本發明屬于飛行器技術領域，具體的說，本發明涉及一種電動雙共軸傾轉旋翼飛行器。

背景技術：

傾轉旋翼機是一種既具有普通直升機那樣的垂直起降和空中懸停能力，又具有像螺旋槳飛機那樣巡航飛行速度大、航程較遠等特點。傾轉旋翼機目前被各國的研究人員認為是航空界發展前景和應用價值最高的飛機之一。

傾轉旋翼機不但具有垂直起降和高速巡航性能,而且機動性很強，所以應用領域及其廣闊。20世紀中期，美國開始了對傾轉旋翼技術的研究,該技術開始于xv-3，成熟于xv-15，應用于v-22魚鷹。相比較于美國，國內對傾轉旋翼機的研究起步較晚，乃至在10年前還處于概念研究階段。研究發展了將近半個多世紀，中國到目前為止還沒有一架成型的驗證機。

目前，國內的傾轉旋翼機飛行試驗也僅體現在小型無人傾轉旋翼機上，可以承認國內在這項技術上是有進步的，但這些進步都是基礎性的研究，距離傾轉旋翼樣機制造還有很長的路要走。尤其是，現有的傾轉旋翼無人機的短艙結構，存在著結構復雜，控制復雜等缺陷，影響傾轉旋翼機的性能。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提供一種電動雙共軸傾轉旋翼飛行器，目的是提升性能。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為：電動雙共軸傾轉旋翼飛行器，包括機身、設置于機身上的傾轉主軸和設置于傾轉主軸兩端的短艙結構，所述短艙結構包括兩個相對設置的旋翼、用于產生使兩個旋翼旋轉的動力的驅動裝置和與兩個旋翼連接且用于改變旋翼迎角的變距系統，驅動裝置包括旋翼主軸和通過第一傳動機構與旋翼主軸連接的兩個電動機，兩個旋翼分別與旋翼主軸的一端連接，所述機翼固定設置于傾轉主軸上且機翼與旋翼可同時實現傾轉。

所述兩個電動機分別位于旋翼主軸的一側且兩個電動機為同軸設置。

所述第一傳動機構包括設置于所述電動機上的第一齒輪和設置于所述旋翼主軸上且與第一齒輪嚙合的第二齒輪，第一齒輪和第二齒輪為錐齒輪。

所述第一齒輪的直徑小于第二齒輪的直徑。

所述變距系統包括變距舵機、設置于所述旋翼主軸上的十字盤、與所述旋翼和十字盤連接的變距桿以及與十字盤和變距舵機連接的第二傳動機構。

所述第二傳動機構包括依次轉動連接的第一舵機拉桿、第一舵機臂、第二舵機拉桿、第二舵機臂和第三舵機拉桿，第一舵機臂設置于所述變距舵機上，第一舵機拉桿與設置于所述旋翼主軸上的一個所述十字盤連接，第三舵機拉桿與設置于旋翼主軸上的另一個十字盤連接。

所述第二舵機臂為可旋轉設置，所述第一舵機臂和第二舵機臂為相平行。

所述變距舵機和所述第二傳動機構均分別設置多個且數量相等。

所述短艙結構還包括與所述傾轉主軸連接的短艙側板，短艙側板設置兩個，所述變距舵機、所述旋翼主軸和所述第二傳動機構位于兩個短艙側板之間。

所述機翼位于兩個所述短艙結構之間。

本發明的電動雙共軸傾轉旋翼飛行器，采用的短艙結構使用雙電機帶動一根主軸轉動，有利于受力均衡，在短艙克服旋翼拉力的同時穩定的輸出扭矩，對機械結構的抗疲勞情況有所改善，使用壽命得到提升，而且該短艙結構從結構上、控制上、可靠性上都有簡化，有利于減小結構重量，可以提升傾轉旋翼飛行器的性能。

附圖說明

本說明書包括以下附圖，所示內容分別是：

圖1是本發明電動雙共軸傾轉旋翼飛行器；

圖2是本發明電動雙共軸傾轉旋翼飛行器處于巡航狀態的側視圖；

圖3是本發明電動雙共軸傾轉旋翼飛行器處于巡航狀態的主視圖；

圖4是本發明電動雙共軸傾轉旋翼飛行器處于起飛和降落狀態的側視圖；

圖5是本發明電動雙共軸傾轉旋翼飛行器處于起飛和降落狀態的主視圖；

圖6是短艙結構的結構示意圖；

圖7是短艙結構的內部結構示意圖；

圖中標記為：

1、機身；2、機翼；3、襟翼；4、起落架；5、電池組；6、傾轉機構；7、飛控系統；

8、短艙結構；801、槳葉；802、槳轂；803、第二舵機臂；804、電動機；805、第一齒輪；806、第二齒輪；807、變距桿；808、十字盤；809、第一舵機拉桿；810、限位圈；811、變距舵機；812、旋翼；813、電機座；814、旋翼主軸；815、限位軸套；816、短艙側板；817、變距搖桿；818、變距支座；819、第一舵機臂；820、第二舵機拉桿；821、第三舵機拉桿；

9、傾轉主軸；10、尾翼。

具體實施方式

下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發明的具體實施方式作進一步詳細的說明，目的是幫助本領域的技術人員對本發明的構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解，并有助于其實施。

如圖1至圖7所示，本發明提供了一種電動雙共軸傾轉旋翼飛行器，包括機身1、機翼2、起落架4、尾翼10、傾轉機構6、飛控系統、電池組5、設置于機身1上的傾轉主軸9和設置于傾轉主軸9兩端的短艙結構。短艙結構包括兩個相對設置的短艙側板816、兩個相對設置的旋翼812、用于產生使兩個旋翼旋轉的動力的驅動裝置和與兩個旋翼連接且用于改變旋翼迎角的變距系統，驅動裝置包括旋翼主軸814和通過第一傳動機構與旋翼主軸814連接的兩個電動機804，兩個旋翼812分別與旋翼主軸814的一端連接。本發明的電動雙共軸傾轉旋翼無人機針對傳統傾轉旋翼機做出結構上的改進，進而最大化的提升其飛行性能。從結構上來看：本發明的傾轉旋翼無人機旋翼直徑較小，有利于空間布局，還能有效避免因旋翼過大槳葉變形過大的問題；直升機模式飛行性能提升：在起飛阻力、爬升率、懸停時間等性能上都有很大提升；飛機模式飛行性能提升：最大平飛速度增大。

具體的說，如圖1至圖5所示，短艙結構上下各有一副旋翼，短艙結構布置在機翼2兩側。機翼2和短艙結構在直升機模式下機翼2展弦與地面垂直；飛機模式下機翼2和短艙結構一起傾轉像螺旋槳飛機那樣提供動力。起落架4設置于機身1上且位于機翼2的下方，尾翼10設置于機身1的尾部，傾轉主軸9沿水平方向朝向機身1的兩側伸出，機翼2設置于機身1的兩側且與傾轉主軸9固定連接，襟翼3與機翼2連接，傾轉機構6、飛控系統、電池組5等設置于機身1的內部。

傾轉主軸9與傾轉機構6相連接，傾轉機構6用于產生使傾轉主軸9旋轉的動力，使機翼和旋翼一起傾轉。傾轉機構6包括舵機以及與舵機和傾轉主軸9連接的蝸輪蝸桿傳動機構，電池組5為舵機提供電力，蝸輪蝸桿傳動機構的蝸桿與舵機連接，蝸輪蝸桿傳動機構的蝸輪固定設置于傾轉主軸9上。這種傾轉機構6具有可靠性強，承載扭矩較大等特點。如圖1至圖4所示，在飛機剛起飛時，機翼2展弦與地面垂直，與傳統多旋翼無人機一樣垂直起降；在升空后巡航階段，傾轉機構6的舵機轉動帶動蝸桿轉動，蝸桿帶動蝸輪轉動，蝸輪與傾轉主軸9固接，機翼2、傾轉軸、短艙結構三者固接在一起，那么蝸輪也就帶動短艙結構和機翼2轉動，轉化為飛機模式。進入飛機模式后可高速巡航。機翼2和旋翼短艙可同時傾轉，在垂直起飛時有利于減小風阻，還有利于減小旋翼與機翼2的氣動干擾作用，提升旋翼的氣動性能。

如圖6所示，旋翼的結構如同本領域技術人員所公知的那樣，其主要是由槳轂802和設置于槳轂802上的多個槳葉801構成，旋翼主軸814的兩端分別與一個旋翼的槳轂802固定連接。兩個電動機804分別位于旋翼主軸814的一側且兩個電動機804為同軸設置，兩個電動機804分別安裝在一個電機座813上，電機座813安裝在兩側的短艙側板816上，兩個電動機804并為對稱分布在旋翼主軸814的兩側，電動機804的軸線與旋翼主軸814的軸線相垂直且兩者處于與短艙側板816相平行的同一平面內，電池組5為電動機804提供電力。

如圖6所示，第一傳動機構包括固定設置于電動機804的主軸上的第一齒輪805和固定設置于旋翼主軸814上且與第一齒輪805嚙合的第二齒輪806，第二齒輪806位于兩個旋翼之間，第一齒輪805和第二齒輪806優選為直齒錐齒輪，有利于短艙結構的空間布局，第一齒輪805的直徑并小于第二齒輪806的直徑。兩個第一齒輪805分別位于旋翼主軸814的一側，兩個第一齒輪805分別與一個電動機804連接。兩臺電動機804運轉，通過第一齒輪805和第二齒輪806構成的齒輪傳動機構進而帶動旋翼轉動，為傾轉旋翼無人機提供動力。使用雙電機帶動一根主軸轉動，這在旋翼無人機里也是很少見的，這樣有利于受力均衡，在短艙克服旋翼拉力的同時穩定的輸出扭矩，對機械結構的抗疲勞情況有所改善，使用壽命得到提升。而且，通過對稱布置兩個第一齒輪805和電動機804，電動機804輸出的力和扭矩對稱均勻。

變距系統是控制傾轉旋翼無人機飛行姿態的重要機構，如圖6和圖7所示，變距系統包括變距舵機811、設置于旋翼主軸814上的兩個十字盤808、與旋翼和十字盤808連接的變距桿807以及與兩個十字盤808和變距舵機811連接的第二傳動機構。電池組5為變距舵機811提供電力，變距舵機811固定設置于短艙側板816上，變距舵機811和第二傳動機構的數量與旋翼的槳葉801數量相同，所有變距舵機811處于兩個電動機804所在的同一直線的同一側。十字盤808的結構如同本領域技術人員所公知的那樣，兩個十字盤808分別通過變距桿807與一個旋翼連接，與各個旋翼連接的變距桿807的數量與旋翼的槳葉801的數量相同，各個變距桿807的一端與十字盤808轉動連接，各個變距桿807的另一端與槳轂802上所設的變距搖桿817轉動連接。

如圖6和圖7所示，第二傳動機構包括依次轉動連接的第一舵機拉桿809、第一舵機臂819、第二舵機拉桿820、第二舵機臂803和第三舵機拉桿821，第一舵機臂819設置于變距舵機811上，第一舵機拉桿809的一端與第一舵機臂819的一端轉動連接，第一舵機拉桿809的另一端與設置于旋翼主軸814上且距離最近的一個十字盤808轉動連接，第二舵機拉桿820的一端與第一舵機臂819的另一端轉動連接，第二舵機拉桿820的另一端與第二舵機臂803的一端轉動連接，第三舵機拉桿821的一端與第二舵機臂803的另一端轉動連接，第三舵機拉桿821的另一端與設置于旋翼主軸814上的另一個十字盤808連接。短艙側板816上設有變距支座818，第二舵機臂803為可旋轉的設置于變距支座818上，第一舵機臂819和第二舵機臂803為相平行，第二舵機拉桿820與旋翼主軸814相平行。通過控制變距舵機811輸出扭矩，變距舵機811運轉，通過第二傳動機構和十字盤808帶動變距桿807拉動槳轂802上所設的變距搖桿817，進而帶動槳葉801達到變距效果，改變旋翼迎角。

在本實施例中，各個旋翼的漿葉設置三片，相應的，與各個旋翼相連接的變距桿807設置三個，變距舵機811和第二傳動機構分別設置三個，各個變距舵機811分別通過一個第二傳動機構和兩個十字盤808與兩個變距桿807相連接。這種結構的變距系統通過三個變距舵機811控制上下兩個旋翼的操縱，也就是說傾轉旋翼無人機的每副短艙雖然有兩副旋翼，但與一副旋翼的控制是相同的。這種變距系統相比于現有技術節省了一半的變距舵機，按照傳統無人機設計方式設計，這里最少每個短艙需要六臺舵機，而這種變距系統僅使用三臺變距舵機811，通過第二傳動機構，同時控制兩個旋翼達到變距的目的，這種結構在達到性能提升的同時簡化了控制和結構，減少了控制量就增大控制效率，降低了飛控的復雜程度。

如圖6和圖7所示，兩個短艙側板816為固定連接且與傾轉主軸9的端部固定連接，短艙側板816并與傾轉主軸9的軸線相垂直，電機座813、兩個電動機804、變距舵機811、限位圈810、旋翼主軸814、第二傳動機構等部件均位于兩個短艙側板816之間。這樣的布置很節省空間，減小氣動阻力。

如圖6和圖7所示，在短艙側板816上設有用于在垂直起降時阻止旋翼主軸814縱向位移的限位軸套815，以減小軸承的軸向壓力，限位軸套815套設于旋翼主軸814上且限位軸套815沿旋翼主軸814的軸向設置多個。在本實施例中，限位軸套815共設置四個，第二齒輪806的兩側均分別布置兩個限位軸套815。

本發明的電動雙共軸傾轉旋翼飛行器具有如下的優點：

該新型傾轉旋翼無人機的雙旋翼布局，在旋翼氣動拉力上增大較為明顯，與傳統短艙的單旋翼布局對比，在各種狀態下大約增大18％～20％左右，這對飛機性能來說是很大的提升，與共軸雙旋翼短艙對比，在結構和控制上更為簡單，且能減小氣動干擾，提升旋翼的氣動性能；

2、由于本發明是用在傾轉旋翼機上，傾轉旋翼機左右兩短艙可以相互抵消負扭，所以采用共軸同轉向轉動，這樣總體短艙結構上更為簡單和緊湊。

3、該新型傾轉旋翼無人機在直升機模式下起飛時，與傳統傾轉旋翼機對比，在減阻上有很大的改良；

4、該新型傾轉旋翼無人機懸停升限會隨著爬升率的變化而變化，由于新型傾轉旋翼無人機的爬升率增大，所以它的懸停升限也會有增大；

5、在飛機模式下，平飛時旋翼拉力提供向前的推力，機翼2產生的升力來平衡重力，由于新型傾轉旋翼無人機旋翼拉力的變大，導致最大平飛速度必然變大。

以上結合附圖對本發明進行了示例性描述。顯然，本發明具體實現并不受上述方式的限制。只要是采用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進；或未經改進，將本發明的上述構思和技術方案直接應用于其它場合的，均在本發明的保護范圍之內。