本發(fā)明涉及一種周期螺距混控系統(tǒng)，尤其是一種用于直升機(jī)的x型周期螺距混控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，傳統(tǒng)布局的大型直升機(jī)主旋翼使用傳統(tǒng)的周期螺距控制方式，即集體螺距和周期螺距的控制相互獨(dú)立，分別由升降舵控制俯仰，副翼舵控制滾轉(zhuǎn)，總距舵控制集體螺距。該操縱方式直觀、但機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

而在無(wú)人直升機(jī)中則廣泛使用周期螺距混控（ccpm）方式來(lái)控制主旋翼。具體方式是以周向均布的三個(gè)舵機(jī)拉動(dòng)連桿推動(dòng)下斜盤，使斜盤既可以向指定方向傾斜一定的角度，也可以上下升降到指定的位置。從而用混控的方式控制主旋翼的集體螺距和周期螺距。該方式將降低機(jī)械復(fù)雜度，減少舵機(jī)數(shù)量，同時(shí)相對(duì)平衡舵機(jī)負(fù)擔(dān)。

然而，三點(diǎn)混控方式仍有不足。以前兩點(diǎn)，后一點(diǎn)的ccpm混控為例。在實(shí)際飛行中，無(wú)人直升機(jī)多是前進(jìn)或后退，斜盤主要以俯仰角變化為主。而前部有兩個(gè)舵機(jī)分擔(dān)受力，后部只有一個(gè)舵機(jī)，導(dǎo)致后部舵機(jī)受力和行程都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前部的舵機(jī)。因此會(huì)出現(xiàn)后部舵機(jī)內(nèi)的齒輪、軸承的磨損更加嚴(yán)重，舵機(jī)的精準(zhǔn)度和壽命都大大降低。若舵機(jī)布局為前部一點(diǎn)，后部?jī)牲c(diǎn)的方式，前部舵機(jī)也會(huì)出現(xiàn)同樣問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是三點(diǎn)式ccpm混控系統(tǒng)中出現(xiàn)的舵機(jī)受力不平衡，在長(zhǎng)期大負(fù)荷工作狀態(tài)下容易出現(xiàn)損壞。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于直升機(jī)的x型周期螺距混控系統(tǒng)，包括控制器、右前舵機(jī)、左前舵機(jī)、左后舵機(jī)、右后舵機(jī)、上傾斜圓盤、下傾斜圓盤、右前連桿、左前連桿、左后連桿、右后連桿、向心關(guān)節(jié)軸承、主旋翼軸、下傾斜盤相位器、上傾斜盤相位器以及與槳葉數(shù)量相同的拉桿；向心關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈套設(shè)在主旋翼軸上，并可沿主旋翼軸上下滑動(dòng)；上傾斜圓盤的中心孔固定安裝在向心關(guān)節(jié)軸承的外圈上；下傾斜圓盤的中心孔通過(guò)滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)式安裝在向心關(guān)節(jié)軸承的外圈上；上傾斜圓盤和下傾斜圓盤同心且盤面相平行；右前連桿、左前連桿、左后連桿以及右后連桿的上端通過(guò)球頭軸承等弧度間隔鉸接安裝在下傾斜圓盤的圓周邊緣上；左前連桿的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左前舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)臂上；左后連桿的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左后舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)臂上；右前連桿的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右前舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)臂上；右后連桿的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右后舵機(jī)的驅(qū)動(dòng)臂上；拉桿的下端通過(guò)球頭軸承安裝在上傾斜圓盤的圓周邊緣的對(duì)應(yīng)位置處，拉桿的上端通過(guò)球頭軸承安裝在對(duì)應(yīng)位置處的槳夾上；控制器的控制信號(hào)輸出端分別與左前舵機(jī)、左后舵機(jī)、右前舵機(jī)以及右后舵機(jī)的信號(hào)輸入端相連；上傾斜盤相位器的上端鉸接安裝在上傾斜盤相位器，下端鉸接安裝在上傾斜圓盤上；下傾斜盤相位器的上端鉸接安裝在下傾斜圓盤上，下端用于鉸接安裝在主體支架上；右前舵機(jī)、左前舵機(jī)、左后舵機(jī)以及右后舵機(jī)分別固定安裝在主體支架上主旋翼軸的右前側(cè)、左前側(cè)、左后側(cè)以及右后側(cè)。

采用上傾斜圓盤和下傾斜圓盤的雙傾斜盤結(jié)構(gòu)，能夠在下傾斜圓盤發(fā)生傾斜時(shí)上傾斜圓盤發(fā)生同角度傾斜，且上傾斜圓盤可相對(duì)下傾斜圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而間接實(shí)現(xiàn)上傾斜圓盤對(duì)槳葉螺距的調(diào)節(jié)；采用左前舵機(jī)、左后舵機(jī)、右前舵機(jī)和右后舵機(jī)共同完成下傾斜圓盤到達(dá)指定螺距位置并產(chǎn)生所需傾斜角度；與現(xiàn)有三舵機(jī)結(jié)構(gòu)相比，首先舵機(jī)數(shù)量的增加降低了每個(gè)舵機(jī)的負(fù)載；其次以前后左右方向?yàn)橹鬟M(jìn)行飛行時(shí)，下斜盤傾斜兩側(cè)均有兩個(gè)舵機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，舵機(jī)負(fù)載小于3舵機(jī)ccpm方式；而在四個(gè)x型分布舵機(jī)驅(qū)動(dòng)傾斜圓盤向任意方向傾斜時(shí)，各個(gè)舵機(jī)的平均負(fù)載情況比較一致，不會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)舵機(jī)負(fù)載較大，壽命特別短的情況；當(dāng)四個(gè)舵機(jī)中有一個(gè)舵機(jī)出現(xiàn)故障無(wú)法提供驅(qū)動(dòng)力時(shí)，剩余三個(gè)舵機(jī)仍然組成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可以驅(qū)動(dòng)上下斜盤達(dá)到所需的集體螺距和周期螺距。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，下傾斜盤相位器共為兩個(gè)，且兩個(gè)下傾斜盤相位器均由上臂桿和下臂桿鉸接構(gòu)成；兩根上臂桿的上端位中心對(duì)稱式鉸接安裝在下傾斜圓盤的圓周邊緣上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步限定方案，上傾斜盤相位器共為兩個(gè)，且兩個(gè)上傾斜盤相位器均由上連桿和下連桿鉸接構(gòu)成；兩根下連桿的下端位中心對(duì)稱式鉸接安裝在上傾斜圓盤的圓周邊緣上。

本發(fā)明的有益效果在于：采用上傾斜圓盤和下傾斜圓盤的雙傾斜盤結(jié)構(gòu)，能夠在下傾斜圓盤發(fā)生傾斜時(shí)上傾斜圓盤發(fā)生同角度傾斜，且上傾斜圓盤可相對(duì)下傾斜圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而間接實(shí)現(xiàn)上傾斜圓盤對(duì)槳葉螺距的調(diào)節(jié)；采用左前舵機(jī)、左后舵機(jī)、右前舵機(jī)和右后舵機(jī)共同完成下傾斜圓盤到達(dá)指定螺距位置并產(chǎn)生所需傾斜角度；與現(xiàn)有三舵機(jī)結(jié)構(gòu)相比，首先舵機(jī)數(shù)量的增加降低了每個(gè)舵機(jī)的負(fù)載；其次以前后左右方向?yàn)橹鬟M(jìn)行飛行時(shí)，下斜盤傾斜兩側(cè)均有兩個(gè)舵機(jī)共同驅(qū)動(dòng)，舵機(jī)負(fù)載小于3舵機(jī)ccpm方式；而在四個(gè)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)傾斜圓盤向任意方向傾斜時(shí)，各個(gè)舵機(jī)的平均負(fù)載情況比較一致，不會(huì)出現(xiàn)某一個(gè)舵機(jī)負(fù)載較大，壽命特別短的情況；當(dāng)四個(gè)舵機(jī)中有一個(gè)舵機(jī)出現(xiàn)故障無(wú)法提供驅(qū)動(dòng)力時(shí)，剩余三個(gè)舵機(jī)仍然組成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可以驅(qū)動(dòng)上下斜盤達(dá)到所需的集體螺距和周期螺距。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明采用擺臂舵機(jī)安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明采用直線舵機(jī)安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、右前舵機(jī)，2、左前舵機(jī)，3、左后舵機(jī)，4、右后舵機(jī)，5、上傾斜圓盤，6、下傾斜圓盤，7、右前連桿，8、左前連桿，9、左后連桿，10、右后連桿，11、上臂桿，12、下臂桿，13、上連桿，14、下連桿，15、主旋翼軸，16、主體支架。

具體實(shí)施方式

如圖1-3所示，本發(fā)明的用于直升機(jī)的x型周期螺距混控系統(tǒng)包括：控制器、右前舵機(jī)1、左前舵機(jī)2、左后舵機(jī)3、右后舵機(jī)4、上傾斜圓盤5、下傾斜圓盤6、右前連桿7、左前連桿8、左后連桿9、右后連桿10、向心關(guān)節(jié)軸承、主旋翼軸15、下傾斜盤相位器、上傾斜盤相位器以及與槳葉數(shù)量相同的拉桿。

其中，向心關(guān)節(jié)軸承的內(nèi)圈套設(shè)在主旋翼軸15上，并可沿主旋翼軸15上下滑動(dòng)；上傾斜圓盤5的中心孔固定安裝在向心關(guān)節(jié)軸承的外圈上；下傾斜圓盤6的中心孔通過(guò)滾動(dòng)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)式安裝在向心關(guān)節(jié)軸承的外圈上；上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6同心且盤面相平行；右前連桿7、左前連桿8、左后連桿9以及右后連桿10的上端通過(guò)球頭軸承等弧度間隔鉸接安裝在下傾斜圓盤6的圓周邊緣上；左前連桿8的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左前舵機(jī)2的驅(qū)動(dòng)臂上；左后連桿9的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左后舵機(jī)3的驅(qū)動(dòng)臂上；右前連桿7的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右前舵機(jī)1的驅(qū)動(dòng)臂上；右后連桿10的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右后舵機(jī)4的驅(qū)動(dòng)臂上；拉桿的下端通過(guò)球頭軸承安裝在上傾斜圓盤5的圓周邊緣的對(duì)應(yīng)位置處，拉桿的上端通過(guò)球頭軸承安裝在對(duì)應(yīng)位置處的槳夾上；控制器的控制信號(hào)輸出端分別與左前舵機(jī)2、左后舵機(jī)3、右前舵機(jī)1以及右后舵機(jī)4的信號(hào)輸入端相連；上傾斜盤相位器的上端鉸接安裝在上傾斜盤相位器，下端鉸接安裝在上傾斜圓盤5上；下傾斜盤相位器的上端鉸接安裝在下傾斜圓盤6上，下端用于鉸接安裝在主體支架16上；右前舵機(jī)1、左前舵機(jī)2、左后舵機(jī)3以及右后舵機(jī)4分別固定安裝在主體支架16上主旋翼軸15的右前側(cè)、左前側(cè)、左后側(cè)以及右后側(cè)；下傾斜盤相位器共為兩個(gè)，且兩個(gè)下傾斜盤相位器均由上臂桿11和下臂桿12鉸接構(gòu)成；兩根上臂桿11的上端位中心對(duì)稱式鉸接安裝在下傾斜圓盤6的圓周邊緣上；上傾斜盤相位器共為兩個(gè)，且兩個(gè)上傾斜盤相位器均由上連桿13和下連桿14鉸接構(gòu)成；兩根下連桿14的下端位中心對(duì)稱式鉸接安裝在上傾斜圓盤5的圓周邊緣上。

如圖2所示，以左后舵機(jī)3為例，本發(fā)明的一種實(shí)施例是將右前舵機(jī)1，左前舵機(jī)2，左后舵機(jī)3，右后舵機(jī)4設(shè)置為擺動(dòng)舵機(jī)，左后連桿9的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左后舵機(jī)3的擺臂上；左前連桿8的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左后舵機(jī)2的擺臂上；右前連桿7的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右前舵機(jī)1的擺臂上；右后連桿10的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右后舵機(jī)4的擺臂上。

如圖3所示，以左后舵機(jī)3為例，本發(fā)明的另一種實(shí)施例是將右前舵機(jī)1，左前舵機(jī)2，左后舵機(jī)3，右后舵機(jī)4設(shè)置為直線舵機(jī)，左后連桿9的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左后舵機(jī)3的拉臂上；左前連桿8的下端通過(guò)球頭軸承安裝在左后舵機(jī)2的拉臂上；右前連桿7的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右前舵機(jī)1的拉臂上；右后連桿10的下端通過(guò)球頭軸承安裝在右后舵機(jī)4的拉臂上。

本發(fā)明的用于直升機(jī)的x型周期螺距混控系統(tǒng)的控制原理如下：

一、升力控制：由左前舵機(jī)2、左后舵機(jī)3、右前舵機(jī)1和右后舵機(jī)4同時(shí)運(yùn)作，使上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6沿主旋翼軸15方向平移，通過(guò)拉桿使主旋翼軸15上的槳葉總螺距發(fā)生變化，從而改變直升機(jī)總體升力的大小。

二、姿態(tài)控制：由左前舵機(jī)2、左后舵機(jī)3、右前舵機(jī)1和右后舵機(jī)4分別運(yùn)動(dòng)到不同的位置，使上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6處于特定的傾斜角度，通過(guò)拉桿使主旋翼軸15上的槳葉的周期螺距按照上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6的圓周角度和位置發(fā)生周期性的變化，使主旋翼圓周的各個(gè)位置可以產(chǎn)生不同大小的升力，產(chǎn)生使直升機(jī)發(fā)生滾轉(zhuǎn)的力矩，從而改變升力的方向，控制直升機(jī)飛行的運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)。

具體來(lái)說(shuō)：當(dāng)確定左前舵機(jī)2和右前舵機(jī)1中點(diǎn)方向?yàn)闄C(jī)頭方向時(shí)，進(jìn)行方向控制如下：

左前舵機(jī)2向下驅(qū)動(dòng)左前連桿8，右前舵機(jī)1向下驅(qū)動(dòng)右前連桿7，左后舵機(jī)3向上驅(qū)動(dòng)左后連桿9，右后舵機(jī)4向上驅(qū)動(dòng)右后連桿10，從而使上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6向前傾斜，主旋翼左右兩邊升力發(fā)生變化出現(xiàn)差值，合力力矩對(duì)機(jī)體產(chǎn)生前后方向的角動(dòng)量變化量，直升機(jī)向前傾斜（原理同陀螺進(jìn)動(dòng)），從而產(chǎn)生前向的升力分量，直升機(jī)向前飛行；反之，左前舵機(jī)2向上驅(qū)動(dòng)左前連桿8，右前舵機(jī)1向上驅(qū)動(dòng)右前連桿7，左后舵機(jī)3向下驅(qū)動(dòng)左后連桿9，右后舵機(jī)4向下驅(qū)動(dòng)右后連桿10，從而使上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6向后傾斜，主旋翼左右兩邊升力發(fā)生變化出現(xiàn)差值，合力力矩對(duì)機(jī)體產(chǎn)生前后方向的角動(dòng)量變化量，直升機(jī)向后傾斜，從而產(chǎn)生后向的升力分量，直升機(jī)向后飛行。

左前舵機(jī)2向下驅(qū)動(dòng)左連桿8，左后舵機(jī)3向下驅(qū)動(dòng)左后連桿9，右前舵機(jī)1向上驅(qū)動(dòng)右前連桿7，右后舵機(jī)4向上驅(qū)動(dòng)右后連桿10，從而使上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6向左傾斜，主旋翼前后兩邊升力發(fā)生變化出現(xiàn)差值，合力力矩對(duì)機(jī)體產(chǎn)生左右方向的角動(dòng)量變化量，直升機(jī)向左傾斜，從而產(chǎn)生左向的升力分量，直升機(jī)向左飛行；反之，左前舵機(jī)2向上驅(qū)動(dòng)左連桿8，左后舵機(jī)3向上驅(qū)動(dòng)左后連桿9，右前舵機(jī)1向下驅(qū)動(dòng)右前連桿7，右后舵機(jī)4向下驅(qū)動(dòng)右后連桿10，從而使上傾斜圓盤5和下傾斜圓盤6向右傾斜，主旋翼前后兩邊升力發(fā)生變化出現(xiàn)差值，合力力矩對(duì)機(jī)體產(chǎn)生左右方向的角動(dòng)量變化量，直升機(jī)向右傾斜，從而產(chǎn)生右向的升力分量，直升機(jī)向右飛行。

與現(xiàn)有的三舵機(jī)結(jié)構(gòu)相比，四舵機(jī)成x型分布主要就是為了增加舵機(jī)壽命，同時(shí)增加冗余度，由于三舵機(jī)的壽命問(wèn)題在實(shí)際中是常常遇到的，常規(guī)解決辦法是更換扭力更大的舵機(jī)，三舵機(jī)是三點(diǎn)確定一個(gè)平面，如果常規(guī)三舵機(jī)，必然前后方向單獨(dú)的那個(gè)舵機(jī)受力增大，壽命減少，所以避免這個(gè)問(wèn)題并不僅僅是增加舵機(jī)數(shù)量，主要是改變了舵機(jī)的分布方式，改為x型這樣可以同時(shí)有兩個(gè)舵機(jī)去分擔(dān)前后或左右方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的力，如果采用十字型四舵機(jī)方式，這樣對(duì)于前后左右運(yùn)動(dòng)時(shí)，仍然是一個(gè)舵機(jī)承力，和3舵機(jī)沒有區(qū)別；一般三舵機(jī)的情況，后舵機(jī)的壽命遠(yuǎn)小于前面兩個(gè)，導(dǎo)致平均壽命也很小，后期設(shè)置維護(hù)周期很困難，有可能幾個(gè)小時(shí)后舵機(jī)就磨損了，所以主要就是分布方式的問(wèn)題，和舵機(jī)數(shù)量關(guān)系不大。