專利名稱：運動競賽型三維空間自由度航模直升機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種航模競賽型直升機。
航模運動是一項集科技、競技、娛樂為一體的高尚體育競賽活動，迄今已有幾十年的歷史，它在國防、教育、科研、氣象、測繪、新聞、廣告、農(nóng)林監(jiān)測等行業(yè)都具有廣泛而重要的應(yīng)用價值。隨著人們生活水平的日益提高，它將成為人們一項鍛煉體魄、娛樂身心、普及科學(xué)技術(shù)知識的新型休閑方式，會越來越受到社會各界的歡迎與重視。
現(xiàn)有的航模直升機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作困難，操作不便且價格昂貴。中國專利94237688.9給出了一種“航模直升飛機”的技術(shù)設(shè)計，雖然其結(jié)構(gòu)簡單價格低廉，但是作為競賽活動，其技術(shù)方案無法達到所設(shè)定的飛行效果。主要技術(shù)問題是一、旋翼設(shè)計的重大缺陷是不符合空氣動力學(xué)原理，無法為模型直升機提供前進動力。
直升機空氣動力學(xué)理論指出采用旋翼方式為動力源的飛行器，一方面依靠旋翼產(chǎn)生的升力，使飛行器升力大于地球?qū)λa(chǎn)生的引力，實現(xiàn)升空；另一方面通過旋翼在水平面360度任意方向上的傾角，使直升機產(chǎn)生任意前進方向上的拉力。要作航線飛行，二者缺一不可。從飛行控制原理上講，控制旋翼升力和拉力，要靠機械液壓傳動原理或電傳動原理調(diào)整旋翼螺距和傾角，從而實現(xiàn)可操控的航線飛行。該專利在設(shè)計上使用1個伺服器(舵機)，以電傳動原理控制模型直升機螺距，可以為模型直升機提供升力，但未見有旋翼傾角控制系統(tǒng)，其結(jié)果是理論上講只能升空，而不能作可操控的航線飛行。
二、動力傳動系統(tǒng)設(shè)計存在的重大缺陷是無動力傳輸離合裝置，模型直升機難以啟動。
模型直升機機身低矮、小巧，而旋翼相對而言較長，旋轉(zhuǎn)起來占用水平空間較大?，F(xiàn)有航模在啟動技術(shù)上還不能進行遙控啟動，必須依靠手工操作。該專利未在動力傳動系統(tǒng)上設(shè)計動力離合裝置，那么在啟動動力和旋翼聯(lián)動的情況下，如何進行啟動，如何保證操作安全，沒有給出具體的技術(shù)解決辦法。
本實用新型的發(fā)明目的在于克服上述缺陷，為航模競賽活動提供一種競賽型三維空間自由度的航模直升機。
本實用新型的發(fā)明目的是通過實施下述技術(shù)設(shè)計來實現(xiàn)的本實用新型采用航模專用內(nèi)燃機作動力，手遙控發(fā)射器通過遙控接收器進行操作，再由伺服器(舵機)將控制信號經(jīng)陀螺儀具體實施為控制動作，改變旋翼螺距和傾角、尾翼螺距、發(fā)動機輸出功率，從而實現(xiàn)升空、懸停、前進、后退、加速、減速，前進和后退中的左右側(cè)飛和轉(zhuǎn)彎、懸停狀態(tài)下的水平轉(zhuǎn)彎、特技飛行中的跟斗、倒懸停、倒飛、急躍升、俯沖、大傾角貼地飛行、發(fā)動機熄火靠旋翼的自旋著陸、懸停著陸等各種飛行姿態(tài)，具有三維空間自由度的飛行能力。
本實用新型直升機由主機架、副機架，引擎啟動裝置，引擎及油箱，引擎消音器，旋翼傳動裝置，旋翼，尾翼傳動裝置，尾梁與尾翼，操縱控制系統(tǒng)，起落架，機殼，及遙控器等部分構(gòu)成。
主機架為本機主體結(jié)構(gòu)件，在整機中用來支撐和連接其它部件、承載引擎與油箱，而副機架則承載遙控接收系統(tǒng)。因航模在飛行中難免因各種原因需緊急降落，因此對重量及強度要求極高，故在設(shè)計中應(yīng)采用增強材料、成型抗壓和鏤空減重等技術(shù)措施，并應(yīng)在機件受力特別大的部位進行增強加固設(shè)計。同時，為用戶日常維修和調(diào)試方便的需要，機架應(yīng)采用開放式、獨立式及少拆裝設(shè)計。
引擎啟動裝置包括有外置啟動頭，下連啟動連桿，啟動連桿的軸上裝有旋翼驅(qū)動齒輪、離心式離合裝置，以及由其帶動的引擎曲軸。
本實用新型在啟動軸上增設(shè)的一個離心式離合裝置，包括有離合罩、離合器內(nèi)襯及離心式離合器。當(dāng)模型直升機啟動時，由于啟動器轉(zhuǎn)速低，其動力被離心式離合器阻斷，不會使旋翼產(chǎn)生聯(lián)動，可以方便地進行啟動。引擎啟動后，在不加油門的情況下，其轉(zhuǎn)速達不到離心式離合器鎖合的要求(800-1200轉(zhuǎn)/分)，動力仍未傳輸?shù)叫?，可以保證操作安全。
本啟動裝置由外接啟動電機提供初始動力，進行油氣混合；由1.2伏外接電源點火。整個裝置及發(fā)動機安裝在與主傳動軸保持15度傾角的基座上。這種設(shè)計是為了便于啟動和高效率傳遞動力。
引擎及后置油箱本機采用航模專用內(nèi)燃機(2-4沖程)為動力，引擎設(shè)計在主機架中心線略靠前的底部，油箱置于主機架后底部，不被機殼遮蓋。這種設(shè)計是考慮到整機的平衡重心，應(yīng)置于主軸前2度才能達到三維空間自由度要求，整機重心位置應(yīng)較低才能保證飛行的穩(wěn)定性；油箱的布置是考慮到加油方便，可視度高，能隨時觀察油箱存油量，便于掌握飛行時間，保證飛行安全。
引擎消音器航模機引擎工作時噪聲較大，有一定的噪音污染。本機采用大口徑消音管與排氣管接合，產(chǎn)生反壓消音，能大幅度減小引擎噪聲，使之達到環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。
旋翼傳動裝置本機的旋翼傳動裝置安裝在主機架上，包括有旋翼傳動主軸及軸上的主齒輪，該主齒輪與引擎啟動裝置中啟動連桿軸上的旋翼驅(qū)動齒輪相嚙合，并且在主齒輪上方裝置有單向軸承。在設(shè)計上，采用了當(dāng)引擎轉(zhuǎn)速達到800-1200轉(zhuǎn)/分時，引擎啟動裝置中的離心式離合器與離合罩結(jié)合，帶動旋翼驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，后者又驅(qū)動主齒輪和旋翼傳動主軸，帶動旋翼高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生升力。這種設(shè)計方案的優(yōu)點是克服了皮帶式傳動所產(chǎn)生的功率損耗大、使用壽命短、維修養(yǎng)護不便的缺點。主齒輪上方特別設(shè)置的單向軸承，可以使旋翼沿慣性方向(產(chǎn)生升力的方向)自旋，產(chǎn)生一定的升力，保證模型直升機在熄火降落時的安全。
旋翼由旋翼夾頭及一對旋翼漿葉構(gòu)成。在旋翼頭上獨立地設(shè)置一對與其正交的由平衡桿與平衡漿葉構(gòu)成的平衡翼，該平衡翼的設(shè)置是為了改變其翼面傾角及兩翼平衡度而產(chǎn)生不同方向的拉力，實現(xiàn)對飛行姿態(tài)的有效控制。航模直升機旋翼漿葉要求重量輕、韌性好、有一定強度。本機旋翼漿葉采用經(jīng)過工藝處理過的木質(zhì)材料制作。
尾翼傳動裝置包括有與旋翼傳動裝置中的主齒輪連動的傘形齒輪，由該傘齒輪驅(qū)動的、通過支架套裝在尾梁腔體內(nèi)的尾翼傳動軸，安裝在尾梁尾部的尾旋翼夾頭，在夾頭內(nèi)裝置一對傘形齒，其一為與尾翼傳動軸連接的驅(qū)動傘形齒，二為與其嚙合的能產(chǎn)生90度換向轉(zhuǎn)動的換向驅(qū)動傘形齒，該換向驅(qū)動傘形齒，通過其轉(zhuǎn)軸、連桿、螃蟹爪與尾翼連接。這一路機構(gòu)是為尾翼漿葉提供動力，使航模直升機能產(chǎn)生抵消旋翼離心力的橫向拉力。尾翼傳動裝置的另一路機構(gòu)是由伺服器驅(qū)動拉桿，通過拉桿連接螃蟹爪，調(diào)整尾翼漿葉在垂直方向上的傾斜度，使之產(chǎn)生不同拉力，實現(xiàn)對航模直升機的航向控制。
尾梁與尾翼本機尾梁內(nèi)部裝有尾翼傳動軸，作用極為重要。該機件較長，又無其它支撐件，處于易折損部位，除應(yīng)采用有一定抗拉、抗彎折強度的材料制作外(如經(jīng)陽極化處理的鋁合金管)，在尾梁設(shè)計上可采用2根鋁質(zhì)斜向支撐桿，增加其結(jié)構(gòu)強度。
本機有兩種尾翼，一種為固定式，一種為旋轉(zhuǎn)式。
固定尾翼有水平尾翼和垂直尾翼各一幅，前者固定在尾梁后部位置，后者裝在尾梁的尾端。為防止在飛行中因各種原因發(fā)生強烈振動或墜落造成損壞，設(shè)計中可使用柔性較強、硬度較高的尼龍材料制作。沖擊試驗表明，在30米高的自旋著陸情況下，兩翼保持完好。
旋轉(zhuǎn)式尾翼即為本文中所述尾翼，由雙翼漿葉構(gòu)成。其要求與旋翼漿葉大致相同，對重量無特殊要求，可采用ABC尼龍材料制作。
操縱控制系統(tǒng)本機的操縱控制系統(tǒng)主要包括有三路1、旋翼螺距和傾角控制2、尾翼螺距控制3、引擎輸出功率控制旋翼螺距和傾角控制航模直升機在引擎輸出功率既定情況下，依靠旋翼螺距和傾角的改變來實現(xiàn)飛行高度、速度、姿態(tài)的控制。它需要遙控信號接收器、伺服器、動作機構(gòu)形成系統(tǒng)聯(lián)動，作用于旋翼才能達到控制目的，構(gòu)成通常所說的飛行控制系統(tǒng)。本機在該系統(tǒng)的設(shè)計上，一是專門設(shè)計了一個裝有球心軸承的平衡盤裝置，可實現(xiàn)360度方向傾動，該盤通過其上裝置的拉桿驅(qū)動剪形臂，推動改變旋翼頭上的漿葉螺距，產(chǎn)生大小不同的升力和拉力；二是在旋翼頭上獨立設(shè)置一對平衡翼，由平衡盤驅(qū)動拉桿和剪形臂，同時改變旋翼螺距和平衡翼的翼面傾角及兩翼平衡度，使旋翼的傾角發(fā)生改變，產(chǎn)生不同方向的拉力，這種設(shè)計不僅可以使航模直升機進行航線飛行，而且增加了敏捷性，使其可作特技飛行。
尾翼螺距控制航模直升機尾翼的作用是產(chǎn)生與旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反的拉力，以抵消旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，防止機身受離心力的作用發(fā)生旋轉(zhuǎn)。因此，尾翼拉力的大小變化，可以改變航模直升機飛行方向性。而尾翼拉力的大小，取決于引擎的輸出功率和漿葉的螺距。在引擎輸出功率既定情況下，改變尾翼拉力依靠改變螺距的變化。本機在設(shè)計上采用與改變旋翼螺距的相似方法，通過伺服器直接帶動拉桿，拉桿驅(qū)動螃蟹爪改變尾翼螺距，實現(xiàn)飛行方向控制。
引擎輸出功率控制遙控接收器在受到遙控發(fā)射器的油門控制量信號后，由一臺伺服器(航機)驅(qū)動拉桿控制油門，調(diào)整引擎的進油量和風(fēng)門，實現(xiàn)對航模機引擎輸出功率的控制。
起落架與機殼本機起落架采用韌性較強，硬度較高的尼龍材料制作，以防止在發(fā)生強烈振動或墜落時，造成損壞。
按空氣動力學(xué)原理，機殼采用流線型和二次擾流設(shè)計。二次擾流所產(chǎn)生的渦流，能增強旋翼下沖氣流的作用力，能有效提高升力系數(shù)。機殼可用表面光潔度好空氣阻力小的玻璃鋼制作。
本實用新型的主要特征在于a、引擎裝設(shè)在主機架中心線略靠前的底部，并與主傳動軸保持15度傾角的基座上；b、油箱裝設(shè)在主機架后底部，且不被機殼遮蓋；c、在引擎啟動裝置中的啟動軸上設(shè)置有確保啟動安全的由離合罩、離合器內(nèi)襯及離心式離合器構(gòu)成的離心式離合裝置；d、具有安裝在主機架上的主齒輪及裝在主齒輪上的旋翼傳動主軸、裝置在該主軸上的具有內(nèi)裝球心軸承能實現(xiàn)360度方向傾動的平衡盤，以及該盤通過其上的拉桿及剪形臂驅(qū)動連接旋翼夾頭及其上的旋翼；e、在旋翼頭上獨立的設(shè)置一對與其正交的實現(xiàn)對飛行姿態(tài)控制的平衡翼。
本實用新型的優(yōu)點在于由于在設(shè)計中采用了多項先進技術(shù)，至使航模直升機的結(jié)構(gòu)緊湊，性能優(yōu)異，能實現(xiàn)在三維空間自由度的航線飛行和作各種高難度的特技飛行表演，操作簡便，價格也較低廉，適于在航模界推廣。
本實用新型有如下附圖


圖1、圖2、圖3均為航模直升機結(jié)構(gòu)工作原理圖；圖4為主、副機架及引擎啟動裝置及油箱立體視圖；圖5為引擎啟動裝置、旋翼傳動裝置及尾翼傳動裝置正視圖；圖6為起落架結(jié)構(gòu)立體視圖；圖7為旋翼螺距和傾角的控制機構(gòu)圖；圖8為平衡翼結(jié)構(gòu)立體視圖；圖9為尾翼螺距控制機構(gòu)及水平尾翼和垂直尾翼立體圖。
圖中標(biāo)記1為機架部分，2為動力部分，3為傳動部分，4為尾翼部分，5為旋翼部分，6為操縱控制部分，7為遙控裝置，8為啟動軸，9為離心式離合器，10為旋翼驅(qū)動齒輪，11為主齒輪，12為主軸，13為單向軸承，14為旋翼漿葉，15為傘形齒輪，16為尾翼傳動軸，17為尾翼漿葉，18為遙控接收器，19、20、21、22、23均為伺服器，24為拉桿，25為拉桿，26為引擎，27為平衡盤，28為副機架，29為主機架，30為油箱，31為消音器，32為外置啟動頭，33為旋翼夾頭，34為平衡翼桿，35為球心軸承，36為拉桿，37為剪形臂，38為平衡翼，39為水平尾翼，40為垂直尾翼，41為螃蟹爪，42為尾梁，43為拉桿球頭。
以下結(jié)合附圖對本實用新型的工作原理作進一步說明如
圖1所示，本實用新型包括機架部分1，動力部分2，傳動部分3，尾翼部分4，旋翼部分5，操作控制部分6，遙控裝置7。
如
圖1和圖2所示，動力部分2將引擎功率輸出到啟動軸8，在啟動軸上裝有離心式離合器9和旋翼驅(qū)動齒輪10，在啟動軸轉(zhuǎn)速達到800-1200轉(zhuǎn)/分時，離心式離合器9自動鎖合，驅(qū)動旋翼驅(qū)動齒輪10轉(zhuǎn)動，旋翼驅(qū)動齒輪10驅(qū)動主齒輪11、主軸12、單向軸承13轉(zhuǎn)動，為旋翼漿葉14提供動力，使航模直升機產(chǎn)生升力。同時，主齒輪11驅(qū)動傘形齒輪15，傘形齒輪15驅(qū)動尾翼傳動軸16轉(zhuǎn)動，尾翼傳動軸16為尾翼漿葉17提供動力，使航模直升機產(chǎn)生抵消旋翼離心力的橫向拉力。
如圖2所示，在本機失去動力的情況下，空氣動力作用于旋翼14，使之發(fā)生自旋。為了使自旋產(chǎn)生一定的升力，單向軸承13使旋翼始終保持產(chǎn)生升力方向的單向旋轉(zhuǎn)，從而保證本機安全著陸。
如圖3所示，遙控接收機18在受到遙控發(fā)射機的控制信號后，將舵角控制量信號和油門控制量信號分別傳輸給伺服器19、20、21、22、23，由伺服器19驅(qū)動平衡盤27，調(diào)整旋翼螺距，使旋翼漿葉14產(chǎn)生不同的升力系數(shù)；由伺服器20、21驅(qū)動平衡盤27，調(diào)整平衡翼仰角、兩臂平衡度和旋翼螺距，運用翼面傾斜力矩原理，使旋翼翼面產(chǎn)生360度任意方向的傾角，實現(xiàn)對航模直升機360度任意方向前進、后退、側(cè)飛的拉力和機身傾斜度控制；由伺服器22驅(qū)動拉桿24，調(diào)整尾翼漿葉17在垂直方向上的傾斜度，使之產(chǎn)生不同的拉力，實現(xiàn)對航模直升機的航向控制；由伺服器23驅(qū)動拉桿25，調(diào)整引擎26的進油量和風(fēng)門，實現(xiàn)對航模直生機引擎輸出功率的控制。
實施例全長(至旋翼尖)149cm機身長(至機頭尖)108cm全高(至旋翼頂)40cm機身寬(不含起落架)23cm旋翼直徑128cm尾翼直徑23cm空機重2800克發(fā)動機汽缸容量5.8mL最大輸出功率2.2馬力燃料及配比甲醇∶蓖麻油＝8∶2航機(伺服器)5個遙控器5通道遙控自由度三維空間自由度遙控距離(半徑)1000米全機性能實用升限200米最大外掛載重2kg實用外掛載重1kg
權(quán)利要求1.一種運動競賽型三維空間自由度航模直升機，包括有機架、引擎啟動裝置、引擎及油箱、引擎消音器、旋翼傳動裝置、旋翼、尾翼傳動裝置、尾梁與尾翼、操縱控制系統(tǒng)、起落架、機殼及遙控器組成，其特征在于a、引擎(26)裝設(shè)在主機架(29)中心線略靠前的底部，并與主傳動軸保持15度傾角的基座上；b、油箱(30)裝設(shè)在主機架(29)后底部，且不被機殼遮蓋；c、在引擎啟動裝置中的啟動(8)軸上，設(shè)置有確保啟動安全的由離合罩，離合器內(nèi)襯及離心式離合器組成的離心式離合裝置(9)；d、具有安裝在主機架(29)上的主齒輪(11)及裝在主齒輪(11)上的旋翼傳動主軸(12)，裝置在該主軸(12)上的具有內(nèi)裝球心軸承(35)能實現(xiàn)360度方向傾動的平衡盤(27)，以及該盤(27)通過其上的拉桿(36)及剪形臂(37)驅(qū)動連接旋翼夾頭(33)及其上的旋翼漿葉(14)；e、在旋翼頭(33)上獨立的設(shè)置一對與其正交的實現(xiàn)對飛行姿態(tài)控制的平衡翼(38)。
2.按照權(quán)利要求1所述的航模直升機，其特征在于在尾翼傳動裝置中還有一路由伺服器(22)、拉桿(24)、螃蟹爪(41)及尾翼依序連成的用以改變尾翼的機構(gòu)。
3.按照權(quán)利要求2所述的航模直升機，其特征在于在引擎排氣管處裝置消音器(31)。
4.按照權(quán)利要求3所述的航模直升機，其特征在于在主軸(12)上裝置有使旋翼始終保持產(chǎn)生升力方向單向旋轉(zhuǎn)的單向軸承(13)。
5.按照權(quán)利要求4所述的航模直升機，其特征在于在副機架(28)上裝置有5臺伺服器，一臺是驅(qū)動平衡盤(27)調(diào)整旋翼螺距，使旋翼漿葉(14)產(chǎn)生不同升力的伺服器(19)，有二臺是驅(qū)動平衡盤(27)調(diào)整平衡翼仰角、兩臂平衡度和旋翼螺距，實現(xiàn)對航模任意方向前進、后退、側(cè)飛的拉力和機身傾度控制的伺服器(20)和(21)；再一臺是驅(qū)動拉桿(24)調(diào)整尾翼漿葉(17)在垂直方向上傾斜度，使之產(chǎn)生不同拉力實現(xiàn)對航模航向控制的伺服器(22)，最后一臺是驅(qū)動拉桿(25)調(diào)整引擎(26)進油量和風(fēng)門，實現(xiàn)對航模引擎輸出功率控制的伺服器(23)。
專利摘要本文公開了一種競技航模機,它由機架、引擎啟動裝置、引擎及油箱,旋翼傳動裝置,旋翼,尾翼傳動裝置,尾翼,操縱控制系統(tǒng),起落架,機殼及遙控器構(gòu)成,特征是:引擎啟動裝置及發(fā)動機安裝在與主傳動軸保持15度傾角的基座上,便于啟動和高效率傳遞動力,設(shè)置離心式離合器保證啟動安全;后裝油箱穩(wěn)定重心;在旋翼傳動主軸上設(shè)置能實現(xiàn)360度方向傾動的平衡盤,拉桿及剪形臂調(diào)控旋翼,及配合設(shè)置的平衡翼能實現(xiàn)航線飛行和特技飛行表演,具有結(jié)構(gòu)緊湊性能優(yōu)良的特點。
文檔編號A63H27/133GK2392582SQ9924148
公開日2000年8月23日 申請日期1999年11月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月5日
發(fā)明者羅軍 申請人:羅軍