多驱动内嵌式旋翼载人直升机

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多驱动内嵌式旋翼载人直升机\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种旋翼载人直升机，属于航空飞行器制造技术领域。\n背景技术\n[0002] 目前在航空及飞行器领域，能够垂直起飞或在空中较长时间悬停的飞行器中只有直升机，但当前的直升机为抵消旋翼转轴转动产生的扭力矩，要延长机体（细长的机尾）处装置反扭力矩的尾旋翼，使得机体过于庞大，且安全系数、上升载荷、灵活性和稳定性都很低，限制了直升机的飞行区域和作业范围。\n[0003] 目前的“复合式旋翼飞机”或“组合式旋翼飞机”等也只是在传统的旋翼直升机与传统的滑翔翼飞机的基础上加以改进，优点并不突出，其传统缺点依旧存在。\n[0004] 可以看到的“四驱动飞行器”也只是处在“航模”阶段，一是旋翼外漏，不够安全；\n二是没有乘坐机舱的框架式结构，还无法实现乘员；三是电驱动系统难以实现大载荷。\n[0005] 多旋翼载人直升机尤其是四旋翼飞行器已是本领域现有技术，其动力传动系统、旋翼系统、控制系统、操纵系统，以及其飞行原理操纵方法均为现有技术。例如专利号为\n201010284234.5（公布号CN101973392A，公布日2011.02.16）的发明专利公开了一种机身可伸缩的四旋翼飞行器，其为在十字形机架上设有四个旋翼。原有的多旋翼包括四旋翼其存在的主要不足是，旋翼暴露在外，在缺少对旋翼保护的情况下其作业范围受限，灵活性不高，安全系数小。另外，现有四旋翼飞行器多为飞行器模型，其动力传动系统、操纵系统较为简单，不适用于大型的多旋翼载人飞行器，而现有的载人飞行器均未公开适用于多旋翼载人飞行器的动力传动系统和操纵系统，因此设计一种多旋翼载人飞行器并且开发出适用的动力传动系统和操纵系统仍需要付出创造性劳动。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种提升力大、飞行安全、飞行即稳定又灵活、作业范围大的多驱动内嵌式旋翼载人直升机。\n[0007] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：\n[0008] 多驱动内嵌式旋翼载人直升机，包括机身，机身上设有驾驶舱，机身上设有多个上下通透的圆形的旋翼安装孔，每个旋翼安装孔内均设有支架，支架上设有连接动力传动系统的旋翼转轴，旋翼转轴上安装有旋翼。\n[0009] 所述机身为碟形，驾驶舱设置在机身的中央，可根据需要选择大小，多个旋翼安装孔均布在驾驶舱的四周。\n[0010] 所述旋翼安装孔为四个。每个旋翼安装孔内均设有一个旋翼，形成四旋翼结构。旋翼的数量也可以为三个、五个、六个……。\n[0011] 所述动力传动系统包括固定在机身内部的发动机、分动转轴，分动转轴包括连接两个相对旋翼转轴的分动转轴Ⅰ和分别连接另外两个旋翼转轴的分动转轴Ⅱ和分动转轴Ⅲ；发动机转轴与分动转轴Ⅰ通过相互啮合的齿轮相连；分动转轴Ⅱ和分动转轴Ⅲ均通过相互啮合的锥形齿轮与分动转轴Ⅰ相连。（即“单发动机多点分动”）。\n[0012] 所述发动机转轴上设有齿轮Ⅰ，分动转轴Ⅰ上设有与齿轮Ⅰ相互啮合的齿轮Ⅱ；\n所述分动转轴Ⅰ的中部设有锥形齿轮Ⅰ，分动转轴Ⅱ和分动转轴Ⅲ上分别设有与锥形齿轮Ⅰ相互啮合的锥形齿轮Ⅱ和锥形齿轮Ⅲ。\n[0013] 所述分动转轴Ⅰ的两端以及分动转轴Ⅱ和分动转轴Ⅲ的末端均通过相互啮合的锥形齿轮与旋翼转轴相连。\n[0014] 所述分动转轴Ⅰ的两端以及分动转轴Ⅱ和分动转轴Ⅲ的末端均设有锥形齿轮Ⅳ，旋翼转轴的下端设有与锥形齿轮Ⅳ相互啮合的锥形齿轮Ⅴ。\n[0015] 所述动力传动系统包括安装在每个旋翼下的发动机，发动机转轴与相应的旋翼转轴相连。（即“多发动机独立驱动”）。\n[0016] 所述多驱动内嵌式旋翼载人直升机还包括控制旋翼旋转姿态的操纵系统，操纵系统包括设于每个旋翼下的自动倾斜器，每个旋翼下的自动倾斜器均与总周期手柄相连；任何两个相对的旋翼下的自动倾斜器与一个分周期手柄相连；每个旋翼下的自动倾斜器还与控制旋翼桨叶倾角大小的总距杆相连。\n[0017] 所述“多个”指三个及以上；所述动力传动系统为多点多旋翼驱动，是指三个以上独立点分别配设旋翼驱动，并可根据载荷或飞行器外形需要选择驱动点数，此项技术较目前的单轴旋翼或两轴旋翼直升机有了突破，且减少了尾旋翼。\n[0018] 所述每个驱动旋翼采用内嵌的方式，是指对旋翼采用环形保护，或增大飞行器机体，将旋翼安装在机体外延的内部。\n[0019] 该飞行器采用常规发动机作为动力源，当多个旋翼采用同步，且处于水平面转动时，在多个旋翼将产生平衡的提升力，飞行器将保持一定高度的悬停状态。关于平移：当所有旋翼倾角时，可实现飞行器向各个方向平移（稳定平飞）；当前后配置的“两组”旋翼同时出现相反的倾角时，飞行器将实现整体旋转（如果长时间扭动飞行器将会实现旋转式飞行，此动作，只做特技飞行时采用）。关于旋翼倾角：可采取目前流行的方法，通过周期变距来改变旋翼倾角来，如采用自动倾斜器（自动倾斜器是将经直升机飞行操纵系统传递过来的驾驶员或自动驾驶仪的指令转换为旋翼桨叶受控运动的一种装置）；同时也可采用轴端悬挂式安装，以转轴与旋翼做整体全角倾摆来实现旋翼旋转面倾角。关于升降：采用的是目前流行的方法，在保持旋翼转速一定的情况下依靠改变旋翼桨叶的倾角来调整机身升力的大小。驾驶员可通过总距杆完成这项操作。当旋翼的桨叶倾角增大，飞行器上升；反之，飞行器下降。如需保持一定高度，将旋翼保持一定的倾角即可。关于安全：因采用旋翼内嵌的方式，可有效避免旋翼在飞行中擦挂周围物体，提高了飞行器在建筑群及丛林之间飞行的安全度，增大了作业范围和使用行业（可军用、民用、家用）。关于碟状外形：采用碟状外形，是以增加飞行器滑行能力，提高飞行器飞行的稳定性。\n[0020] 本发明的有益效果是，多驱动内嵌式旋翼载人直升机，在飞行器上采用多个旋翼，多点驱动（三个以上驱动）的方式，其优点为飞行稳定、控制灵活、负载能力强、垂直起降等。\n多个旋翼作为直接动力源，对称分布在主体四个方向，且旋翼处于同一水平面，旋翼半径、规格都相同。并将每个驱动旋翼采用内嵌的方式（对旋翼起到保护），提高飞行器的安全性。\n驾驶位置可以放置在众驱动支点的轴心区（机身的中央），亦可根据需要进行前后左右做适当的移动。\n附图说明\n[0021] 图1是本发明侧视外观图；\n[0022] 图2是本发明结构示意图（“单发动机多点分动”）；\n[0023] 图3是本发明结构示意图（“多发动机独立驱动”）；\n[0024] 图4是本发明动力传动系统结构示意图；\n[0025] 图5是本发明旋翼转轴部分结构示意图；\n[0026] 图6是本发明操纵系统结构示意图。\n[0027] 其中1.机身，2.驾驶舱，3.旋翼安装孔，4.旋翼转轴，5.旋翼，6.发动机，7.支架，\n8.座舱盖，9.透视窗，10.出入舱口，11.起落架，12.分动转轴Ⅰ，13.分动转轴Ⅱ，14.分动转轴Ⅲ，15.齿轮Ⅰ，16.齿轮Ⅱ，17.锥形齿轮Ⅰ，18.锥形齿轮Ⅱ，19.锥形齿轮Ⅲ，20.锥形齿轮Ⅳ，21.锥形齿轮Ⅴ，22.自动倾斜器，23.总周期手柄，24.分周期手柄，25.总距杆，\n26.离合器，27.刹车装置，28.驾驶员，29.旋翼桨叶，30.不动环，31.动环，32.控制杆，\n33.旋转倾角。\n具体实施方式\n[0028] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。\n[0029] 实施例1（以四驱动为例、“单发动机多点分动”）\n[0030] 如图1所示，多驱动内嵌式旋翼载人直升机，包括扁平式“碟形”的机身1和及圆形的机身外沿，机身1中央位置设有驾驶（载重）舱2及可透视的座舱盖8，驾驶员座椅放置其下方，机身1上设有四个上下通透的圆形的旋翼安装孔3，旋翼安装孔3均布在驾驶舱2的四周。每个旋翼安装孔3内均设有支架7，支架7上设有连接动力传动系统的旋翼转轴4，旋翼转轴4上安装有处在同一平面的旋翼5。每个旋翼安装孔3内均设有一个旋翼5，形成四旋翼结构。\n[0031] 所述动力传动系统为多点驱动。多个旋翼，多点驱动，是指两个以上驱动（可采取单发动机分动，亦可采取多发动机单独驱动）。所述每个驱动旋翼采用内嵌的方式，是指对旋翼5采用环形保护，或增大飞行器机体，将旋翼5安装在机体内部。\n[0032] 本飞行器（直升机）采用碟状外形，是以增加飞行器滑行来弥补旋翼5在方向扭动中出现的短暂提升力减小造成的下沉现象，提高飞行器飞行的稳定性。\n[0033] 该机可采用常规发动机作为动力源驱动或大容量高能蓄电池驱动，并通过传动轴及齿轮组合，将发动机6输出动力传输到旋翼转轴4，带动旋翼5旋转产生升力。使该机获得了较传统单旋翼及双旋翼直升机较小的机体延伸半径，具有较大的上升力，较高的飞行速度，较好的灵活性，扩大了直升机的飞行区域和有效续航能力，该机也具有更为可靠的安全保障。\n[0034] 碟形机身如图3，其扁平碟状的机身1以及圆形的机体外沿，流线型表面符合空气动力学原理，减小了飞行中机体产生的涡流，增加飞行器滑行能力，提高发动机动能的利用率；奇特的外形，也使得直升机更加美观大方。在机身1的中央部位设置驾驶舱2，其上方有透视座舱盖8，下方设有透视窗9，便于驾驶员28观察外部。四个旋翼安装孔3均匀的分布在机身1四周，旋翼安装孔3中部设有安装架用于安装旋翼5，多力矩支点能更好的确保直升机的飞行稳定性。在机身1的下方设置出入舱口10，机身1下方设置四个同圆等距并可收放起落架11。\n[0035] 所述多驱动是指三个及以上旋翼驱动。采用单发动机多点分动的方式如图1所示，具体方法是：将发动机6固定在机身1内部，将动力通过齿轮和传动轴啮合向各旋翼转轴4传动，旋翼转轴4带动旋翼5，将发动机6输出能量转化为升力。\n[0036] 所述单发动机分动动力传动系统如图4所示，单发动机分动就是单发动机动力向各旋翼传输动力的过程，在发动机6做功转动时，该动力将通过发动机转轴上的齿轮Ⅰ15与分动转轴Ⅰ12上的齿轮Ⅱ16啮合，从而带动分动转轴Ⅰ12旋转，因分动转轴Ⅰ12上的锥形齿轮Ⅰ17与分动转轴Ⅱ13和分动转轴Ⅲ14上的锥形齿轮Ⅱ18和锥形齿轮Ⅲ19也处在啮合状态，发动机6转动时，同时也将带动分动转轴Ⅰ12转动。分动转轴Ⅰ12转动后，旋翼转轴部分的结构如图5所示，分动转轴Ⅰ12或分动转轴Ⅱ13或分动转轴Ⅲ14末端的锥形齿轮Ⅳ20与旋翼转轴4下端的锥形齿轮Ⅴ21啮合带动旋翼转轴4旋转，安装在旋翼转轴4上旋翼5旋转，使发动机6输出能量传输到旋翼5产生直升机所需的升力。为防止因发动机6在空中停止工作，本发明在离合器26的后端特别安装有刹车装置27，以便在直升机下降过程中，直升机旋翼转速使直升机产生部分的升力，使驾驶员28有效控制直升机的下降姿态，确保降落时的安全。离合器和刹车装置的详细工作原理：如出现发动机6空中停车，直升机将会下沉，直升机悬疑将会被动旋转，此时驾驶员将离合器26分离，以手柄及连动装置启动27刹车装置，以控制直升机悬疑转速在可控的“自转”状态，使其产生所需悬疑升力，来控制直升机在下降过程中保持稳定（避免碟形装机体像树叶一样摇摆下落），有效控制直升机的下降姿态，确保安全。\n[0037] 本发明采用常规发动机作为动力源实施飞行，如图1所示，发动机6及动力传输系统、旋翼旋转系统均安装在直升机支架7上，并将前后和左右两组（图1是以四旋翼作为例图）各旋翼向连接。每组旋翼5转向相同，但两组旋翼5分别互为反旋翼，且主动方向相反，以抵消因旋翼5旋转产生的扭力矩，使直升机保持平稳的升力。因多个旋翼5（四个旋翼）安装处于同一水平面，当旋翼5旋转平面零倾角同步旋转时，多个旋翼5（四个旋翼）将产生平衡的提升力。\n[0038] 实现飞行姿态：一是平移，多个旋翼5（四个旋翼）朝向同一方向倾角时，可实现直升机任意方向平移（平飞）。如图6所示，当驾驶员28通过翼组周期手柄或总周期手柄23控制旋翼5下方自动倾斜器22的不动环30。不动环30可对旋翼5的旋转倾角33进行调整。多个旋翼5（四个旋翼）操控连通装置汇集在同一总周期手柄23上，驾驶员28操控总周期手柄23时，多个旋翼5（四个旋翼）将产生同步旋转倾角33，对机体产生同方向的平推力，决定机身1平飞方向。二是转动机身，以四个旋翼为例，前后两组旋翼5操控连通装置汇集分别在两个分周期手柄24上，驾驶员28通过任意一个分周期手柄24操控时，前后配置的“两组”旋翼5产生不一致的倾角，直升机机身就会水平转动（实现调头）；同时反方向操控“两组”旋翼5，出现相反倾角时，直升机将原地快速旋转。也可采用轴端悬挂式安装，以转轴与旋翼做整体同步全角倾摆来实现旋翼旋转面倾角。三是升降：本发明采用目前流行的方法，通过改变旋翼桨叶29的倾角来调整机身1升力大小。操纵系统如图6所示，驾驶员28可通过总距杆25带动控制杆32，使得旋翼5下方的动环31改变来改变旋翼桨叶\n29倾角大小，当旋翼桨叶29倾角增大，直升机上升，反之，直升机下降。如保持一定高度，旋翼桨叶29保持一定的倾角即可。驾驶员28对旋翼5旋转姿态的操控，是通过驾驶舱2内操纵杆及连通部件（部分连通部件为钢索）组成的操控系统来实施（放置在直升机构架的下方）。方案二　直升机飞行姿态还可以采用保持旋翼5与机身1的同一平面，通过改变前后或左右两组的旋翼5不同的转速来改变升力，进而改变直升机的飞行姿态，来完成直升机的各种飞行。\n[0039] 关于安全：一方面，因采用旋翼内嵌的方式，可有效避免旋翼5在飞行中擦挂周围物体而受损，提高了飞行器在建筑群及丛林之间飞行的安全度，增大了作业范围和使用行业（可军用、民用、家用）。另一方面，采用多旋翼尤其是四个旋翼5以上，即便是一个旋翼损坏，其它旋翼继续工作，仍能使该机保持安全的飞行。\n[0040] 实施例2（以四驱动为例、“多发动机独立驱动”）\n[0041] 如图2所示，本实施例采用多个发动机独立驱动的方式，在每个旋翼支架7上安装一台较小功率的发动机6，并在每个旋翼转轴4上安装其旋翼，各发动机6直接带动旋翼转轴4，实现旋翼旋转产生升力。发动机6及旋翼的控制，均由驾驶员28在驾驶舱2内通过操纵杆及连通部件（部分连通部件为钢索）组成的操控系统实施控制（放置在直升机构架的下方）。其它结构同实施例1。