[实用新型]一种基于单自动倾斜器的共轴式直升机操纵-传动系统

说明书

本实用新型公开了一种基于单自动倾斜器的共轴式直升机操纵‑传动系统，包括传动系统、周期变距操纵系统、航向操纵系统；传动系统包括传动齿轮组、电机、四根同心轴，能够实现对直升机的升降操控；周期变距操纵系统包括两自由度单一倾斜器、纵向舵机、横向舵机，能够实现对直升机滚转和俯仰的操控；航向操纵系统包括下旋翼航向操纵滑环、航向舵机，能够实现对直升机航向的操控。本实用新型采用了单一自动倾斜器、旋翼转速可控、航向操纵滑环相互配合的模式，在完成对直升机俯仰、滚转、升降、航向操控的情况下，减少了零部件数量、尺寸及重量，降低了机构的复杂性，减少了操纵系统总体尺寸，从而获得更大的载荷能力和更长的续航时间。

技术领域

本实用新型涉及航空器设计技术领域，更具体的说，涉及一种基于单自动倾斜器的共轴式直升机操纵-传动系统。

背景技术

共轴式直升机采用共轴反转的上下两副旋翼提供升力，通过改变上下两副旋翼平衡的反扭矩实现航向操纵，不需尾桨。具有体积小、结构紧凑、悬停效率高的优点。俄罗斯卡莫夫设计局研制并生产了一系列有人驾驶共轴式直升机，在国民经济和军事领域广泛应用。在国内，北航于上世纪80年代自主研发了共轴式无人直升机，成功实现了自主导航飞行，并开始在不同领域应用。随着无人机的能源动力大量采用了锂电池电机驱动，北航直升机研究所也研制成功了 50公斤级电动共轴式无人直升机。

根据旋翼空气动力学的动量理论，旋翼的气动效率除了与翼型，桨叶几何特征有关外，主要取决于桨盘载荷，即拉力除以桨盘面积。桨盘载荷越小，功率载荷越高，即单位功率产生的拉力越大。在给定功率和总重下，其续航时间也越长。

对于多旋翼无人机来讲，降低桨盘载荷会受到结构限制，旋翼直径加大，其桨毂、旋翼桨叶、旋翼支臂、机身连接杆等结构尺寸及重量也随之增加，每个电机的功率和重量也会增加。因此，降低桨盘载荷，对于多旋翼无人机来说，其气动效率增加的同时，会使结构尺寸及重量迅速增加，其气动效率提高所带来的拉力增加，很可能会被结构重量的增加所抵消，不一定会增加有效载荷及续航时间，反而会使尺寸增加，携带不便。对于单旋翼带尾桨直升机，旋翼直径增加会使尾桨后移、尾梁加长，也会增加尾梁的尺寸及重量。

与上述两种直升机不同，对于共轴式直升机，由于没有尾桨，其桨叶直径不受机身限制，在传动系统的强度允许范围内，增加桨叶直径只需考虑桨毂的强度和重量。因此，通过降低桨盘载荷可提高功率载荷，而付出的结构重量代价远小于单旋翼带尾桨直升机及多旋翼无人机，从而可显著增加有效载荷及续航时间。另外，对于电动共轴式无人机，电机带动旋翼是通过减速器实现的，一般只需一到两个电机驱动旋翼，在同样的总需用功率下，一到两个电机的质量要比多个电机的重量轻，因此，相对于多旋翼无人机，在给定功率下，共轴式无人机的电机数量及质量要小于多旋翼无人机。

尽管共轴直升机在气动特性方面具有一定优势，但传统共轴式无人直升机的操纵系统结构复杂、零件较多，一般需要上下旋翼两个倾斜器及四到六个舵机进行控制，对于半差动共轴无人直升机需要纵向、横向、总距、航向四个舵机操纵；对于桨距分控共轴无人机则每副旋翼各自需要3个舵机共6个舵机进行控制，同时要消耗电能。倾斜器的重量包括了球铰、外环、内环、轴承等部件，每个舵机都有相应的支撑及操纵机构，所有这些重量都是传统共轴无人直升机操纵系统中的重要组成部分，占有较大比重。

上述问题与现代电动无人直升机机在结构重量以及尺寸的要求上存在矛盾，造成了电动共轴无人直升机的结构重量相对较大，抵消了其在气动方面的优势。传统布局的共轴无人机不能满足现代无人直升机小型、轻质、便携的要求；在载荷、续航能力方面还不能大幅超越多旋翼无人机。因此，改进操纵系统，降低共轴无人机操纵系统的结构重量及复杂度是提高电动共轴无人直升机飞行性能的关键技术。

实用新型内容

为此，本实用新型的目的在于提出一种基于单自动倾斜器的共轴式直升机操纵-传动系统，以减小操纵系统部件的尺寸及重量，提高小型电动共轴直升机的航时，增加小型共轴直升机的便携性，以替代传统共轴直升机的操纵系统结构，其具体技术方案如下：