直升机的航向操纵装置的制作方法

专利名称：直升机的航向操纵装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉 及一种无线电遥控直升机，尤其涉及一种航模或玩具直升机的航向 操纵装置。
背景技术：
众所周知，直升机的飞行是靠主旋翼的高速旋转产生外力的，其转向是通某种结 构来调整主旋翼的迎角来实现其航向的。对于现有航模系统，主要是利用两个舵机控制倾 斜盘的状态来调整直升机的航向。用遥控器发射指令，使其中一个舵机工作，航机的摆杆会 拖动下倾斜盘朝特定方向倾斜，上倾斜盘会在下倾斜盘的作用下，也朝该特定方向倾斜。上 倾斜盘的推拉杆会拖动主旋翼或“希拉”小翼，使主旋翼迎角产生周期的变化，倾斜的主旋 翼会产生一边迎角大，一边迎角小。迎角大的一边产生的升力大，迎角小的一边产生的升力 小，两边的升力差将导致直升机偏移平衡位置，直升机朝预定方向飞行。航模舵机是由马达、电位器、齿轮，摆杆等组成。在遥控器发射指令后，舵机马达转 动，并带动齿轮转动，驱动齿轮上的摆杆将带动倾斜盘动作。电位器主要用于取样驱动齿 轮上的摆杆旋转的角度发生变化，电位器的阻值也将发生变化，电路将变化的阻值转变为 电信号反馈给CPU，CPU将比较遥控器的指令和取样参数，根据比较结果CPU会决定是否再 给马达通电，以满足遥控器指令要求。驱动齿轮上摆杆的角度，将决定倾斜盘的倾斜程度， 倾斜盘倾斜的程度将决定直升机的朝某方向运动的速度。航模舵机动作精准，但结构复杂， 成本高。在一项已公开的中国专利200720002278.8中，它采用的是用一个或几个电磁铁 来推动主旋翼下摆杆，从而改变主旋翼的迎角，倾斜的主旋翼会产生一边迎角大一边迎角 小。迎角大的一边产生的升力大，迎角小的一边产生的升力小，两边的升力差将导致直升机 偏移平衡位置。这种结构直升机遥控采用点控方式，即压一下按键，直升机向前冲一下，如 要四个方向都有动作，则要装四个电磁铁。该结构能实现四个方向的航向控制，但飞行动作 不是很顺畅，只能是一冲一冲的朝某个方向移动。本实用新型提供一种结构简单，成本低廉的结构，并且能够实现直升机前后左右 的运动。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种无线电遥控四通道直升机的航向操 纵装置，该装置直升机包含主轴、主旋翼、一套倾斜盘组合、一对主旋翼推拉杆、一滑套、一 弹簧、一对电磁铁推拉杆、两套电磁铁装置和一机架；所述主旋翼用主旋翼固定座绞接在主 轴上，并可绕主轴上的销轴摆动；倾斜盘组合套在主轴上，上倾斜盘随主轴一起转动并由一 对主旋翼推拉杆与主旋翼固定座活动连接，下倾斜盘为不旋转倾斜盘并由一对电磁铁推拉 杆分别与两套电磁铁装置的摆杆活动连接；弹簧压在机架上，并向上压住滑套；倾斜盘组 合压在滑套上，滑套可顺着主轴方向上下滑动；所述电磁铁装置中的线圈套在线圈座上，磁铁固定在摆杆上，并通过销轴与线圈座连接，摆杆和磁铁座可绕销轴转动，活动的摆杆通过 电磁铁推拉杆可拖动倾斜盘组合倾斜；所述电磁铁装置分开固定在电路板上，也可是固定 在机架上；两套电磁铁装置中，一套是给直升机提供前进和后退的力矩；一套是给直升机 提供向左和向右的力矩。所述滑套活动的套在主轴上，也可是活动的套在滑套座上，在直升机主轴转动时， 滑套是不转动的。所述弹簧为一端压在滑套上，另一端压在滑套座上。所述主旋翼直接连接在主轴或主轴套上；主旋翼能绕主轴或主轴套上的销轴摆 动。所述电磁铁装置的外围磁铁的南极或北极可安放磁性材料，电磁铁装置内磁性 材料和电磁铁装置外围的磁性材料中，至少有一个是永磁体。所述倾斜盘组合可绕上倾斜盘中的一个球体转动，球体固定在主轴上，并管住倾 斜盘组合，不让倾斜盘组合在主轴上下方向移动。所述主旋翼推拉杆一端与倾斜盘组合的上倾斜盘用万向绞连接，另一端与主旋翼 或主旋翼固定座万向绞连接；主旋翼推拉杆分别被限制在主轴上水平的槽内，以保证主旋 翼推拉杆和上倾斜盘随主旋翼、主轴一起转动；所述倾斜盘组合的下倾斜盘上伸出一限位 臂并限制在机架的一个竖直的槽内上下移动，以保证下倾斜盘组合不随主轴转动。所述电磁铁推拉杆是无磁性材料或弱磁性材料；所述电磁铁推拉杆由上下两部分 组成，上部分与下倾斜盘万向绞连接，下部分与摆杆成万向绞连接或线性连接，电磁铁推拉 杆可根据需要调整总长度。所述电磁铁装置中的线圈通电是由PWM控制；倾斜盘组合下方有弹簧顶住，线圈 中的PWM强，则电磁铁输出的力就大，摆杆拖动倾斜盘组合倾斜的量就大，反之，摆杆拖动 倾斜盘组合倾斜的量就小；整个系统构成一个无反馈的伺服系统。与现有技术相比，本实用新型简化了贵重的舵机结构，采用廉价的电磁铁结构来 替代，并采用弹簧使倾斜盘组合复位，压缩弹簧的压缩量与受力成正比。电磁铁装置的线圈 采用PWM控制，所产生的力直接由PWM控制。线圈通电后，磁铁受力带动摆杆转动，摆杆在 未受外力作用下，无论线圈PWM强弱，摆杆都将摆到极限位置。但摆杆上连有电磁铁推拉杆 后，所输出的力矩会拖动倾斜盘组合。当力矩大时，倾斜盘组合倾斜程度大，反之，倾斜程度 小。遥控指令控制接收电路板发出不同的PWM，从而控制线圈内的通电时间，线圈内的通电 时间的长短将影响磁铁转动力矩，从而控制摆杆输出力矩。倾斜盘组合下方有弹簧顶住，摆 杆摆动时，需要拉动倾斜盘组合倾斜，倾斜的倾斜盘组合将向下推滑套，滑套压缩弹簧，也 就是说PWM强，则电磁铁输出的力就大，拖动倾斜盘组合倾斜的量就大，反之，拖动倾斜盘 组合倾斜的量就小。整个系统构成一个无反馈的伺服系统。虽然在控制精度上不可同贵重的马达舵机相比，但实际应用却足够。因此本实用 新型的航向操纵机构不但结构简单，而且机械性能好，价格便宜，适应大量生产。

图1 为本实用新型一实施例的结构示意图。图2 为本实用新型一实施例的顶部视图时钟示意图。[0019]图3 为本实用新型一实施例的倾斜盘组合结构示意图。图4 为本实用新型一实施例的电磁铁装置结构示意图。图5 为本实用新型一实施例的PWM波形示意图。图6 为本实用新型一实施例的接收器前进PWM与遥控器遥杆位置的关系图。附图零件标号1-滑套，2-主旋翼推拉杆，3-平衡杆，4-上主旋翼固定座，5-上主旋翼，6-主轴，7-下主旋翼固定座，8-主轴套，9-倾斜盘组合，10-下主旋翼，11-电磁铁推拉杆B，12-电磁铁装置B，13-电路板，14-电磁铁装置A15-电磁铁推拉杆A，16-机架，17-滑套座，18-弹簧，19-轴承，20-上倾斜盘，21-下倾斜盘，22-摆杆，23-线圈座，24-线圈，25-磁铁，26-销轴，27-小铁块
具体实施方式
以下结合附图一和实施例对本实用新型作进一步详细的叙述。本实用新型的实施例之一是一种共轴双浆直升机，其结构示意图见附图一。该航向装置包括机架16、平衡杆3、电磁铁装置A14、电磁铁装置B12、电磁铁推拉杆A15、电磁铁 推拉杆B11、倾斜盘组合9、滑套1、滑套座17、弹簧18、主轴6、主轴套8、上主旋翼5、上主旋 翼固定座4、下主旋翼10、下主旋翼固定座7、主旋翼推拉杆2、电路板13、小铁块27。其中电磁铁装置A14和电磁铁装置B12均固定在电路板13上，倾斜盘组合9由上倾斜盘20、下倾斜盘21、轴承19组成，其结构示意图见附图三。电磁铁装置由线圈24、线圈座23、摆杆 22、磁铁25和销轴26组成，其结构示意图见附图四。上下主旋翼5、10分别用主旋翼固定座4、7连接在主轴6上，下主旋翼和主旋翼固 定座作为一个整体可绕主轴套8上的销轴摆动。上主旋翼5为逆时针旋转，其主旋翼固定 座4通过主旋翼推拉杆2和平衡杆3万向绞方式连接，下主旋翼10为顺时针旋转，其主旋 翼固定座7和主旋翼推拉杆2 —端用万向绞方式连接。倾斜盘组合9套在主轴6上，上倾斜盘20和主旋翼推拉杆2 —端用万向绞方式连 接，主旋翼推拉杆2另一端与下主旋翼固定座7用万向绞方式连接。主旋翼推拉杆2分别 被限制在主轴6上水平的槽内，以保证主旋翼推拉杆2和上倾斜盘20随下主旋翼10，主轴 6 一起转动。主旋翼推拉杆2向下压住上倾斜盘20，以保证倾斜盘组合9没有向上的位移。 下倾斜盘21上伸出一限位臂并限制在机架16的一个竖直的槽内上下移动，以保证下倾斜 盘21不随主轴6转动。下倾斜盘21由一对电磁铁推拉杆15、11分别与两套电磁铁摆杆22 活动连接。弹簧18 —端压在机架16上，另一端向上顶住滑套1。倾斜盘组合9压在滑套1 上，滑套1可在滑套座17上上下滑动。在电磁铁装置A14、B12不工作状况下，弹簧18向上 预压滑套1，滑套1顶住倾斜盘组合9，以保证倾斜盘组合9水平，从而保证下主旋翼10水平。电磁铁装置的线圈24套在线圈座23上，磁铁25固定在摆杆22上，摆杆22用销 轴26连接在线圈座23里，并可绕销轴26转动。电磁铁装置A14、B12分开固定在接收器电 路板13上。电磁铁推拉杆A15、Bll —端和电磁铁装置A14、B12的摆杆22活动连接，另一 端和下倾斜盘21用万向绞连接。在电磁铁装置A14、B12下方，磁铁25的南极或北极放有 一个小铁块27，以吸引磁铁25，在一个电磁铁装置通电，另一个电磁铁装置不通电的情况 下，通电的电磁铁装置拖动倾斜盘组合9工作时，会影响到不通电电磁铁装置，并影响航向 质量。此时不通电电磁铁装置内的磁铁会吸引住小铁块27，以尽可能的保证摆杆22不受外 力影响，确保航向质量。当遥控器发射加油指令时，接收器接收到信号，直升机上下主旋翼5、10开始工 作，当遥控器发射方向指令时，电磁铁装置的线圈24里产生电流，并且电流的方向随遥控 器的发射指令变化而变化。线圈座23内的磁铁25，在线圈24通电后会摆动，并驱使摆杆 22旋转。摆杆22通过电磁铁推拉杆A15、B11推拉倾斜盘组合9，并使倾斜盘组合9发生倾 斜，两套电磁铁组合中，一套是给直升机提供前进和后退的力矩。一套是给直升机提供向左 和向右的力矩。电磁铁装置A14和电磁铁装置B12的线圈24通电是由PWM控制，PWM即占空比， 当电压为3. 7V时的波形示意见附图五，根据直升机向四周移动的速度需要，遥控指令控制 接收电路板发出不同的PWM，从而控制线圈24内的通电时间，线圈24内的通电时间的长短 将影响磁铁转动力矩，从而控制摆杆22输出力矩。如直升机前进时接收器发出的PWM与遥 控器遥杆位置的关系图见附图六，该曲线可根据实际情况来制定。倾斜盘组合9下方有弹 簧18顶住，摆杆22摆动时，需要拉动倾斜盘组合9倾斜，倾斜的倾斜盘组合9将向下推滑 套1，滑套1压缩弹簧18，也就是说PWM强，则电磁铁输出的力就大，拖动倾斜盘倾斜的量就大，反之，拖动倾斜盘倾斜的量就小。整个系统构成一个无反馈的伺服系统。上倾斜盘20与下主旋翼固定座7采用主旋翼推拉杆2连接，倾斜盘组合9倾斜则 控制下主旋翼10产生周期性的倾斜。倾斜的下主旋翼10会产生一边迎角大一边迎角小。 迎角大的一边产生的升力大，迎角小的一边产生的升力小，两边的升力差将导致直升力偏 移平衡位置。实际操纵直升机如下假设以直升机前进的方向为0点钟方向，后退方向为6点钟 方向，向右飞行方向为3点钟方向，向左飞行方向为9点钟方向.见附图二当遥控器发射加 油指令时，接收器接收到信号，直升机上下主旋翼开始工作，直升机起飞。当直升机能在空 中稳定飞行时，通过遥控器发射方向指令一，当遥控器发射前进指令时，电磁铁装置A14的线圈24里产生电流，电磁铁装置 A14的摆杆22向上摆动并通过电磁铁推拉杆A15向上推倾斜盘组合9，并使倾斜盘组合9 发生倾斜，倾斜的倾斜盘组合9通过主旋翼推拉杆2控制下主旋翼10的迎角发生周期的变 化下主旋翼10 —边的翼迎角在4点半钟方向时，迎角最大；一直到10点半钟方向，迎角 逐渐变小；该翼迎角在10点半钟方向时，迎角最小；一直到4点半钟方向，该翼迎角逐渐变 大。也就是说当下主旋翼10 —边的翼迎角在4点半钟方向时，迎角最大，另一边的翼迎角 此时在10点半钟方向，迎角最小，两边迎角不同也就产生了升力差，升力差使直升机偏离 平衡位置。此时直升机前进。根据遥控器发射指令的变化，接收电路发出不同的PWM。PWM 强时，倾斜盘组合9发生倾斜的程度大，翼迎角变化大，直升机前进速度快，反之，直升机前 进速度慢。二，当遥控器发射后退指令时，电磁铁装置A14的线圈24里产生电流，电磁铁装置 A14的摆杆22向下摆动并通过电磁铁推拉杆A15向下拉倾斜盘组合9，并使倾斜盘组合9 发生倾斜，倾斜的倾斜盘组合9通过主旋翼推拉杆2控制下主旋翼10的迎角发生周期的变 化下主旋翼10 —边的翼迎角在10点半钟方向时，迎角最大；一直到4点半钟方向，迎角 逐渐变小；该翼迎角在4点半钟方向时，迎角最小；一直到10点半钟方向，该翼迎角逐渐变 大。也就是说当下主旋翼10 —边的翼迎角在10点半钟方向时，迎角最大，另一边的翼迎 角此时在4点半钟方向，迎角最小，两边迎角不同也就产生了升力差，升力差使直升机偏离 平衡位置。此时直升机后退。根据遥控器发射指令的变化，接收电路发出不同的PWM。PWM 强时，倾斜盘组合9发生倾斜的程度大，翼迎角变化大，直升机后退速度快，反之，直升机后 退速度慢。三，当遥控器发射向右指令时，电磁铁装置B12的线圈24里产生电流，电磁铁装置 B12的摆杆22向下摆动并通过电磁铁推拉杆Bll向下拉倾斜盘组合9，并使倾斜盘组合9 发生倾斜，倾斜的倾斜盘组合9通过主旋翼推拉杆2控制下主旋翼10的迎角发生周期的变 化下主旋翼10 —边的翼迎角在7点半钟方向时，迎角最大；一直到1点半钟方向，迎角逐 渐变小；该翼迎角在7点半钟方向时，迎角最小；一直到1点半钟方向，该翼迎角逐渐变大。 也就是说当下主旋翼10 —边的翼迎角在7点半钟方向时，迎角最大，另一边的翼迎角此时 在1点半钟方向，迎角最小，两边迎角不同也就产生了升力差，升力差使直升机偏离平衡位 置。此时直升机向右飞行。根据遥控器发射指令的变化，接收电路发出不同的PWM。PWM强 时，倾斜盘组合9发生倾斜的程度大，翼迎角变化大，直升机向右飞行速度快，反之，直升机 向右飞行速度慢。[0064]四，当遥控器发射向左指令时，电磁铁装置B12的线圈24里产生电流，电磁铁装置B12的摆杆22向上摆动并通过电磁铁推拉杆Bll向上推倾斜盘组合9，并使倾斜盘组合9 发生倾斜，倾斜的倾斜盘组合9通过主旋翼推拉杆2控制下主旋翼10的迎角发生周期的变 化下主旋翼10 —边的翼迎角在1点半钟方向时，迎角最大；一直到7点半钟方向，迎角逐 渐变小；该翼迎角在1点半钟方向时，迎角最小；一直到7点半钟方向，该翼迎角逐渐变大。 也就是说当下主旋翼10 —边的翼迎角在1点半钟方向时，迎角最大，另一边的翼迎角此时 在7点半钟方向，迎角最小，两边迎角不同也就产生了升力差，升力差使直升机偏离平衡位 置。此时直升机向左飞行。根据遥控器发射指令的变化，接收电路发出不同的PWM。PWM强 时，倾斜盘组合9发生倾斜的程度大，翼迎角变化大，直升机向左飞行速度快，反之，直升机 向左飞行速度慢。直升机的航向之所以不是在4点半钟、7点半钟、10点半钟、1点半钟的方向上改 变，主要是因为下主旋翼10在高速旋转时产生陀螺效应，倾斜盘组合9要改变它的状况需 要时间。实验证明在直升机电路上加装陀螺仪以锁住尾部，保证尾部不旋转，上述控制效 果非常好。玩家可根据直升机移动的速度，来调整遥控器输出指令，使线圈PWM强或弱，以 便控制倾斜盘的倾斜量，进而控制直升机移动的速度。熟练的操作手可进一步通过摆尾控 制，使直升机在空中做圆圈飞行，做8字飞行等等。上面选用了目前认为最实用和最佳的实施例对本实用新型的装置和方法进行了 描述。但应当说明的是，本实用新型并不受上述已公开的实施例的限制。对于本实用新型 的类似结构和各种修改都将包括在本实用新型的权利要求书的精神范围内，该范围应当给 予最广泛的的解释，以便包括所有的这类的类似结构和修改。
权利要求一种直升机的航向操纵装置，所述直升机包含主轴、主旋翼、一套倾斜盘组合、一对主旋翼推拉杆、一滑套、一弹簧、一对电磁铁推拉杆、两套电磁铁装置和一机架；所述主旋翼用主旋翼固定座绞接在主轴上，并可绕主轴上的销轴摆动；倾斜盘组合套在主轴上，上倾斜盘随主轴一起转动并由一对主旋翼推拉杆与主旋翼固定座活动连接，下倾斜盘为不旋转倾斜盘并由一对电磁铁推拉杆分别与两套电磁铁装置的摆杆活动连接；弹簧压在机架上，并向上压住滑套；倾斜盘组合压在滑套上，滑套可顺着主轴方向上下滑动；所述电磁铁装置中的线圈套在线圈座上，磁铁固定在摆杆上，并通过销轴与线圈座连接，摆杆和磁铁座可绕销轴转动，活动的摆杆通过电磁铁推拉杆可拖动倾斜盘组合倾斜；所述电磁铁装置分开固定在电路板上，也可是固定在机架上；两套电磁铁装置中，一套是给直升机提供前进和后退的力矩；一套是给直升机提供向左和向右的力矩。
2.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述滑套活动的套在主 轴上，也可是活动的套在滑套座上，在直升机主轴转动时，滑套是不转动的。
3.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述弹簧为一端压在滑 套上，另一端压在滑套座上。
4.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述主旋翼直接连接在 主轴或主轴套上；主旋翼能绕主轴或主轴套上的销轴摆动。
5.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述电磁铁装置的外围 磁铁的南极或北极可安放磁性材料，电磁铁装置内磁性材料和电磁铁装置外围的磁性材料 中，至少有一个是永磁体。
6.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述倾斜盘组合可绕上 倾斜盘中的一个球体转动，球体固定在主轴上，并管住倾斜盘组合，不让倾斜盘组合在主轴 上下方向移动。
7.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述主旋翼推拉杆一端 与倾斜盘组合的上倾斜盘用万向绞连接，另一端与主旋翼或主旋翼固定座万向绞连接；主 旋翼推拉杆分别被限制在主轴上水平的槽内，以保证主旋翼推拉杆和上倾斜盘随主旋翼、 主轴一起转动；所述倾斜盘组合的下倾斜盘上伸出一限位臂并限制在机架的一个竖直的槽 内上下移动，以保证下倾斜盘组合不随主轴转动。
8.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述电磁铁推拉杆是无 磁性材料或弱磁性材料；所述电磁铁推拉杆由上下两部分组成，上部分与下倾斜盘万向绞 连接，下部分与摆杆成万向绞连接或线性连接，电磁铁推拉杆可根据需要调整总长度。
9.根据权利要求1所述直升机的航向操纵装置，其特征在于，所述电磁铁装置中的线 圈通电是由PWM控制；倾斜盘组合下方有弹簧顶住，线圈中的PWM强，则电磁铁输出的力就 大，摆杆拖动倾斜盘组合倾斜的量就大，反之，摆杆拖动倾斜盘组合倾斜的量就小；整个系 统构成一个无反馈的伺服系统。
专利摘要一种直升机的航向操纵装置。主旋翼用主旋翼固定座绞接在主轴上，并可绕主轴上的销轴摆动。倾斜盘组合套在主轴上。弹簧压在机架上，并向上压住滑套。倾斜盘组合压在滑套上，滑套可顺着主轴方向上下滑动。电磁铁装置的线圈通电后，磁性材料在其中活动会带动摆杆活动。活动的摆杆通过电磁铁推拉杆可拖动倾斜盘组合倾斜。电磁铁装置分开固定在电路板上。当遥控器发射方向指令时，接收电路能使线圈里产生电流，并且电流的方向随遥控器的发射指令变化而变化。两套电磁铁装置中，一套是给直升机提供前进和后退的力矩。一套是给直升机提供向左和向右的力矩。
文档编号A63H27/133GK201632053SQ20092027138
公开日2010年11月17日 申请日期2009年11月21日 优先权日2009年11月21日
发明者金卫红 申请人:金卫红