轴电机固定于所述盒体内的两端，所述外轴电机与所述外轴之间连接所述外轴皮带传动装置，所述内轴电机与所述内轴之间连接所述内轴皮带传动装置；机身，所述机身相对于所述外轴和内轴前后、左右对称且所述机身上不设尾翼和尾桨，所述机身内侧板及内侧板间的支撑件固定支撑所述盒体；旋翼，所述外轴和内轴上分别固定一所述旋翼，所述旋翼包括上旋翼和下旋翼；操纵系统，所述操纵系统为上下旋翼总距分控系统，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，所述上旋翼操纵系统包括上旋翼伺服舵机、上旋翼拉杆组件、上旋翼自动倾斜器，所述上旋翼伺服舵机通过所述上旋翼拉杆组件操纵所述上旋翼自动倾斜器运动，该运动又通过所述上旋翼拉杆组件传递给所述上旋翼产生所述上旋翼的变距运动；所述下旋翼操纵系统包括下旋翼伺服舵机、下旋翼拉杆组件、下旋翼自动倾斜器，所述下旋翼伺服舵机通过所述下旋翼拉杆组件操纵所述下旋翼自动倾斜器运动，该运动又通过所述下旋翼拉杆组件传递给所述下旋翼产生所述下旋翼的变距运动；电源，所述电源用于为所述外轴电机和内轴电机提供工作电压；所述活塞式发动机安装于所述机身后部，所述活塞式发动机上的油门通过油门舵机进行控制；所述后推螺旋桨安装在所述活塞式发动机输出轴的外端。通过采用上述技术方案，本专利技术在无尾电动共轴式无人直升机后部增加后推螺旋桨，使该飞行器在飞行中有两种工作状态：在垂直起飞、悬停、下降的飞行状态时，采用电机驱动的直升机模式；在小速度前飞时采用以油动螺旋桨推进为主，电机驱动为辅的模式，在达到最小需用功率速度及高速飞行状态下，完全采用油动螺旋桨推进模式，共轴双旋翼处于自转状态，此时电机不工作。而且本专利技术一种共轴式复合自转无人直升机采用一套旋翼操纵系统及一个活塞式发动机油门舵机控制。通过上述控制系统达到全过程飞行控制。本专利技术克服了现有固定翼垂直起降飞行器悬停效率低、功率载荷小、两种升力系统及操纵系统并存的问题，利用了电动驱动旋翼的振动小、易于精准控制的优点以及活塞式发动机加螺旋桨推进的油耗小航时长、速度高的优势，可提高悬停效率、重量效率、简化操纵机构、简化飞控系统。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，所述外轴皮带传动装置和所述内轴皮带传动装置均为二级皮带传动装置。有益效果：电机将动力输送至共轴式无人直升机的旋翼，需要通过具有较大减速比的外轴皮带传动装置和内轴皮带传动装置，一级减速不能满足减速要求，为了保证结构紧凑，减小建构重量，本专利技术中的外轴皮带传动装置和内轴皮带传动装置均为二级皮带减速的布局形式。外轴皮带传动装置和内轴皮带传动装置中的两级皮带传动结构均采用往复结构设计，能够充分地利用有限空间，使得电动共轴式无人直升机传动系统结构极为紧凑，减小了结构重量。优选的，所述后推螺旋桨通过法兰盘与所述活塞式发动机输出轴连接。优选的，所述上旋翼和下旋翼的变距运动分别独立控制，通过上下旋翼操纵控制的配合，形成共轴式无人直升机纵向、横向、总距和航向的四个控制。优选的，所述上旋翼和下旋翼分别通过所述上旋翼伺服舵机和下旋翼伺服舵机进行纵向、横向、总距操纵，其航向操纵通过上下旋翼总距差动实现。优选的，所述活塞式发动机的功率应与共轴式复合自转无人直升机的重量及速度匹配。优选的，所述后推螺旋桨的大小尺寸应与所述活塞式发动机的功率及转速匹配。优选的，所述后推螺旋桨中心轴线与所述外轴和内轴的轴向方向相垂直，所述后推螺旋桨中心轴线(推力线)通过直升机机体重心，从而使后推螺旋桨产生的推力对机体只起到推进作用，不产生绕机体重心的纵向或横向的滚转力矩。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供了一种共轴式复合自转无人直升机，在起飞悬停时，采用无尾电动共轴式无人直升机形式；进入前飞后，启动油动的活塞式发动机及后推螺旋桨，克服前飞阻力，使飞行器产生相对速度，而直升机上的旋翼始终作为升力部件，驱动旋翼旋转的动力一部分来自于电机驱动(直升机状态)，一部分来自后推螺旋桨产生速度后的前飞气流驱动(风车状态)。随速度增加，该旋翼可完全转换为共轴自转形式，成为自转旋翼机状态，大大减小了电机驱动的功率。而且本专利技术一种共轴式复合自转无人直升机采用一套旋翼操纵系统及一个活塞式发动机油门舵机控制，通过上述控制系统即可达到全过程飞行控制。因此，本专利技术具有提高悬停效率、重量效率、简化操纵机构、简化飞控系统的有益效果。本专利技术解决了现有垂直起降固定翼及倾转旋翼机的悬停效率低，重量效率低的问题，在直升机状态下，采用电机驱动，克服了油机驱动导致的振动大，不易维护、发动机工作环境恶劣的问题。在前飞状态下，采用油动活塞发动机加后推螺旋桨作为前飞动力，在自转和半自转状态下巡航飞行，此时的活塞发动机处于良好的工作环境，机体处于振动小的工作环境，利用油机的特点，提高了飞行器的速度、航时、航程。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为本专利技术一种共轴式复合自转无人直升机的轴测图；图2为本专利技术一种共轴式复合自转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共轴式复合自转无人直升机，其特征在于：包括无尾电动共轴式无人直升机、活塞式发动机、后推螺旋桨，其中，所述无尾电动共轴式无人直升机包括：传动系统，所述传动系统包括外轴、内轴、盒体、外轴电机、内轴电机、外轴皮带传动装置、内轴皮带传动装置，所述外轴为中空轴，所述内轴同轴套设于所述外轴内，所述外轴固定于所述盒体内的中部，所述外轴电机和内轴电机固定于所述盒体内的两端，所述外轴电机与所述外轴之间连接所述外轴皮带传动装置，所述内轴电机与所述内轴之间连接所述内轴皮带传动装置；机身，所述机身相对于所述外轴和内轴前后、左右对称且所述机身上不设尾翼和尾桨，所述机身内侧板及内侧板间的支撑件固定支撑所述盒体；旋翼，所述外轴和内轴上分别固定一所述旋翼，所述旋翼包括上旋翼和下旋翼；操纵系统，所述操纵系统为上下旋翼总距分控系统，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，所述上旋翼操纵系统包括上旋翼伺服舵机、上旋翼拉杆组件、上旋翼自动倾斜器，所述上旋翼伺服舵机通过所述上旋翼拉杆组件操纵所述上旋翼自动倾斜器运动，该运动又通过所述上旋翼拉杆组件传递给所述上旋翼产生所述上旋翼的变距运动；所述下旋翼操纵系统包括下旋翼伺服舵机、下旋翼拉杆组件、下旋翼自动倾斜器，所述下旋翼伺服舵机通过所述下旋翼拉杆组件操纵所述下旋翼自动倾斜器运动，该运动又通过所述下旋翼拉杆组件传递给所述下旋翼产生所述下旋翼的变距运动；电源，所述电源用于为所述外轴电机和内轴电机提供工作电压；所述活塞式发动机安装于所述机身后部，所述活塞式发动机上的油门通过油门舵机进行控制；所述后推螺旋桨安装在所述活塞式发动机输出轴的外端。...

【技术特征摘要】
1.一种共轴式复合自转无人直升机，其特征在于：包括无尾电动共轴式无人直升机、活塞式发动机、后推螺旋桨，其中，所述无尾电动共轴式无人直升机包括：传动系统，所述传动系统包括外轴、内轴、盒体、外轴电机、内轴电机、外轴皮带传动装置、内轴皮带传动装置，所述外轴为中空轴，所述内轴同轴套设于所述外轴内，所述外轴固定于所述盒体内的中部，所述外轴电机和内轴电机固定于所述盒体内的两端，所述外轴电机与所述外轴之间连接所述外轴皮带传动装置，所述内轴电机与所述内轴之间连接所述内轴皮带传动装置；机身，所述机身相对于所述外轴和内轴前后、左右对称且所述机身上不设尾翼和尾桨，所述机身内侧板及内侧板间的支撑件固定支撑所述盒体；旋翼，所述外轴和内轴上分别固定一所述旋翼，所述旋翼包括上旋翼和下旋翼；操纵系统，所述操纵系统为上下旋翼总距分控系统，包括上旋翼操纵系统和下旋翼操纵系统，所述上旋翼操纵系统包括上旋翼伺服舵机、上旋翼拉杆组件、上旋翼自动倾斜器，所述上旋翼伺服舵机通过所述上旋翼拉杆组件操纵所述上旋翼自动倾斜器运动，该运动又通过所述上旋翼拉杆组件传递给所述上旋翼产生所述上旋翼的变距运动；所述下旋翼操纵系统包括下旋翼伺服舵机、下旋翼拉杆组件、下旋翼自动倾斜器，所述下旋翼伺服舵机通过所述下旋翼拉杆组件操纵所述下旋翼自动倾斜器运动，该运动又通过所述下旋翼拉杆组件传递给所述下旋翼产生所述下旋翼的变距运动；电源，所述电源用于为所述外轴电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈铭，
申请(专利权)人：陈铭，
类型：发明
国别省市：北京,11