一种共轴直升机及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种共轴直升机，通过周期变距机构同时调节上旋翼和下旋翼的桨距，实现对上、下旋翼系统周期变距的一致性调节，以及上旋翼系统总距的独立调节，通过差异变距机构与周期变距机构共同作用于下旋翼系统，实现下旋翼系统的总距与上旋翼系统总距的差异化独立调节。同步旋转机构带动变距机构中的倾转盘部件跟随传动轴同步旋转。本发明专利技术实现了一种更简洁的共轴旋翼桨距的混合控制变距系统，实现共轴飞行器多种飞行动作的同步进行，并支持在旋翼变速或定速模式下的半差动、全差动等多种飞行控制方式，具有更大的应用范围。本发明专利技术还公开了一种共轴直升机的控制方法。

A coaxial helicopter and its control method

【技术实现步骤摘要】
一种共轴直升机及控制方法
本专利技术涉及直升机领域，特别涉及一种共轴直升机及控制方法。
技术介绍
与单旋翼直升机相比，共轴反转旋翼直升机具有旋翼臂展短、功率消耗低、不需安装尾桨来平衡旋翼旋转产生的反力矩、结构设计更灵活等优点。俄罗斯卡莫夫设计局设计制造的卡50共轴反转直升机是该类直升机的典型代表。现有技术中的结构相对简单的共轴直升机通常上、下旋翼无法进行单桨差异变距和同步变矩的统一，此类直升机在实现升降、滚转、俯仰、偏航和倒飞等机动时除了桨距调节之外还需要依赖旋翼的转速调节，无法通过直接改变桨距来进行机动。此类方案由于旋翼系统惯性的影响会导致飞机机动缓慢，效率较低。专利201510097444.6和201610673069.X中分别提出了两种通过四个伺服机构进行混合控制的变距方案，可实现上、下旋翼独立变距的差异性和周期变距的一致性。这两种方案通过改变桨距来进行机动，有效解决了直升机机动效率低下的问题。专利201510097444.6采用四个伺服机构下置的方案，其中三个伺服机构进行上、下旋翼桨距的一致性调节，第四个伺服机构进行上旋翼桨距的独立调节。该方案中传动轴周围布置的操纵机构较为复杂，除了控制上下旋翼桨距变化的机构之外，还设置有带动上下旋转倾转盘分别跟随上下旋翼同步旋转的两套操纵机构。除此之外，其下置的上旋翼桨距调节伺服机构与上旋翼桨距调节机构通过一根穿过传动轴内部的细长轴连接。这不仅导致加工制造成本较高，而且安装复杂，在实际飞行时会给整个操纵机构的可靠性和安全性带来较大的隐患。专利201610673069.X采用三个伺服机构下置，一个伺服机构上置的方案，其中下置伺服机构进行上、下旋翼桨距的一致性调节，上置伺服机构进行上旋翼桨距的独立调节。该方案将旋转倾转盘跟随旋翼进行同步旋转的操纵机构集成到了上、下旋翼的变距机构中，取消了穿过旋翼传动轴内部的细长轴，简化了操纵机构，在一定程度上改善了专利201510097444.6的缺陷。专利201810177755.7提出了一种新型变距方案，采用下置的三个伺服机构独立控制下旋翼桨距，上置单个伺服机构独立控制上旋翼桨距。该方案结构简单紧凑，在微型、小型直升机应用中具有较高的飞行和操纵效率。但对于中型、大型直升机而言，单个伺服机构单独控制旋翼桨距对其输出功率是个较为严峻的考验。可以看出，在现有技术中，相比通常的变距方案而言，混合变距方案的应用范围较广。在现有的混合变距方案中，下置四个伺服机构的方案存在穿过旋翼传动轴内部的细长轴，不仅会造成结构的可靠性和安全性问题，还对GPS等电子系统的布线造成障碍；而下置三个伺服机构、上置单个伺服机构的方案则需要在上旋翼的旋转轴周围额外布置上置伺服机构的安装结构，会导致结构复杂、影响GPS元件的安装等缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述问题，提供一种共轴直升机及控制方法。为达到上述目的，本专利技术采用的方法是：一种共轴直升机，包括机身、上旋翼作动器、下旋翼作动器、上旋翼传动轴、下旋翼传动轴、上旋翼系统、下旋翼系统、伺服机构、周期变距机构、差异变距机构。所述的上旋翼作动器和下旋翼作动器位于下旋翼系统下方与机身固定连接。所述的下旋翼传动轴一端与下旋翼作动器输出轴连接，另一端与下旋翼系统固定连接。所述的上旋翼传动轴的一端与上旋翼作动器输出轴连接，另一端穿过下旋翼传动轴与上旋翼系统固定连接。所述的伺服机构设置有四个，每个伺服机构均与机身固定连接。所述的周期变距机构中设置有上旋转倾转盘，上旋转倾转盘位于所述的上旋翼系统和所述的下旋翼系统中间并滑动安装在所述的上旋翼传动轴外侧。所述的差异变距机构中设置有旋转支撑轴套，旋转支撑轴套滑动安装在所述的下旋翼传动轴外侧并保持与所述的下旋翼传动轴同步转动。所述的周期变距机构中还设置有下旋转倾转盘，下旋转倾转盘位于下旋翼系统和机身中间并滑动安装在所述的差异变距机构中的旋转支撑轴套外侧。所述的四个伺服机构中的三个伺服机构通过连杆直接驱动所述的周期变距机构，同时调节所述的上旋翼系统和下旋翼系统的桨距，实现对上、下旋翼周期变距的一致性调节以及对上旋翼总距的独立调节。所述四个伺服机构中的另一个伺服机构通过连杆和杠杆驱动所述的差异变距机构，并与其余三个伺服机构所驱动的周期变距机构共同作用于下旋翼系统，实现下旋翼总距的差异化调节，从而实现了系统上、下旋翼总距的分别独立调节。作为本专利技术的优选，所述的差异变距机构包括四号伺服机构摇臂、四号伺服机构连杆、固定支撑架、转动支撑架、下杠杆支撑架、不旋转滑动盘、旋转支撑轴套、上杠杆支撑架、下旋转倾转盘拉杆、下旋翼变距拉杆。所述的四号伺服机构摇臂一端与所述的四个伺服机构中的四号伺服机构输出轴固定连接，另一端与所述的四号伺服机构连杆一端铰接。所述的四号伺服机构连杆另一端与下杠杆支撑架一端铰接。所述的固定支撑架与机身固定连接。所述的转动支撑架一端与固定支撑架铰接，另一端与所述的下杠杆支撑架中部铰接。所述的下杠杆支撑架另一端与不旋转滑动盘铰接。所述的不旋转滑动盘与旋转支撑轴套一端通过轴承铰接，并与旋转支撑轴套一起套装在下旋翼传动轴外部。所述的旋转支撑轴套另一端与上杠杆支撑架铰接。所述的上杠杆支撑架中部与下旋转倾转盘拉杆铰接，另一端与下旋翼变距拉杆铰接。所述的下旋翼变距拉杆与下旋翼系统铰接。当下旋翼系统差异变距时，所述的四号伺服机构摇臂跟随四号伺服机构输出轴转动，带动四号伺服机构连杆移动，四号伺服机构连杆拉动下杠杆支撑架进行转动，下杠杆支撑架带动不旋转滑动盘沿着下旋翼传动轴上下滑动，不旋转滑动盘带动旋转支撑轴套沿着下旋翼传动轴上下滑动，旋转支撑轴套保持与下旋翼传动轴的同步转动。上杠杆支撑架在旋转支撑轴套与下旋转倾转盘拉杆的共同作用下带动下旋翼变距拉杆移动，下旋翼变距拉杆带动下旋翼系统进行差异变距操作。作为本专利技术的优选，所述的周期变距机构包括伺服机构摇臂、伺服机构连杆、不旋转倾转盘、下旋转倾转盘、下旋转倾转盘拉杆、旋转支撑轴套、上杠杆支撑架、倾转盘过渡连接杆、过渡旋转倾转盘、上旋转倾转盘、上旋翼变距拉杆。所述的伺服机构摇臂设置有三根，每根伺服机构摇臂的一端分别与前三号伺服机构的输出轴固定连接。所述的伺服机构连杆也设置有三根，每根伺服机构连杆一端分别与三根伺服机构摇臂的另一端铰接，另一端分别与不旋转倾转盘铰接。所述的不旋转倾转盘与下旋转倾转盘通过轴承铰接。所述的下旋转倾转盘与下旋转倾转盘拉杆一端铰接。所述的下旋转倾转盘拉杆另一端与差异变距机构中的上杠杆支撑架中部铰接。所述的倾转盘过渡连接杆一端与下旋转倾转盘铰接，另一端与过渡旋转倾转盘铰接。所述的过渡旋转倾转盘与上旋转倾转盘通过轴承铰接。所述的上旋转倾转盘与上旋翼变距拉杆铰接。所述的上旋翼变距拉杆与上旋翼系统铰接。当上旋翼系统与下旋翼系统周期变距时，伺服机构摇臂在伺服机构输出轴作用下旋转，带动伺服机构连杆移动，伺服机构连杆拉动不旋转倾转盘发生倾斜转动或升降运动，不旋转倾转盘带动下旋转倾转盘发生倾斜转动或升降运动，下旋转倾转盘带动下旋转倾转盘拉杆移动，上杠杆支撑架在下旋转倾转盘拉杆与旋转支撑轴套的共同作用下带动下旋翼变距拉杆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种共轴直升机，包括机身、上旋翼作动器、下旋翼作动器、上旋翼传动轴、下旋翼传动轴、上旋翼系统、下旋翼系统、伺服机构，其特征在于：还包括周期变距机构以及差异变距机构；所述的上旋翼作动器和下旋翼作动器位于下旋翼系统下方与机身固定连接；所述的下旋翼传动轴一端与下旋翼作动器输出轴连接，另一端与下旋翼系统固定连接；所述的上旋翼传动轴的一端与上旋翼作动器输出轴连接，另一端穿过下旋翼传动轴与上旋翼系统固定连接；所述的伺服机构设置有四个，每个伺服机构均与机身固定连接；所述的周期变距机构中设置有上旋转倾转盘，上旋转倾转盘位于所述的上旋翼系统和所述的下旋翼系统中间并滑动安装在所述的上旋翼传动轴外侧；所述的差异变距机构中设置有旋转支撑轴套，旋转支撑轴套滑动安装在所述的下旋翼传动轴的外侧并保持与所述的下旋翼传动轴同步转动；所述的周期变距机构中还设置有下旋转倾转盘，下旋转倾转盘位于下旋翼系统和机身中间并滑动安装在所述的差异变距机构中的旋转支撑轴套外侧；/n所述的四个伺服机构中的三个伺服机构通过连杆直接驱动所述的周期变距机构，同时调节所述的上旋翼系统和下旋翼系统的桨距，实现对上、下旋翼周期变距的一致性调节以及对上旋翼总距的独立调节；所述四个伺服机构中的另一个伺服机构通过连杆和杠杆驱动所述的差异变距机构，并与其余三个伺服机构所驱动的周期变距机构共同作用于下旋翼系统，实现下旋翼总距的差异化调节，从而实现了系统上、下旋翼总距的分别独立调节。/n...

【技术特征摘要】
1.一种共轴直升机，包括机身、上旋翼作动器、下旋翼作动器、上旋翼传动轴、下旋翼传动轴、上旋翼系统、下旋翼系统、伺服机构，其特征在于：还包括周期变距机构以及差异变距机构；所述的上旋翼作动器和下旋翼作动器位于下旋翼系统下方与机身固定连接；所述的下旋翼传动轴一端与下旋翼作动器输出轴连接，另一端与下旋翼系统固定连接；所述的上旋翼传动轴的一端与上旋翼作动器输出轴连接，另一端穿过下旋翼传动轴与上旋翼系统固定连接；所述的伺服机构设置有四个，每个伺服机构均与机身固定连接；所述的周期变距机构中设置有上旋转倾转盘，上旋转倾转盘位于所述的上旋翼系统和所述的下旋翼系统中间并滑动安装在所述的上旋翼传动轴外侧；所述的差异变距机构中设置有旋转支撑轴套，旋转支撑轴套滑动安装在所述的下旋翼传动轴的外侧并保持与所述的下旋翼传动轴同步转动；所述的周期变距机构中还设置有下旋转倾转盘，下旋转倾转盘位于下旋翼系统和机身中间并滑动安装在所述的差异变距机构中的旋转支撑轴套外侧；
所述的四个伺服机构中的三个伺服机构通过连杆直接驱动所述的周期变距机构，同时调节所述的上旋翼系统和下旋翼系统的桨距，实现对上、下旋翼周期变距的一致性调节以及对上旋翼总距的独立调节；所述四个伺服机构中的另一个伺服机构通过连杆和杠杆驱动所述的差异变距机构，并与其余三个伺服机构所驱动的周期变距机构共同作用于下旋翼系统，实现下旋翼总距的差异化调节，从而实现了系统上、下旋翼总距的分别独立调节。


2.根据权利要求1所述的一种共轴直升机，其特征在于，所述的差异变距机构包括四号伺服机构摇臂、四号伺服机构连杆、固定支撑架、转动支撑架、下杠杆支撑架、不旋转滑动盘、旋转支撑轴套、上杠杆支撑架、下旋转倾转盘拉杆、下旋翼变距拉杆；所述的四号伺服机构摇臂一端与所述的四个伺服机构中的四号伺服机构输出轴固定连接，另一端与所述的四号伺服机构连杆一端铰接；所述的四号伺服机构连杆另一端与下杠杆支撑架一端铰接；所述的固定支撑架与机身固定连接；所述的转动支撑架一端与固定支撑架铰接，另一端与所述的下杠杆支撑架中部铰接；所述的下杠杆支撑架另一端与不旋转滑动盘铰接；所述的不旋转滑动盘与旋转支撑轴套一端通过轴承铰接，并与旋转支撑轴套一起套装在下旋翼传动轴外部；所述的旋转支撑轴套另一端与上杠杆支撑架铰接；所述的上杠杆支撑架中部与下旋转倾转盘拉杆铰接，另一端与下旋翼变距拉杆铰接；所述的下旋翼变距拉杆与下旋翼系统铰接；当下旋翼系统差异变距时，所述的四号伺服机构摇臂跟随四号伺服机构输出轴转动，带动四号伺服机构连杆移动，四号伺服机构连杆拉动下杠杆支撑架进行转动，下杠杆支撑架带动不旋转滑动盘沿着下旋翼传动轴上下滑动，不旋转滑动盘带动旋转支撑轴套沿着下旋翼传动轴上下滑动，旋转支撑轴套保持与下旋翼传动轴的同步转动；上杠杆支撑架在旋转支撑轴套与下旋转倾转盘拉杆的共同作用下带动下旋翼变距拉杆移动，下旋翼变距拉杆带动下旋翼系统进行下旋翼差异化变距操作。


3.根据权利要求2所述的一种共轴直升机，其特征在于，所述的周期变距机构包括伺服机构摇臂、伺服机构连杆、不旋转倾转盘、下旋转倾转盘、下旋转倾转盘拉杆、旋转支撑轴套、上杠杆支撑架、倾转盘过渡连接杆、过渡旋转倾转盘、上旋转倾转盘、上旋翼变距拉杆；所述的伺服机构摇臂设置有三根，每根伺服机构摇臂的一端分别与前三号伺服机构的输出轴固定连接；所述的伺服机构连杆也设置有三根，每根伺服机构连杆一端分别与三根伺服机构摇臂的另一端铰接，另一端分别与不旋转倾转盘铰接；所述的不旋转倾转盘与下旋转倾转盘通过轴承铰接；所述的下旋转倾转盘与下旋转倾转盘拉杆一端铰接；所述的下旋转倾转盘拉杆另一端与上杠杆支撑架中部铰接；所述的倾转盘过渡连接杆一端与下旋转倾转盘铰接，另一端与过渡旋转倾转盘铰接；所述的过渡旋转倾转盘与上旋转倾转盘通过轴承铰接；所述的上旋转倾转盘与上旋翼变距拉杆铰接；所述的上旋翼变距拉杆与上旋翼系统铰接；当上旋翼系统与下旋翼系统周期变距时，伺服机构摇臂在伺服机构输出轴作用下旋转，带动伺服机构连杆移动，伺服机构连杆拉动不旋转倾转盘发生倾斜转动或升降运动，不旋转倾转盘带动下旋转倾转盘发生倾斜转动或升降运动，下旋转倾转盘带动下旋转倾转盘拉杆移动，上杠杆支撑架在下旋转倾转盘拉杆与旋转支撑轴套的共同作用下带动下旋翼变距拉杆移动，下旋翼变距拉杆带动下旋翼系统进行变距操作；同时，下旋转倾转盘带动倾转盘过渡连接杆移动，倾转盘过渡连接杆带动过渡旋转倾转盘发生倾斜转动或升降运动，过渡旋转倾转盘带动上旋转倾转盘发生倾斜转动或升降运动，上旋转倾转盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛讯，沈元，郭述臻，李良伟，刘卫东，
申请(专利权)人：苏州韬讯航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32