一种组合式飞行器主动倾转结构及飞行器的制作方法

1.本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种组合式飞行器主动倾转结构及飞行器。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.目前的飞行器倾转结构由舵机、丝杆、液压等装置组成，零部件较多，增加了飞行器的重量和成本；另外，飞行器倾转结构一旦发生故障，飞行器就会失控；而且，当前飞行器主动倾转结构的旋翼组件较多，使得飞行器整体占地尺寸较大。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述问题，提出了一种组合式飞行器主动倾转结构及飞行器，不仅实现了主动倾转，而且减少了旋翼组件，减少了舵机等驱动机构，简化了飞行器结构，使得飞行器整体占地尺寸减小。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：第一方面，提出了一种组合式飞行器主动倾转结构，包括传动件、传动轮、倾转轴、连接件和旋翼组件；所述传动件两端均转动连接有所述传动轮；所述传动轮的圆心与所述倾转轴的一端固定连接；所述倾转轴的另一端与所述连接件固定连接，所述连接件在一侧固定安装有多个所述旋翼组件；在两个连接件未发生倾转时，所述传动件两端的两个连接件及其上固定安装的旋翼组件关于传动件的中垂面对称；所述传动件两端的两个连接件互为杠杆的关系，在传动件两端的旋翼组件之间的拉力不同时，两个连接件发生同向转动。
6.第二方面，提出了一种垂直起降飞行器，包括机舱，以及与机舱连接的第一方面所述的一种组合式飞行器主动倾转结构。
7.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的一种组合式飞行器主动倾转结构不仅由传动件两端的旋翼组之间的拉力差实现了主动倾转，在倾转时不需要舵机等驱动机构，而且杠杆结构的采用，减少了旋翼组件，简化了飞行器结构，使得飞行器整体占地尺寸减小。
附图说明
8.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
9.图1为实施例一公开的传动件为连接杆的组合式飞行器主动倾转结构的示意图；
图2为实施例一公开的传动件为皮带的组合式飞行器主动倾转结构的示意图；图3为实施例二公开的组合式飞行器主动倾转结构的示意图；图4为实施例三公开的组合式飞行器主动倾转结构的示意图；图5为实施例四公开的垂直起降飞行器的示意图；图6为实施例五公开的垂直起降飞行器的示意图；图7为实施例六公开的垂直起降飞行器的示意图。
10.其中：1、支撑机构，2、倾转轴，3、摆臂，4、旋翼组件，5、传动轮，6、连杆，7、刹车，8、机舱、9、片状机翼，10、矩形机翼、11、皮带。
具体实施方式
11.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
12.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
13.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
14.本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
15.实施例一在该实施例中，公开了一种组合式飞行器主动倾转结构，包括传动件、传动轮、倾转轴、连接件、旋翼组件、刹车和支撑机构。
16.传动件两端均转动连接有传动轮；传动轮的圆心与倾转轴的一端固定连接，倾转轴的轴线与传动轮的轮面垂直。倾转轴的另一端与连接件固定连接。在两个连接件未发生倾转时，传动件两端的两个连接件及其上固定安装的旋翼组件关于传动件的中垂面对称，且连接件在远离所述传动件的中垂面的一侧固定安装有多个旋翼组件。传动件两端的两个连接件互为杠杆的关系，在传动件两端的旋翼组件之间的拉力不同时，两个连接件发生同向转动（即同时绕倾转轴的轴线发生顺时针转动或逆时针转动）。
17.支撑机构的两端均开设有轴孔，倾转轴的一端穿过轴孔与传动轮的圆心固定连接。
18.支撑机构的两端均固定安装有刹车，刹车设置于传动轮的一侧，支撑机构每一端的刹车的两个刹车片均设置在传动轮的两面，用于锁住传动轮或解锁传动轮。具体的，支撑机构两端的刹车均设置在与其同端的传动轮的一侧。
19.旋翼组件为涵道旋翼组件、喷气旋翼组件或电机加螺旋桨。旋翼组件为电机加螺旋桨时，旋翼组件包括电机和设置在电机跟随输出轴上的螺旋桨。旋翼组件的电机与电调连接，电调与飞控连接，电调用于驱动电机，飞控用于控制电机转速或控制旋翼组件桨距。
刹车连接有单独的驱动机构，驱动机构可以为伺服电机，飞控与驱动机构连接，用于控制刹车锁住传动轮或解锁传动轮。
20.传动件每一端均包括多个旋翼组件，传动件每一端的多个旋翼组件均组成一个旋翼组，即传动件两端均包括一个旋翼组。
21.具体的，刹车为液压刹车。
22.本实施例公开的一种组合式飞行器主动倾转结构，如图1和图2所示，包括一个支撑机构1、两个倾转轴2、两个连接件、四个旋翼组件4、两个传动轮5、一个传动件和两个刹车7。
23.作为一种实施方式，如图1所示，传动件为连杆6，传动轮5为转盘，两个转盘在边缘的同一位置分别与连杆6的两端转动连接，实现两个转盘的连接并相互传动。具体的，两个转盘的边缘开设有轴孔，两个转盘的轴孔开设在同一位置，连杆6的两端也开设有轴孔，轴销穿过转盘上的轴孔和连杆6的轴孔，使转盘通过轴销连接连杆6。连杆6的长度为d 2r，其中，d为两个转盘之间的最近距离，r为传动轮5的半径。
24.作为一种实施方式，如图2所示，传动件为皮带11，传动轮5为皮带轮，两个皮带轮之间通过皮带11传动连接，具体的，皮带11的两端分别套设在两个皮带轮的外表面，皮带轮的外表面设置有若干齿牙，皮带11的内表面设置有若干齿牙，皮带轮外表面的齿牙与皮带11内表面的齿牙相互咬合，实现两个皮带轮的连接并相互传动。
25.支撑机构1的两端均开设有轴孔，倾转轴2的一端穿过支撑机构1上的轴孔与传动轮5的圆心固定连接。具体的，两个倾转轴2的一端分别穿过支撑机构1两端的轴孔并与两个传动轮5的圆心固定连接。
26.支撑机构1的两端均固定安装有刹车7，刹车7设置于传动轮5的一侧，用于锁住传动轮或解锁传动轮。
27.支撑机构1的轴线、倾转轴2的轴线以及两传动轮5的圆心连线位于同一平面。
28.倾转轴的另一端与连接件固定连接，在两个连接件未发生倾转时，传动件两端的两个连接件及其上固定安装的旋翼组件关于传动件的中垂面对称，且连接件在远离所述传动件的中垂面的一侧固定安装有多个旋翼组件。具体的，如图1和图2所示，连接件包括摆臂3和电机座。倾转轴2的另一端与摆臂3的一端固定连接，在两个连接件未发生倾转时，摆臂3的该端靠近传动件的中垂面，摆臂3与倾转轴2成角度设置，摆臂3与倾转轴2的之间夹角的角度等于90度或大于90度；摆臂3的另一端与电机座的中部固定连接，在两个连接件未发生倾转时，摆臂3的另一端远离传动件的中垂面，电机座的两个端均固定安装一个旋翼组件，具体的，电机座的两个端均固定安装一个旋翼组件的电机。摆臂3的轴线与倾转轴2的轴线位于同一平面，电机座的轴线与该平面垂直。旋翼组件的中轴线与在电机座的轴线上。
29.图1和图2中，互为杠杆两个连接件中的一个摆臂3施加力量向上抬升时，另一个连接件中的摆臂3就向下降，或者，如果一个摆臂3向上抬升的力量大于另一个摆臂3时，向上抬升的力量大的摆臂3就向上升，另一个摆臂3就下降。
30.传动件两端的两个连接件及其上固定安装的旋翼组件相反方向设置，传动件两端的两个连接件互为杠杆的关系，支点是各自连接的倾转轴2，在传动件两端的旋翼组件4之间的拉力不同时，互为杠杆两个连接件中的连接拉力大的旋翼组件4的连接件受到拉力作用转动，另一个连接件同向转动，两个连接件发生同向转动，其中，传动轮5和传动件起传动
的作用。实现传动件两端的旋翼组件4之间的拉力差可以通过：保持传动件两端的旋翼组之间的桨距不变，调节传动件两端的旋翼组之间转速不同；或者传动件两端的旋翼组之间的转速不变，调节传动件两端的旋翼组之间的桨距不同。
31.通过控制传动件的两端的两个旋翼组中的旋翼组件4的转速或桨距，使传动件的两端的两个旋翼组之间形成转速差或桨距差，从而产生拉力差，实现两个旋翼组的倾转的控制。当传动件的两端的所有旋翼组件的转速或桨距相同时，拉力相同，两个旋翼组不倾转；当传动件的一端的旋翼组中的所有旋翼组件4的转速或桨距，高于传动件的另一端的旋翼中的所有旋翼组件4的转速或桨距时，转速高或桨距大的一端的旋翼组的拉力大于另一端的旋翼组的拉力，转速高或桨距大的一端的旋翼组对连接件产生拉力，拉力通过倾转轴2传递至传动轮5，转速高或桨距大的一端的连接件、倾转轴2和传动轮5同向转动，转速高或桨距大的一端的传动轮5转动通过传动件带动另一端的传动轮5同向转动，另一端的传动轮5转动带动同端的倾转轴2和连接件同向转动，最终，传动件两端的连接件同向转动，使得两个旋翼组共同向前或向后倾转。当倾转至某个姿态不需要倾转时，飞控控制传动件两端旋翼组转速或桨距相同即可。
32.其中，刹车用于在组合式飞行器主动倾转结构中的某个旋翼组单独遇到气流干扰时，锁住两端的传动轮，进而锁住倾转结构。当飞行器某一旋翼组单独受到气流影响，飞行器该旋翼组所在侧向上升或下沉时，必须锁住倾转机构不让倾转，然后该旋翼组中的每一个旋翼组件调节转速或桨距，将该旋翼组所在侧向上拉或下压，修正飞行器的姿态。刹车还用于飞行器遇到气流干扰时，锁住传动轮，当飞行器遇到气流干扰时，飞控发送指令给电磁驱动机构，驱动四个刹车瞬间锁住传动轮，同时调整相应的旋翼组件增加或者降低转速或桨距来修正飞行器姿态。
33.当某一个旋翼组中的一个旋翼组件发生故障时，该旋翼组中的其它旋翼组件继续工作，且控制该旋翼组中的其它旋翼组件的转速或桨距，使故障后的该旋翼组的拉力，相比故障前，不发生变化。
34.本实施例的一种组合式飞行器主动倾转结构不仅由传动件两端的旋翼组之间的转速差或桨距差实现了主动倾转，在倾转时不需要舵机等驱动机构，而且减少了旋翼组件，简化了飞行器结构，飞行器整体占地尺寸减小。
35.实施例二在该实施例中，公开了一种组合式飞行器主动倾转结构，与实施例一的区别为连接件不再采用摆臂和电机座，而是采用片状机翼。
36.本实施例公开的一种组合式飞行器主动倾转结构，如图3所示，包括一个支撑机构1、两个倾转轴2、两个连接件、四个旋翼组件4、两个传动轮5、一个传动件和两个刹车7。
37.倾转轴的另一端与连接件固定连接，在两个连接件未发生倾转时，传动件两端的两个连接件及其上固定安装的旋翼组件关于传动件的中垂面对称，且连接件在远离所述传动件的中垂面的一侧固定安装有多个旋翼组件。具体的，如图3所示，连接件为片状机翼9。倾转轴2的另一端与片状机翼9的一端面固定连接，片状机翼9的端面与倾转轴2垂直，片状机翼9的中间纵剖面与倾转轴2的轴线平行；片状机翼9内设置有多个翼肋，其中至少两个翼肋伸出片状机翼9的翼面，每个伸出片状机翼9的翼面的翼肋均与一个旋翼组件4固定连接，旋翼组件的中轴线与片状机翼9的中间纵剖面平行。本实施例组合式主动倾转结构的前后
两组旋翼组件为相反方向设置，在片状机翼竖直向上时，一组设置于片状机翼的左侧，另一组就设置在片状机翼的右侧。即，在两个连接件未发生倾转时，片状机翼9在远离传动件的中垂面的一侧的翼面上并列伸出至少两个翼肋，并与旋翼组件4固定连接。图3中，互为杠杆两个连接件中的一个片状机翼9施加力量向上抬升（这里的向上抬升是指片状机翼9安装有旋翼组件4的一侧向上旋转）时，另一个连接件中的片状机翼9就向下降，或者，如果一个片状机翼9向上抬升的力量大于另一个片状机翼9时，向上抬升的力量大的片状机翼9就向上升，另一个片状机翼9就下降。
38.本实施例中的其他结构与实施例一相同，这里不再一一赘述。
39.实施例三在该实施例中，公开了一种组合式飞行器主动倾转结构，与实施例二的区别为连接件不再采用片状机翼，而是采用由两片片状机翼和支撑片组合成的矩形机翼。
40.本实施例公开的一种组合式飞行器主动倾转结构，如图4所示，包括一个支撑机构1、两个倾转轴2、两个连接件、四个旋翼组件4、两个传动轮5、一个传动件和两个刹车7。
41.倾转轴的另一端与连接件固定连接，在两个连接件未发生倾转时，传动件两端的两个连接件及其上固定安装的旋翼组件关于传动件的中垂面对称，且连接件在远离所述传动件的中垂面的一侧固定安装有多个旋翼组件。具体的，如图4所示，连接件为矩形机翼10，矩形机翼10包括两片片状机翼和两个支撑片，两片片状机翼相互平行，两个支撑片相互平行，且两片片状机翼的两端均连接支撑片的端部，两支撑片的两端均固定连接片状机翼的端部。倾转轴2的另一端与矩形机翼10的支撑片的中部固定连接，支撑片其中一端连接的片状机翼上并列安装多个旋翼组件，具体的，在两个连接件未发生倾转时，支撑片的远离传动件的中垂面的一端连接的片状机翼上并列安装多个旋翼组件。支撑片与倾转轴2的轴线垂直，矩形机翼10的中间纵剖面与倾转轴2的轴线平行。旋翼组件的中轴线与矩形机翼10的中间纵剖面平行。图4中，互为杠杆两个矩形机翼10中，其中一个矩形机翼10中的安装有旋翼组件的片状机翼施加力量，向上抬升时，另一个矩形机翼10中的安装有旋翼组件的片状机翼就向下降。
42.本实施例中的其他结构与实施例二相同，这里不再一一赘述。
43.实施例四在该实施例中公开了一种垂直起降飞行器，包括机舱和与机舱连接的一种组合式飞行器主动倾转结构。
44.机舱的前部和后部的两侧均对称开设有通孔，传动件、传动轮、刹车和支撑机构均设置于机舱内部，连接件和旋翼组件均设置于机舱外部，倾转轴贯穿通孔。
45.本实施例公开的一种垂直起降飞行器，如图5所示，包括机舱8，以及与机舱8连接的实施例一公开的一种组合式飞行器主动倾转结构。
46.本实施例公开的飞行器的四个旋翼组转速或桨距相同时不倾转；加速到一定速度时起飞离地；调节四个旋翼组的转速差或桨距差，使飞行器两侧的两个主动倾转结构的所有旋翼组向前倾转时，飞行器向前飞，所有旋翼组向后倾转时飞行器向后飞；当飞行器的右侧旋翼组的倾转角度大于左侧倾转角度，并且右侧两个旋翼组的转速或桨距大于左侧两个旋翼组的转速或桨距时，飞行器向左转弯，反之向右转弯；爬升时，飞行器左右两侧的两个倾转结构共同向前倾转，飞行器以水平的姿态向上爬升；当飞行器遇到气流干扰时，飞控发
送指令给电磁驱动机构，驱动四个刹车瞬间锁住传动轮，同时调整相应的旋翼组件增加或者降低转速或桨距来修正飞行器姿态。
47.实施例五在该实施例中公开了一种垂直起降飞行器，与实施例四的区别为：本实施例公开的一种垂直起降飞行器，如图6所示，包括机舱8，以及与机舱8连接的实施例二公开的一种组合式飞行器主动倾转结构。
48.四个片状机翼9分别位于机舱8前部和后部的左右两侧，机舱8左侧前后两个片状机翼9与左侧的主动倾转结构的前后倾转轴2固定连接，机舱8右侧前后两个片状机翼9与右侧的主动倾转结构的前后倾转轴2也是固定连接，连接关系为倾转轴2垂直片状机翼9的端面，倾转轴2转动会带动旋翼组件4和片状机翼9共同倾转。本实施例每个片状机翼9上并列安装的旋翼组件4，彼此互为备份的关系。整体连接完成后，片状机翼与机舱组合为呈工字形结构的机体，左右两侧的片状机翼9会通过前部和后部的旋翼组的拉力差实现主动倾转。
49.飞行器四个旋翼组转速或桨距相同时不倾转；加速到一定速度时起飞离地；调节四个旋翼组的转速差或桨距差，使两个主动倾转结构的旋翼组逐渐向前倾转，带动四个片状机翼逐渐向前倾转，飞行器向前飞，飞行至一定速度后片状机翼向前倾转至接近水平，此时升力主要由片状机翼提供，旋翼组主要提供拉力，共同向后倾转时飞行器向后飞，本实施例的飞行器向后飞时会控制速度不会太高，后飞只用于起降时调节降落位置；前飞向左转弯时，右侧的前旋翼组的转速或桨距加大，拉力加大，后旋翼组的转速或桨距减小，拉力减小，减小的幅度与加大的幅度相同，带动右侧主动倾转结构的倾转角度减小，同时带动右侧前后两个片状机翼前倾角度减小，即攻角加大，右侧两个片状机翼升力增加，两个旋翼组拉力加大，同时左侧的后旋翼组的转速或桨距加大，拉力加大，前旋翼组的转速或桨距减小，拉力减小，减小的幅度与加大的幅度相同，带动左侧主动倾转结构的前倾角度加大，同时带动左侧前后两个片状机翼前倾角度加大，即攻角减小，左侧两个片状机翼升力减小两个旋翼组拉力减小，飞行器在左右两侧的升力差和拉力差的作用下向左倾斜的姿态向左转弯，向右转弯时执行相反动作；飞行器向上爬升时控制前后四个片状机翼共同加大攻角和四个旋翼组的拉力，飞行器以水平机体的姿态向上爬升，下降时减小攻角和四个旋翼组的拉力，飞行器以水平机体的姿态向下下降；当飞行器遇到气流干扰时，飞控发送指令给电磁驱动机构，驱动四个液压刹车瞬间锁住传动轮，同时调整相应的旋翼组件增加或者降低转速或桨距来修正飞行器姿态。
50.本实施例公开的一种垂直起降飞行器可以垂直起降，减少了旋翼组，使飞行器结构简单，飞行器整体占地尺寸减小，并倾转时不需要舵机等驱动机构，由两个旋翼组件的转速差或桨距差实现主动倾转，增加了可以倾转的片状机翼，在飞行器起飞逐渐加速至一定速度时，旋翼组主要提供拉力和控制方向，升力主要由片状机翼提供，大幅提高了航程和航时，片状机翼可以倾转同时承担了舵面的作用，可以灵活控制飞行。
51.实施例六在该实施例中公开了一种垂直起降飞行器，与实施例四的区别为：本实施例公开的一种垂直起降飞行器，如图7所示，包括机舱8，以及与机舱8连接的实施例三公开的一种组合式飞行器主动倾转结构。
52.四个矩形机翼10分别对称安装在机舱8的前部和后部，每个矩形机翼10中靠近机
舱8的支撑片的中部与主动倾转结构的倾转轴固定安装，矩形机翼10中与机舱8靠近的支撑片相当于主动倾转结构的摆臂，该支撑片的两端固定连接两层片状机翼，在两个连接件未发生倾转时，远离传动件的中垂面的片状机翼上固定安装旋翼组件。整体连接完成后，矩形机翼与机舱组成呈工字形结构的机体，左右两侧的矩形机翼10会通过前部和后部的旋翼组的转速差或桨距差实现主动倾转。
53.本实施例的控制方法与实施例五相同，不再累述。
54.本实施例公开的一种垂直起降飞行器与实施例五相比，虽然片状机翼较小，但可以产生同样大小的升力，起降占地面积减小。
55.应当注明的是：本发明中提到的前侧、后侧、左侧、右侧，为人坐于飞行器座椅上时，面部朝向的方向为前，左手边的方向为左，右手边的方向为右，与前相背的方向为后。
56.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。