本發(fā)明屬于航空器設(shè)計制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

20世紀50年代開始，世界各國對于共軸雙旋翼布局、氣動特性等問題進行了大量實驗及研究，其中俄羅斯卡莫夫設(shè)計局一直是世界范圍內(nèi)共軸式直升機研究的領(lǐng)跑者。共軸式直升機依靠上下共軸反轉(zhuǎn)的兩副旋翼平衡反扭矩，并提供升力及各種操縱，不需尾槳。具有結(jié)構(gòu)緊湊、懸停中低速氣動效率高的優(yōu)點。

然而，傳統(tǒng)共軸式直升機的操縱系統(tǒng)中，上下旋翼各有一個自動傾斜器，通過連桿保持彼此平行。共軸雙旋翼的吹風(fēng)揮舞的特征為，由于上下旋翼的共軸反轉(zhuǎn)，當有前方來流時，由于氣流的左右不對稱，上下旋翼都在各自的前行槳葉處得到最大速度，后滯90度后達到最大揮舞響應(yīng)。呈現(xiàn)前高后低的縱向揮舞。因此，由于氣流左右不對稱引起的上下旋翼的縱向揮舞傾斜是一致的。然而，上下旋翼由于槳盤的前后迎角不對稱導(dǎo)致的橫向揮舞卻是不一致的，由于上下旋翼錐度角的存在，前方來流在上下旋翼的前后位置(機頭、機尾)均存在迎角不對稱，由此產(chǎn)生的氣動輸入在滯后90度處達到最大揮舞響應(yīng)，會呈現(xiàn)一副旋翼左高右低；而另一副旋翼右高左低的不平行揮舞，即一側(cè)的槳盤間距小，另一側(cè)的槳盤間距大。在大風(fēng)、盤旋或大角度轉(zhuǎn)彎情況下，這種上下旋翼的橫向不平行度加大，會出現(xiàn)打槳(上下旋翼槳葉相碰)現(xiàn)象，傳統(tǒng)共軸式直升機的上下旋翼自動傾斜器的平行機構(gòu)不能改變這種橫向揮舞的不平行度，從而大大限制了共軸式直升機的前飛速度以及抗風(fēng)能力。

目前輕型共軸式無人直升機的一般操縱方式如圖1所示，在主減速器的殼體上固聯(lián)有航向、總距舵機，縱橫向舵機與總距套筒相連，隨總距套筒上下運動。舵機輸出量通過拉桿搖臂、兩個自動傾斜器和過渡搖臂變距拉桿轉(zhuǎn)變?yōu)樾順嘟堑淖兓?，進而實現(xiàn)操縱的目的。內(nèi)外軸通過扭力臂帶動上下自動傾斜器外環(huán)旋轉(zhuǎn)，以保證自動傾斜器與槳葉同步轉(zhuǎn)動，并將它們用等長撐桿相聯(lián)以實現(xiàn)上下槳葉槳距角同步地變化。其實現(xiàn)直升機三種操縱的方式為：1、縱橫向操縱，通過縱、橫向舵機操縱下傾斜器傾斜，并通過連桿帶動上傾斜器同步傾斜，各傾斜器的傾斜動作傳遞到槳葉上實現(xiàn)縱橫向操縱；2、總距操縱，通過總距舵機上下移動自動傾斜器來實現(xiàn)；3、航向操縱，此操縱形式為半差動航向操縱，航向舵機通過航向杠桿帶動航向操縱滑環(huán)沿著總距套筒做上下滑動，滑環(huán)經(jīng)兩撐桿帶動過渡搖臂支座，鉸接在支座上的過渡搖臂借助兩組推拉桿分別帶動與之連接的下自動傾斜器和下旋翼槳葉的變距搖臂，單獨改變下旋翼的總距，使得下旋翼反扭矩變化，產(chǎn)生航向操縱力矩。

大型共軸式直升機一般采用全差動航向操縱方案，該操縱機構(gòu)的分別在上旋翼軸內(nèi)和下旋翼軸內(nèi)設(shè)有可上下移動的套筒，該套筒隨旋翼軸同步轉(zhuǎn)動且可沿旋翼軸做上下相對運動。上下旋翼套筒在上下旋翼槳轂附近，套筒連接上下旋翼變距搖臂，變距搖臂在不同距離處與旋翼變距拉桿和自動傾斜器外環(huán)支桿鉸接形成杠桿搖臂，通過上下移動套筒實現(xiàn)變距運動。兩套筒的內(nèi)部設(shè)有變距裝置，該裝置與設(shè)在主減速器底部的總距手柄和航向手柄相連，總距手柄通過垂直拉動變距裝置實現(xiàn)上下旋翼總距的同步增減，達到改變直升機升力的目的。航向手柄通過正反轉(zhuǎn)動變距裝置實現(xiàn)上下旋翼總距一增一減的運動，實現(xiàn)航向操縱。上下自動傾斜器在軸向沒有運動，只提供縱橫向的周期變距操縱。

上述共軸雙旋翼操縱方式的特點是上下旋翼傾斜器通過三根(或更多)的連桿連接，使上下傾斜器始終保持平行，上下旋翼的縱橫向周期變距始終相同。并且上旋翼傾斜器外環(huán)隨下旋翼傾斜器內(nèi)環(huán)旋轉(zhuǎn)，二者的連桿也同樣旋轉(zhuǎn)，無法通過調(diào)整某一連桿長度來實現(xiàn)兩傾斜器在橫向的不平行度。這種上下旋翼傾斜器平行操縱的方式是導(dǎo)致上下旋翼的槳盤平面不平行，特別是橫向揮舞不一致的根本原因。也是造成上下旋翼打槳(上下旋翼槳葉相碰)現(xiàn)象的重要原因。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服上述共軸式直升機存在的打槳問題，本發(fā)明提出了一種上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有共軸式直升機由于“打槳”現(xiàn)象導(dǎo)致的前飛速度小、抗風(fēng)能力差的問題，以及為了避免“打槳”而加大旋翼間距帶來的結(jié)構(gòu)重量增加問題。

本發(fā)明的一種上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)，根據(jù)背景技術(shù)中半差動航向操縱系統(tǒng)進行改進，將上旋翼傾斜器與下旋翼傾斜器分別安裝于減速箱下方與上方。

所述上旋翼傾斜器的內(nèi)環(huán)通過球鉸與內(nèi)軸底端相連，使內(nèi)環(huán)可隨內(nèi)軸轉(zhuǎn)動，且可沿內(nèi)軸軸向上下移動以及側(cè)向偏轉(zhuǎn)。上述內(nèi)軸中空，內(nèi)部設(shè)置有兩根上旋翼操縱長拉桿，兩根上旋翼操縱長拉桿底端與內(nèi)環(huán)間鉸接形式相連，頂端由內(nèi)軸頂端穿出后，分別通過協(xié)調(diào)杠桿與用來使上旋翼改變迎角的兩根上旋翼變距拉桿相連。由此通過外環(huán)接受縱橫向操縱系統(tǒng)輸出的操縱量，實現(xiàn)上旋翼傾斜器的傾斜角度與上下位置改變，進而通過上旋翼操縱長拉桿帶動上旋翼協(xié)調(diào)杠桿改變與上旋翼傾斜器相同的傾斜角度和上下位置，并由上旋翼協(xié)調(diào)杠桿將傾斜角度與上下位置的變化量(操縱量)經(jīng)旋翼變距拉桿傳遞到上旋翼，改變上旋翼的縱橫向傾斜角度與迎角。

所述下旋翼傾斜器的內(nèi)環(huán)通過兩根下旋翼操縱拉桿與下旋翼協(xié)調(diào)杠桿連接下旋翼變距拉桿；所述兩根下旋翼操縱拉桿豎直設(shè)置，底端鉸接于內(nèi)環(huán)上；下旋翼協(xié)調(diào)杠桿兩端分別與下旋翼操縱拉桿頂端和下旋翼變距拉桿鉸接，同時下旋翼協(xié)調(diào)杠桿還鉸接于航向操縱滑環(huán)的上滑環(huán)上。由此通過外環(huán)接受縱橫向操縱系統(tǒng)輸出的操縱量，實現(xiàn)下旋翼傾斜器的傾斜角度與上下位置改變，進而通過下旋翼操縱拉桿帶動下旋翼協(xié)調(diào)杠桿改變與下旋翼傾斜器相同的傾斜角度和上下位置，并由下旋翼協(xié)調(diào)杠桿將傾斜角度與上下位置的變化量(操縱量)經(jīng)旋翼變距拉桿傳遞到下旋翼，改變下旋翼的縱橫向傾斜角度與迎角。

上述上旋翼傾斜器由沿縱向設(shè)置的兩個縱向驅(qū)動舵機通過連桿驅(qū)動同步同角度縱向傾斜；同時上旋翼傾斜器由位于橫向上的上旋翼橫向舵機通過連桿驅(qū)動橫向傾斜；下旋翼傾斜器由位于橫向上的下旋翼橫向舵機通過連桿驅(qū)動橫向傾斜。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1、本發(fā)明上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)，比傳統(tǒng)操縱系統(tǒng)多使用一個舵機，實現(xiàn)上下旋翼傾斜器的橫向不平行度的改變，改善由于吹風(fēng)揮舞帶來的橫向上下旋翼槳盤傾斜靠近甚至打槳問題，但是帶來的操縱系統(tǒng)重量負擔(dān)很小。

2、本發(fā)明上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)的操縱方式通過兩個橫向舵機各自增加一個操縱修正量實現(xiàn)不平行操縱，而飛行過程中的操縱與傳統(tǒng)操縱方式相同，不增加操縱難度。

3、本發(fā)明上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)的操縱方式使得上下旋翼橫向傾斜的程度降低，減小了互相抵消的上下旋翼拉力的橫向分量，增加了拉力的垂直分量，提高了直升機的效率。

附圖說明

圖1為共軸式雙旋翼直升機半差動航向操縱系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明共軸式直升機操縱系統(tǒng)工作時上下旋翼縱向操縱方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明共軸式直升機操縱系統(tǒng)工作時上下旋翼橫向及航向操縱方式結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明共軸式直升機操縱系統(tǒng)控制過程中上下旋翼傾斜器橫向不平行操縱示意圖。

圖中：

1-上旋翼傾斜器2-下旋翼傾斜器3-減速器

4-內(nèi)軸5-外軸6-上旋翼

7-下旋翼8-上旋翼操縱長拉桿9-上旋翼協(xié)調(diào)杠桿

10-上旋翼變距拉桿11-下旋翼操縱拉桿12-下旋翼協(xié)調(diào)杠桿

13-下旋翼變距拉桿14-航向操縱滑環(huán)15-縱向舵機

16-縱向舵機連桿a17-縱向舵機連桿b18-上旋翼橫向舵機

19-上旋翼操縱連桿a20-上旋翼操縱連桿b21-下旋翼橫向舵機

22-下旋翼操縱連桿a23-下旋翼操縱連桿b24-航向舵機

25-航向操縱連桿

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)，包括傾斜器系統(tǒng)、縱橫向操縱系統(tǒng)以及航向操縱系統(tǒng)三部分。

所述傾斜器系統(tǒng)包括上旋翼傾斜器1與下旋翼傾斜器2兩部分，分別設(shè)置于直升機中減速器3的下方與上方，如圖2所示。減速器3為直升機的重要部件，減速器3通過內(nèi)部齒輪連接飛機旋翼系統(tǒng)中內(nèi)外嵌套的內(nèi)軸4與外軸5，且內(nèi)軸4、外軸5與減速器3的外殼間軸承連接，進而通過減速器3將發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速輸出降到上旋翼6與下旋翼7的工作轉(zhuǎn)速之后，由內(nèi)軸4與外軸5傳遞至上旋翼6與下旋翼7，為上旋翼6與下旋翼7供能。

本發(fā)明中內(nèi)軸4不同于普通共軸直升機的形式，內(nèi)軸4的底端還穿過減速器3的外殼。上旋翼傾斜器1具體位于內(nèi)軸4的下方，由內(nèi)環(huán)與外環(huán)組成；其中，內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間通過軸承相連，實現(xiàn)內(nèi)環(huán)相對外環(huán)的周向轉(zhuǎn)動；同時內(nèi)環(huán)通過球鉸與內(nèi)軸底端相連，使內(nèi)環(huán)可隨內(nèi)軸4轉(zhuǎn)動，且可沿內(nèi)軸4軸向上下移動以及側(cè)向偏轉(zhuǎn)。上述內(nèi)軸4中空，內(nèi)部設(shè)置有兩根上旋翼操縱長拉桿8，兩根上旋翼操縱長拉桿8底端與內(nèi)環(huán)間鉸接形式相連，頂端由內(nèi)軸4頂端穿出后，分別通過協(xié)調(diào)杠桿9與用來使上旋翼7改變迎角的兩根上旋翼變距拉桿10相連。所述協(xié)調(diào)杠桿9兩段分別與上旋翼操縱長拉桿8和上旋翼變距拉桿10間鉸接。由此通過外環(huán)接受縱橫向操縱系統(tǒng)輸出的操縱量，實現(xiàn)上旋翼傾斜器1的傾斜角度與上下位置改變，進而通過上旋翼操縱長拉桿8帶動上旋翼協(xié)調(diào)杠桿9改變與上旋翼傾斜器2相同的傾斜角度和上下位置，并由上旋翼協(xié)調(diào)杠桿9將傾斜角度與上下位置的變化量(操縱量)經(jīng)旋翼變距拉桿10傳遞到上旋翼6，改變上旋翼6的縱橫向傾斜角度與總距角。

所述下旋翼傾斜器2具體位于減速箱與下旋翼之間，其結(jié)構(gòu)與上旋翼傾斜器1相同，包括由軸承相連的內(nèi)環(huán)與外環(huán)；且內(nèi)環(huán)通過球鉸與外軸5相連，使內(nèi)環(huán)可隨外軸5轉(zhuǎn)動，且可沿外軸5軸向上下移動以及側(cè)向偏轉(zhuǎn)。內(nèi)環(huán)通過兩根下旋翼操縱拉桿11與下旋翼協(xié)調(diào)杠桿12連接下旋翼變距拉桿13；所述兩根下旋翼操縱拉桿11豎直設(shè)置，底端鉸接于內(nèi)環(huán)上；下旋翼協(xié)調(diào)杠桿12兩端分別與下旋翼操縱拉桿11頂端和下旋翼變距拉桿13鉸接，同時下旋翼協(xié)調(diào)杠桿12還鉸接于航向操縱滑環(huán)14的上滑環(huán)上。由此通過外環(huán)接受縱橫向操縱系統(tǒng)輸出的操縱量，實現(xiàn)下旋翼傾斜器2的傾斜角度與上下位置改變，進而通過下旋翼操縱拉桿11帶動下旋翼協(xié)調(diào)杠桿12改變與下旋翼傾斜器2相同的傾斜角度和上下位置，并由下旋翼協(xié)調(diào)杠桿12將傾斜角度與上下位置的變化量(操縱量)經(jīng)旋翼變距拉桿11傳遞到下旋翼7，改變下旋翼7的縱橫向傾斜角度與總距角。

所述縱橫向操縱系統(tǒng)包括縱向操縱系統(tǒng)與橫向操縱系統(tǒng)。其中，縱向(前后向)操縱系統(tǒng)由兩個縱向舵機15以及縱向舵機連桿a16、縱向舵機連桿b17構(gòu)成；兩個縱向舵機15沿機身縱向設(shè)置，輸出軸沿橫向設(shè)置，固定安裝于減速器3的外殼頂面相對位置；兩個縱向舵機15分別通過縱向舵機連桿a16、縱向舵機連桿b17與上旋翼傾斜器1和下旋翼傾斜器2相連?？v向舵機連桿a16與縱向舵機15輸出軸垂直，一端固定于縱向舵機15輸出軸上；另一端與縱向舵機連桿b17鉸接；縱向舵機連桿b17豎直設(shè)置，兩端分別與上旋翼傾斜器1和下旋翼傾斜器2中的外環(huán)鉸接。由此，通過兩個縱向舵機15反向同角度轉(zhuǎn)動輸出動力，經(jīng)縱向舵機連桿a16與縱向舵機連桿b17同時傳遞到上旋翼傾斜器1與下旋翼傾斜器2，帶動上旋翼傾斜器1與下旋翼傾斜器2縱向軸線相互平行且縱向變動角度相同進行同步縱向傾斜，進而對上旋翼6與下旋翼7的縱向操縱量進行同步的等角度傾斜控制。

所述橫向(左右向)操縱系統(tǒng)包括上旋翼橫向舵機18、上旋翼操縱連桿a19、上旋翼操縱連桿b20、下旋翼橫向舵機21、下旋翼操縱連桿a22與下旋翼操縱連桿b23，如圖3所示。

其中，上旋翼橫向舵機18位于機身橫向上，固定安裝于減速器3的外殼底面，輸出軸沿縱向設(shè)置；上旋翼操縱連桿a19與上旋翼橫向舵機18輸出軸垂直，一端與上旋翼橫向舵機18輸出軸固連，另一端與上旋翼操縱連桿b20一端鉸接；上旋翼操縱連桿b20豎直設(shè)置，另一端鉸接于上旋翼傾斜器1的外環(huán)上。由此通過上旋翼橫向舵機18輸出動力，經(jīng)上旋翼操縱連桿a19與上旋翼操縱連桿b20傳遞到上旋翼傾斜器1的外環(huán)上，帶動上旋翼傾斜器1橫向傾斜，進而實現(xiàn)對上旋翼6的橫向傾斜控制。

旋翼橫向舵機21位于機身橫向上，固定安裝于減速器3的外殼頂面，輸出軸沿縱向設(shè)置；下旋翼操縱連桿a22一端與下旋翼橫向舵機21的輸出軸垂直固連，另一端與下旋翼操縱連桿b23一端鉸接，下旋翼操縱連桿b23的另一端鉸接于下旋翼傾斜器2的外環(huán)上。由此通過下旋翼橫向舵機17輸出動力，經(jīng)下旋翼操縱連桿a22與下旋翼操縱連桿b23傳遞到下旋翼傾斜器2的外環(huán)上，帶動下旋翼傾斜器2橫向傾斜，進而實現(xiàn)對下旋翼7的橫向傾斜控制。

根據(jù)背景技術(shù)里面介紹的旋翼吹風(fēng)揮舞現(xiàn)象，假設(shè)本共軸式直升機的上旋翼逆時針(由上向下看)轉(zhuǎn)動，那么其右側(cè)為槳葉前行側(cè)，槳葉軌跡左高右低，而下旋翼與之轉(zhuǎn)向相反，下旋翼的槳葉軌跡左低右高。為避免打槳現(xiàn)象的發(fā)生，減小上下旋翼的傾斜程度，則在進行上旋翼6與下旋翼7橫向傾斜操縱時，為上旋翼橫向舵機18的操縱值減去修正量a，同時下旋翼橫向舵機21的操縱值加上修正量b，并由操縱人員給定上旋翼橫向舵機18與下旋翼橫向舵機21在修正前橫向操縱值相同，保證了在進行修正后上旋翼橫向舵機18與下旋翼橫向舵機21同傳統(tǒng)的操縱方式一樣只操縱一個量，且各自的修正量根據(jù)不同的前飛速度或迎面來流速度進行調(diào)整，簡單有效，減輕了操縱人員負擔(dān)；。經(jīng)過修正后，上旋翼傾斜器1左低右高(相對傳統(tǒng)操縱位置，圖4中虛線所示)，下旋翼傾斜器2左高右低，實現(xiàn)對旋翼的吹風(fēng)揮舞進行矯正，減小二者槳盤右側(cè)靠近的程度，有利于上旋翼6與下旋翼7平面保持平行，有效防止打槳現(xiàn)象發(fā)生。另外，本發(fā)明在橫向操縱方面，同樣能在懸停等不需要進行分別調(diào)整上下旋翼6傾斜度的情況下，對上旋翼橫向舵機18與下旋翼橫向舵機21不加修正量，實現(xiàn)上旋翼6與下旋翼7的平行操縱。本發(fā)明共軸式直升機操縱系統(tǒng)進行總距操縱通過縱向舵機15及上旋翼橫向舵機18、下旋翼橫向舵機21、共同動作，使上旋翼傾斜器1、下旋翼傾斜器2同步上下運動，改變上旋翼6與下旋翼7的總距角。

所述航向操縱系統(tǒng)實現(xiàn)航向操縱，包括航向舵機24與航向操縱連桿25；其中，航向舵機24安裝于減速器3的殼體頂面，位于下旋翼橫向舵機21相對一側(cè)。航向操縱連桿25與航向操縱滑環(huán)14的下滑環(huán)鉸接。由此航向舵機24輸出動力，經(jīng)航向操縱連桿25帶動航向操縱滑環(huán)14的下滑環(huán)上下運動，并通過航向操縱滑環(huán)中下滑環(huán)與上滑環(huán)間鉸接的航向操縱撐桿13傳遞到上滑環(huán)，使上滑環(huán)上下運動，進而帶動下旋翼協(xié)調(diào)杠桿12轉(zhuǎn)動，最終帶動下旋翼操縱拉桿11運動，改變下旋翼7的總距角，使得下旋翼7反扭矩變化，產(chǎn)生航向操縱力矩。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種上下旋翼傾斜器平行度可變的共軸式直升機操縱系統(tǒng)，在只比傳統(tǒng)操縱系統(tǒng)多使用一個舵機的情況下，實現(xiàn)上下旋翼傾斜器的橫向不平行度的改變，改善由于吹風(fēng)揮舞帶來的橫向上下旋翼槳盤傾斜靠近甚至打槳問題，帶來的操縱系統(tǒng)重量負擔(dān)很小。通過兩個橫向舵機各自增加一個操縱修正量實現(xiàn)不平行操縱，而飛行過程中的操縱與傳統(tǒng)操縱方式相同，不增加操縱難度。并且本操縱方式使得上下旋翼橫向傾斜的程度降低，減小了互相抵消的上下旋翼拉力的橫向分量，增加了拉力的垂直分量，如圖4所示，(t為當前槳盤的拉力矢量，t’為施加不平行操縱之前的拉力矢量)，拉力矢量偏向垂直方向，橫向分量明顯減小，提高了直升機的效率。