一种可变距旋翼结构及其控制方法与流程

本发明属于直升机旋翼技术领域，尤其涉及一种可变距旋翼结构及其控制方法。

背景技术：

在飞行器发展的过程中，伴随着电子控制技术的进步，以及电池技术的发展，电动多旋翼飞行器成为了小型飞行器的主流。电动多旋翼飞行器以其结构简单，部件数量少，操纵要求低，维护成本低，广泛的应用航拍航测、农林植保、休闲娱乐等方面。

众所周知，电动多旋翼飞行器依靠高频次改变各个旋翼的转速实现升力变化，从而实现姿态操控。旋翼尺寸对旋翼拉力和效率影响很大，要想实现载重大且高效的多旋翼飞行器，需要采用更大尺寸的旋翼，然而，随着旋翼尺寸增加，旋翼转动惯量快速增加，意味着实现旋翼转速的快速变化也更为困难。

为了解决旋翼变转速困难的问题，人们设计了变距式电动多旋翼，即通过伺服执行机构，在需要增大拉力的时候增大桨距，在需要减小拉力的时候减小桨距。通过这种方法，可以迅速改变不同旋翼的拉力，从而大大提高了多旋翼飞行器的操控响应速度。但是，电动变距多旋翼的桨叶变距机构、伺服执行器等部件，使得电动多旋翼结构复杂并增加了使用与维护成本。。

技术实现要素：

本发明的目的：为解决大型电动多旋翼变转速困难的问题，同时避免变距式电动多旋翼机构复杂、成本高的问题，本发明提出一种可变距旋翼结构及其控制方法，有效简化了大型多旋翼飞行器的操控，为电动多旋翼大型化提供了一种简单有效的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种可变距旋翼结构，所述旋翼结构包括：马达、中央桨毂、桨夹、变距轴及桨叶；

其中，桨叶安装在桨夹上，桨夹通过变距轴与中央桨毂连接，中央桨毂安装在马达上；

变距轴与旋翼平面存在预设夹角，所述预设夹角小于90度，且桨夹可以绕变距轴自由旋转预设角度。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述桨夹一端设置有斜向下的第一凹槽，所述中央桨毂上设置有斜向上的第二凹槽；

所述第一凹槽两侧分别开有相同大小的第一螺纹孔，所述第二凹槽两侧分别开有相同大小的第二螺纹孔，所述变距轴穿过所述第一螺纹孔和第二螺纹孔，且变距轴的两端通过螺母固定。

(2)所述桨夹另一端设置有水平凹槽，所述桨叶一端通过螺栓固定连接在所述水平凹槽内。

(3)所述可变距旋翼结构具备2片桨叶及2片桨叶以上的奇数或偶数片桨叶。

(4)所述桨夹可以为单独部件，也可以为桨叶的一部分，用于使桨叶相对于桨毂绕变距轴旋转。

技术方案二：

一种可变距旋翼结构的控制方法，所述方法应用于技术方案一所述的结构中，所述方法为：

控制马达的加速度大小，以及加速时长或者减速时长，桨叶由于惯性的作用，与中央桨毂产生相对运动，进而改变桨距的大小。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)当马达匀速旋转过程中，桨叶受力平衡，桨叶相对于中央桨毂保持静止，桨叶以固定的桨距平稳运转，此时，旋翼产生的升力不变。

(2)当马达有加速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达加速，而桨叶由于惯性的作用，加速滞后于桨毂，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向后转动，随即桨距增大，旋翼产生的升力增大。

(3)当马达有减速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达减速，而桨叶由于惯性的作用，减速滞后于桨毂，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向前转动，随即桨距减小，旋翼产生的升力减小。

本发明提供的可变距旋翼结构简单可靠，安装快捷、造价低廉，有效简化了大型多旋翼飞行器的操控，为电动多旋翼大型化提供了一种简单有效的方法。通过本可变距旋翼结构可简单便捷的实现变距控制，有效提高飞行器控制与操纵响应速度。通过本变距旋翼结构可有效减少控制与操纵过程中，马达转速的大幅变化所导致的能量损失，提高了飞行效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的变距轴与旋翼平面存在的预设夹角β示意图一；

图3为本发明实施例提供的变距轴与旋翼平面存在的预设夹角β示意图二；

图4为本发明实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达匀速旋转时的结构示意图一；

图5为本发明实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达匀速旋转时的结构示意图二；

图6为本发明实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达加速旋转时的结构示意图一；

图7为本发明实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达加速旋转时的结构示意图二；

图8为本发明实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达减速旋转时的结构示意图一；

图9为本发明实施例提供的一种可变距旋翼结构的结构中马达减速旋转时的结构示意图二；

其中，1-马达，2-中央桨毂，3-桨夹，4-变距轴，5-桨叶。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明为一种可变距旋翼结构及其控制方法。可变距旋翼结构包括马达1，中央桨毂2，桨夹3，变距轴4及桨叶5。

桨叶安装在桨夹上，桨夹通过变距轴与中央桨毂连接，中央桨毂安装在马达上。变距轴与旋翼平面存在一定夹角。桨夹可以绕变距轴自由旋转一定角度。

当马达匀速旋转过程中，桨叶受力平衡，桨叶相对于中央桨毂保持静止，桨叶以固定的桨距平稳运转，此时，旋翼产生的升力不变。

当马达有加速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达加速，而桨叶由于惯性的作用，加速滞后于桨毂，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向后转动，随即桨距增大，旋翼产生的升力增大。

当马达有减速旋转的趋势时，中央桨毂跟随马达减速，而桨叶由于惯性的作用，减速滞后于桨毂与马达，此时，桨叶相对于中央桨毂，绕变距轴向前转动，随即桨距减小，旋翼产生的升力减小。

通过这种控制方式，在需要改变旋翼拉力时，只需要小幅度的改变旋翼转速，同时有效缩短了达到目标拉力的所需要的时间。

进一步，本可变距旋翼结构可以具备2片桨叶以上的奇数或偶数片桨叶，可以是顺时针旋转桨叶，也可以是逆时针旋转桨叶。

进一步，桨夹可以单独部件，也可以是桨叶的一部分，其作用在于使桨叶相对于桨毂可以绕变距轴旋转。

进一步，变距轴的特征在于与旋翼平面存在特定夹角，其本质是，在惯性的作用下桨叶绕其旋转，会改变桨叶的桨距。不论夹角角度为多少，只需达到相同效果。

进一步，本可变距旋翼结构的马达也可替换为燃料发动机。

进一步，本可变距旋翼结构组成的升力单元，可组合或叠加使用。

为了形象说明本案的具体实施，给出如下一种示例：

如图1所示，本结构的主要部件包括：1马达，2中央桨毂，3桨夹，4变距轴，5桨叶。

如图2、图3所示，桨叶5与桨夹3固定连接，中央桨毂2与马达1固定连接，3桨夹与中央桨毂2通过变距轴4连接，变距轴4与旋翼平面具有特定的夹角β，桨夹3可以变距轴4为轴自由旋转一定角度。

如图4、图5所示，当马达1保持匀速旋转时，桨叶5将会保持一定桨距不变，此时桨叶5产生的升力不变。

如图6、图7所示，当马达1有加速旋转趋势时，由于桨叶5的惯性作用，桨叶5与桨夹3绕变距轴4相对于中央桨毂2向后旋转，此时桨距变大，桨叶5产生的升力随即增大。控制马达1的加速度与加速时长，即可使桨叶5的桨距增加到特定需要的角度。

如图8、图9所示，当马达1有减速旋转趋势时，由于桨叶5的惯性作用，桨叶5与桨夹3绕变距轴4相对于中央桨毂2向前旋转，此时桨距变小，桨叶5产生的升力随即减小。控制马达1的加速度与减速时长，即可使桨叶5的桨距减小到特定需要的角度。

本可变距旋翼结构简单可靠，安装快捷、造价低廉，有效简化了大型多旋翼飞行器的操控，为电动多旋翼大型化提供了一种简单有效的方法。

通过本可变距旋翼结构可简单便捷的实现变距控制，有效提高飞行器控制与操纵响应速度。

通过本可变距旋翼结构可有效减少控制与操纵过程中，马达转速的大幅变化所导致的能量损失，提高了飞行效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。