[发明专利]一种复合动力直升机

说明书

技术领域

    本发明属于直升机技术领域，特别涉及一种轻型无人直升机和大型低航速的直升机。

背景技术

旋翼型直升机自发明以来已得到广泛应用，其核心的优势是能够实现垂直起降，能在空中定点悬停，能实现上下、左右、前后的平移，滚动等6自由度的飞行，优点显著，在军事和民用领域均有应用；虽然优点显著，但缺点也很突出：为实现垂直起降，旋翼需要在水平面上旋转，以产生向上的拉力，但仅有向上的拉力并不能使直升机自由飞行，为此，在直升机的旋翼轴上设计了非常复杂的十字盘机构，通过机械耦合，使旋翼的每一个叶片在一个旋转周期内能自由的控制倾角，从而使旋翼在得到升力的同时还得到其他方向的分力，使直升机在复杂的气流环境中能够平稳自由飞行；直升机由于使用复杂的十字盘机构，旋翼的转速不能太快，需要使用减速器将内燃机的转速降低；低速旋翼为达到足够的升力必须增加旋翼的直径，这样，直升机的旋翼面积很大，大直径旋翼旋转时一方面占据很大的空间，另一方面使机身产生反向转矩，为平衡反向转矩，需要一个垂直方向旋转的旋翼，为避开水平方向旋翼的气流，该旋翼需要在水平旋翼的外侧，这个旋翼称为尾桨，这样远离内燃机的尾桨驱动驱动很困难，需要使用很长的传动轴或传动皮带，尾桨的转速与内燃机同步，不能单独调节，因此需要调节尾桨的倾角来和控制反向推力，控制起来很复杂。

由于存在减速机、十字盘结构、尾桨驱动和平衡控制，现有直升机的可靠性和动力效率都远低于固定翼飞机。

发明内容

本发明针对现有直升机存在的不足，提出一种复合动力直升机，它不但简化了直升机的机械结构，还简化直升机控制方法，并且提升了直升机的动力和燃油利用效率。

本发明通过如下技术方案实现：

一种复合动力直升机，包括无线接收装置、飞行控制器、内燃机、水平旋翼、电动发电机、电池组、电动发电控制器、尾杆、电子调速器，三相无刷电机、尾桨、平衡旋翼、机架和载荷区，其特征在于，所述内燃机的动力通过输出轴直接驱动水平旋翼作水平方向的旋转，产生向上的升力，升力的大小通过控制内燃机的转速调节；

所述的内燃机和水平旋翼之间串接一台电动发电机，电动发电机由连接在内燃机输出轴上的稀土永磁外转子和固定在内燃机外壳上的感应线圈组合而成，作为电动机或发电机使用的电动发电机由电池组和电动发电控制器控制；

四个用于控制所述复合动力直升机飞行姿态水平旋转的平衡旋翼分别由三相无刷电机驱动，三相无刷电机又分别由电子调速器控制，并接受飞行控制器的统一控制；

所述的尾杆上固定有电子调速器和三相无刷电机，三相无刷电机上安装垂直旋转的尾桨；电子调速器接受飞行控制器的指令，控制三相无刷电机的转速，带动尾桨产生相应的推力平衡水平旋翼产生的反向转矩，以使直升机保持方向或转向。

所述的电动发电机，在内燃机静止时，在电动发电控制器的控制下作为起动机使用，用来启动内燃机；内燃机运转后带动电动发电机发电，通过电动发电控制器将发出的电能储存到电池组中；电动发电机在内燃机运行中还工作在电动机状态，为内燃机助力，提供瞬间加速的动力共同驱动水平旋翼。

所述飞行控制器，其内部设置加速度、角速度、地磁角度和气压传感器，并能接收卫星定位信息，实现所述复合动力直升机的空中定点悬停，上下、左右、前后平移以及机头旋转，完成4自由度的飞行；具有程序控制预定航线飞行、无人遥控飞行和机上人员控制飞行三种飞行模式。

所述复合动力直升机在无人遥控飞行模式，接收机接受远程控制信号，在飞行控制器协助控制下进行上下、左右、前后平移以及机头旋转，完成4自由度的飞行飞行；在没有控制指令时，复合动力直升机始终保持定点悬停的姿态，增加了飞行的安全性和操作性。

所述飞行控制器，其内部使用两片32位的ARM单片机，型号是STM32F427和STM32F100。

附图说明

图1为现有直升机的旋翼轴承和十字盘结构图；

图2为本发明复合动力直升机的结构示意左视图；

图3为本发明复合动力直升机的结构示意俯视图；

图4为本发明复合动力直升机的电动发电机示意图；

图5为本发明复合动力直升机的连接示意图；