一种双变距桨飞行器

1.一种双变距桨飞行器，包括机身（1）、尾部装置（2）、左机翼（3）、右机翼（4）、左变距旋翼（5）、右变距旋翼（6）和起落架（7），其特征在于：机身（1）内配有操控系统、机载设备和能源设备；尾部装置（2）包括左尾螺旋桨（21）、右尾螺旋桨（22）和垂直尾翼（23）；左尾螺旋桨（21）和右尾螺旋桨（22）结构相同，它们对称布置于机身（1）尾部的垂直尾翼（23）的左右两侧，它们转动同步且转速相同转向相反，它们的旋转平面处于同一水平面内，它们的叶片的翼型为对称型，它们的叶片的攻角可同步调节；垂直尾翼（23）由前段的垂直安定面和后段的方向舵组成；左变距旋翼（5）和右变距旋翼（6）结构、参数和工作原理都相同，它们对称布置于机身（1）的左右两侧分别安装于左机翼（3）和右机翼（4）的末梢，置于左机翼（3）和右机翼（4）的上方，它们的旋转平面在同一水平面内；
右变距旋翼（6）的具体结构为：它包括带减速器的发动机（60）、主轴（61）、电刷装置（62）、轮毂（63）和均匀分布在轮毂（63）周围且与轮毂（63）固连的两个或四个结构相同的转桨；主轴（61）竖直布置，主轴（61）的下段通过轴承与电刷装置（62）相连于电刷装置（62）的中心孔内，主轴（61）在电刷装置（62）的中心孔内能灵活转动；主轴（61）的下端与发动机（60）相连；主轴（61）的上端与轮毂（63）垂直固连于轮毂（63）的中心；轮毂（63）水平布置；每个转桨都包括电机（64）和桨叶（65）；桨叶（65）的平面形状呈矩形，桨叶（65）是刚性的；所有电机均匀固连在轮毂（63）的周围，所有电机的输出轴处于同一水平面内；各电机的输出轴与相应的桨叶固连于桨叶的根部；电刷装置（62）包括支架（621）和数对电刷，每对电刷包括安装在电刷装置（62）上的电刷头和安装在主轴（61）上与电刷头滑动接触的导电环，各导电环之间是绝缘的；所有电机与控制器之间采用电线和电刷相连接；电刷装置（62）的支架（621）与右机翼末梢上表面向右伸出的带孔安装板（41）固连，电刷装置（62）和带减速器的发动机（60）置于该安装板（41）的下方；发动机（60）安装在与右机翼（4）末梢下表面相连的固定支架（42）上；
右变距旋翼（6）中转桨的桨叶的攻角范围为：
垂直起飞和降落及悬停时：桨叶的攻角在4°~12°之间的一个固定角度不变；
巡航时：在主轴（61）的右侧即桨叶由6点钟位置到12点钟位置之间，桨叶的攻角在4°~
12°之间的一个固定角度不变；桨叶从12点钟运行到11点钟的过程，桨叶的攻角由4°~12°之间的一个固定角度逐渐变为80°~90°之间的一个固定角度；从11点钟到5点钟之间，桨叶的攻角为80°~90°之间的一个固定角度不变；桨叶从5点钟运行到6点的过程，桨叶的攻角由
80°~90°之间的一个固定角度逐渐变回到4°~12°之间的一个固定角度。
2.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：左尾螺旋桨（21）和右尾螺旋桨（22）都是电动螺旋桨。
3.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：起落架（7）采用滑橇式起落架。
4.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：电机的输出轴与相应的桨叶的连接位置位于该桨叶的弦长的四分之一至三分之一之间。
5.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：机身（1）采用木材、玻璃钢、铝合金或钛合金材料制作；所有桨叶采用碳纤维材料制作。
6.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：所有桨叶的翼型为上凸下凹或上凸下平型。
7.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：轮毂（63）内和主轴（61）内均有电线通道，所有电机与电刷装置（62）的导电环之间的连接导线从电线通道中通过。
8.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：电机采用伺服电机。
9.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：机身（1）内配有摄像机及信息处理系统，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。
10.根据权利要求1所述的一种双变距桨飞行器，其特征在于：导电环采用银或铜质材料制作。

一种双变距桨飞行器\n技术领域\n[0001] 一种双变距桨飞行器，属航空技术领域，尤其涉及一种双变距桨飞行器。\n背景技术\n[0002] 传统的横列式双桨直升机的两个主旋翼旋转平面处于水平位置时只能产生向上的升力，不能产生向前的拉力；现有的多轴直升机的多个旋翼的旋转平面处于水平位置时也只能产生向上的升力而不能产生向前的拉力或推力。且以上两种直升机向前飞行时受到的阻力都较大，较难实施快速巡航。双螺旋桨固定翼飞机的螺旋桨迎风面积较大，阻力较大，且不能垂直升降。以V-22鱼鹰为代表的双倾斜旋翼机，靠大范围地改变旋翼旋转平面与水平面的夹角来实现垂直升降和快速巡航等不同飞行姿态的转换，虽较灵活但结构和操纵很复杂且安全性不高，效率也比较低。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是克服现有垂直升降飞行器的上述不足，发明一种效率较高的能快速巡航的双变距桨飞行器。\n[0004] 一种双变距桨飞行器，包括机身、尾部装置、左机翼、右机翼、左变距旋翼、右变距旋翼和起落架。机身内配有操控系统、机载设备和能源设备，该双变距桨飞行器飞行姿态由操控系统操纵，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备。尾部装置包括左尾螺旋桨、右尾螺旋桨和垂直尾翼。左尾螺旋桨和右尾螺旋桨结构相同，它们都是电动螺旋桨，它们对称布置于机身尾部的垂直尾翼的左右两侧，它们转动同步且转速相同转向相反，它们的旋转平面处于同一水平面内，它们的叶片的翼型为对称型，象单旋翼直升机的尾桨一样，它们的叶片的攻角可同步调节，它们能产生向上或向下的推力，它们起平衡作用和升降舵的作用。\n垂直尾翼由前段的固定部分即垂直安定面和后段活动部分即方向舵组成。左变距旋翼和右变距旋翼结构、参数和工作原理都相同，它们对称布置于机身的左右两侧分别安装于左机翼和右机翼的末梢，置于左机翼和右机翼的上方，它们的旋转平面在同一水平面内，它们为该双变距桨飞行器提供升力和推力。起落架采用滑橇式起落架。\n[0005] 右变距旋翼的具体结构为：它包括带减速器的发动机、主轴、电刷装置、轮毂和均匀分布在轮毂周围且与轮毂固连的两个或四个结构相同的转桨。主轴竖直布置，主轴的下段通过轴承与电刷装置相连于电刷装置的中心孔内，主轴在电刷装置的中心孔内能灵活转动。主轴的下端与发动机相连。主轴的上端与轮毂垂直固连于轮毂的中心。轮毂水平布置。\n每个转桨都包括电机和桨叶。桨叶的平面形状呈矩形，桨叶是刚性的，桨叶的翼型为上凸下凹或上凸下平型。所有电机均匀固连在轮毂的周围，所有电机的输出轴处于同一水平面内。\n各电机的输出轴与相应的桨叶固连于桨叶的根部，电机的输出轴与该桨叶的连接位置位于该桨叶的弦长的四分之一至三分之一之间。电刷装置包括支架和数对电刷，电刷的对数根据转桨数及电机决定，如转桨为两个，每个电机有两根电源线，刚电刷为四对。每对电刷包括安装在电刷装置上的电刷头和安装在主轴上与电刷头滑动接触的导电环，各导电环之间是绝缘的，导电环采用银或铜质材料制作。所有电机与控制器之间采用电线和电刷相连接。\n轮毂内和主轴内均有电线通道，所有电机与电刷装置的导电环之间的连接导线从电线通道中通过。电机采用伺服电机，由控制器控制其运转及歇停，从而控制桨叶的攻角。电刷装置的支架与右机翼末梢上表面向右伸出的带孔安装板固连，电刷装置和带减速器的发动机置于该安装板的下方。发动机安装在与右机翼末梢下表面相连的固定支架上。\n[0006] 右变距旋翼的工作原理是：从上往下看，即俯视该发明飞行器，发动机驱动主轴逆时针旋转，设定好控制器与主轴的相位关系使得每个转桨都按以下方式运行：\n[0007] 垂直起飞和降落及悬停时：桨叶的攻角固定在α°不变。\n[0008] 巡航时：设转桨的起始位置为转桨处于主轴的后方，电机的输出轴水平布置于主轴的正后方，即电机的输出轴处于6点钟位置，为方便说明，将电机的输出轴所处的钟点位置也定义为桨叶所处的钟点位置，即此时桨叶处于6点钟位置，由控制器控制好电机的输出轴的位置使得：桨叶的攻角为α°，随着主轴的转动，桨叶由6点钟位置运转到12点钟位置，该半周的运行过程，电机不转动，桨叶在电机的锁定下攻角不变，保持α°。桨叶从12点钟运行到11点钟的过程，控制器控制电机转动，使桨叶的攻角由α°逐渐变为β°。桨叶从11点钟运行到5点钟的过程，电机停转并锁住桨叶保持桨叶的攻角为β°不变。最后，桨叶从5点钟运行到\n6点的过程，控制器控制电机反转，使桨叶的攻角由β°逐渐变回到α°。桨叶完成了一个旋转周期，回到了起始位置进入下一个相同的工作周期。桨叶的攻角作周期性的变化，在过主轴的纵向铅垂面的右侧，桨叶向前定攻角且小攻角运动产生向上的拉力，使该飞行器保护在空中有一定的高度，效果同直升机的主旋翼；在过主轴的纵向铅垂面的左侧，桨叶大攻角后拍产生向前的推力，使该飞行器前行，且能加快右机翼上表面的气流，使右机翼产生更大的升力。\n[0009] 上述α°是4°~12°之间的一个固定角度；β°是80°~90°之间的一个固定角度。\n[0010] 左变距旋翼的工作原理与右变距旋翼的工作原理相同，但它们的旋转方向相反，且桨叶攻角的变化是对称的。从上往下看，即俯视该发明飞行器，左变距旋翼的主轴在左变距旋翼的发动机的驱动下顺时针旋转。\n[0011] 左变距旋翼和右变距旋翼独立控制或联动控制，独立控制机动性强些，联动控制稳定性好些。\n附图说明\n[0012] 图1是本发明一种双变距桨飞行器的后视示意图，此图中，左变距旋翼和右变距旋翼都采用两个转桨，四个电机的输出轴正处于一条横向水平直线上，靠近机身的两个桨叶的攻角均为88°，远离机身的两个桨叶的攻角均为6°；图2是图1中右变距旋翼的放大了的示意图；图3是图2中的处于左侧的桨叶的右视示意图；图4是图2中的处于右侧的桨叶的左视示意图；图5是本发明一种双变距桨飞行器的处于前飞时的俯视示意图，此图中，左变距旋翼和右变距旋翼都采用两个转桨，四个电机的输出轴正处于同一条横向水平直线上，靠近机身的两个桨叶的攻角均为88°，远离机身的两个桨叶的攻角均为6°，图中虚线部分是桨叶转到不同位置的示意；图6是图5中右变距旋翼的放大了的示意图；图7是图6中的处于左侧的桨叶的右视示意图；图8是图6中的处于右侧的桨叶的左视示意图。\n[0013] 图中，1-机身；2-尾部装置，21-左尾螺旋桨，22-右尾螺旋桨，23-垂直尾翼；3-左机翼，31-左机翼末梢上表面向左伸出的带孔安装板，32-左机翼末梢固定支架；4-右机翼，41-右机翼末梢上表面向右伸出的带孔安装板，42-右机翼末梢固定支架；5-左变距旋翼；6-右变距旋翼；7-起落架。8-右变距旋翼的旋转方向指示；9-左变距旋翼的旋转方向指示。属于右变距旋翼6中的零部件：60-发动机，61-主轴，62-电刷装置，621-电刷装置的支架，63-轮毂，64-电机，641-电机输出轴，65-桨叶。\n具体实施方式\n[0014] 现结合附图1~8对本发明加以具体说明：一种双变距桨飞行器，包括机身1、尾部装置2、左机翼3、右机翼4、左变距旋翼5、右变距旋翼6和起落架7。机身1内配有操控系统、机载设备和能源设备，该双变距桨飞行器飞行姿态由操控系统操纵，机载设备包括各种飞行仪器仪表和拍摄设备。尾部装置2包括左尾螺旋桨21、右尾螺旋桨22和垂直尾翼23。左尾螺旋桨21和右尾螺旋桨22结构相同，它们都是电动螺旋桨，它们对称布置于机身1尾部的垂直尾翼23的左右两侧，它们转动同步且转速相同转向相反，它们的旋转平面处于同一水平面内，它们的叶片的翼型为对称型，象单旋翼直升机的尾桨一样，它们的叶片的攻角可同步调节，它们能产生向上或向下的推力，它们起平衡作用和升降舵的作用。垂直尾翼23由前段的固定部分即垂直安定面和后段活动部分即方向舵组成。左变距旋翼5和右变距旋翼6结构、参数和工作原理都相同，它们对称布置于机身1的左右两侧分别安装于左机翼3和右机翼4的末梢，置于左机翼3和右机翼4的上方，它们的旋转平面在同一水平面内，它们为该双变距桨飞行器提供升力和推力。起落架7采用滑橇式起落架。\n[0015] 右变距旋翼6的具体结构为：它包括带减速器的发动机60、主轴61、电刷装置62、轮毂63和均匀分布在轮毂63周围且与轮毂63固连的两个或四个结构相同的转桨。主轴61竖直布置，主轴61的下段通过轴承与电刷装置62相连于电刷装置62的中心孔内，主轴61在电刷装置62的中心孔内能灵活转动。主轴61的下端与发动机60相连。主轴61的上端与轮毂63垂直固连于轮毂63的中心。轮毂63水平布置。每个转桨都包括电机64和桨叶65。桨叶65的平面形状呈矩形，桨叶65是刚性的，桨叶65的翼型为上凸下凹或上凸下平型。所有电机64均匀固连在轮毂63的周围，所有电机64的输出轴641处于同一水平面内。各电机64的输出轴641与相应的桨叶65固连于桨叶65的根部，电机的输出轴641与该桨叶65的连接位置位于该桨叶\n65的弦长的四分之一至三分之一之间。电刷装置62包括支架621和数对电刷，电刷的对数根据转桨数及电机决定，如转桨为两个，每个电机有两根电源线，刚电刷为四对。每对电刷包括安装在电刷装置62上的电刷头和安装在主轴61上与电刷头滑动接触的导电环，各导电环之间是绝缘的，导电环采用银或铜质材料制作。所有电机与控制器之间采用电线和电刷相连接。轮毂63内和主轴61内均有电线通道，所有电机与电刷装置62的导电环之间的连接导线从电线通道中通过。电机采用伺服电机，由控制器控制其运转及歇停，从而控制桨叶的攻角。电刷装置62的支架621与右机翼末梢上表面向右伸出的带孔安装板41固连，电刷装置62和带减速器的发动机60置于该安装板41的下方。发动机60安装在与右机翼4末梢下表面相连的固定支架42上。\n[0016] 右变距旋翼6的工作原理是：从上往下看，即俯视该发明飞行器，发动机60驱动主轴61逆时针旋转，设定好控制器与主轴61的相位关系使得每个转桨都按以下方式运行：\n[0017] 垂直起飞和降落及悬停时：桨叶的攻角固定在α°不变。\n[0018] 巡航时：设转桨的起始位置为转桨处于主轴61的后方，电机的输出轴水平布置于主轴的正后方，即电机的输出轴处于6点钟位置，为方便说明，将电机的输出轴所处的钟点位置也定义为桨叶所处的钟点位置，即此时桨叶处于6点钟位置，由控制器控制好电机的输出轴的位置使得：桨叶的攻角为α°，随着主轴61的转动，桨叶由6点钟位置运转到12点钟位置，该半周的运行过程，电机不转动，桨叶在电机的锁定下攻角不变，保持α°。桨叶从12点钟运行到11点钟的过程，控制器控制电机转动，使桨叶的攻角由α°逐渐变为β°。桨叶从11点钟运行到5点钟的过程，电机停转并锁住桨叶保持桨叶的攻角为β°不变。最后，桨叶从5点钟运行到6点的过程，控制器控制电机反转，使桨叶的攻角由β°逐渐变回到α°。桨叶完成了一个旋转周期，回到了起始位置进入下一个相同的工作周期。桨叶的攻角作周期性的变化，在过主轴61的纵向铅垂面的右侧，桨叶向前定攻角且小攻角运动产生向上的拉力，使该飞行器保护在空中有一定的高度，效果同直升机的主旋翼；在过主轴61的纵向铅垂面的左侧，桨叶大攻角后拍产生向前的推力，使该飞行器前行，且能加快右机翼4上表面的气流，使右机翼4产生更大的升力。\n[0019] 上述α°是4°~12°之间的一个固定角度；β°是80°~90°之间的一个固定角度。\n[0020] 左变距旋翼5的工作原理与右变距旋翼6的工作原理相同，但它们的旋转方向相反，且桨叶攻角的变化是对称的。从上往下看，即俯视该发明飞行器，左变距旋翼3的主轴在左变距旋翼3的发动机的驱动下顺时针旋转。\n[0021] 左变距旋翼5和右变距旋翼6独立控制或联动控制，独立控制机动性强些，联动控制稳定性好些。\n[0022] 该双变距桨飞行器的机身1采用木材、玻璃钢、铝合金或钛合金等硬度高的轻质材料制作。所有桨叶采用碳纤维材料制作。机身1内配有摄像机及信息处理系统，能进行航拍，能将拍摄的影像信息传送到地面设备。\n[0023] 发动机失火的话，将四个桨叶锁定在α°，让该飞行器保持左变距旋翼5和右变距旋翼6自转垂直平稳下降，同时控制好尾部装置，可将该飞行器成功迫降。\n[0024] 本发明一种双变距桨飞行器可用于航拍、地理测绘、农林牧作业、军事侦查和抢险救灾等多种任务。