一种改进的油动无人机的旋翼变桨距机构的制作方法

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼的无人机，特别涉及一种改进的油动无人机的旋翼变桨距机构。

背景技术：

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用无人机在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域应用广泛。

现有多旋翼无人机通常为电动无人机。多旋翼电动无人机的结构简单易于制造，电机重量轻、转动平稳，动力系统易于标准化，因而整机相对而言易于操控，且飞行噪音低，在短航程民用领域发展较为活跃。然而由于电池的能量密度远远低于燃油，电动无人机受到电池的限制，航程较短，载荷水平较低，无法应用于军用大载荷侦察和攻击领域。而现有长航程的燃油无人机通常采用固定翼结构，起飞降落受到机场的限制，无法悬停，造价高，操控繁琐，使用的灵活机动性不够。

cn106697278a公开了一种直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机，包括机身、动力系统、起落架和航电系统，所述的机身为全复材的一体化机身，所述的动力系统由发动机系统、变桨距系统、供油系统和旋翼系统组成。上述现有技术的无人机的六个旋翼等角度间隔地围绕机体设置，导致机体上搭载的应用载荷只能设置于机体正下方，且由于各方向都受到旋翼的阻挡，搭载的载荷只能向下开展作业，无法向斜上方发射武器或者进行观测，存在荷载水平低，结构布局不合理，难以发挥无人机的控制及安全优势的缺陷，限制了旋翼无人飞机在军事及监测领域的发展应用。

cn205998123u公开了一种立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其组成包括机架、动力系统、导航与控制系统、电气系统和任务平台。四个相同的机臂两两对接在连接有起落架的硬壳式机身上组成机架；动力系统设置在每个机臂的末端，为飞行平台提供动力和能源；导航和控制系统感知和控制飞行平台的姿态、高度和位置；电气系统具有充电、供电和指示功能；任务平台用于安装不同的任务设备。该现有技术的无人机设置了四台独立的发动机，相邻旋翼相互之间的气流干扰难以排解，加大发动机的间距会进一步加大体积和重量。

上述现有技术的无人机，每个悬臂上均配置一台油动发动机，裸露的发动机加上旋翼的噪音，导致无人机几乎没法在城市空域使用，军用环境下使用也没有什么隐蔽性。

cn106184740a公开了一种用于无人机旋翼变距的装置，其中同时公开了一种四旋翼的无人机，该无人机通过设置在机身内部的两轴输出的油动发动机对前后两对旋翼进行驱动，但是其采用的特制发动机技术不成熟，输出功率有限，无法应用于大载荷的武装无人机。另外，该现有技术所采用的旋翼变距的装置，通过舵机驱动套设在主轴上的上下滑块进行上下滑动，以带动与上下滑块相连的传动臂进行动作，进而通过传动臂带动旋翼转动，以改变旋翼的迎角，用以实现旋翼变距的目的。但是该现有技术中，由于主轴上需要套设上下滑块，导致主轴从悬臂向上伸出的高度太大，主轴需要更高的强度、更大的重量，主轴直径也要很大。围绕主轴设置的各种空心结构的滑块，随着主轴直径的变大而变大，另外，随着主轴长度的变长，操纵变距的连杆的行程也会变大，舵机需要更大的角度进行操纵，因而容易发生抱死的情况，而且由于连接舵机的连杆距离操纵对象太远，导致连杆机构非常复杂，其可靠性无疑会降低很多，而且结构重量也变得很大。

为解决上述现有技术的缺陷，本申请的申请人在之前申请的中国专利申请201711089263.4中，公开了一种无人机旋翼变桨距机构，其具有一个空心主轴，无人机的旋翼固定安装在所述空心主轴的上端并由所述空心主轴带动所述旋翼转动以产生升力；所述空心主轴内部设置有一个变距操纵杆，变距操纵杆的上端可相对其转动地连接有一个可随所述变距操纵杆上下运动的传力臂支座，所述传力臂支座通过传力臂驱动所述旋翼的偏心臂带动所述旋翼绕其安装轴线转动以改变所述旋翼的迎角。该现有技术通过将变距操纵杆设置在空心主轴内部，使得旋翼和悬臂之间不需要留出安装变距机构的空间，主轴从悬臂向上伸出的高度可以尽可能变小，大大减轻了结构重量，提高了本申请的无人机的有效载荷搭载能力。

该现有技术有效克服了现有技术的缺陷，但是仍然存在改进的余地。尤其是该现有技术的旋翼的安装座重量太大，每个旋翼均需要通过独立的转轴、轴承等安装在安装座上，导致安装座的重量非常大，而且由于旋翼的转轴等结构重量的增加，不得不进一步增大关联结构的强度，进一步恶化了无人机的载荷，特别需要采取进一步的措施减轻结构重量。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的油动无人机的旋翼变桨距机构，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种改进的油动无人机的旋翼变桨距机构，用于通过舵机驱动油动无人机的旋翼转动以改变所述旋翼的迎角，所述旋翼支撑在所述油动无人机的悬臂的末端；所述旋翼变桨距机构具有一个空心主轴，所述旋翼通过一个安装座固定安装在所述空心主轴的上端；所述空心主轴内部设置有一个可沿所述空心主轴的长度方向上下运动的变距操纵杆，所述变距操纵杆的上端可相对其转动地连接有一个可随所述变距操纵杆上下运动的传力臂支座，所述传力臂支座通过传力臂驱动所述旋翼的偏心臂带动所述旋翼转动；所述舵机通过连杆与所述变距操纵杆的下端连接并操纵所述变距操纵杆上下运动；其中，所述安装座对应于每个旋翼由其旋转中心向外伸出有水平设置的上下两个平板支臂，所述旋翼的平片状翼根被夹持安装在所述两个平板支臂之间；所述平片状翼根上设置有两个球形关节；所述旋翼可以绕所述两个球形关节中心连线偏转。

优选地，所述球形关节卡在所述平片状翼根的关节孔中。

优选地，所述球形关节通过关节螺栓固定在所述两个平板支臂之间。

优选地，所述两个平板支臂上设置有供所述关节螺栓穿过的安装孔，所述球形关节具有供所述关节螺栓穿过的关节孔。

优选地，所述空心主轴设置从一个传动座的内部向外伸出，所述传动座的底部具有供所述变距操纵杆的下端穿出的端口。

优选地，所述舵机设置在所述悬臂的外侧，并通过设置在所述传动座的下方的连杆与所述变距操纵杆的下端连接。

优选地，所述传动座的底部设置有连杆支撑座。

优选地，所述悬臂为空心结构，其内部设置有传动杆，传动杆的末端设置有第一锥齿轮，所述第一锥齿轮与一个第二锥齿轮相啮合，所述第二锥齿轮通过花键连接在所述空心主轴上，并位于所述传动座的顶部。

本申请的改进的油动无人机的旋翼变桨距机构通过安装座的平板支臂夹持旋翼的平片状翼根，去除了笨重的盘形结构，改用了更加轻薄的平板支臂提供对旋翼的支撑，旋翼也可以采用平片状的翼根，无需设置厚重的旋转轴。可以大大减轻结构重量，提高了有效载荷的搭载能力。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的油动无人机的结构示意图；

图2显示的是根据本申请的一个具体实施例的改进的油动无人机的旋翼变桨距机构的外部结构示意图；

图3显示的是图2所示变桨距机构的局部剖视分解示意图；

图4显示的是图2所示变桨距机构的旋翼安装结构示意图；

图5显示的是图3所示旋翼安装结构的剖视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术所述，本申请针对现有技术中国专利申请201711089263.4中公开的变桨距机构的不足，提出了一种改进的结构，去除了现有技术的旋翼安装座，旋翼也不再通过转轴安装在安装座上，极大的降低了结构重量，提高了无人机的有效载荷。

具体来说，本申请的改进油动无人机的变桨距机构是在201711089263.4的变桨距机构的基础上提出的进一步地改进，本申请全文引用该现有技术，本领域技术人员可以基于该现有技术公开的内容理解有关油动无人机的其它结构。如图1所示，其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的油动无人机的立体结构示意图。

参见图1，与现有技术相同，本申请的油动无人机同样包括机身1、起落架2、四个悬臂3以及四个旋翼5，机身1连接四个悬臂3，每个悬臂3的末端均支撑有一个相同直径的旋翼5。每个旋翼5均围绕设置有一个形状相同的圆环形的导流罩4。

下面参照图2-4进一步详细说明本申请的无人机旋翼变桨距机构的具体特点，其中，图2显示的是根据本申请的一个具体实施例的改进的油动无人机的旋翼变桨距机构的外部结构示意图；图3显示的是图2所示变桨距机构的局部剖视分解示意图；图4显示的是图2所示变桨距机构的旋翼安装结构示意图。

与背景技术的201711089263.4的变桨距机构的结构类似，悬臂3为空心结构，其内部设置有传动杆(图中未示出)，传动杆的末端设置有第一锥齿轮91，第一锥齿轮91与一个第二锥齿轮92相啮合，第二锥齿轮92通过花键连接用于带动旋翼5旋转的空心主轴68。

旋翼5固定安装在空心主轴68的上端并由空心主轴68带动旋翼5转动以产生升力。空心主轴68内部设置有一个可沿空心主轴68的长度方向上下运动的变距操纵杆65，变距操纵杆65通过舵机67操纵其上下运动。变距操纵杆65的上端可相对其转动地连接有一个可随着变距操纵杆65上下运动的传力臂支座64，传力臂支座64通过传力臂641驱动旋翼5的偏心臂59带动旋翼5转动，从而可以改变旋翼5的迎角。更具体的，舵机67通过连杆与变距操纵杆65的下端连接并操纵变距操纵杆65上下运动。传力臂支座64上对应于旋翼5的数量连接有多个传力臂641，传力臂641的另一端连接旋翼5的偏心臂59。在图示具体实施例中，每个悬臂3连接的旋翼5的数量为三个。

总体而言，本申请的无人机旋翼变桨距机构可用于通过舵机67驱动无人机的旋翼5转动以改变旋翼5的迎角，从而达到改变无人机的旋翼的桨距的目的。本申请改进的油动无人机的旋翼变桨距机构的工作原理与现有技术201711089263.4的变桨距机构相同，都是通过舵机67驱动空心主轴68内部的变距操纵杆65上下移动，变距操纵杆65带动传力臂支座64上下运动，进而带动传力臂641驱动旋翼5的偏心臂59带动旋翼5转动，从而可以改变旋翼5的迎角。

上述现有技术201711089263.4的变桨距机构中，旋翼5通过安装轴安装在一个安装座上的，安装座固定安装在空心主轴68的上端，空心主轴68转动的时候，带动安装座转动，安装座进一步带动安装轴上的旋翼5转动以产生升力。在进行变距操作的时候，变距操纵杆65操纵传力臂641驱动旋翼5的偏心臂59绕着安装轴转动。因此，该现有技术的安装座上的安装轴必须带有轴承，以使旋翼5可以绕安装轴转动。同时，由于该轴承还需要承受旋翼5转动时的离心力，因此对安装轴的强度、轴承的种类和强度都有相当大的要求。这样就导致该现有技术的安装座的体积在其附图中显得特别庞大，而且该现有技术的安装座上的安装轴也显得特别粗壮，表明该现有技术的安装轴和安装座的强度需求很大，结构重量也很大，对无人机的有效载荷造成了很大的影响。而且安装座位于悬臂上方的最高点位置，安装座以及安装轴的重量越大悬臂结构也越不稳定。一系列的结构重量的增加，不得不进一步增大关联结构的强度，进一步恶化了无人机的载荷。

为解决上述缺陷，本申请提供了一种改进的油动无人机的旋翼变桨距机构，特别如图3-4所示，本申请的改进的油动无人机的旋翼变桨距机构，同样用于通过舵机67驱动油动无人机的旋翼5转动以改变旋翼5的迎角。其中，本申请的旋翼变桨距机构同样具有一个空心主轴68，旋翼5通过一个安装座651固定安装在空心主轴68的上端；空心主轴68内部设置有一个可沿空心主轴68的长度方向上下运动的变距操纵杆65，变距操纵杆65的上端可相对其转动地连接有一个可随变距操纵杆65上下运动的传力臂支座64，传力臂支座64通过传力臂641驱动旋翼5的偏心臂59带动旋翼5转动；舵机67通过连杆与变距操纵杆65的下端连接并操纵变距操纵杆65上下运动。

空心主轴68设置从一个传动座69的内部向外伸出，传动座69的底部具有供变距操纵杆65的下端穿出的端口。传动座69的底部设置有连杆支撑座691。悬臂3为空心结构，其内部设置有传动杆(图中未示出)，传动杆的末端设置有第一锥齿轮91，第一锥齿轮91与一个第二锥齿轮92相啮合，第二锥齿轮92通过花键连接在空心主轴68上。

在本申请的一个具体实施例中，第二锥齿轮92设置位于传动座69的顶部，也就是本申请的动力传输过程中，用于驱动空心主轴68的第二锥齿轮92和被空心主轴68带动的旋翼5之间的间距更为接近，传递路径更短，空心主轴68不容易弯曲变形，降低了对空心主轴68的强度要求，可以采用更轻更细的空心主轴68，可以进一步降低结构重量。

另外，与现有技术不同的是，本申请提供了一种改进的安装座651，该安装座651不再是笨重的圆盘状结构，也没有用于安装旋翼5的转轴，也不需要安装特定的轴承。如图所示，本申请的安装座651对应于每个旋翼5由其旋转中心向外伸出有水平设置的上下两个平板支臂652，旋翼5的平片状翼根52被夹持安装在两个平板支臂652之间；平片状翼根52上设置有两个球形关节53；旋翼5可以绕两个球形关节53中心连线531偏转。

如图5所示的旋翼安装结构的剖视图中可见，球形关节53卡在平片状翼根52的关节孔54中。球形关节53通过关节螺栓固定在两个平板支臂652之间。两个平板支臂652上设置有供关节螺栓穿过的安装孔653，球形关节53具有供关节螺栓穿过的关节孔55。

另外，本申请的舵机67设置在悬臂3的外侧，并通过设置在传动座69的下方的连杆与变距操纵杆65的下端连接。舵机67设置在悬臂3的外侧，简化了对舵机67的位置的要求，连杆的操纵距离变长，在操作力矩不变的情况下可以减轻连杆的受力，因而可以采用更轻更细的连杆，也可以进一步降低结构重量。

本申请的改进的油动无人机的旋翼变桨距机构通过安装座的平板支臂夹持旋翼的平片状翼根，去除了笨重的盘形结构，改用了更加轻薄的平板支臂提供对旋翼的支撑，旋翼也可以采用平片状的翼根，无需设置厚重的旋转轴。因为旋翼旋转的时候主要产生的是离心力和升力，平板支臂水平设置，足够获得较大的弯曲力矩对抗升力载荷的集中，因而不需要更加厚重的结构，可以降低结构重量。另外，旋翼旋转产生的离心力主要通过关节螺栓来承担，关节螺栓夹持在两个平板支臂之间，可以提供极大的剪切力，同样也不需要更加厚重的结构。而本申请的旋翼变距的时候，采用的是两个球形关节，单独的球形关节可以任意方向偏转，两个球形关节相互限制，使得旋翼仅可以绕着两个球形关节的中心连线偏转。本申请的旋翼偏转设置的球形关节，本身无需承担旋翼的升力和离心力，只需要非常小的操纵力矩即可，因而采用的球形关节也不需要特别大的强度，相较于现有技术特定的轴承，可以大大减轻结构重量，提高了有效载荷的搭载能力。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。