本發(fā)明屬于無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種共軸擺線槳飛行器。

背景技術(shù)：

擺線槳的研究可以說已經(jīng)有很長(zhǎng)時(shí)間了，國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究人員更是執(zhí)著于將其應(yīng)用于未來飛行器的動(dòng)力裝置之上，但由于擺線槳葉片在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候產(chǎn)生的氣動(dòng)力是一個(gè)復(fù)雜的非定常過程，所以使得國(guó)內(nèi)外的研究人員一直以來都沒有成熟的分析方法，整個(gè)研究始終處于探索階段。但是擺線槳具有可按需要產(chǎn)生360度的全矢量推力、擺線槳比常規(guī)螺旋槳和渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的推力水平、擺線槳有很多種安裝方法可以替代常規(guī)飛機(jī)平尾、方向舵和升降舵的作用以及擺線槳的推力垂直于螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，當(dāng)改變推力矢量的方向時(shí)擺線槳飛機(jī)物理位置不會(huì)改變等優(yōu)點(diǎn)使得國(guó)內(nèi)的研究人員依然沉迷于其研究之上。

近來在擺線槳應(yīng)用于飛行器上取得了一定的研究成果，研究人員發(fā)現(xiàn)單純的采用擺線槳所產(chǎn)生的氣動(dòng)力使得飛行器控制相對(duì)復(fù)雜而且飛行也不穩(wěn)定，但是將擺線槳結(jié)構(gòu)與螺旋槳相結(jié)合作為飛行器的動(dòng)力裝置，其結(jié)果是可控而且可行的。例如西工大研制的風(fēng)火輪滾翼機(jī)是世界上第一架成功飛起來并穩(wěn)定可控的滾翼機(jī)，該飛行器就是采用的螺旋槳與擺線槳相結(jié)合的方式來彌補(bǔ)單純的采用擺線槳的不足，風(fēng)火輪滾翼機(jī)的成果可以說為以后國(guó)內(nèi)外相關(guān)人員的研究提供了一個(gè)不錯(cuò)的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、可實(shí)現(xiàn)性以及實(shí)用價(jià)值高的新型共軸擺線槳飛行器。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種共軸擺線槳飛行器，包括機(jī)身、舵面系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、能源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；所述的機(jī)身為由橫向框架以及八個(gè)半圓形縱向框架組成的球形框架，縱向框架之間的夾角為45°；所述的舵面系統(tǒng)位于機(jī)身內(nèi)部偏上，包括展向與擺線漿轉(zhuǎn)軸垂直的1號(hào)舵面和展向與擺線漿轉(zhuǎn)軸平行的2號(hào)舵面兩組共四片舵面；所述的動(dòng)力裝置由兩個(gè)擺線槳和一個(gè)螺旋槳組成，擺線槳位于橫向框架內(nèi)部，兩個(gè)擺線槳共軸安放，螺旋槳位于舵面系統(tǒng)中間位置；所述的能源系統(tǒng)位于機(jī)身內(nèi)部底端；所述的控制系統(tǒng)由子控制系統(tǒng)A和子控制系統(tǒng)B組成，位于橫向框架內(nèi)部成對(duì)稱分布，子控制系統(tǒng)A控制相鄰的一個(gè)擺線槳轉(zhuǎn)速大小，同時(shí)還控制1號(hào)舵面的迎角大小，子控制系統(tǒng)B控制相鄰的一個(gè)擺線槳和螺旋槳的轉(zhuǎn)速大小，同時(shí)還控制2號(hào)舵面的迎角大小。

所述的縱向框架以及橫向框架采用碳纖維復(fù)合材料。

所述的螺旋槳由三葉槳以及螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成，三葉槳安裝在螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)前端；子控制系統(tǒng)B控制螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)，螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)三葉槳進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述的擺線槳包括控制桿、偏心輪、葉片、驅(qū)動(dòng)軸、葉片驅(qū)動(dòng)桿，驅(qū)動(dòng)軸與葉片驅(qū)動(dòng)桿連接，葉片驅(qū)動(dòng)桿與葉片連接，驅(qū)動(dòng)軸還與偏心輪連接，偏心輪與控制桿連接，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)葉片驅(qū)動(dòng)桿，葉片驅(qū)動(dòng)桿帶動(dòng)葉片進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)偏心輪運(yùn)動(dòng)，偏心輪帶動(dòng)控制桿運(yùn)動(dòng)，控制桿帶動(dòng)葉片，進(jìn)而改變所述葉片的迎角值；飛行器進(jìn)行垂直起降，子控制系統(tǒng)A和子控制系統(tǒng)B分別控制相應(yīng)擺線槳驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行不同方向的同速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使機(jī)身受到的附加轉(zhuǎn)矩平衡；飛行器進(jìn)行水平飛行，子控制系統(tǒng)A和子控制系統(tǒng)B分別控制相應(yīng)擺線槳驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行不同方向的差速轉(zhuǎn)動(dòng)。

所述的能源系統(tǒng)為氫燃料電池。

所述的舵面系統(tǒng)還包括舵機(jī)、舵面轉(zhuǎn)軸、固定支架，固定支架與縱向框架固定連接，舵機(jī)位于固定支架內(nèi)部，舵面轉(zhuǎn)軸由舵機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；飛行器進(jìn)行垂直起降，子控制系統(tǒng)A控制舵機(jī)，舵機(jī)控制舵面旋轉(zhuǎn)軸，舵面旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)號(hào)舵面偏轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)適當(dāng)迎角。

飛行器進(jìn)行垂直起降，子控制系統(tǒng)B控制螺旋槳進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)子控制系統(tǒng)A控制1號(hào)舵面偏轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)適當(dāng)迎角，使1號(hào)舵面產(chǎn)生氣動(dòng)力平衡螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的附加扭矩，另外子控制系統(tǒng)A和子控制系統(tǒng)B分別控制相應(yīng)擺線槳進(jìn)行不同方向的同速轉(zhuǎn)動(dòng)，保持飛行器進(jìn)行垂直升降。

飛行器進(jìn)行水平飛行，子控制系統(tǒng)A和子控制系統(tǒng)B分別控制相應(yīng)擺線槳進(jìn)行不同方向的差速轉(zhuǎn)動(dòng)，飛行器受到一個(gè)扭矩的作用使飛行器具有翻轉(zhuǎn)的趨向，若向前飛行，則子控制系統(tǒng)A和子控制系統(tǒng)B控制相應(yīng)擺線槳的轉(zhuǎn)速大小，使飛行器慢慢低頭令機(jī)身軸線與地平面呈銳角，同時(shí)子控制系統(tǒng)B控制螺旋槳，另外子控制系統(tǒng)B控制2號(hào)舵面偏轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)適當(dāng)迎角以產(chǎn)生升力，使得飛行器向前飛行。

飛行器進(jìn)行滾轉(zhuǎn)飛行，子控制系統(tǒng)A控制1號(hào)舵面偏轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)適當(dāng)迎角，使飛行器繞機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)飛行器偏離之前的航線時(shí)，再令子控制系統(tǒng)A控制1號(hào)舵面偏轉(zhuǎn)到原來的迎角，使飛行器恢復(fù)正常飛行。

本發(fā)明所取得的有益效果為：

本發(fā)明為采用新型的機(jī)身布局，以擺線槳與螺旋槳組合作為動(dòng)力的一款新型擺線槳飛行器。(1)本發(fā)明采用擺線槳和螺旋槳組合形式，噪音??；(2)本發(fā)明采用新型的機(jī)身設(shè)計(jì)，整個(gè)機(jī)身起到支撐的作用，使該飛行器可以在任何地方起飛降落。

附圖說明

圖1為飛行器的結(jié)構(gòu)組成示意圖；

圖2為擺線槳示意圖；

圖3為螺旋槳以及舵面系統(tǒng)示意圖；

圖中：1、子控制系統(tǒng)A；2、1號(hào)舵面；3、2號(hào)舵面；4、螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)；5、三葉槳；6、橫向框架；7、氫燃料電池；8、縱向框架；9、葉片；10、固定支架；11、子控制系統(tǒng)B；12、偏心輪；13、葉片驅(qū)動(dòng)桿；14、控制桿；15、驅(qū)動(dòng)軸；16、舵面轉(zhuǎn)軸；17、舵機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

如圖1—3所示，本發(fā)明所述共軸擺線槳飛行器包括機(jī)身、舵面系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、能源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。所述的機(jī)身為由橫向框架6以及八個(gè)半圓形縱向框架8組成的球形框架，縱向框架8之間的夾角為45°。所述縱向框架8以及橫向框架6采用碳纖維復(fù)合材料，使得機(jī)身具有重量輕，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。

所述的舵面系統(tǒng)位于機(jī)身內(nèi)部偏上，包括展向與擺線漿轉(zhuǎn)軸垂直的1號(hào)舵面2和展向與擺線漿轉(zhuǎn)軸平行的2號(hào)舵面3兩組共四片舵面、舵機(jī)17、舵面轉(zhuǎn)軸16、固定支架10，所述的固定支架10與縱向框架8固定連接，所述的舵機(jī)17位于固定支架10的內(nèi)部，所述的舵面轉(zhuǎn)軸16由所述的舵機(jī)17帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所述的1號(hào)舵面2以及所述的2號(hào)舵面3由所述的舵面轉(zhuǎn)軸16帶動(dòng)以改變迎角大小。

所述的動(dòng)力裝置由兩個(gè)擺線槳和一個(gè)螺旋槳組成。所述的螺旋槳由三葉槳5以及螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)4構(gòu)成，三葉槳5安裝在螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)4前端；所述的兩個(gè)擺線槳包括控制桿14、偏心輪12、葉片9、驅(qū)動(dòng)軸15、葉片驅(qū)動(dòng)桿13，驅(qū)動(dòng)軸15與葉片驅(qū)動(dòng)桿13連接，葉片驅(qū)動(dòng)桿13與葉片9連接，驅(qū)動(dòng)軸15還與偏心輪 12連接，偏心輪12與控制桿14連接，首先由驅(qū)動(dòng)軸15帶動(dòng)葉片驅(qū)動(dòng)桿13，最后葉片驅(qū)動(dòng)桿13帶動(dòng)葉片9進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸15帶動(dòng)偏心輪12運(yùn)動(dòng)，偏心輪12帶動(dòng)控制桿14運(yùn)動(dòng)，控制桿14帶動(dòng)葉片9，進(jìn)而改變所述葉片9的迎角值，故所述的擺線槳時(shí)刻進(jìn)行變化攻角的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到較大的升力的目的。擺線槳位于所述的橫向框架6內(nèi)部，兩個(gè)擺線槳為共軸安放，螺旋槳位于舵面系統(tǒng)中間位置。所述的擺線槳的驅(qū)動(dòng)軸15共軸且運(yùn)動(dòng)方向相反，進(jìn)而使機(jī)身受到的附加轉(zhuǎn)矩平衡，抵消當(dāng)機(jī)身繞縱向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的陀螺力矩。

所述的能源系統(tǒng)為氫燃料電池7。能源系統(tǒng)位于機(jī)身內(nèi)部底端。

所述的控制系統(tǒng)由子控制系統(tǒng)A1和子控制系統(tǒng)B11組成，所述子控制系統(tǒng)A1控制相鄰的一個(gè)擺線槳轉(zhuǎn)速大小，同時(shí)還控制所述的1號(hào)舵面2的迎角大小，所述子控制系統(tǒng)B11控制相鄰的一個(gè)擺線槳和螺旋槳的轉(zhuǎn)速大小，同時(shí)還控制所述的2號(hào)舵面3的迎角大小。子控制系統(tǒng)位于橫向框架6內(nèi)部，成對(duì)稱分布。

工作原理及過程：

飛行器進(jìn)行垂直起降，子控制系統(tǒng)B11控制螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)4，螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)4帶動(dòng)三葉槳5進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)子控制系統(tǒng)A1控制舵機(jī)17，舵機(jī)17控制舵面旋轉(zhuǎn)軸16，舵面旋轉(zhuǎn)軸16帶動(dòng)1號(hào)舵面2偏轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)適當(dāng)迎角，從而使1號(hào)舵面2產(chǎn)生氣動(dòng)力平衡三葉槳5轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的附加扭矩，另外子控制系統(tǒng)A1和子控制系統(tǒng)B11分別控制相應(yīng)擺線槳結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)軸15進(jìn)行不同方向的同速轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸15帶動(dòng)葉片驅(qū)動(dòng)桿13，葉片驅(qū)動(dòng)桿13帶動(dòng)葉片9進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸15帶動(dòng)偏心輪12運(yùn)動(dòng)，偏心輪12帶動(dòng)控制桿14運(yùn)動(dòng)，控制桿14帶動(dòng)葉片9，進(jìn)而改變所述葉片9的迎角值，因?yàn)閮蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)軸15的轉(zhuǎn)速相同，所以兩個(gè)擺線槳轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的扭矩相互抵消，從而保持飛行器進(jìn)行垂直升降。

飛行器進(jìn)行水平飛行，子控制系統(tǒng)A1和子控制系統(tǒng)B11分別控制相應(yīng)擺線 槳驅(qū)動(dòng)軸15進(jìn)行不同方向的差速轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸15帶動(dòng)葉片驅(qū)動(dòng)桿13，葉片驅(qū)動(dòng)桿13帶動(dòng)葉片9進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)軸15帶動(dòng)偏心輪12運(yùn)動(dòng)，偏心輪12帶動(dòng)控制桿14運(yùn)動(dòng)，控制桿14帶動(dòng)葉片9，進(jìn)而改變所述葉片9的迎角值，因?yàn)閮蓚€(gè)驅(qū)動(dòng)軸15的轉(zhuǎn)速不同，故兩個(gè)擺線槳因旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的扭矩?zé)o法抵消，則該飛行器受到一個(gè)扭矩的作用使飛行器具有翻轉(zhuǎn)的趨向，若向前飛行，則子控制系統(tǒng)A1和子控制系統(tǒng)B11控制相應(yīng)擺線槳結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)速大小，使飛行器慢慢低頭令機(jī)身軸線與地平面呈銳角，同時(shí)子控制系統(tǒng)B11控制螺旋槳結(jié)構(gòu)的螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)4轉(zhuǎn)速大小，此時(shí)螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)4帶動(dòng)三葉槳5產(chǎn)生的一部分動(dòng)力變?yōu)橥屏Γ硗庾涌刂葡到y(tǒng)B11控制舵機(jī)17，舵機(jī)17控制舵面旋轉(zhuǎn)軸16，舵面旋轉(zhuǎn)軸16帶動(dòng)2號(hào)舵面3偏轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)適當(dāng)迎角以產(chǎn)生升力，從而最終使得飛行器向前飛行。

飛行器進(jìn)行滾轉(zhuǎn)飛行，子控制系統(tǒng)A1控制舵機(jī)17，舵機(jī)17控制舵面旋轉(zhuǎn)軸16，舵面旋轉(zhuǎn)軸16帶動(dòng)1號(hào)舵面2偏轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)適當(dāng)迎角，使飛行器繞機(jī)身轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)飛行器偏離之前的航線時(shí)，再令子控制系統(tǒng)A1控制舵機(jī)17，舵機(jī)17控制舵面旋轉(zhuǎn)軸16，舵面旋轉(zhuǎn)軸16帶動(dòng)1號(hào)舵面2偏轉(zhuǎn)到原來的迎角，使飛行器恢復(fù)正常飛行。