技术领域
[0001] 本
发明属于航空飞行装备技术领域，尤其涉及一种纵列式电动双旋翼直升机及其控制系统。
背景技术
[0002] 目前，业内常用的
现有技术是这样的：直升机的突出特点是做低空、
悬停、低速和机头方向不变的机动飞行，特别是在小面积场地垂直起降。基于这些特点，直升机广泛用于军用和民用方面，军民通用性强。直升机一般包括
机身、
起落架、旋翼装置、操纵装置、动
力装置、控制装置等。直升机按旋翼构造一般可以分为单旋翼带尾桨式、双旋翼式、多旋翼式。
[0003] 单旋翼带尾桨式是目前常规最常见的直升机形式，广泛用于大、中、小、微型的有人或无人直升机上。其特点是在尾梁上安装尾桨，尾桨旋转产生拉力，来平衡旋翼旋转产生的使机身逆向旋转的
扭矩。由于升力仅靠单旋翼，该形式直升机对
重心位置偏离要求高，使用时有较多的限制。另外，尾桨消耗的功率仅用来平衡旋翼的反扭矩，直升机的总功率使用效率偏低。
[0004] 多旋翼式直升机一般是四个或者更多旋翼组合的直升机，由于其旋翼多，控制复杂，悬停和前飞都比常规单旋翼形式直升机效率低，因此，该构型基本出现在微型无人直升机上，多用作航模、航拍等领域。
[0005] 双旋翼式直升机基本可以分为纵列式、横列式、共轴双旋翼式。横列式是2个旋翼分布在机身两侧，前飞阻力较大，一般很少用到。共轴双旋翼式是在一个旋翼轴上下布置两个旋转方向相反的旋翼，两旋翼桨盘完全重叠，上下旋翼
气动相互干扰，同时复杂的操纵机构及特殊的桨毂大大的增加了废阻，降低了前飞效率。共轴双旋翼式目前仅出现在个别的小型或微型直升机上。
[0006] 纵列式直升机是机身前后各布置一个旋翼，目前出现的该构型直升机基本都是油动力的，其两副旋翼完全相同，旋向相反，两副旋翼桨盘不同程度的重叠，旋转
相位同步。两副旋翼桨盘重叠目的是为了减少机身的长度，以达到降低重量的目的。但是这样，为了防止两副旋翼相互剐蹭，旋翼旋转要求
相位同步，需要贯穿机身的同步轴，无形中也增加了结构的难度和机身的重量及阻力。两副旋翼桨盘重叠，旋翼之间也有一定程度的气动干扰，导致效率的降低。纵列式直升机采用油动力，目的是为了获得更大动力，更大的
起飞重量，但是油动力的直升机整体机械复杂、占用空间大、使用维护成本高。
[0007] 虽然目前已经发展各种形式的直升机，缺点也非常突出。例如，国内常见的单旋翼带尾桨式无人直升机，其尾旋翼消耗功率占
发动机功率的10％左右，强
风时可增加到30％。尾巴的长度较长，使直升机占用空间较大。尾桨对地面人员危险，容易撞到障碍物；尾桨受主旋翼和机身尾涡气动影响，气动效率低，尾桨
载荷和振动大；悬停时对侧风敏感。直升机的重心范围小，飞前需进行较为严格的重心配平；
[0008] 双旋翼共轴式直升机，操纵机构复杂增加维护成本，上下旋翼之间有气动干扰，会有升力损失；桨叶
刚度要求大，从而造成桨毂产生振动力矩。不能做太大的机动动作；飞机高度较高不便于运输。
[0009] 这些常见机型的气动效率低，结构复杂，机身空间大，使用维护成本高等方面有待优化，通常难以满足一些特殊需求。非常需要一种能够克服以上缺点的新构型直升机。
[0010] 综上所述，现有技术存在的问题是：目前的直升机存在气动效率低，结构复杂，机身空间大，使用维护成本高。
[0011] 解决上述技术问题的难度：常见的机型技术较为成熟，新的旋翼布局的直升机国内尚为少见。缺少技术参考及相关资料。需要验证和研究的技术点较多，如总体计算及气动计算，总体布局及传动等设计。
[0012] 解决上述技术问题的意义：新旋翼布局的直升机不仅能从根本上解决现有直升机存在气动效率低，结构复杂，机身空间大，使用维护成本高，重心要求高等问题，还能填补国内在该机型领域的空缺，能满足更多的使用要求。
发明内容
[0013] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纵列式电动双旋翼直升机及其控制系统。
[0014] 本发明是这样实现的，一种纵列式电动双旋翼直升机的控制系统，所述纵列式电动双旋翼直升机的控制系统包括：
[0015] 货箱安装在机身底部，通过自动抛投器与机身连接；
[0016] 起落架分为前起落架和后起落架，分别固定在机身下部的前后位置为纵列双旋翼直升机着陆时提供
支撑及着落缓冲；
[0017] 旋翼装置为前旋翼和后旋翼分别布置在纵列双旋翼直升机前后，分别进行旋转，通过桨叶挥舞转动得到升力；
[0018] 前后动力装置为安装在机身上的
电机，由安装在机身上的动力电源提供电力进行旋转，并将转动
动能输出给旋翼轴，实现旋翼的转动；
[0019] 前后操纵装置包括三组电动
舵机，根据收到的遥控器控制
信号进行舵机臂的转动，并通过
连杆推动倾斜器的倾转控制旋翼桨叶的
攻角，实现桨盘平面的倾转；
[0020] 抛投器通过舵机控制，实现货箱的空中自动抛投。
[0021] 本发明的另一目的在于提供一种纵列式电动双旋翼直升机，所述纵列式电动双旋翼直升机设置有机身，所述机身的前后两端纵列式布置安装有旋翼装置；
[0022] 所述机身的前后两端柔性连接有两套独立的起落架，机身底部悬挂有货箱；
[0023] 所述旋翼装置的控制端配套安装有操纵装置，所述旋翼装置的
动力端连接动力装置，所述旋翼装置和所述动力装置连接控制装置；
[0024] 所述旋翼装置包括第一片桨叶和第二片桨叶，第一片桨叶和第二片桨叶分别成直线的安装在桨毂两侧；桨毂通过销轴铰接安装在旋翼轴上端，旋翼轴安装在机身上，旋翼轴的下端连接动力装置，旋翼轴的上端与桨毂连接。
[0025] 进一步，所述机身采用两个U型硬
铝合金件拼接
铆接安装或者所述机身整体采用成型的
铝合金机身。
[0026] 进一步，所述机身的截面为长方形或正方形或圆形。
[0027] 进一步，所述起落架采用铝合金架，
碳纤维架、金属架、非金属架中的一种。
[0028] 进一步，所述机身底部固定安装有自动抛投器。
[0029] 进一步，两套所述旋翼装置的桨毂相对于机身高度相同，或者前低后高。
[0030] 进一步，后侧旋翼装置的旋翼轴垂直于机身，所述旋翼装置的前旋翼相对于机身前倾安装。
[0031] 进一步，所述操纵装置包括自动倾斜器，所述自动倾斜器安装在旋翼轴上，所述自动倾斜器包含动环与不动环，动环两个支臂分别与两片桨叶连接，下端不动环轴向均布的三个支臂分别与三组电动舵机连接。
[0032] 进一步，所述动力装置包括电机，所述电机安装在机身上，所述电机的输出端直接与旋翼轴连接。
[0033] 综上所述，本发明的优点及积极效果为：电动纵列式双旋翼直升机相比其他直升机，机身尺寸小，结构简单，载重量大，气动效率更高，对重心位置不敏感。两副旋翼相对于机身采用前后的纵列式布置，机身总体尺寸比单旋翼带尾桨式、双旋翼横列式、多旋翼式直升机都要小。相对于相同的旋翼带尾桨的常规直升机，采用了基本相同的两副旋翼新型直升机，可以获得大于其2倍的起飞重量。两副旋翼不交叉，相对于交叉的纵列双旋翼直升机，减少了两旋翼之间的气动干扰，提高了气动效率及操纵品质。两副旋翼不交叉，相对于交叉的纵列双旋翼直升机，两副旋翼旋转不需要同步，省去了同步轴，减少了机身横截面积，减少了直升机前飞时阻力。双旋翼直升机动力及操纵采用电动形式，省去了大体积的发动机、复杂的
传动系统等，极大的节约了机身空间，减少了机身的大小，提高了可靠性。节约下来的机身空间可以搭载更多的任务设备，如可抛放货箱等。减少的机身大小不仅节省了加工用料成本更使得飞机的重量减轻，增加了续航时间，同时也使得运输更加便捷，不需很大的车辆。
附图说明
[0034] 图1是本发明
实施例提供的纵列式电动双旋翼直升机的结构示意图；
[0035] 图2是本发明实施例提供的控制装置的结构示意图；
[0036] 图3是本发明实施例提供的机身的安装结构示意图；
[0037] 图中：1、机身；2、前起落架；3、后起落架；4、旋翼装置；5、第一片桨叶；6、第二片桨叶；7、桨毂；8、旋翼轴；9、动力装置；10、电机；11、自动抛投器；12、动力电源；13、控制装置；14、货箱。
具体实施方式
[0038] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0039] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种纵列式电动双旋翼直升机，下面结合附图1至图3对本发明作详细的描述。
[0040] 如图1-图3所示，本发明实施例提供的纵列式电动双旋翼直升机包括机身1、起落架、旋翼装置4、操纵装置、动力装置9、控制装置13和货箱14。
[0041] 起落架设置有两组，分别为前起落架2和后起落架3，前起落架2和后起落架3分别固定在机身1下部的前后位置。旋翼装置4设置有两组，分别固定在机身1上部的前后位置；每组旋翼装置4包括一副桨叶和两片桨叶，第一片桨叶5和第二片桨叶6分别成直线的安装在桨毂7两侧；桨毂7采用跷跷板式桨毂7，桨毂7通过销轴铰接安装在旋翼轴8上端；旋翼轴8安装在机身1上，下端连接动力装置9，上端与桨毂7连接。
[0042] 操纵装置设置有套，操纵装置分别为每组旋翼装置4配置一套。每套操纵装置包括：一组自动倾斜器，自动倾斜器安装在旋翼轴8上，包含动环与不动环，上端动环两个支臂分别与两片桨叶连接，下端不动环轴向均布的三个支臂分别与三组电动舵机连接；三组电动舵机：安装在机身1上，与不动环的三个支臂连接，受控于控制装置13。
[0043] 动力装置9安装有两套，分别为旋翼装置4提供机械动力，为
操作系统及控制装置13提供电源动力。每套动力装置9包括电机10，所述电机10安装在机身1上，输出端直接与旋翼轴8连接，在控制装置13控制下为旋翼轴8提供动力；动力电源12安装在机身1上，为电机
10和操作系统及控制装置13提供电力。
[0044] 控制装置13自主或者地面遥控控制操纵装置的三组电动舵机和动力装置9的电机10工作。货箱14安装在机身1底部，通过自动抛投器11与机身1连接。
[0045] 机身1是全机受力、传力构件，为各系统提供安装
接口。
[0046] 起落架：起落架柔性连接在机身1上，为直升机提供地面支撑及必要的着落缓冲。
[0047] 旋翼装置4：旋翼装置4为直升机提供升力。两组旋翼装置4在机身1的一前一后纵向分布，旋转方向相反，相互平衡反扭矩。两组旋翼装置4中心间距大于旋翼直径，相互没有重叠，减少了两组旋翼之间的气动干扰，旋转相位不需要同步，省去了同步轴，结构更简单，减少了重量。
[0048] 一副桨叶：带有
翼型的两片桨叶安装在桨毂7上，围绕旋翼轴8旋转，由操作系统的自动倾斜器控制桨叶不同旋转位置的攻角，从而控制了旋翼产生所需的升力大小及方向，进而控制了直升机飞行速度及
俯仰、航向及
滚转等
姿态。
[0049] 桨毂7：该桨毂7属于一种半刚性跷跷板式桨毂7，包含桨叶的变距铰及挥舞铰。桨毂7是旋翼装置4主要的受力部件，提供桨叶安装，传递并平衡两片桨叶的弯矩，向旋翼轴8传递桨叶的升力，向桨叶传递旋转的动力。
[0050] 旋翼轴8：将电机10传来的旋转动力传递给桨毂7，将桨毂7传来的升力传递给机身1。
[0051] 操纵装置：在控制装置13的控制下，分别控制三组电动舵机的工作，从而操纵自动倾斜器的位置及倾斜状态，进而操纵了桨叶在不同旋转位置的攻角。
[0052] 每套操纵装置包括的：
[0053] 一组自动倾斜器：动环嵌在不动环内，整体通过关节
轴承安装在旋翼轴8上。不动环在环向均布其的三组电动舵机拉动下，可以在旋翼轴8上上下滑动及前后左右倾斜，从而带动动环旋转周期性的控制桨叶攻角的变化。
[0054] 三组电动舵机：在控制装置13的控制下，提供不动环姿势变化所需的动力。
[0055] 动力装置9：两套动力装置9，分别为旋翼装置4及操作系统提供动力。
[0056] 控制装置13：自主或者地面遥控控制操纵装置的三组电动舵机和动力装置9的电机10工作，从而控制直升机起飞、飞行、着落的基本工作。控制抛投器，实现货箱14的空中自动抛投。
[0057] 货箱14：装货，实现货物运输。
[0058] (1)本发明纵列双旋翼直升机相比于单旋翼直升机，取消了尾旋翼，降低了功率损失。同时，相比单旋翼带尾桨直升机，提高了无人机的最大载重量。
[0059] (2)本发明纵列双旋翼直升机相比于共轴双旋翼直升机，旋翼的前后布局有效降低两旋翼的气动干扰，提高效率。
[0060] (3)本发明纵列双旋翼直升机相比于常规的单旋翼直升机及共轴双旋翼直升机，重心前后变化区间较大，降低了重心配平的要求，对于运货而言极为有利。
[0061] (4)本发明电动纵列双旋翼直升机相比于油动的双旋翼直升机，结构简单，空间利用率高，维护成本低。
[0062] (5)本发明电动纵列双旋翼直升机相比于市面上现有的电动纵列双旋翼直升机，机身1结构更加稳固，简单，重量轻，可拓展性强，起落架更加简单轻便。前旋翼前倾的布局形式使前飞时效率更高。
[0063] (6)本发明电动纵列双旋翼直升机相比于市面上现有的电动纵列双旋翼直升机，携带可抛投货箱14，能方便地进行货物运输和投放。
[0064] 机身1是全机受力、传力构件，为各系统提供安装接口。货箱14安装在机身底部，通过自动抛投器11与机身1连接。起落架分为前起落架2和后起落架3，分别固定在机身1下部的前后位置为纵列双旋翼直升机着陆时提供支撑及必要的着落缓冲。旋翼装置4分为前旋翼和后旋翼分别布置在纵列双旋翼直升机前后，可分别进行旋转，通过桨叶挥舞转动得到升力。前后动力装置9为安装在机身1上的电机10，它们由安装在机身1上的动力电源12提供电力进行旋转，并将转动动能输出给旋翼轴8，实现旋翼的转动。前后操纵装置主要包括三组电动舵机，它们根据收到的遥控器
控制信号进行舵机臂(盘)的转动，并通过连杆推动(拉动)倾斜器的倾转从而控制旋翼桨叶的攻角，实现桨盘平面的倾转，来影响飞行姿态实现飞行控制；
[0065] 抛投器通过舵机控制，实现货箱14的空中自动抛投。货箱14用来装货，实现货物运输。
[0066] 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单
修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
