技术领域
[0001] 本
发明涉及航空器设计技术领域，特别是涉及一种无人
自转旋翼机操纵系统。
背景技术
[0002] 自转旋翼机是一种由旋翼自转而非动
力驱动来获得升力的旋翼类
飞行器，一般带有一个推进螺旋桨来提供前进动力及获得前飞速度。旋翼转动是由前飞气流吹动的。
[0003] 有人自转旋翼机操纵系统一般由一根操纵杆，一根既可旋转也可平移的中部
连杆，两根长连杆等组成。若飞行员进行拉/
推杆动作，则中部连杆进行平移运动，同时拉动两根长连杆移动相同距离，此动作为控制旋翼
俯仰的操纵。若飞行员进行左/右的摇杆动作，则中部连杆进行旋转运动，同时两根长连杆上下差动，实现控制旋翼侧倾的操作。这种方式得优点是，符合有人飞行器的操作习惯，控制方式比较简便。但是这种控制方式传动距离长，连杆需横跨主梁，
传动系统较为笨重。另外，这种传动方式对于俯仰和侧滚的操纵
精度不高。如，在进行5度的俯仰操作后，进行
横滚操纵，由于中部连杆后方的两个万向
轴承的中心所对应的圆周(即摇杆操纵所对应的圆周)相对于没有进行5度俯仰之前的圆周已经改变。所以可以看出，在不同的俯仰操纵量下，给予相同的侧滚操纵量，并不能带来相同的侧滚响应量。无人自转旋翼机的操纵系统不像有人自转旋翼机的操纵系统，可以通过飞行员的操纵来补偿耦合量。所以，如果此操纵方式应用于无人自转旋翼机上，则需要较为复杂的控制
算法，来进行耦合量的调整。
[0004] 还有一种无人自转旋翼机的操纵方式，其操纵方法为：采用两个
舵机共同进行控制的方式。从起始
位置开始，当两舵机同时改变一个
角度时，旋翼俯仰；两舵机差动时，旋翼侧倒；但是当进行俯仰操纵之后，改变相同的侧倾角需要两个舵机改变不同的差动角度。这种操纵方式的优点是操纵力小，传动系统简单。但是，这种方式同样具有耦合现象，以及控制算法复杂的缺点。
[0005] 因此，如何克服上述操纵方式的弱点，提高无人自转旋翼机操纵系统的可靠性，尽可能降低控制算法的复杂程度，是本领域技术人员的一个重要研究方向。
发明内容
[0006] 本发明旨在至少在一定程度上解决
现有技术中的上述技术问题之一。
[0007] 为此，本发明的目的在于提出一种无人自转旋翼机操纵系统，安装于
机身主梁上，包括控制系统、预旋系统和桨毂系统，
[0008] 所述控制系统包括独立的上舵机和下舵机，所述上舵机和所述下舵机呈上下布置；所述机身主梁上安装有主梁连接板，所述主梁连接板远离所述机身主梁的一端与随动杆铰接，所述随动杆的另外一端通过一连接板与倾
斜盘铰接，所述随动杆两端的铰接通孔呈十字交叉形式设计；
[0009] 所述下舵机安装于所述主梁连接板向
外延伸的连接板上，所述下舵机的下舵机
摇臂与一第一长摇臂的一端铰接，所述第一长摇臂的另外一端固连在所述随动杆上，所述主梁连接板、所述下舵机摇臂、所述第一长摇臂以及所述随动杆组成下舵机四杆机构；所述下舵机通过所述下舵机四杆机构控制所述随动杆的纵向操纵；
[0010] 所述上舵机安装于所述随动杆向外延伸的连接板上，所述上舵机的上舵机摇臂与一第二长摇臂的一端铰接，所述第二长摇臂的另外一端固连在所述倾斜盘上，所述随动杆、所述上舵机摇臂、所述第二长摇臂以及所述倾斜盘组成上舵机四杆机构；所述上舵机通过所述上舵机四杆机构控制所述倾斜盘的横向操纵；
[0011] 所述预旋系统包括固定于所述倾斜盘上的预旋
电机以及预旋
齿轮组，所述预旋电机带动所述预旋齿轮组旋转；
[0012] 所述桨毂系统包括固连于齿轮盘上的轴承座，所述齿轮盘设于所述倾斜盘上方且与所述预旋齿轮组相
啮合，所述轴承座上端与两纵向
耳片固定连接，两纵向所述耳片与一跷跷板式桨毂相连接；所述轴承座的内部与一芯轴通过两垂直安装的桨毂轴承相连接，所述桨毂
轴承外圈与所述轴承座固定连接、共同旋转，所述桨毂
轴承内圈与所述芯轴中上端固定连接，所述芯轴下端与所述倾斜盘固定连接；所述预旋齿轮组带动固定于所述齿轮盘上的所述轴承座转动，以实现对所述跷跷板式桨毂的预旋。
[0013] 通过采用上述技术方案，本发明分别由两个上下布置的舵机控制自转旋翼机的横向、纵向操纵，两个舵机的操纵量互不影响，不会发生耦合现象，即任意一个舵机进行操纵时，不会影响另外一个舵机的操纵量，解决了两个舵机互相干扰的问题，从而使得操作精度提高，飞控算法更加简单。
[0014] 在上述技术方案的
基础上，本发明还可做出如下改进：
[0015] 优选的，所述跷跷板式桨毂包括安装于所述轴承座上端两纵向耳片上且呈对称结构设计的桨毂，所述桨毂的中心与所述耳片通过挥舞铰相连接，所述桨毂绕所述挥舞铰铰轴转动，所述桨毂的两端各自安装有一桨叶。
[0016] 桨毂可绕挥舞铰铰轴转动一定角度，使旋翼可以挥舞一定角度。上述跷跷板式桨毂结构简单、可靠性高，可随桨毂轴承转动和实现桨毂、桨叶的挥舞运动。
[0017] 优选的，所述桨毂上设计有5°的预锥角，以将所述两片桨叶的夹角变为175°，即上翘5°。
[0018] 优选的，两纵向所述耳片之间设置有挥舞抑制
橡胶，且所述挥舞抑制橡胶与所述轴承座的上表面固定连接，挥舞抑制橡胶可使桨毂挥舞角不致过大。
[0019] 优选的，所述芯轴与所述随动杆上端的铰接通孔在
水平方向上有一定的偏置量，目的是使操纵力稳定。
[0020] 优选的，所述随动杆两端的铰接通孔内设置有聚四氟乙烯套，用于铰接处的润滑。
[0021] 经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种无人自转旋翼机操纵系统，其解决了现有无人自转旋翼机的控制问题，提高了无人自转旋翼机操纵系统的可靠性，尽可能降低了控制算法的复杂程度，使得无人自转旋翼机的控制系统结构更加简单、算法更加简洁、性能更加可靠。
附图说明
[0022] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0023] 图1附图为本发明提供的一种无人自转旋翼机操纵系统的轴测图Ⅰ。
[0024] 图2附图为本发明提供的一种无人自转旋翼机操纵系统的轴测图Ⅱ。
[0025] 图3附图为本发明提供的一种无人自转旋翼机操纵系统的轴测图Ⅲ。
[0026] 图4附图为本发明提供的一种无人自转旋翼机操纵系统的轴测图Ⅳ。
[0027] 图5附图为本发明提供的一种无人自转旋翼机操纵系统的轴测图Ⅴ。
[0028] 图6附图为本发明提供的预旋系统和桨毂系统部分结构的剖面示意图。
[0029] 图7附图为本发明提供的一种无人自转旋翼机操纵系统的安装示意图。
[0030] 其中，图中，
[0031] 1-下舵机，2-机身主梁，3-下舵机摇臂，4-第一长摇臂，5-预旋电机，6-预旋齿轮组，7-倾斜盘，8-连接板，9-桨毂，10-挥舞抑制橡胶，11-挥舞铰，12-轴承座，13-第二长摇臂，14-随动杆，15-上舵机，16-桨叶，17-上舵机摇臂，18-主梁连接板，19-芯轴，20-桨毂轴承。
具体实施方式
[0032] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0033] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0034] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0035] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0036] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接
接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0037] 实施例：
[0038] 下面根据图1-7详细描述根据本发明实施例的一种无人自转旋翼机操纵系统。
[0039] 如图1-7所示，本发明实施例公开了一种无人自转旋翼机操纵系统，该系统安装于机身主梁2上，包括控制系统、预旋系统和桨毂系统。
[0040] 该无人自转旋翼机操纵系统应用于直扳式桨盘的控制中，控制系统包括两个独立的舵机——上舵机15和下舵机1，采用上下舵机分控系统，上舵机15和下舵机1呈上下布置，分别通过四杆机构控制桨毂系统的横向、纵向操纵，且互不影响。具体结构原理为：
[0041] 无人自转旋翼机的机身主梁2上安装有主梁连接板18，该主梁连接板18远离机身主梁2的一端与随动杆14的一端铰接，随动杆14的另外一端通过连接板8与倾斜盘7铰接。随动杆14两端的铰接通孔呈十字交叉形式设计，目的是一端铰接结构活动时不会带动另外一端的铰接结构活动；
[0042] 下舵机1安装于主梁连接板18向外延伸的连接板上，下舵机1的下舵机摇臂3与一第一长摇臂4的一端铰接，该第一长摇臂4的另外一端固连在随动杆14上，主梁连接板18、下舵机摇臂3、第一长摇臂4以及随动杆14组成下舵机四杆机构；下舵机1通过该下舵机四杆机构控制随动杆14的纵向操纵；
[0043] 上舵机15安装于随动杆14向外延伸的连接板上，上舵机15的上舵机摇臂17与一第二长摇臂13的一端铰接，第二长摇臂13的另外一端固连在倾斜盘7上，随动杆14、上舵机摇臂17、第二长摇臂13以及倾斜盘7组成上舵机四杆机构；上舵机15通过上舵机四杆机构控制倾斜盘7的横向操纵。
[0044] 本发明实施例中，采用上下舵机分控系统，下舵机1通过下舵机四杆机构控制桨毂9、随动杆14等部件的纵向操纵量，上舵机15通过上舵机四杆机构控制桨毂9等部件的横向操纵量。
[0045] 本发明实施例中，舵机为上下布置，下舵机1安装于机身主梁2处，上舵机15安装于机身主梁2和桨毂系统中间的随动杆14处，此随动杆14跟随下舵机1的操纵而改变位置，所以上舵机15的操纵不受下舵机1操纵的影响。
[0046] 随动杆14两端的铰接通孔呈十字交叉形式设计，使下舵机1(上舵机15)操纵力的反作用力转化为对上铰接通孔(下铰接通孔)中
螺栓的
挤压力，从而实现两个舵机独立操纵、互不影响的效果。
[0047] 预旋系统包括固定于倾斜盘7上的预旋电机5以及预旋齿轮组6，预旋电机5带动预旋齿轮组6旋转。
[0048] 桨毂系统包括固连于齿轮盘上的轴承座12，齿轮盘设于倾斜盘7上方且与预旋齿轮组6相啮合，轴承座12上端与两纵向耳片固定连接，两纵向耳片与一跷跷板式桨毂相连接；轴承座12的内部与一芯轴19通过两垂直安装的桨毂轴承20相连接，桨毂轴承20外圈与轴承座12固定连接、共同旋转，桨毂轴承20内圈与芯轴19中上端固定连接，芯轴19下端与倾斜盘7固定连接；预旋齿轮组6带动固定于齿轮盘上的轴承座12转动，以实现对跷跷板式桨毂的预旋。
[0049] 具体的，上述跷跷板式桨毂包括安装于轴承座12上端两纵向耳片上且呈对称结构设计的桨毂9，桨毂9的中心与耳片通过挥舞铰11相连接，桨毂9绕挥舞铰11铰轴转动，桨毂9的两端各自安装有一桨叶16。
[0050] 为了进一步优化上述技术方案，桨毂9上述设计有5°的预锥角，以将桨叶16上翘5°。
[0051] 为了进一步优化上述技术方案，两纵向耳片之间设置有使挥舞角不致过大的挥舞抑制橡胶10，且挥舞抑制橡胶10与轴承座12的上表面固定连接。
[0052] 为了进一步优化上述技术方案，芯轴19与随动杆14上端的铰接通孔在水平方向上有一定的偏置量。
[0053] 为了进一步优化上述技术方案，随动杆14两端的铰接通孔内设置有用于润滑的聚四氟乙烯套。
[0054] 无人自转旋翼机在
起飞时，接通预旋电机5的电源，预旋电机5带动预旋齿轮组6旋转，预旋齿轮组6带动齿轮盘上的轴承座12转动，进而能够实现对跷跷板式桨毂的预旋。
[0055] 无人自转旋翼机在飞行中的操纵方法为：分别由两个上下布置的上舵机15、下舵机1控制自转旋翼机的横向、纵向操纵。下舵机1控制上舵机15的安装位置，但是两个舵机的操纵量不会互相影响，不会发生耦合现象，不需考虑两个舵机的操纵耦合量。在进行纵向操纵时，下舵机1工作，上舵机15不工作，且上舵机摇臂17位置不变，反之亦然。同时进行横向、纵向操纵时，两舵机同时工作，其操纵量就是遥控器传入的值，不需算法处理。
[0056] 本
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0057] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
