CN103935510A - 一种倾转四旋翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
一种倾转四旋翼飞行器，包括机身，所述机身上设置有前机翼和后机翼，前机翼的两端、后机翼的两端各设置一组旋翼系统，前机翼和后机翼内部均设置有穿过机身并用于带动旋翼系统进行倾转运动的蜗轮轴；其中每组旋翼系统包括直流无刷电机和螺旋桨，直流无刷电机设置在蜗轮轴的端部，直流无刷电机上设置螺旋桨。相比于传统的倾转双旋翼飞行器，本发明的安全性和可靠性更高；且四旋翼具有更大的升力，从有效载荷、飞行半径以及飞行稳定性上来说，都有了很大的提高。本发明可以实现三种飞行模式，即直升机模式、过渡模式和水平推进模式，具有结构简单、强度高，功能实现可靠等特点。
Description
技术领域
本发明属于无人航空技术领域，具体涉及一种倾转四旋翼飞行器。
背景技术
改革开放以来我国航空工业得到了长足的发展，已经跻身于世界前列，但是在某些重大领域还有待进一步发展，最典型的就是先进的无人机技术。美国政府在大幅削减防务开支的情况下，对无人机装备和研发的费用却不降反增，其他如以色列、俄罗斯、英国、法国和南非等近30个国家也纷纷制订无人机发展线路图，推动无人机的发展，先进的无人飞行器极其重要的战略地位可见一斑，但目前对先进的无人飞行器的研究还不足。尽管目前已经开始盛行四旋翼无人飞行器的研究，而对于像美国“鱼鹰”直升机那样既具有直升机实现垂直起降功能，又具有固定翼飞机水平高速巡航功能的飞行器却还没进展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种倾转四旋翼飞行器，该飞行器设计简单、结构强度高，可以通过简单的机械传动来实现旋翼的倾转功能。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：包括机身，所述机身上设置有前机翼和后机翼，前机翼的两端、后机翼的两端各设置有一组旋翼系统，前机翼和后机翼内部均设置有穿过机身并用于带动旋翼系统进行倾转运动的蜗轮轴；其中每组旋翼系统包括直流无刷电机和螺旋桨，直流无刷电机设置在蜗轮轴的端部，直流无刷电机上设置螺旋桨。
所述机身上还设置有步进电机、蜗杆轴、蜗轮和蜗杆，步进电机的输出端连接到蜗杆轴的端部，蜗轮固联在蜗轮轴上，蜗杆固联在蜗杆轴上，蜗轮与蜗杆相啮合。
所述机身上还设置有蜗轮轴安装轴承座，蜗轮轴上安装有轴承，轴承通过蜗轮轴安装轴承座安装于机身上。
所述机身上还设置有蜗杆轴安装轴承座，蜗杆轴上安装有轴承，轴承通过蜗杆轴安装轴承座安装于机身上。
所述步进电机的输出端与蜗杆轴的一端通过轴联器相连接。
所述前机翼与机身、后机翼与机身均通过设置在机身上的机翼加强杆相连接。
每组旋翼系统还包括设置在蜗轮轴端部的电机安装座，直流无刷电机安装在电机安装座上。
所述前机翼的水平位置低于后机翼的水平位置。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过采用两副机翼，每副机翼的端部设置旋翼系统，具有很好的对称性，其安全性和可靠性更高；且四旋翼具有更大的升力，从有效载荷、飞行半径以及飞行稳定性上来说，都有了很大的提高。因此本发明特别适合于大批量装备运输、战斗搜寻和救援、后勤医疗、反潜等任务。本发明可以实现三种飞行模式，即直升机模式、过渡模式和水平推进模式，具有结构简单、强度高，功能实现可靠等特点。
本发明是在传统的四旋翼飞行器的基础上增加了旋翼可倾转的功能，从而既可以实现传统四旋翼飞行器的垂直起降功能，又可以将旋翼倾转到水平位置即水平推进模式下来实现飞行器的高速巡航功能。
进一步的，通过采用蜗轮蜗杆传动来实现飞行器旋翼的倾转动作，旋翼可倾转功能主要是由两个步进电机提供动力，通过两组蜗轮蜗杆传动来实现的，这样既保证了旋翼在倾转过程中保持平稳且具有自锁功能，避免了旋翼受到外力作用产生回旋的误动作，又保证了每组蜗轮轴上一对旋翼倾转动作的一致性。
飞行器旋翼系统倾转采用步进电机进行动力输出，由于步进电机可以精确的控制步距大小，这样就可以保证旋翼系统倾转角度的精确性，而不需要采用象编码器、旋转变压器等测试工具，简化了飞行器的复杂程度。一定程度上克服了左右两个旋翼独自倾转时倾转角度误差过大而引起的升力分配不均，导致飞行器失稳甚至发生重大事故。
本发明中各部件之间的合理装配使得各个部件之间的连接强度很高，并采用相应的轴承座，解决了蜗轮、蜗杆在机身中的定位安装问题。
附图说明
图1是本发明的倾转四旋翼飞行器结构示意图。
其中，1-前机翼；2-蜗轮轴；3-蜗轮轴安装轴承座；4-蜗杆轴安装轴承座；5-蜗杆轴；6-电机安装座；7-机身；8-蜗杆；9-蜗轮；10-联轴器；11-步进电机；12-轴承；13-后机翼；14-螺旋桨；15-机翼加强杆；16-直流无刷电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参见图1，本发明包括机身7，所述机身7上设置有两副机翼，具体为前机翼1和后机翼13，前机翼1的两端、后机翼的两端各设置一组旋翼系统，共四组旋翼系统，前机翼1和后机翼13内部均设置有用于带动旋翼系统进行倾转运动的蜗轮轴2，蜗轮轴2穿过机身1，蜗轮轴2安装在前机翼1和后机翼13内部，起到一定的支撑作用；其中每组旋翼系统包括直流无刷电机16、螺旋桨14和电机安装座6，电机安装座6设置在蜗轮轴2的端部，电机安装座6上安装直流无刷电机16，直流无刷电机16上设置螺旋桨14，直流无刷电机16带动螺旋桨14旋转产生飞行器飞行的升力。前机翼1与机身7、后机翼13与机身7均通过设置在机身7上的机翼加强杆15相连接，机翼加强杆15能够增强稳固性。
所述机身7上还设置有蜗轮轴安装轴承座3，蜗轮轴2上安装有轴承12，轴承12通过蜗轮轴安装轴承座3安装于机身7上。每组旋翼系统均通过电机安装座6与蜗轮轴2相连。
所述机身7上还设置有步进电机11、蜗杆轴5、蜗轮9和蜗杆8，步进电机11的输出端连接到蜗杆轴5的一端，蜗轮9固联在蜗轮轴2上，蜗杆8固联在蜗杆轴5上，蜗轮9与蜗杆8相啮合。步进电机11为蜗杆8的运动提供动力，蜗杆8通过与蜗轮9的啮合传动作用使得蜗轮轴2同时带动机身7两侧的旋翼系统进行倾转运动。机身7上还设置有蜗杆轴安装轴承座4，蜗杆轴5上安装有轴承12，轴承12通过蜗杆轴安装轴承座4安装于机身7上。
通过前机翼1和后机翼13内部的蜗轮轴2的同时倾转就实现了倾转四旋翼飞行器飞行模式的转换。如图1所示，为了避免飞行器在水平推进模式下，前后旋翼之间产生气动干扰，所以前机翼1的水平位置低于后机翼13的水平位置，即前机翼1和后机翼13采用上下错位的方式进行设置。
本发明由前后两副机翼组成，两组蜗轮轴作为旋翼倾转轴，其穿过机翼内部，四组旋翼系统通过电机安装座分别安装在两组蜗轮轴的端部。本发明的旋翼可倾转功能主要是由两个步进电机提供动力，通过两组蜗轮蜗杆传动来实现的，这样既保证了旋翼在倾转过程中保持平稳且具有自锁功能，避免了旋翼受到外力作用产生回旋的误动作，又保证了每组蜗轮轴上一对旋翼倾转动作的一致性。
本发明的工作过程为：在直升机模式下只需要打开四个旋翼系统，即开启无刷电机带动螺旋桨转动产生升力，飞行器就可以运动了；当倾转四旋翼飞行器进入过渡模式下，开启步进电机11，步进电机11带动蜗杆轴5进行旋转，蜗杆轴5带动蜗杆8和蜗轮9进行啮合运动，蜗轮9带动蜗轮轴2进行旋转，每个蜗轮轴2带动设置于蜗轮轴两端的旋翼系统进行旋转，实现飞行器的可倾转运动；当飞行器进入水平推进模式时，旋翼倾转到水平位置，步进电机关闭，此时只需要四个旋翼系统工作即可。
本发明采用步进电机为旋翼系统的倾转提供动力，由于步进电机可以精确的控制步距大小，这样就可以保证旋翼倾转角度的精确性，而不需要采用象编码器、旋转变压器等测试工具，简化了飞行器的复杂程度。一定程度上克服了左右两个旋翼独自倾转时倾转角度误差过大而引起的升力分配不均，导致飞行器失稳甚至发生重大事故。
作为旋翼倾转轴的蜗轮轴以及传动用的蜗杆轴上均安装有轴承，使得旋翼倾转过程流畅、平稳，轴承通过与相应的轴承座进行配合安装，既满足飞行器对蜗轮蜗杆的位置设计要求，同时解决了蜗轮轴和蜗杆轴在机身上的安装问题。
本发明的倾转四旋翼飞行器可以实现三种飞行模式，即直升机模式、过渡模式和水平推进模式，具有结构简单、强度高，功能实现可靠等特点。
Claims (8)
1.一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，包括机身（7），所述机身（7）上设置有前机翼（1）和后机翼（13），前机翼（1）的两端、后机翼的两端各设置有一组旋翼系统，前机翼（1）和后机翼（13）内部均设置有穿过机身（1）并用于带动旋翼系统进行倾转运动的蜗轮轴（2）；其中每组旋翼系统包括直流无刷电机（16）和螺旋桨（14），直流无刷电机（16）设置在蜗轮轴（2）的端部，直流无刷电机（16）上设置螺旋桨（14）。
2.根据权利要求1所述的一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，所述机身（7）上还设置有步进电机（11）、蜗杆轴（5）、蜗轮（9）和蜗杆（8），步进电机（11）的输出端连接到蜗杆轴（5）的端部，蜗轮（9）固联在蜗轮轴（2）上，蜗杆（8）固联在蜗杆轴（5）上，蜗轮（9）与蜗杆（8）相啮合。
3.根据权利要求1或2所述的一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，所述机身（7）上还设置有蜗轮轴安装轴承座（3），蜗轮轴（2）上安装有轴承（12），轴承（12）通过蜗轮轴安装轴承座（3）安装于机身（7）上。
4.根据权利要求1或2所述的一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，所述机身（7）上还设置有蜗杆轴安装轴承座（4），蜗杆轴（5）上安装有轴承（12），轴承（12）通过蜗杆轴安装轴承座（4）安装于机身（7）上。
5.根据权利要求2所述的一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，所述步进电机（11）的输出端与蜗杆轴（2）的一端通过轴联器（10）相连接。
6.根据权利要求1所述的一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，所述前机翼（1）与机身（7）、后机翼（13）与机身（7）均通过设置在机身（7）上的机翼加强杆（15）相连接。
7.根据权利要求6所述的一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，每组旋翼系统还包括设置在蜗轮轴（2）端部的电机安装座（6），直流无刷电机（16）安装在电机安装座（6）上。
8.根据权利要求5-7中任意一项所述的一种倾转四旋翼飞行器，其特征在于，所述前机翼（1）的水平位置低于后机翼（13）的水平位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140723 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |