一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器的制造方法
【專利摘要】一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，包括機身，所述機身上設(shè)置有前機翼和后機翼，前機翼的兩端、后機翼的兩端各設(shè)置一組旋翼系統(tǒng)，前機翼和后機翼內(nèi)部均設(shè)置有穿過機身并用于帶動旋翼系統(tǒng)進行傾轉(zhuǎn)運動的蝸輪軸；其中每組旋翼系統(tǒng)包括直流無刷電機和螺旋槳，直流無刷電機設(shè)置在蝸輪軸的端部，直流無刷電機上設(shè)置螺旋槳。相比于傳統(tǒng)的傾轉(zhuǎn)雙旋翼飛行器，本發(fā)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(wěn)定性上來說，都有了很大的提高。本發(fā)明可以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單、強度高，功能實現(xiàn)可靠等特點。
【專利說明】—種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人航空【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]改革開放以來我國航空工業(yè)得到了長足的發(fā)展，已經(jīng)躋身于世界前列，但是在某些重大領(lǐng)域還有待進一步發(fā)展，最典型的就是先進的無人機技術(shù)。美國政府在大幅削減防務(wù)開支的情況下，對無人機裝備和研發(fā)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(fā)展線路圖，推動無人機的發(fā)展，先進的無人飛行器極其重要的戰(zhàn)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。盡管目前已經(jīng)開始盛行四旋翼無人飛行器的研究，而對于像美國“魚鷹”直升機那樣既具有直升機實現(xiàn)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(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，該飛行器設(shè)計簡單、結(jié)構(gòu)強度高，可以通過簡單的機械傳動來實現(xiàn)旋翼的傾轉(zhuǎn)功能。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實現(xiàn):包括機身，所述機身上設(shè)置有前機翼和后機翼 ，前機翼的兩端、后機翼的兩端各設(shè)置有一組旋翼系統(tǒng)，前機翼和后機翼內(nèi)部均設(shè)置有穿過機身并用于帶動旋翼系統(tǒng)進行傾轉(zhuǎn)運動的蝸輪軸；其中每組旋翼系統(tǒng)包括直流無刷電機和螺旋槳，直流無刷電機設(shè)置在蝸輪軸的端部，直流無刷電機上設(shè)置螺旋槳。
[0005]所述機身上還設(shè)置有步進電機、蝸桿軸、蝸輪和蝸桿，步進電機的輸出端連接到蝸桿軸的端部，蝸輪固聯(lián)在蝸輪軸上，蝸桿固聯(lián)在蝸桿軸上，蝸輪與蝸桿相哨合。
[0006]所述機身上還設(shè)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于機身上。
[0007]所述機身上還設(shè)置有蝸桿軸安裝軸承座，蝸桿軸上安裝有軸承，軸承通過蝸桿軸安裝軸承座安裝于機身上。
[0008]所述步進電機的輸出端與蝸桿軸的一端通過軸聯(lián)器相連接。
[0009]所述前機翼與機身、后機翼與機身均通過設(shè)置在機身上的機翼加強桿相連接。
[0010]每組旋翼系統(tǒng)還包括設(shè)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于后機翼的水平位置。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:本發(fā)明通過采用兩副機翼，每副機翼的端部設(shè)置旋翼系統(tǒng)，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(wěn)定性上來說，都有了很大的提高。因此本發(fā)明特別適合于大批量裝備運輸、戰(zhàn)斗搜尋和救援、后勤醫(yī)療、反潛等任務(wù)。本發(fā)明可以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單、強度高，功能實現(xiàn)可靠等特點。
[0013]本發(fā)明是在傳統(tǒng)的四旋翼飛行器的基礎(chǔ)上增加了旋翼可傾轉(zhuǎn)的功能，從而既可以實現(xiàn)傳統(tǒng)四旋翼飛行器的垂直起降功能，又可以將旋翼傾轉(zhuǎn)到水平位置即水平推進模式下來實現(xiàn)飛行器的高速巡航功能。
[0014]進一步的，通過采用蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)飛行器旋翼的傾轉(zhuǎn)動作，旋翼可傾轉(zhuǎn)功能主要是由兩個步進電機提供動力，通過兩組蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)的，這樣既保證了旋翼在傾轉(zhuǎn)過程中保持平穩(wěn)且具有自鎖功能，避免了旋翼受到外力作用產(chǎn)生回旋的誤動作，又保證了每組蝸輪軸上一對旋翼傾轉(zhuǎn)動作的一致性。
[0015]飛行器旋翼系統(tǒng)傾轉(zhuǎn)采用步進電機進行動力輸出，由于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(tǒng)傾轉(zhuǎn)角度的精確性，而不需要采用象編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等測試工具，簡化了飛行器的復(fù)雜程度。一定程度上克服了左右兩個旋翼獨自傾轉(zhuǎn)時傾轉(zhuǎn)角度誤差過大而引起的升力分配不均，導(dǎo)致飛行器失穩(wěn)甚至發(fā)生重大事故。
[0016]本發(fā)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，并采用相應(yīng)的軸承座，解決了蝸輪、蝸桿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(fā)明的傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中，1-前機翼；2_蝸輪軸；3_蝸輪軸安裝軸承座；4_蝸桿軸安裝軸承座；5-蝸桿軸；6_電機安裝座；7-機身；8-蝸桿；9_蝸輪；10_聯(lián)軸器；11-步進電機；12_軸承；13_后機翼；14-螺旋槳；15-機翼加強桿；16_直流無刷電機。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0020]參見圖1，本發(fā)明包括機身7，所述機身7上設(shè)置有兩副機翼，具體為前機翼I和后機翼13,如機翼I的兩端、后機翼的兩端各設(shè)直一組旋翼系統(tǒng)，共四組旋翼系統(tǒng)，如機翼I和后機翼13內(nèi)部均設(shè)置有用于帶動旋翼系統(tǒng)進行傾轉(zhuǎn)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和后機翼13內(nèi)部，起到一定的支撐作用；其中每組旋翼系統(tǒng)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(shè)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(shè)置螺旋槳14，直流無刷電機16帶動螺旋槳14旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生飛行器飛行的升力。前機翼I與機身7、后機翼13與機身7均通過設(shè)置在機身7上的機翼加強桿15相連接，機翼加強桿15能夠增強穩(wěn)固性。
[0021]所述機身7上還設(shè)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安裝于機身7上。每組旋翼系統(tǒng)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(shè)置有步進電機11、蝸桿軸5、蝸輪9和蝸桿8，步進電機11的輸出端連接到蝸桿軸5的一端，蝸輪9固聯(lián)在蝸輪軸2上，蝸桿8固聯(lián)在蝸桿軸5上，蝸輪9與蝸桿8相嚙合。步進電機11為蝸桿8的運動提供動力,蝸桿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(cè)的旋翼系統(tǒng)進行傾轉(zhuǎn)運動。機身7上還設(shè)置有蝸桿軸安裝軸承座4，蝸桿軸5上安裝有軸承12，軸承12通過蝸桿軸安裝軸承座4安裝于機身7上。
[0023]通過前機翼I和后機翼13內(nèi)部的蝸輪軸2的同時傾轉(zhuǎn)就實現(xiàn)了傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器飛行模式的轉(zhuǎn)換。如圖1所示，為了避免飛行器在水平推進模式下，前后旋翼之間產(chǎn)生氣動干擾，所以前機翼I的水平位置低于后機翼13的水平位置，即前機翼I和后機翼13采用上下錯位的方式進行設(shè)置。
[0024]本發(fā)明由前后兩副機翼組成，兩組蝸輪軸作為旋翼傾轉(zhuǎn)軸，其穿過機翼內(nèi)部，四組旋翼系統(tǒng)通過電機安裝座分別安裝在兩組蝸輪軸的端部。本發(fā)明的旋翼可傾轉(zhuǎn)功能主要是由兩個步進電機提供動力，通過兩組蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)的，這樣既保證了旋翼在傾轉(zhuǎn)過程中保持平穩(wěn)且具有自鎖功能，避免了旋翼受到外力作用產(chǎn)生回旋的誤動作，又保證了每組蝸輪軸上一對旋翼傾轉(zhuǎn)動作的一致性。
[0025]本發(fā)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(tǒng)，即開啟無刷電機帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動產(chǎn)生升力，飛行器就可以運動了 ；當傾轉(zhuǎn)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帶動蝸桿軸5進行旋轉(zhuǎn)，蝸桿軸5帶動蝸桿8和蝸輪9進行嚙合運動，蝸輪9帶動蝸輪軸2進行旋轉(zhuǎn)，每個蝸輪軸2帶動設(shè)置于蝸輪軸兩端的旋翼系統(tǒng)進行旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)飛行器的可傾轉(zhuǎn)運動；當飛行器進入水平推進模式時，旋翼傾轉(zhuǎn)到水平位置，步進電機關(guān)閉，此時只需要四個旋翼系統(tǒng)工作即可。
[0026]本發(fā)明采用步進電機為旋翼系統(tǒng)的傾轉(zhuǎn)提供動力，由于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(zhuǎn)角度的精確性，而不需要采用象編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等測試工具，簡化了飛行器的復(fù)雜程度。一定程度上克服了左右兩個旋翼獨自傾轉(zhuǎn)時傾轉(zhuǎn)角度誤差過大而引起的升力分配不均，導(dǎo)致飛行器失穩(wěn)甚至發(fā)生重大事故。
[0027]作為旋翼傾轉(zhuǎn)軸的蝸輪軸以及傳動用的蝸桿軸上均安裝有軸承，使得旋翼傾轉(zhuǎn)過程流暢、平穩(wěn)，軸承通過與相應(yīng)的軸承座進行配合安裝，既滿足飛行器對蝸輪蝸桿的位置設(shè)計要求，同時解決了蝸輪軸和蝸桿軸在機身上的安裝問題。
[0028]本發(fā)明的傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器可以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)簡單、強度高，功能實現(xiàn)可靠等特點。
【權(quán)利要求】
1.一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，包括機身(7)，所述機身(7)上設(shè)置有前機翼(I)和后機翼(13),如機翼(I)的兩端、后機翼的兩端各設(shè)直有一組旋翼系統(tǒng)，如機翼(I)和后機翼(13)內(nèi)部均設(shè)置有穿過機身(I)并用于帶動旋翼系統(tǒng)進行傾轉(zhuǎn)運動的蝸輪軸(2)；其中每組旋翼系統(tǒng)包括直流無刷電機(16)和螺旋槳(14)，直流無刷電機(16)設(shè)置在蝸輪軸(2 )的端部，直流無刷電機(16 )上設(shè)置螺旋槳(14 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，所述機身(7)上還設(shè)置有步進電機(11)、蝸桿軸(5)、蝸輪(9)和蝸桿(8)，步進電機(11)的輸出端連接到蝸桿軸(5 )的端部，蝸輪(9 )固聯(lián)在蝸輪軸(2 )上，蝸桿(8 )固聯(lián)在蝸桿軸(5 )上，蝸輪(9 )與蝸桿(8)相嚙合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，所述機身(7)上還設(shè)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)安裝于機身(7)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，所述機身(7)上還設(shè)置有蝸桿軸安裝軸承座(4)，蝸桿軸(5)上安裝有軸承(12)，軸承(12)通過蝸桿軸安裝軸承座(4)安裝于機身(7)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，所述步進電機(11)的輸出端與蝸桿軸(2)的一端通過軸聯(lián)器(10)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，所述前機翼(I)與機身(7)、后機翼(13)與機身(7)均通過設(shè)置在機身(7)上的機翼加強桿(15)相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，每組旋翼系統(tǒng)還包括設(shè)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(jù)權(quán)利要求5-7中任意一項所述的一種傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器，其特征在于，所述前機翼(I)的水平位置低于后機翼(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(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)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(xué)