專利名稱：電動防碰安全無人直升機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種無人直升機，尤其涉及一種電動防碰安全無人直升機。
背景技術(shù)：
眾所周知，近年來無人機因其鮮明的技術(shù)特點在軍事和民用領(lǐng)域都獲得了廣泛應 用和飛速發(fā)展，尤其在軍事偵察、反恐、公安、消防、森林巡查、核泄漏探測以及救災等領(lǐng)域 具有廣泛的的需求，它代表著未來航空器的一個重要發(fā)展方向。在各種無人機方案中，與無 人固定翼飛機相比，無人直升飛機能夠垂直起降，沒有對機場跑道的依賴，既能夠?qū)崿F(xiàn)空中 懸停和前飛，具有良好的綜合優(yōu)勢，但現(xiàn)有的無人直升飛機大多數(shù)是一個運動耦合系統(tǒng)，在 飛行中的方向和姿態(tài)是耦合的，不利于飛行控制，靈活性和穩(wěn)定性較差，并且槳葉暴露在機 身外面，高速旋轉(zhuǎn)的槳葉很容易碰到其他物體而產(chǎn)生飛行事故，同時高速旋轉(zhuǎn)的槳葉對操 作人員也是致命的威脅。另外，現(xiàn)有的無人直升飛機在安靜環(huán)保性和經(jīng)濟性方面還存在一 些不如人意之處，難以滿足城市及山地等復雜環(huán)境下的應用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種電動防碰安全無人直升機，解決傳統(tǒng)的無人直升 飛機的運動和姿態(tài)高度耦合導致的飛控系統(tǒng)復雜，穩(wěn)定性差；旋翼槳葉外露導致安全性差 以及噪音大、成本高等一系列問題，以促進無人直升機在城市、森林等復雜環(huán)境的應用。本實用新型是這樣來實現(xiàn)的，它包括碟形機身、內(nèi)腔中央涵道、支撐架、主旋翼動 力傳動機構(gòu)、姿態(tài)控制副旋翼涵道、姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)、姿態(tài)控制副旋翼、推進涵道、 推進螺漿、防碰氣囊、主旋翼，其特征是碟形機身的內(nèi)腔中央涵道內(nèi)連有支撐架，支撐架的 中央固定連有主旋翼動力傳動機構(gòu)，主旋翼動力傳動機構(gòu)的上、下端分別同軸連有主旋翼， 碟形機身的側(cè)前方兩側(cè)分別對稱連有姿態(tài)控制副旋翼涵道，姿態(tài)控制副旋翼涵道內(nèi)通過姿 態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)連有姿態(tài)控制副旋翼，兩個姿態(tài)控制副旋翼涵道之間的碟形機身上 設(shè)有推進涵道，推進涵道內(nèi)連有推進螺漿，主旋翼動力傳動機構(gòu)，推進螺漿和姿態(tài)控制副動 力傳動機構(gòu)分別連接電源和控制器，蝶形機身的外緣設(shè)有一圈防碰氣囊。所述的主旋翼動力傳動機構(gòu)包括主旋翼、旋翼軸、從動齒輪、伺服電機，上、下主旋 翼分別對稱同軸連接旋翼軸，旋翼軸通過軸承連接從動齒輪，從動齒輪通過主動齒輪連接 伺服電機。所述姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)包括伺服電機、姿態(tài)控制副旋翼、推拉桿、搖臂、舵 機，伺服電機通過旋翼軸連接姿態(tài)控制副旋翼，姿態(tài)控制副旋翼通過推拉桿連接搖臂，搖臂 連接舵機。本實用新型的優(yōu)點是1、它全部采用各自完全獨立的動力面和控制面，克服了傳 統(tǒng)無人直升機飛行控制耦合嚴重的問題，有效保障了飛控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；2、總體 結(jié)構(gòu)采用全部旋翼和槳葉內(nèi)置在涵道內(nèi)及碟形防碰氣囊，提高了復雜環(huán)境下的飛行安全 性，飛機更為安全、安靜和簡潔可靠；3、該無人機具有優(yōu)良的垂直起降和可靠穩(wěn)定的飛控性能，可在城市、森林等復雜環(huán)境下進行火災汛情監(jiān)測、森林巡查、輸油管道監(jiān)察、核泄漏探 測、指揮交通、追捕逃犯、空中攝影和廣告宣傳等，在軍事領(lǐng)域可用于軍情偵察、反恐和反潛 掃雷等，是一種具有廣闊應用前景的無人飛行器。

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型主旋翼動力傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中，1、碟形機身2、內(nèi)腔中央涵道3、支撐架4、主旋翼動力傳動機構(gòu)5、姿 態(tài)控制副旋翼涵道6、姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)7、姿態(tài)控制副旋翼8、推進涵道9、推進 螺漿10、防碰氣囊11、主旋翼12、旋翼軸13、從動齒輪14、伺服電機i 15、伺服電機ii 16、推拉桿17、搖臂18、舵機。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型是這樣來實現(xiàn)的，碟形機身1的內(nèi)腔中央涵道2內(nèi)連有支 撐架3，支撐架3的中央固定連有主旋翼動力傳動機構(gòu)4，主旋翼動力傳動機構(gòu)4的上、下端 分別同軸連有主旋翼11，碟形機身1的側(cè)前方兩側(cè)分別對稱連有姿態(tài)控制副旋翼涵道5，姿 態(tài)控制副旋翼涵道5內(nèi)通過姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)6連有姿態(tài)控制副旋翼7，兩個姿態(tài)控 制副旋翼涵道5之間的碟形機身1上設(shè)有推進涵道8，推進涵道8內(nèi)連有推進螺漿9，主旋 翼動力傳動機構(gòu)4，推進螺漿9和姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)6分別連接電源和控制器，蝶形 機身1的外緣設(shè)有一圈防碰氣囊10。如圖2所示，所述的主旋翼動力傳動機構(gòu)包括主旋翼11、旋翼軸12、從動齒輪13、 伺服電機i 14，上、下主旋翼11分別對稱同軸連接旋翼軸12，旋翼軸12通過軸承連接從動 齒輪13，從動齒輪13通過主動齒輪連接伺服電機i 14。如圖3所示，所述姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)包括伺服電機ii 15、姿態(tài)控制副旋翼 7、推拉桿16、搖臂17、舵機18，伺服電機ii 15通過旋翼軸連接姿態(tài)控制副旋翼7，姿態(tài)控制 副旋翼7通過推拉桿16連接搖臂17，搖臂17連接舵機18。本實用新型中的垂直起降無人機的控制原理如下1、通過同步調(diào)節(jié)兩個姿態(tài)操控副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速來改變兩個姿態(tài)操控副旋翼 涵道產(chǎn)生的拉力大小，形成縱向控制力矩來控制該無人機的縱向姿態(tài)。2、通過調(diào)節(jié)上、下主旋翼的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩來控制該無人機的航向姿態(tài)。3、通過反向調(diào)節(jié)兩個姿態(tài)操控副旋翼的槳距使兩個姿態(tài)操控副旋翼涵道產(chǎn)生的 反向的拉力，從而控制該無人機的滾轉(zhuǎn)姿態(tài)。本實用新型中的垂直起降無人機的三種典型工作狀態(tài)的描述如下1、垂直起降兩個旋翼等速反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生豎直向上的拉力平衡飛機的重量，同時通 過控制兩個姿態(tài)操控副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力 矩，推進涵道不工作。2、空中懸停通過控制兩個主旋翼轉(zhuǎn)速使其產(chǎn)生的升力剛好能平衡飛機的重量， 從而使飛機處于懸停狀態(tài)，同時通過控制兩個姿態(tài)操控副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力矩，保證飛機懸停狀態(tài)的穩(wěn)定性；通過調(diào)節(jié)上、下主旋翼 的轉(zhuǎn)速，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩，使飛機原地旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)航向控制；推進涵道不工作。 3、前飛通過控制兩個主旋翼轉(zhuǎn)速使其產(chǎn)生的升力平衡飛機的重量，通過控制推 進螺槳的轉(zhuǎn)速來產(chǎn)生飛機前飛所需的推力，同時通過控制兩個姿態(tài)操控副旋翼的槳距和轉(zhuǎn) 速，產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力矩，保證飛行的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種電動防碰安全無人直升機，它包括碟形機身、內(nèi)腔中央涵道、支撐架、主旋翼動 力傳動機構(gòu)、姿態(tài)控制副旋翼涵道、姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)、姿態(tài)控制副旋翼、推進涵道、 推進螺漿、防碰氣囊、主旋翼，其特征是碟形機身的內(nèi)腔中央涵道內(nèi)連有支撐架，支撐架的 中央固定連有主旋翼動力傳動機構(gòu)，主旋翼動力傳動機構(gòu)的上、下端分別同軸連有主旋翼， 碟形機身的側(cè)前方兩側(cè)分別對稱連有姿態(tài)控制副旋翼涵道，姿態(tài)控制副旋翼涵道內(nèi)通過姿 態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)連有姿態(tài)控制副旋翼，兩個姿態(tài)控制副旋翼涵道之間的碟形機身上 設(shè)有推進涵道，推進涵道內(nèi)連有推進螺漿，主旋翼動力傳動機構(gòu)，推進螺漿和姿態(tài)控制副動 力傳動機構(gòu)分別連接電源和控制器，碟形機身的外緣設(shè)有一圈防碰氣囊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動防碰安全無人直升機，其特征是所述的主旋翼動力傳動 機構(gòu)包括主旋翼、旋翼軸、從動齒輪、伺服電機，上、下主旋翼分別對稱同軸連接旋翼軸，旋 翼軸通過軸承連接從動齒輪，從動齒輪通過主動齒輪連接伺服電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動防碰安全無人直升機，其特征是所述姿態(tài)控制副動力傳 動機構(gòu)包括伺服電機、姿態(tài)控制副旋翼、推拉桿、搖臂、舵機，伺服電機通過旋翼軸連接姿態(tài) 控制副旋翼，姿態(tài)控制副旋翼通過推拉桿連接搖臂，搖臂連接舵機。
專利摘要一種電動防碰安全無人直升機，碟形機身的內(nèi)腔中央涵道內(nèi)連有支撐架，支撐架的中央固定連有主旋翼動力傳動機構(gòu)，主旋翼動力傳動機構(gòu)的上、下端分別同軸連有主旋翼，碟形機身的側(cè)前方兩側(cè)分別對稱連有姿態(tài)控制副旋翼涵道，姿態(tài)控制副旋翼涵道內(nèi)通過姿態(tài)控制副動力傳動機構(gòu)連有姿態(tài)控制副旋翼。本實用新型的優(yōu)點是1、有效保障了飛控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；2、提高了復雜環(huán)境下的飛行安全性，飛機更為安全、安靜和簡潔可靠；3、該無人機具有優(yōu)良的垂直起降和可靠穩(wěn)定的飛控性能，是一種具有廣闊應用前景的無人飛行器。
文檔編號B64C27/04GK201842257SQ201020581268
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者劉偉, 江善元, 王云, 章勇, 耿立威, 蔣陽 申請人:南昌航空大學