涵道共轴直升机操纵机构制造技术

本发明专利技术涉及一种涵道共轴直升机操纵机构，旨在解决涵道共轴直升机的飞行耦合问题，实现通过单输入得到单输出的操纵效果。本操纵机构采用上下旋翼系统分布在机身中部，上下旋翼各三个操纵通道，比普通涵道共轴直升机多两个通道，该六个操纵通道分别是总距同步操纵、总距差动操纵、纵向周期变矩同步操纵、纵向周期变矩差动操纵、横向周期变矩同步操纵、横向周期变矩差动操纵，可以单独控制飞行器的前向速度、侧向速度、垂向速度、俯仰角、滚转角、和航向角。本操纵机构利用对称性抵消操纵引起的耦合，实现解耦操纵，具有该解耦操纵系统的飞行器，通过六自由度的操纵方式，解决了欠输入多输出的控制耦合问题，使得飞行器的操纵更加简单。该操纵机构在军事和民用领域都有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计涉及涵道飞行器、共轴直升机等旋翼飞行器的操纵机构，尤其涉及涵道共轴直升机操纵机构。
技术介绍
近些年来无人机得到了迅猛的发展，特别是采用轴对称布局的共轴式无人直升机。共轴双旋翼直升机由于没有尾桨，运动和动力耦合小，飞控系统容易实现，同时其具有较高的悬停效率、结构紧凑，因此无人直升机很多采用共轴式布局。而近期出现的共轴式无人直升机中，轴对称外形的涵道式共轴无人直升机也得到较大发展。涵道式布局的特点为旋翼被包于涵道内，可以对旋翼起很好的保护作用，而且涵道可以提供附加的升力，提高了气动效率。而且涵道式布局使得旋翼的噪声小，安全性好，适合于复杂条件下起降。如美国西科斯基公司在结合ABC旋翼和涵道尾桨的基础上，研制高性能涵道共轴无人直升机 Cypher0国内外的直升机包括涵道共轴直升机都采用四通道操纵方式。而通过四通道操纵飞行器的六个自由度必将引起耦合。目前的解决办法是通过计算机控制系统进行解耦。由于直升机飞行原理复杂，飞行环境变化多样，因此这种控制系统解耦的方法难度交大，效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题就是解决涵道共轴直升机的飞行耦合问题，实现通过单输入得到单输出的操纵效果。众所周知，直升机的操纵存在较大耦合关系，比如当提高旋翼总距时，由于反扭距的增加使得直升机的航向发生变化，形成了垂向速度和航向的耦合。飞行员需要采取措施调整航向。而调整航向的同时又会引起侧向速度的变化。形成航向与侧向速度的耦合。侧向速度的调整又会引起总距的调整等。这些耦合关系增加了直升机的操纵复杂程度。若能有效的解决这些耦合关系将简化操纵，提高飞行安全系数，增加飞行舒适感。本专利技术依据涵道共轴直升机的特殊构型，设计了独特的六通道操纵机构，通过机械结构实现了从根本上解决直升机的耦合问题。使得飞行器的操纵更加简单，无人机飞行控制系统的设计更加容易。本专利技术所采用的技术方案为，一种涵道共轴直升机的操纵机构，包括上旋翼系统、 下旋翼系统、连接块和撑杆，其中，所述上旋翼系统包括桨毂、桨叶、第一连杆、摇臂组件、自动倾斜器、第二连杆、上支撑座、舵机座、舵机、滑道、电机、大齿盘、小齿轮、旋翼轴，所述小齿轮与所述电机相互啮合，所述大齿盘与所述小齿轮连接，所述旋翼轴一端与所述大齿盘连接，另一端与所述桨毂连接，所述舵机通过所述舵机座固定在所述桨毂下方，所述上支撑座设置在所述舵机座上方，所述滑道设置在所述上支撑座之上，所述自动倾斜器上有动环和不动环，所述不动环上设有杆状物，所述杆状物伸入所述滑道中，所述舵机通过所述第二连杆与所述自动倾斜器上的不动环连接，所述桨毂通过所述第一连杆与自动倾斜器上的动环连接，所述摇臂组件一端与所述自动倾斜器的动环连接，另一端与所述桨毂连接，所述桨叶设置在所述桨毂上；所述下旋翼系统与所述上旋翼系统结构相同，桨叶旋转方向相反；所述上旋翼系统与所述下旋翼系统通过所述连接块相互连接，并通过所述撑杆与机身连接；所述上、下旋翼系统各有三个舵机、三个第二连杆、三个第一连杆、三个桨毂和三个桨叶，均勻分布，构成六个操纵通道。本专利技术操纵机构的操纵方法，包括上下旋翼总距同步操纵、上下旋翼差动操纵、纵向周期变矩同步操纵、横向周期变矩同步操纵、纵向周期变矩差动操纵、横向周期变矩差动操纵，具体为(1)上下旋翼总距同步操纵操纵上旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环向上，操纵下旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器同步向上，此时，上、下旋翼系统力矩相互抵消，产生合力变化量，直升机改变垂向速度；(2)上下旋翼差动操纵操纵上旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环向上，操纵下旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环反向向下，此时上下旋翼合力不变，产生力矩变化量，此时直升机只改变航向；(3)纵向周期变矩同步操纵操纵上旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环倾斜，操纵下旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环同步倾斜，上旋翼拉力与下旋翼拉力的合力方向发生变化，即前倾，上旋翼力矩与下旋翼力矩相互抵消，此时，直升机只改变前向速度；(4)横向周期变矩同步操纵操纵上旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环倾斜，操纵下旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环同步倾斜，上旋翼拉力与下旋翼拉力的合力方向发生变化，即侧倾，上旋翼力矩与下旋翼力矩相互抵消，此时，直升机只改变侧向速度；(5)纵向周期变矩差动操纵操纵上旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环倾斜，操纵下旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环反向倾斜，上旋翼拉力与下旋翼拉力的合力方向不改变，而上旋翼力矩与下旋翼力矩的合力矩发生变化，产生俯仰力矩，此时，直升机只改变俯仰姿态；(6)横向周期变矩差动操纵操纵上旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环倾斜，操纵下旋翼系统中的三个舵机，使自动倾斜器不动环反向倾斜，上旋翼拉力与下旋翼拉力的合力方向不改变，而上旋翼力矩与下旋翼力矩的合力矩发生变化，产生滚转力矩，因此此时，直升机只改变滚转姿态。相对于现有技术，本专利技术具有以下优点(1)本操纵机构利用对称性抵消操纵引起的耦合，实现解耦操纵，通过六自由度的操纵方式，实现完全解耦的操纵系统，解决了欠输入多输出的控制耦合问题，使得飞行器的操纵更加简单，无人机飞行控制系统的设计更加容易。(2)具有解耦操纵系统的飞行器具有普通飞行器无法实现的飞行能力，增强了飞行器的功能，使得其应用范围更加广泛。(3)通过结构优化设计，使得共轴涵道直升机结构极其紧凑，有效缩小了上下旋翼间距，减少旋翼之间的气动干扰。 附图说明图1为操纵机构主视图； 图2为操纵机构俯视图3为操纵机构轴式图； 图4为总距同步操纵原理图； 图5为总距差动操纵原理图； 图6为纵、横向周期变距同步操纵原理图； 图7为纵、横向周期变距差动操纵原理图。其中1、桨毂，2、桨叶，3、第一连杆，4、摇臂组件，5、自动倾斜器，6、第二连杆，7、 上支撑座，8、舵机座，9、舵机，10、滑道，11、电机，、12、大齿盘，13、小齿盘，14、连接块，15、撑杆，16、旋翼轴；F1、上旋翼拉力，F2、下旋翼拉力，AF、上旋翼拉力与下旋翼拉力合力变量，Ml、上旋翼力矩，M2、下旋翼力矩，ΔΜ、上旋翼力矩与下旋翼力矩合力矩变量。具体实施例方式下面结合附图说明本专利技术的优选实施方式如图1至图3所示，一种涵道共轴直升机的操纵机构，包括上旋翼系统、下旋翼系统、连接块14和撑杆15，其中，所述上旋翼系统包括桨毂1、桨叶2、第一连杆3、摇臂组件4、自动倾斜器5、第二连杆6、上支撑座7、舵机座8、舵机9、滑道10、电机11、大齿盘12、小齿轮13、 旋翼轴16，所述小齿轮13与所述电机11连接，所述大齿盘12与所述小齿轮13相互啮合， 所述旋翼轴16 —端与所述大齿盘12连接，另一端与所述桨毂1连接，所述舵机9通过所述舵机座8固定在所述桨毂1下方，所述上支撑座7设置在所述舵机座8上方，所述滑道10 设置在所述上支撑座7之上，所述自动倾斜器5上有动环和不动环，所述不动环上设有杆状物，所述杆状物伸入所述滑道10中，所述舵机9通过所述第二连杆6与所述自动倾斜器5 上的不动环连接，所述桨毂1通过所述第一连杆3与自动倾斜器5上的动环连接，所述摇臂组件4 一端与所述自动倾斜器5的动环连接，另一端与所述桨毂1连接，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林志昆，郭剑东，胡庆，王兴龙，刘龑，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：