專利名稱：遙控模型直升機平衡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遙控模型直升機，尤其涉及單旋翼遙控模型直升機平衡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
遙控模型直升機與真實的直升機在基本技術(shù)上是一致的，但是二者在結(jié)構(gòu)上 又有明顯的不同。目前直升機的控制方式有貝爾方式，希拉方式和貝爾-希拉混合 方式。
貝爾方式大多使用在真實的直升機，其典型特征是旋翼的槳葉角的直接控 制，沒有穩(wěn)定翼片，旋翼的前緣有配重，更多的現(xiàn)代直升機連配重也沒有，而 是旋翼能作揮舞運動，當(dāng)直升機在行進(jìn)中遇到不穩(wěn)定氣流干擾時，變化的氣動 載荷不會傳導(dǎo)到機身，直升機的顛簸較小。貝爾方式直升機的特性是動作控制 較直接，小動作較靈敏但無法從事大動作飛行。因此這種方式無法實現(xiàn)特技模 型直升機中對操縱性能特定要求卓越性高靈敏度、動作難度高大舵量操縱的 技術(shù)要求。
希拉方式和貝爾方式的特性相反，希拉控制方式的R/C直升機特點是有 一對平衡翼片(又稱希拉小翼)。平衡翼主要是作為伺服機和主旋翼間的一個 中介，操縱時先以伺服機拉動平衡翼，再以平衡翼拉動主旋翼。希拉方式的直
升機適合大動作飛行，多應(yīng)用在R/C直升機，但是單純的希拉方式難以獲得足
夠的穩(wěn)定性。
目前在模型直升機中普遍使用的是貝爾-希拉混合方式，該方式的平衡綞與 希拉小翼為一整體的組合件，且平衡錘-希拉小翼的軸線垂直于旋翼軸線。平衡錘 旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的陀螺效應(yīng)，克服模型直升機的飛行中遇到的外界干擾，起到平衡作用， 使模型自動克服外界的干擾。"貝爾-希拉"方式主要表現(xiàn)在操縱性能的優(yōu)越性， 適用于有大舵量操縱的單旋翼模型直升機上。然而，由于平衡錘-希拉小翼為一個 整體，在一定速度下旋轉(zhuǎn)的小翼對平衡錘的自動平衡作用起到某種阻尼作用，弱化了平衡錘的平衡功效。這導(dǎo)致該模式的操縱技術(shù)復(fù)雜，特別對于初學(xué)者來說，該方 式的模型直升機的自身平衡性能仍顯不足，初學(xué)時極易出現(xiàn)飛行事故。
業(yè)者希望可以對"貝爾-希拉"方式的直升機進(jìn)行某些改良，以提高其平衡 性能。然而由于平衡錘的自動平衡功能和希拉小翼的輔助操縱功能是兩個不同 的技術(shù)問題，在貝爾-希拉方式中二者卻被合成為整體，根據(jù)這種方式設(shè)計出來 的結(jié)構(gòu)并無法在操縱性能與平衡性能之間有充裕的設(shè)計自由度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有更高平衡性能的遙控模型直升 機平衡系統(tǒng)。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種遙控模型直升 機平衡系統(tǒng)，適于單旋翼模型直升機的平衡控制，該模型直升機包括一主軸、 一設(shè)于主軸上的旋翼夾、以及設(shè)于旋翼夾上的一對旋翼，其中平衡系統(tǒng)包括一 對混控?fù)u臂、 一連接于主軸上的平衡桿以及一對設(shè)于平衡桿兩端的平衡錘；該
對混控?fù)u臂分別設(shè)于旋翼夾兩側(cè)，且通過其中部的軸孔與旋翼夾兩側(cè)的凸軸可
轉(zhuǎn)動連接；該對混控?fù)u臂的兩端分別形成萬向鉸接點，其中第一端上的萬向鉸 接點通過一對第一連桿與設(shè)于平衡桿鄰近主軸位置的兩個萬向鉸接點連接，使 該對第一端被平衡桿所控制，而第二端上的萬向鉸接點通過一對第二連桿與設(shè) 于旋翼下方主軸的控制系統(tǒng)上的萬向鉸接點連接，使該對第二端被該控制系統(tǒng) 所控制，平衡桿的軸線與所述旋翼的軸線的水平夾角介于25。至65°之間。
在上述的遙控模型直升機平衡系統(tǒng)中，平衡桿可以連接于主軸的頂端，且 位于旋翼夾的上方；平衡桿位于旋翼夾的下方的主軸上，其中平衡桿可以是連 接于旋翼夾下方主軸的一平衡桿架上。
較佳地是，平衡桿的軸線與旋翼的軸線水平夾角為45。，平衡桿與旋翼的 水平夾角可以將45。作為基點角度，向正負(fù)兩個方向調(diào)整，最終通過實驗求得 平衡性能及平衡性能與操縱性能較佳組合時的夾角。
本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點
1、與現(xiàn)有的"貝爾一希拉"模式平衡錘與"希拉小翼"共同對旋翼控制不 同的是，本發(fā)明單獨利用旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的平衡錘的陀螺效應(yīng)通過混控?fù)u臂對旋翼迎角實施控制，克服單旋翼模型直升機在空中所遇到的外界干擾，這種自動平衡效果 使模型直升機在空中處于相對安定狀態(tài)；
2、 與現(xiàn)有的"貝爾一希拉"模式的遙控模型直升機中，平衡錘與旋翼的
軸線恒定為垂直的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的平衡錘與旋翼的軸線的夾角，在設(shè)計時
可以45°夾角為基點調(diào)整該夾角，因此可找到模型直升機的動穩(wěn)定性和操縱性 較佳組合，其模型直升機的動穩(wěn)定性顯著優(yōu)于"貝爾一希拉"模式。
3、 與現(xiàn)有的"貝爾一希拉"模式的遙控模型直升機相較，本發(fā)明可以通 過調(diào)節(jié)平衡錘的陀螺效應(yīng)的大小(調(diào)整平衡錘重量或平衡錘旋轉(zhuǎn)半徑)，更十 分有效地改變直升機的平衡性能，以適應(yīng)不同人群的需要。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā)
明的具體實施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1是本發(fā)明一個實施例的遙控單旋翼模型直升機局部示意圖。
圖2是圖1所示模型直升機的俯視圖。
圖3是本發(fā)明另一個實施例的遙控單旋翼模型直升機局部示意圖。 圖4是模型直升機的旋翼在旋轉(zhuǎn)一周期間所受到的干擾力以及旋翼迎角變化 造成升力變化示意圖。
圖5是圖4所示干擾力經(jīng)一個周期衰減后的示意圖。 圖6是圖4所示干擾力衰減過程示意圖。
具體實施例方式
請參閱圖1、圖2所示，本發(fā)明一個實施例的遙控模型直升機100中，設(shè) 有一主軸l， 一旋翼夾2設(shè)于主軸1上，旋翼夾2兩端分別連接一旋翼10， 一 對旋翼10可以主軸1為中心旋轉(zhuǎn)。并且旋翼10及旋翼夾2以旋翼軸線12為 軸可轉(zhuǎn)動，也就是說旋翼10的相對于氣流的迎角可增加或減小，由此旋翼迎 角可周期性變化。
直升機100的平衡系統(tǒng)包括一對混控?fù)u臂4，分別對稱地設(shè)于旋翼夾2兩 側(cè)，每一混控?fù)u臂4分別通過其中部的軸孔41與旋翼夾2中部的凸軸21可轉(zhuǎn)動連接。
平衡系統(tǒng)還包括一平衡桿8以及一對設(shè)于平衡桿8兩端的平衡綞11，平衡 桿8與平衡錘11形成一整體。在本實施例中，平衡桿8中心連接于主軸1的 頂端，即位于旋翼10的上方。以點劃線X為軸心，平衡錘11可如圖1箭頭A 所示方向在垂直面上轉(zhuǎn)動。
如圖2所示，與目前的貝爾-希拉方式不同的是，平衡桿8及平衡錘11的 軸線12與旋翼IO的軸線13的水平夾角小于90。，在本發(fā)明的實施例中，此 夾角可為25。至65° ，較佳地為45。。
此外，在旋翼10和平衡錘下方的主軸1上設(shè)有傾斜盤，傾斜盤由兩部分 組成，上方為旋轉(zhuǎn)傾斜盤6，下方為不旋轉(zhuǎn)傾斜盤7，兩者通過軸承相互連接。
旋轉(zhuǎn)傾斜盤6通過萬向鉸接點34、連桿5、萬向鉸接點33與混控?fù)u臂4 連接；主軸通過撥叉14、第二連桿5帶動旋轉(zhuǎn)傾斜盤6同步旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)傾斜盤 6既旋轉(zhuǎn)又跟隨不旋轉(zhuǎn)傾斜盤7的傾斜而傾斜；不旋轉(zhuǎn)傾斜盤依次通過萬向鉸 接點35、第三連桿16、伺服機搖臂17與伺服機18連接。上述結(jié)構(gòu)組成操縱 系統(tǒng)。此操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)僅為便于說明平衡系統(tǒng)的原理而提供，并非用以限制 本發(fā)明。
伺服機18的操縱力矩依次通過伺服機搖臂17、第三連桿16、萬向鉸接點 35傳遞到不旋轉(zhuǎn)傾斜盤7，使它發(fā)生傾斜，旋轉(zhuǎn)傾斜盤6由此也跟隨不旋轉(zhuǎn)傾 斜盤7的傾斜面旋轉(zhuǎn)，將操縱力矩變?yōu)橹芷谛粤?。該周期性力矩?jīng)第二連桿 5傳遞至混控?fù)u臂4并進(jìn)而控制旋翼10的槳葉角周期性地或增大或減小，使槳 盤(旋翼旋轉(zhuǎn)平面)產(chǎn)生傾斜，進(jìn)而實現(xiàn)對模型直升機縱向或橫向力矩的操縱。
平衡桿8鄰近主軸1的位置形成一對萬向鉸接點31。每一混控?fù)u臂4的兩 端也分別形成萬向鉸接點32、 33，即一對混控?fù)u臂上共計4個萬向鉸接點，如 圖2所示，這4個鉸接點呈矩形排列。而在旋轉(zhuǎn)傾斜盤6上，也分別形成有至 少兩個位于旋轉(zhuǎn)傾斜盤6同一直徑上的萬向鉸接點34。其中，平衡桿8上的一 對萬向鉸接點31與一對混控?fù)u臂4第一端上的兩個萬向鉸接點32之間分別通 過一對第一連桿9連接。此2個萬向鉸接點32是矩形排列的4個鉸接點中處 于對角的2個。同時， 一對混控?fù)u臂4的第二端上的萬向鉸接點33與一對第 二連桿5上端可萬向轉(zhuǎn)動連接，第二連桿5下端與旋轉(zhuǎn)傾斜盤6上的一對萬向鉸接點34可萬向轉(zhuǎn)動連接。
下面描述本發(fā)明的平衡系統(tǒng)的基本原理。
在空中的模型直升機100，其主軸1將帶動旋翼夾2-旋翼10和平衡錘11 向順時針(或逆時針)方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的平衡錘11如旋轉(zhuǎn)的陀螺，平衡錘的陀 螺效應(yīng)使平衡桿-平衡綞始終保持在一個軸向穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
如果飛行中模型直升機100受到外界干擾，則右邊旋翼10抬升，左邊旋 翼10下沉(以圖1中閱讀者的視角為準(zhǔn))，造成模型直升機100的主軸1以 直升機質(zhì)心為中心發(fā)生傾斜；而由于陀螺效應(yīng)的作用，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)中的平衡錘ll 的旋轉(zhuǎn)軸指向仍處于原方向，也就是平衡桿-平衡綞仍在原旋轉(zhuǎn)平面上旋轉(zhuǎn)， 因而模型直升機主軸1與平衡桿-平衡錘由原來相互垂直轉(zhuǎn)而不垂直，兩者的 夾角由90°向小于90°變化。此時，第一連桿9上端在鉸接點31處受平衡桿 8-平衡綞11的帶動向下推動混控?fù)u臂4的鉸接點32處，致使混控?fù)u臂4以鉸 接點33為圓心向下偏轉(zhuǎn)一定角度，并通過混控?fù)u臂4與旋翼夾2的軸孔連接 關(guān)系帶動旋翼夾2-旋翼10以旋翼軸線12為轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動，使右旋翼10迎角減 小，升力減小。
與之類似的是，在圖1中的主軸1未被示出的另外一面那些對稱的部件上 也同時產(chǎn)生力矩大小相等、方向相反的力矩，使左旋翼10迎角增大，升力增 大。
需要說明的是，在上述過程中，平衡錘11、平衡桿8通過第一連桿9控制 混控?fù)u臂4第一端上的萬向鉸接點32上下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的支點是與第二連桿5 連接的混控?fù)u臂第二端上的萬向鉸接點33。而在整個運動過程中，平衡系統(tǒng)和 操縱系統(tǒng)是以混控?fù)u臂4兩端上的萬向鉸接點32、 33互為支點，將分別來自 于平衡系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)周期性控制力矩通過旋翼夾2傳遞到旋翼10。
可見，由于平衡錘的作用，促使右旋翼升力減小，左旋翼升力增大，結(jié)果 促使右旋翼下降，左旋翼抬升，正好克服外界對模型直升機100的干擾，使模 型直升機恢復(fù)到原來穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。
由于模型直升機100的旋翼是在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，外界干擾力對于旋翼來說 是一種周期性的干擾力，為說明方便，設(shè)直升機的正前方指向為零度。圖4中 力f表示模型直升機的旋翼在旋轉(zhuǎn)一周期間所受到的干擾力，而該旋翼受平衡錘的陀螺效應(yīng)所控制的迎角變化造成升力的變量以Af表示。在圖4中，干擾 力f與升力變化Af的指向相反，所以干擾力f經(jīng)過這360°周期后衰減為圖5 中所表示的f'，此后各周期周而復(fù)始，干擾f趨向零，如圖6所示。因此， 平衡錘的陀螺效應(yīng)使平衡系統(tǒng)克服外界干擾，本發(fā)明的模型直升機具有動穩(wěn)定 性。
在本發(fā)明的一個較佳實施例中，旋翼10的直徑340ram、平衡錘11重量 (2g-6g) X2、平衡綞的旋轉(zhuǎn)直徑190mm、主軸1的轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分。試驗證 明模型直升機在無線電遙控操縱行進(jìn)中，較佳的平衡錘軸線13位于旋翼軸 線12前45。(即在旋轉(zhuǎn)方向上超前45。)，然而在±20°范圍內(nèi)均可飛行。 但當(dāng)該夾角偏離最佳角度后，動平衡性能會逐漸變差。特別是當(dāng)平衡錘軸線與 旋翼軸線夾角從25。趨向0°調(diào)整，對模型直升機做操縱動作時，即時出現(xiàn)擺 動，并且擺動幅度逐步加劇。而平衡錘軸線與旋翼軸線夾角從65。往90°變化 時，模型直升機的動穩(wěn)定性也趨于變差，難以控制模型直升機。
與上述實施例相同模式而規(guī)格及重要參數(shù)不同的單旋翼模型直升機，其平 衡錘軸線與旋翼軸線最佳夾角是會有所不同的，所列舉的實施例說明了其可能 的范圍及該問題的重要性。在進(jìn)行設(shè)計和驗證實驗時，平衡桿與所述旋翼的水 平夾角可以將45。作為基點角度，向正負(fù)兩個方向調(diào)整，最終通過實驗求得平 衡性能及平衡性能與操縱性能較佳組合時的夾角。
本發(fā)明還可以通過調(diào)整平衡錘的的重量來調(diào)整平衡性能，不僅可以在設(shè)計 時針對不同的技術(shù)要求選定平衡錘的重量，而且可以在初學(xué)操縱直升機時選裝 重的平衡錘，例如上述實施例的模型直升機平衡錘，初學(xué)者可選擇5g—6g，隨 著操縱技術(shù)的進(jìn)步，再逐漸減輕平衡錘到3g—2g。實踐證明其效果遠(yuǎn)勝于"貝 爾一希拉"模式。
雖然在上述實施例中，平衡桿一平衡錘是連接在主軸1的頂端，但在圖3 所示為另一的實施例中，平衡錘ll一平衡桿8完全可以連接于旋翼IO —旋翼 夾2的下方，通過平衡桿架15與主軸1實現(xiàn)連接，平衡桿架15帶動平衡桿8、 平衡錘11以中心線X為軸如圖3中A方向轉(zhuǎn)動上，與圖1僅在結(jié)構(gòu)上有所不 同。
因此，本發(fā)明的模型直升機平衡系統(tǒng)，與目前的"貝爾一希拉"模式的遙控模型直升機相比，具有以下優(yōu)點
1、 利用旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的平衡錘的陀螺效應(yīng)通過混控?fù)u臂對旋翼迎角實施控制，克 服模型直升機在空中所遇到的外界干擾，這種自動平衡效果使模型直升機在空中處 于更加相對安定狀態(tài)。
2、 與現(xiàn)有的"貝爾一希拉"模式的遙控模型直升機中，平衡錘與旋翼的 軸線恒定為垂直的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的平衡錘與旋翼的軸線的夾角，在設(shè)計時 可以調(diào)整，因此可找到模型直升機的動穩(wěn)定性和操縱性較佳組合。
3、 與現(xiàn)有的"貝爾一希拉"模式的遙控模型直升機比較，本發(fā)明還可以 通過調(diào)節(jié)平衡錘的陀螺效應(yīng)的大小(調(diào)整平衡錘重量或平衡錘旋轉(zhuǎn)半徑)，相 比較可以更加有效地改變直升機的平衡性能，以適應(yīng)不同人群的需要。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善， 因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種遙控模型直升機平衡系統(tǒng)，適于單旋翼模型直升機的平衡控制，所述模型直升機包括一主軸、一設(shè)于主軸上的旋翼夾、以及設(shè)于旋翼夾上的一對旋翼，其特征在于，所述平衡系統(tǒng)包括一對混控?fù)u臂、一連接于主軸上的平衡桿以及一對設(shè)于平衡桿兩端的平衡錘；該對混控?fù)u臂分別設(shè)于旋翼夾兩側(cè)，且通過其中部的軸孔與旋翼夾兩側(cè)的凸軸可轉(zhuǎn)動連接；該對混控?fù)u臂的兩端分別形成萬向鉸接點，其中第一端上的萬向鉸接點通過一對第一連桿與設(shè)于平衡桿鄰近主軸位置的兩個萬向鉸接點連接，使該對第一端被平衡桿所控制，而第二端上的萬向鉸接點通過一對第二連桿與設(shè)于旋翼下方主軸的控制系統(tǒng)上的萬向鉸接點連接，使該對第二端被該控制系統(tǒng)所控制，所述平衡桿的軸線與所述旋翼的軸線的水平夾角介于25°至65。之間。
2. 如權(quán)利要求1所述的遙控模型直升機平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述平衡桿 連接于主軸的頂端，且位于所述旋翼夾的上方。
3. 如權(quán)利要求1所述的遙控模型直升機平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述平衡桿 位于所述旋翼夾的下方的主軸上。
4. 如權(quán)利要求3所述的遙控模型直升機平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述平衡桿 是連接于所述旋翼夾下方主軸的一平衡桿架上。
5. 如權(quán)利要求1 4任一項所述的遙控模型直升機平衡系統(tǒng)，其特征在于， 所述平衡桿的軸線與所述旋翼的軸線水平夾角為45。。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適于單旋翼模型直升機的平衡控制的遙控模型直升機平衡系統(tǒng)，該模型直升機包括一主軸、一設(shè)于主軸上的旋翼夾、以及設(shè)于旋翼夾上的一對旋翼，該平衡系統(tǒng)包括一對混控?fù)u臂、一連接于主軸上的平衡桿以及一對設(shè)于平衡桿兩端的平衡錘。該對混控?fù)u臂通過其中部的軸孔與旋翼夾兩側(cè)的凸軸的配合可轉(zhuǎn)動連接于旋翼夾兩側(cè)。該對混控?fù)u臂的兩端分別形成萬向鉸接點，其中第一端的鉸接點由平衡桿通過一對第一連桿控制，而第二端上的鉸接點通過由控制系統(tǒng)通過一對第二連桿控制，該平衡桿的軸線與該旋翼的軸線的水平夾角介于25°至65°之間。該平衡系統(tǒng)可提高模型直升機的平衡性能。
文檔編號A63H27/00GK101433766SQ200710170488
公開日2009年5月20日 申請日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者丁煥中, 俞宜震, 吳雨辰, 黃國川 申請人:上海九鷹電子科技有限公司