一種傾轉四旋翼飛行器的製造方法

2023-04-27 13:53:21 2

一種傾轉四旋翼飛行器的製造方法
【專利摘要】一種傾轉四旋翼飛行器，包括機身，所述機身上設置有前機翼和後機翼，前機翼的兩端、後機翼的兩端各設置一組旋翼系統，前機翼和後機翼內部均設置有穿過機身並用於帶動旋翼系統進行傾轉運動的蝸輪軸；其中每組旋翼系統包括直流無刷電機和螺旋槳，直流無刷電機設置在蝸輪軸的端部，直流無刷電機上設置螺旋槳。相比於傳統的傾轉雙旋翼飛行器，本發明的安全性和可靠性更高；且四旋翼具有更大的升力，從有效載荷、飛行半徑以及飛行穩定性上來說，都有了很大的提高。本發明可以實現三種飛行模式，即直升機模式、過渡模式和水平推進模式，具有結構簡單、強度高，功能實現可靠等特點。
【專利說明】—種傾轉四旋翼飛行器【技術領域】
[0001]本發明屬於無人航空【技術領域】，具體涉及一種傾轉四旋翼飛行器。
【背景技術】
[0002]改革開放以來我國航空工業得到了長足的發展，已經躋身於世界前列，但是在某些重大領域還有待進一步發展，最典型的就是先進的無人機技術。美國政府在大幅削減防務開支的情況下，對無人機裝備和研發的費用卻不降反增，其他如以色列、俄羅斯、英國、法國和南非等近30個國家也紛紛制訂無人機發展線路圖，推動無人機的發展，先進的無人飛行器極其重要的戰略地位可見一斑，但目前對先進的無人飛行器的研究還不足。儘管目前已經開始盛行四旋翼無人飛行器的研究，而對於像美國「魚鷹」直升機那樣既具有直升機實現垂直起降功能，又具有固定翼飛機水平高速巡航功能的飛行器卻還沒進展。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在於提供一種傾轉四旋翼飛行器，該飛行器設計簡單、結構強度高，可以通過簡單的機械傳動來實現旋翼的傾轉功能。
[0004]為了實現上述目的，本發明採用如下的技術方案予以實現:包括機身，所述機身上設置有前機翼和後機翼 ，前機翼的兩端、後機翼的兩端各設置有一組旋翼系統，前機翼和後機翼內部均設置有穿過機身並用於帶動旋翼系統進行傾轉運動的蝸輪軸；其中每組旋翼系統包括直流無刷電機和螺旋槳，直流無刷電機設置在蝸輪軸的端部，直流無刷電機上設置螺旋槳。
[0005]所述機身上還設置有步進電機、蝸杆軸、蝸輪和蝸杆，步進電機的輸出端連接到蝸杆軸的端部，蝸輪固聯在蝸輪軸上，蝸杆固聯在蝸杆軸上，蝸輪與蝸杆相哨合。
[0006]所述機身上還設置有蝸輪軸安裝軸承座，蝸輪軸上安裝有軸承，軸承通過蝸輪軸安裝軸承座安裝於機身上。
[0007]所述機身上還設置有蝸杆軸安裝軸承座，蝸杆軸上安裝有軸承，軸承通過蝸杆軸安裝軸承座安裝於機身上。
[0008]所述步進電機的輸出端與蝸杆軸的一端通過軸聯器相連接。
[0009]所述前機翼與機身、後機翼與機身均通過設置在機身上的機翼加強杆相連接。
[0010]每組旋翼系統還包括設置在蝸輪軸端部的電機安裝座，直流無刷電機安裝在電機安裝座上。
[0011]所述前機翼的水平位置低於後機翼的水平位置。
[0012]與現有技術相比，本發明具有的有益效果:本發明通過採用兩副機翼，每副機翼的端部設置旋翼系統，具有很好的對稱性，其安全性和可靠性更高；且四旋翼具有更大的升力，從有效載荷、飛行半徑以及飛行穩定性上來說，都有了很大的提高。因此本發明特別適合於大批量裝備運輸、戰鬥搜尋和救援、後勤醫療、反潛等任務。本發明可以實現三種飛行模式，即直升機模式、過渡模式和水平推進模式，具有結構簡單、強度高，功能實現可靠等特點。
[0013]本發明是在傳統的四旋翼飛行器的基礎上增加了旋翼可傾轉的功能，從而既可以實現傳統四旋翼飛行器的垂直起降功能，又可以將旋翼傾轉到水平位置即水平推進模式下來實現飛行器的高速巡航功能。
[0014]進一步的，通過採用蝸輪蝸杆傳動來實現飛行器旋翼的傾轉動作，旋翼可傾轉功能主要是由兩個步進電機提供動力，通過兩組蝸輪蝸杆傳動來實現的，這樣既保證了旋翼在傾轉過程中保持平穩且具有自鎖功能，避免了旋翼受到外力作用產生迴旋的誤動作，又保證了每組蝸輪軸上一對旋翼傾轉動作的一致性。
[0015]飛行器旋翼系統傾轉採用步進電機進行動力輸出，由於步進電機可以精確的控制步距大小，這樣就可以保證旋翼系統傾轉角度的精確性，而不需要採用象編碼器、旋轉變壓器等測試工具，簡化了飛行器的複雜程度。一定程度上克服了左右兩個旋翼獨自傾轉時傾轉角度誤差過大而引起的升力分配不均，導致飛行器失穩甚至發生重大事故。
[0016]本發明中各部件之間的合理裝配使得各個部件之間的連接強度很高，並採用相應的軸承座，解決了蝸輪、蝸杆在機身中的定位安裝問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明的傾轉四旋翼飛行器結構示意圖。
[0018]其中，1-前機翼；2_蝸輪軸；3_蝸輪軸安裝軸承座；4_蝸杆軸安裝軸承座；5-蝸杆軸；6_電機安裝座；7-機身；8-蝸杆；9_蝸輪；10_聯軸器；11-步進電機；12_軸承；13_後機翼；14-螺旋槳；15-機翼加強杆；16_直流無刷電機。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0020]參見圖1，本發明包括機身7，所述機身7上設置有兩副機翼，具體為前機翼I和後機翼13,如機翼I的兩端、後機翼的兩端各設直一組旋翼系統，共四組旋翼系統，如機翼I和後機翼13內部均設置有用於帶動旋翼系統進行傾轉運動的蝸輪軸2，蝸輪軸2穿過機身1，蝸輪軸2安裝在前機翼I和後機翼13內部，起到一定的支撐作用；其中每組旋翼系統包括直流無刷電機16、螺旋槳14和電機安裝座6，電機安裝座6設置在蝸輪軸2的端部，電機安裝座6上安裝直流無刷電機16，直流無刷電機16上設置螺旋槳14，直流無刷電機16帶動螺旋槳14旋轉產生飛行器飛行的升力。前機翼I與機身7、後機翼13與機身7均通過設置在機身7上的機翼加強杆15相連接，機翼加強杆15能夠增強穩固性。
[0021]所述機身7上還設置有蝸輪軸安裝軸承座3，蝸輪軸2上安裝有軸承12，軸承12通過蝸輪軸安裝軸承座3安裝於機身7上。每組旋翼系統均通過電機安裝座6與蝸輪軸2相連。
[0022]所述機身7上還設置有步進電機11、蝸杆軸5、蝸輪9和蝸杆8，步進電機11的輸出端連接到蝸杆軸5的一端，蝸輪9固聯在蝸輪軸2上，蝸杆8固聯在蝸杆軸5上，蝸輪9與蝸杆8相嚙合。步進電機11為蝸杆8的運動提供動力,蝸杆8通過與蝸輪9的嚙合傳動作用使得蝸輪軸2同時帶動機身7兩側的旋翼系統進行傾轉運動。機身7上還設置有蝸杆軸安裝軸承座4，蝸杆軸5上安裝有軸承12，軸承12通過蝸杆軸安裝軸承座4安裝於機身7上。
[0023]通過前機翼I和後機翼13內部的蝸輪軸2的同時傾轉就實現了傾轉四旋翼飛行器飛行模式的轉換。如圖1所示，為了避免飛行器在水平推進模式下，前後旋翼之間產生氣動幹擾，所以前機翼I的水平位置低於後機翼13的水平位置，即前機翼I和後機翼13採用上下錯位的方式進行設置。
[0024]本發明由前後兩副機翼組成，兩組蝸輪軸作為旋翼傾轉軸，其穿過機翼內部，四組旋翼系統通過電機安裝座分別安裝在兩組蝸輪軸的端部。本發明的旋翼可傾轉功能主要是由兩個步進電機提供動力，通過兩組蝸輪蝸杆傳動來實現的，這樣既保證了旋翼在傾轉過程中保持平穩且具有自鎖功能，避免了旋翼受到外力作用產生迴旋的誤動作，又保證了每組蝸輪軸上一對旋翼傾轉動作的一致性。
[0025]本發明的工作過程為:在直升機模式下只需要打開四個旋翼系統，即開啟無刷電機帶動螺旋槳轉動產生升力，飛行器就可以運動了 ；當傾轉四旋翼飛行器進入過渡模式下，開啟步進電機11，步進電機11帶動蝸杆軸5進行旋轉，蝸杆軸5帶動蝸杆8和蝸輪9進行嚙合運動，蝸輪9帶動蝸輪軸2進行旋轉，每個蝸輪軸2帶動設置於蝸輪軸兩端的旋翼系統進行旋轉，實現飛行器的可傾轉運動；當飛行器進入水平推進模式時，旋翼傾轉到水平位置，步進電機關閉，此時只需要四個旋翼系統工作即可。
[0026]本發明採用步進電機為旋翼系統的傾轉提供動力，由於步進電機可以精確的控制步距大小，這樣就可以保證旋翼傾轉角度的精確性，而不需要採用象編碼器、旋轉變壓器等測試工具，簡化了飛行器的複雜程度。一定程度上克服了左右兩個旋翼獨自傾轉時傾轉角度誤差過大而引起的升力分配不均，導致飛行器失穩甚至發生重大事故。
[0027]作為旋翼傾轉軸的蝸輪軸以及傳動用的蝸杆軸上均安裝有軸承，使得旋翼傾轉過程流暢、平穩，軸承通過與相應的軸承座進行配合安裝，既滿足飛行器對蝸輪蝸杆的位置設計要求，同時解決了蝸輪軸和蝸杆軸在機身上的安裝問題。
[0028]本發明的傾轉四旋翼飛行器可以實現三種飛行模式，即直升機模式、過渡模式和水平推進模式，具有結構簡單、強度高，功能實現可靠等特點。
【權利要求】
1.一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，包括機身(7)，所述機身(7)上設置有前機翼(I)和後機翼(13),如機翼(I)的兩端、後機翼的兩端各設直有一組旋翼系統，如機翼(I)和後機翼(13)內部均設置有穿過機身(I)並用於帶動旋翼系統進行傾轉運動的蝸輪軸(2)；其中每組旋翼系統包括直流無刷電機(16)和螺旋槳(14)，直流無刷電機(16)設置在蝸輪軸(2 )的端部，直流無刷電機(16 )上設置螺旋槳(14 )。
2.根據權利要求1所述的一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，所述機身(7)上還設置有步進電機(11)、蝸杆軸(5)、蝸輪(9)和蝸杆(8)，步進電機(11)的輸出端連接到蝸杆軸(5 )的端部，蝸輪(9 )固聯在蝸輪軸(2 )上，蝸杆(8 )固聯在蝸杆軸(5 )上，蝸輪(9 )與蝸杆(8)相嚙合。
3.根據權利要求1或2所述的一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，所述機身(7)上還設置有蝸輪軸安裝軸承座(3)，蝸輪軸(2)上安裝有軸承(12)，軸承(12)通過蝸輪軸安裝軸承座(3)安裝於機身(7)上。
4.根據權利要求1或2所述的一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，所述機身(7)上還設置有蝸杆軸安裝軸承座(4)，蝸杆軸(5)上安裝有軸承(12)，軸承(12)通過蝸杆軸安裝軸承座(4)安裝於機身(7)上。
5.根據權利要求2所述的一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，所述步進電機(11)的輸出端與蝸杆軸(2)的一端通過軸聯器(10)相連接。
6.根據權利要求1所述的一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，所述前機翼(I)與機身(7)、後機翼(13)與機身(7)均通過設置在機身(7)上的機翼加強杆(15)相連接。
7.根據權利要求6所述的一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，每組旋翼系統還包括設置在蝸輪軸(2 )端部的電機安裝座(6 )，直流無刷電機(16 )安裝在電機安裝座(6 )上。
8.根據權利要求5-7中任意一項所述的一種傾轉四旋翼飛行器，其特徵在於，所述前機翼(I)的水平位置低於後機翼(13)的水平位置。
【文檔編號】B64C27/08GK103935510SQ201410150275
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】張東升, 周進, 梅雪松, 李澤州, 田愛芬 申請人:西安交通大學