本發(fā)明提供一種新型實(shí)用性微型直升機(jī)系統(tǒng)，它涉及一種對(duì)直升機(jī)系統(tǒng)的改進(jìn)，屬于航空技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

直升機(jī)是20世紀(jì)航空技術(shù)極具特色的創(chuàng)造之一。相比于一般飛機(jī)，其消除了飛機(jī)起飛與降落需要滑道的困擾，具有垂直起降的能力，極大地拓寬了飛行器的應(yīng)用范圍。直升機(jī)的升力來(lái)自于機(jī)身上方高速旋轉(zhuǎn)槳葉，這樣的機(jī)翼稱之為“旋翼”。旋翼不僅為飛機(jī)系統(tǒng)提供巨大的升力，同時(shí)也為直升機(jī)提供飛行控制。這使得直升機(jī)槳葉成為一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，不僅飛行控制不夠準(zhǔn)確，而且使用成本高、維護(hù)檢修工作量較大。近年來(lái)，作為航拍與航模運(yùn)動(dòng)新星的多旋翼無(wú)人機(jī)，表現(xiàn)出了優(yōu)良的操控性。因此利用主旋翼提供巨大升力、多旋翼提供良好飛行控制的特點(diǎn)，部分人士已將六旋翼系統(tǒng)與直升機(jī)主旋翼系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)的，制造出了新型直升機(jī)系統(tǒng)。

本發(fā)明針對(duì)主旋翼與多旋翼組合使用的直升機(jī)系統(tǒng)中主旋翼產(chǎn)生的下洗流會(huì)影響六旋翼飛行控制的缺點(diǎn)，對(duì)主旋翼槳葉結(jié)構(gòu)做出了改進(jìn)，使主旋翼提供巨大升力的同時(shí)，六旋翼的精確控制不受影響。同時(shí)采用汽油機(jī)與小型發(fā)電機(jī)組合的動(dòng)力系統(tǒng)，分別為主旋翼與六旋翼工作供能。在主旋翼與小型發(fā)電機(jī)電路中加入的超級(jí)電容，有效避免了汽油機(jī)周期運(yùn)動(dòng)時(shí)，主旋翼轉(zhuǎn)速不均勻而導(dǎo)致小型發(fā)電機(jī)電流不均使六旋翼工作不穩(wěn)定的問(wèn)題。

綜上，本發(fā)明中的新型實(shí)用性微型直升機(jī)系統(tǒng)極大簡(jiǎn)化了直升機(jī)主旋翼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，避免了主旋翼工作時(shí)產(chǎn)生的下洗流對(duì)下方多旋翼工作的影響，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)發(fā)明目的：

本發(fā)明公開了一種新型實(shí)用性微型直升機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合利用了直升機(jī)主旋翼槳葉提供的升力大以及六旋翼飛行控制穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，將主旋翼系統(tǒng)與六旋翼飛行控制系統(tǒng)組合使用，針對(duì)主旋翼槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的下洗流影響六旋翼工作的缺點(diǎn)，對(duì)主旋翼系統(tǒng)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)。同時(shí)該直升機(jī)系統(tǒng)采用汽油機(jī)加小型發(fā)動(dòng)機(jī)的雙動(dòng)力系統(tǒng)，不僅能夠保證主旋翼槳葉和六旋翼分別順利地工作，同時(shí)還能防止汽油機(jī)突然熄火導(dǎo)致飛行控制中斷的情況。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明涉及一種新型實(shí)用性微型直升機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主旋翼系統(tǒng)(1)、動(dòng)力系統(tǒng)(2)、六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)、控制系統(tǒng)(4)、機(jī)身(5)、起落架(6)。其中：主旋翼系統(tǒng)(1)包括四個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流線型槳葉(1a)、一根主軸(1b)、四根碳素連接桿(1c)、兩個(gè)中央殼體(1d)；動(dòng)力系統(tǒng)(2)包括兩個(gè)汽油機(jī)(2a)、小型發(fā)電機(jī)(2b)、傳動(dòng)輪系(2c)；六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)包括六旋翼(3a)、六旋翼系統(tǒng)中央部分(3b)；起落架(5)包括安全欄(5a)和支腳(5b)。他們之間的關(guān)系是：主旋翼系統(tǒng)(1)通過(guò)主軸與機(jī)身(5)連接，并位于機(jī)身上方；機(jī)身(5)近似為圓柱形，表面為金屬殼體，動(dòng)力系統(tǒng)(2)位于機(jī)身殼體內(nèi)部上方；動(dòng)力系統(tǒng)(2)下方是六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)的中央部分，六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)中的六個(gè)旋翼通過(guò)橫穿機(jī)身殼體的六個(gè)支撐板連接，位于機(jī)身(5)外部；六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)的中央部分下方為控制系統(tǒng)(4)；機(jī)身(5)內(nèi)部最底端為儲(chǔ)油箱，汽油機(jī)工作時(shí)所需的汽油儲(chǔ)存在這里；起落架(6)(含安全護(hù)欄)位于機(jī)身(5)外部，與機(jī)身(5)外部通過(guò)十字形結(jié)構(gòu)連接。

所述的主旋翼系統(tǒng)(1)由四個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的流線型槳葉(1a)、一根主軸(1b)、四根碳素連接桿(1c)、兩個(gè)中央殼體(1d)和組成。兩扇槳葉(1a)之間通過(guò)貫穿的形式以兩根堅(jiān)韌輕巧的碳素桿(1c)連接，構(gòu)成一組主旋翼，槳葉(1a)遠(yuǎn)離主軸(1b)端與兩根碳素連接桿(1c)端部之間用兩個(gè)螺母-鋁合金薄層結(jié)構(gòu)連接，兩側(cè)共計(jì)有四個(gè)螺母，螺母與黏貼在碳素桿上(1c)的鋁合金螺紋薄層配合，此處的螺母結(jié)構(gòu)是可調(diào)的，用來(lái)調(diào)節(jié)槳葉在碳素桿(1c)上的位置，使得工作前主旋翼與橫軸之間自穩(wěn)機(jī)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。四個(gè)槳葉(1a)與四根碳素桿(1c)構(gòu)成兩組旋翼，兩組主旋翼以?shī)A角為90度分布，碳素桿(1c)下方為六旋翼系統(tǒng)，使得主旋翼槳葉與六旋翼沒有重疊的地方，因此很好地避免了主旋翼槳葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下洗流干擾六旋翼的精確控制的問(wèn)題。由于槳葉(1a)離主軸(1b)近的部分所提供的升力有限，甚至可以忽略，所以本發(fā)明中的槳葉(1a)結(jié)構(gòu)相比于直條槳葉也不會(huì)損失太多升力。連接槳葉的碳素桿(1c)采用圓形截面構(gòu)造，以盡可能避免該部位下洗氣流的產(chǎn)生，影響六旋翼的工作。

每組主旋翼與主軸(1b)之間通過(guò)中央殼體(1d)連接。中央殼體(1d)呈空心立方體結(jié)構(gòu)，四周為打孔薄壁，上下兩面鏤空，該殼體(1d)可以增強(qiáng)槳葉-碳素連接桿結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，將旋翼結(jié)構(gòu)組成一個(gè)整體，使之能夠與橫軸之間傳遞飛行力矩。中央殼體(1d)與穿過(guò)它的兩根碳素連接桿(1c)穿入穿出部分采用螺母加固，兩側(cè)共計(jì)有四個(gè)加固螺母，螺母與黏貼在碳素桿上的鋁合金螺紋薄層配合，使得碳素桿(1c)緊固在中央殼體(1d)左右兩側(cè)。為了避免主旋翼的自穩(wěn)結(jié)構(gòu)左右傾斜程度過(guò)大，在不影響自穩(wěn)調(diào)節(jié)情況下，一般起飛前在中央殼體(1d)內(nèi)部加注適量塑料膠。

中央殼體(1d)與主軸(1b)之間采用的是橫軸貫穿的連接方式。橫軸一方面可以傳遞汽油機(jī)扭矩，另一方面主旋翼槳葉的升力通過(guò)它傳遞給整個(gè)機(jī)體。飛行過(guò)程中槳葉所受到的旋轉(zhuǎn)阻力亦通過(guò)橫軸平衡。橫軸與主旋翼中央殼體(1d)之間采用過(guò)盈軸承配合，兩端軸承外側(cè)均有螺母加固，防止主旋翼系統(tǒng)飛行過(guò)程中在橫軸上前后滑動(dòng)；橫軸與中央殼體(1d)之間的過(guò)盈軸承配合，構(gòu)成主旋翼系統(tǒng)(1)以橫軸為中心的左右傾斜自穩(wěn)機(jī)構(gòu)，即使在飛行過(guò)程中也能實(shí)現(xiàn)主旋翼系統(tǒng)(1)的自穩(wěn)平衡；軸承可以減少左右傾斜自穩(wěn)過(guò)程對(duì)橫軸的磨損，也方便拆卸檢修。

所述的動(dòng)力系統(tǒng)(2)由對(duì)稱分布的兩個(gè)汽油機(jī)(2a)、兩個(gè)小型發(fā)電機(jī)(2b)、傳動(dòng)輪系(2c)部件。其位于儲(chǔ)物箱內(nèi)部最上方。汽油機(jī)(2a)與主旋翼主軸(1b)之間采用單向軸承連接，汽油機(jī)(2a)工作可以帶動(dòng)主軸(1b)旋轉(zhuǎn)，而主軸(1b)旋轉(zhuǎn)不能帶動(dòng)汽油機(jī)(2a)工作，以免發(fā)生事故。旋轉(zhuǎn)的主軸(1b)通過(guò)雙向軸承與小型發(fā)電機(jī)(2b)相連，為其提供發(fā)電所需的動(dòng)能，發(fā)電機(jī)(2b)發(fā)出的電供給六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)，使其進(jìn)行飛行控制。這里主軸(1b)與小型發(fā)電機(jī)(2b)之所以采用雙向軸承連接，是為了在汽油機(jī)(2a)意外停止工作時(shí)，后述的超級(jí)電容能為小型發(fā)電機(jī)(2b)供電，使其帶動(dòng)主旋翼系統(tǒng)主軸(1b)轉(zhuǎn)動(dòng)，以免飛行器驟停。在小型電動(dòng)機(jī)(2b)與六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)連接的電路中，接有超級(jí)電容，主要為了在汽油機(jī)(2a)周期運(yùn)動(dòng)使發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流大小改變時(shí)，維持電路中的電流恒定，使六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)能夠正常工作。同時(shí)也可在作為緊急備用電源。

所述的六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)采用的是常見的飛行器六個(gè)旋翼(3a)，六個(gè)旋翼(3a)均勻分布在以機(jī)身軸線為中心且垂直于軸線的平面內(nèi)，六旋翼系統(tǒng)中央部分(3b)包絡(luò)在機(jī)身內(nèi)部，與動(dòng)力系統(tǒng)(2a)緊貼，且位于后者正下方。在六旋翼系統(tǒng)中央部分(3b)下方被隔開的汽油儲(chǔ)油箱，六個(gè)旋翼(3a)則位于機(jī)身外部。六旋翼系統(tǒng)中央部分(3b)與六個(gè)旋翼(3a)通過(guò)連接板連接。

所述的控制系統(tǒng)(4)整體為集成電路結(jié)構(gòu)，它采用閉合回路，數(shù)字輸出，傳感器芯片和集成電路芯片分開平放連線的封裝方法，固定在機(jī)身(5)內(nèi)部，與六旋翼系統(tǒng)中央部分(3b)緊貼，且位于后者下方。其主要負(fù)責(zé)接收外部指令，并控制整個(gè)直本發(fā)明各系統(tǒng)的狀態(tài)。

所述的機(jī)身(5)為一個(gè)近似為圓柱形，表面為金屬殼體，內(nèi)部包絡(luò)有動(dòng)力系統(tǒng)(2)、六旋翼系統(tǒng)中央部分(3b)、控制系統(tǒng)(4)和汽油油箱。

所述的起落架(6)位于六個(gè)旋翼(3a)，由均勻分布的四個(gè)支腳(6b)和安全欄(6b)構(gòu)成，其與儲(chǔ)物箱之間用十字形結(jié)構(gòu)連接。飛行器整體高度約2.5米，六旋翼安全護(hù)欄(6b)高度在人的膝蓋附近，人在靠近飛行器時(shí)安全系數(shù)較高，便于檢修等地面工作。

(三)優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明提供的一種新型實(shí)用性微型直升機(jī)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于：

①本發(fā)明中綜合利用了直升機(jī)主旋翼槳葉提供的升力大以及六旋翼飛行控制穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，將主旋翼系統(tǒng)與六旋翼飛行控制系統(tǒng)組合使用，獲得升力大且控制精準(zhǔn)的直升機(jī)系統(tǒng)，并針對(duì)主旋翼槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的下洗流影響六旋翼工作的缺點(diǎn)，對(duì)主旋翼槳葉結(jié)構(gòu)做了重新設(shè)計(jì)，有效地減小了主旋翼槳葉工作時(shí)產(chǎn)生的下洗流，保證了六旋翼飛行控制系統(tǒng)對(duì)飛行器的精確控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于拆卸維修且壽命長(zhǎng)。

②本發(fā)明采用了兩套動(dòng)力系統(tǒng)，分別為主旋翼系統(tǒng)和六旋翼系統(tǒng)供電。電路中的超級(jí)電容不僅可以調(diào)節(jié)電路中的電流，使得六旋翼飛行控制系統(tǒng)穩(wěn)定地工作，必要的時(shí)候還可以作為備用電池同時(shí)為主旋翼系統(tǒng)和六旋翼飛行控制系統(tǒng)提供能源。既節(jié)省了能源，又保證了汽油機(jī)停止工作時(shí)主旋翼系統(tǒng)和六旋翼飛行控制系統(tǒng)能短時(shí)間工作，使飛行器能夠安全降落。

③本發(fā)明中橫軸與主旋翼中央殼體之間的過(guò)盈軸承配合，構(gòu)成了主旋翼系統(tǒng)以橫軸為旋轉(zhuǎn)軸的左右傾斜自穩(wěn)機(jī)構(gòu)。主旋翼系統(tǒng)在工作時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生左右傾斜的不平衡情況，如遭遇空中亂流，這時(shí)通過(guò)橫軸-旋翼之間的自穩(wěn)結(jié)構(gòu)，使主旋翼槳葉回復(fù)平衡狀態(tài)，這是一種動(dòng)態(tài)的、自穩(wěn)的平衡狀態(tài)。

④本發(fā)明的新型實(shí)用性微型直升系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維修、控制容易的特點(diǎn)，能夠提供一個(gè)平穩(wěn)易控的飛行平臺(tái)，在航拍、對(duì)地監(jiān)測(cè)及空中飛行數(shù)據(jù)采集等無(wú)人機(jī)領(lǐng)域具有廣泛的使用應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明新型實(shí)用性微型直升機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)布局圖。

圖2是動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖3是碳素碳素桿與中央殼體的連接方式圖以及主旋翼槳葉與主軸之間的貫穿連接圖。

圖4是六旋翼飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖中產(chǎn)品代號(hào)說(shuō)明如下：

1.主旋翼系統(tǒng)1a.流線型槳葉

1b.主軸1c.碳素連接桿

1d.中央殼體2.動(dòng)力系統(tǒng)

2a.汽油機(jī)2b.小型發(fā)電機(jī)

2c.傳動(dòng)輪系3.六旋翼飛行控制系統(tǒng)

3a.六個(gè)旋翼3b.六旋翼系統(tǒng)中央部分

4.控制系統(tǒng)5.機(jī)身

6.起落架6a.安全欄

6b.支腳

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施過(guò)程做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明涉及一種新型實(shí)用性微型直升機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由主旋翼系統(tǒng)(1)、動(dòng)力系統(tǒng)(2)、六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)、控制系統(tǒng)(4)、機(jī)身(5)、起落架(6)組成。各分系統(tǒng)的空間布局參見圖1。本直升機(jī)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、壽命長(zhǎng)、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明中主旋翼系統(tǒng)(1)供飛行所需升力，飛行器的飛行控制由平行安裝于主旋翼下方的六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)完成。

飛行初期，控制系統(tǒng)(4)接受外部指令，通過(guò)電信號(hào)啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)(3)中的汽油機(jī)，使其從儲(chǔ)物箱下部的汽油油箱中獲取燃料，并將燃料泵入汽油機(jī)(2a)，通過(guò)超級(jí)電容中儲(chǔ)存的電能實(shí)現(xiàn)打火啟動(dòng)。此時(shí)為減小主旋翼槳葉的轉(zhuǎn)矩以減輕汽油機(jī)的負(fù)荷，小型發(fā)電機(jī)(2b)在控制系統(tǒng)(4)的控制下不工作。啟動(dòng)后，汽油機(jī)(2a)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過(guò)單向軸承開始帶動(dòng)主軸(1b)轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)，主旋翼槳葉(1a)開始旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生升力，飛行器垂直起飛；當(dāng)主軸(1b)轉(zhuǎn)速達(dá)到事先設(shè)定的某一門限值時(shí)，控制系統(tǒng)(4)向小型發(fā)電機(jī)(2b)發(fā)出控制命令，使其開始工作。此時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的主軸(1b)通過(guò)雙向軸承帶動(dòng)小型發(fā)動(dòng)機(jī)(2b)開始工作，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能帶動(dòng)六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)工作，飛行器開始實(shí)現(xiàn)飛行控制。在發(fā)電機(jī)(2b)與六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)的回路中，接有超級(jí)電容，以調(diào)節(jié)由于主軸轉(zhuǎn)速變化導(dǎo)致的回路中電流大小發(fā)生變化，從而影響六旋翼工作的問(wèn)題。同時(shí)，超級(jí)電容會(huì)儲(chǔ)存部分能量，為汽油機(jī)(2a)點(diǎn)火供電以及作為緊急備用電源。

飛行器的飛行控制如懸停、平飛、后退、升降等，均通過(guò)六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)控制六扇旋翼(3a)轉(zhuǎn)速的變化實(shí)現(xiàn)，其控制過(guò)程與現(xiàn)今的六旋翼飛行器的飛行控制過(guò)程相同。

主旋翼系統(tǒng)(1)在工作時(shí)，若遭遇空中亂流，可能會(huì)產(chǎn)生左右傾斜的不平衡情況，這時(shí)通過(guò)橫軸一主旋翼之間的自穩(wěn)結(jié)構(gòu)，主旋翼能夠恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)，該過(guò)程為一種動(dòng)態(tài)的自穩(wěn)平衡過(guò)程。

飛行過(guò)程中，控制系統(tǒng)(4)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)力系統(tǒng)(2)的工作狀態(tài)，并及時(shí)對(duì)飛行遭遇的突發(fā)情況作出相應(yīng)的處理。例如控制系統(tǒng)(4)檢測(cè)到汽油機(jī)(2a)損壞一個(gè)或者兩個(gè)時(shí)，主旋翼系統(tǒng)(1)動(dòng)力不足或失去動(dòng)力來(lái)源，主軸轉(zhuǎn)速逐漸降低，當(dāng)小于事先設(shè)定的門限值時(shí)，控制系統(tǒng)(4)便利用超級(jí)電容中的電能作為緊急能源，為小型發(fā)動(dòng)機(jī)(2b)供電，小型發(fā)電機(jī)(2b)分別通過(guò)電路和單向軸承帶動(dòng)六旋翼飛行控制系統(tǒng)(3)與主旋翼系統(tǒng)(1)工作，以使本發(fā)明中的新型微型直升機(jī)系統(tǒng)調(diào)整飛行姿態(tài)，控制飛行器迫降等。兩個(gè)中發(fā)動(dòng)機(jī)相互獨(dú)立，又相互支持。