高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器

本发明属于工业生产，涉及到一种高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器。

背景技术：

1、目前常见直升机设计大都采用汽油和其他化石燃料进行驱动，其控制精准性不足的缺点在单轴驱动时影响较小。四轴驱动相对于单轴驱动可利用各个轴旋翼的差速来调节姿态，不需要使用尾桨等方式抑制旋转，结构相对简单。但每处旋转叶片转速都需不断调整，燃油发动机驱动不能满足控制精准性。

2、采用电机驱动飞行器可以实现精准调节，但是电驱动旋翼倾转机构扭矩密度不够导致有效载荷较低，续航时间显著降低且具有冗长的充电时间，不能满足飞行交通便捷性和实用性需求。

技术实现思路

1、基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，四轴旋翼由液压马达驱动，通过内嵌在支撑结构的液压油路中不断流动的液压油进行驱动，控制旋翼转速调整。同时增设旋翼伸缩模块以改变四轴旋翼距离机身中心距离，有利于控制系统搭建。液压驱动具有足够的精度，同时提供更大的功率，提高飞行器航程。以解决目前燃油发动机驱动控制精度不足以及电驱动旋翼倾转机构扭矩密度不够的问题。

2、本发明所采用的技术方案为：一种高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，该飞行器包括旋翼控制机构、支撑机构和飞行器机身；

3、所述旋翼控制机构固定于支撑机构之上，旋翼控制机构包括旋翼控速模块和旋翼伸缩模块；

4、所述旋翼控速模块用于基于控速电机泵从油箱吸油，通过控制油路中液压油流量来调整旋翼液压马达的转速，进而改变连接的旋翼旋转速度；

5、所述旋翼伸缩模块用于基于调节电机泵通过油路来控制直线缸活塞杆伸出距离，调整旋翼距离支撑机构的主固定台中心距离；

6、所述支撑机构通过液压驱动球形关节与飞行器机身活动连接，当机身发生角度倾斜时，液压驱动球形关节通过机身安装的水平仪倾斜角度信号反馈，调节全周液压马达控制机身与支撑机构间夹角，以保证机身位置水平。

7、进一步地，所述旋翼控速模块包括航空油箱、控速电机泵、伺服阀、平衡阀、单向阀、溢流阀、液压马达和依次串联上述元件的控速油路；所述控速电机泵从航空油箱中吸油，外部液压油流经液压控制系统、油口阀块以及控速油路到液压马达，通过伺服阀调整各分支油路中液压油流量控制液压马达转速，对旋翼转速进行精准调节。

8、进一步地，所述旋翼伸缩模块包括航空油箱、调节电机泵、比例换向阀、平衡阀、单向阀、溢流阀、双向液压锁、直线缸和依次串联上述元件的调节油路；所述调节电机泵从航空油箱中吸油，外部液压油流经液压控制系统、油口阀块以及调节油路到直线缸，通过比例换向阀控制直线缸伸缩距离与自锁，进而带动连接杆在支撑机构中空油路通管中前后滑动并在指定位置锁定；连接杆一端连接直线缸活塞杆，另一端连接液压马达，使液压马达沿左右两侧导轨滑动，进而改变旋翼距离支撑机构的主固定台中心距离。

9、进一步地，所述支撑机构由油路通管、固定架、马达滑动架、固定架连接块和主固定台构成；主固定台通过油路通管与四处马达滑动架相连接，向液压马达输送液压油；马达滑动架两侧由固定架紧固，另一端连接固定架连接块防止油路通管变形损坏。

10、进一步地，所述支撑机构与飞行器机身通过液压驱动球形关节进行活动连接；液压驱动球形关节基于机身安装的水平仪信号反馈，通过摆动马达控制飞行器机身与支撑机构间夹角，进而保证机身水平。

11、进一步地，所述支撑机构构中内嵌控速油路和调节油路进行液压油液传输，连接杆处通过可伸缩油管连接内嵌油路与液压马达油口；减少外部环境对油路损坏，同时结构功能一体化。

12、进一步地，所述的液压马达与直线缸油口处均布置有流量计，检测油路中液压油流量数值进行反馈调节。

13、进一步地，所述的直线缸活塞杆与位移传感器伸缩杆连接，通过位移传感器伸缩杆移动测得旋翼的位移。

14、进一步地，所述液压飞行器采用对称布置的四处旋翼提供升力，旋翼产生的横向旋转扭矩两两抵消，避免机身旋转。

15、本发明的有益效果及优点：

16、本发明提出的可伸缩四轴旋翼液压飞行器通过采用液压马达进行四轴驱动，能够平稳无震地实现扭矩输出，可用于载人飞行器控制领域。

17、本发明通过采用液压马达驱动旋翼，通过不同支路流量控制旋翼速度改变，根据外部气流与姿态变换进行四轴旋翼转速的精准调节。液压马达转速可在短时间中完成调整，响应速度较快。

18、本发明通过液压驱动设计，单个液压马达最大保持扭矩可以达到1000nm，能够为飞行器飞行提供更大的功率，相比于电机驱动使整机飞行续航时间大大提高，减少冗长的充电时间。

19、本发明通过采用集成液压泵与各控制阀，将液压油路内嵌于支撑结构件之中，使整体结构简单紧凑，单个马达重量不足6kg，减少结构体积同时使重量显著降低，飞行过程有效载荷达到400kg。

20、本发明通过液压马达与直线缸调整四轴旋翼转速以及距离机身中心距离，便于利用不同轴的差速和位置调节姿态，相关控制系统设计更为灵活。

21、本发明通过与机身活动连接的液压驱动球形关节，实时调节保持机身水平，提高机乘人员的舒适性和安全性。

22、本发明通过液压驱动降噪设计，飞行过程中不对周边环境造成噪音污染，满足环境保护相关需求。

技术特征：

1.一种高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，该飞行器包括旋翼控制机构、支撑机构和飞行器机身；

2.根据权利要求1所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述旋翼控速模块包括航空油箱、控速电机泵、伺服阀、平衡阀、单向阀、溢流阀、液压马达和依次串联上述元件的控速油路；所述控速电机泵从航空油箱中吸油，外部液压油流经液压控制系统、油口阀块以及控速油路到液压马达，通过伺服阀调整各分支油路中液压油流量控制液压马达转速，对旋翼转速进行精准调节。

3.根据权利要求1所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述旋翼伸缩模块包括航空油箱、调节电机泵、比例换向阀、平衡阀、单向阀、溢流阀、双向液压锁、直线缸和依次串联上述元件的调节油路；所述调节电机泵从航空油箱中吸油，外部液压油流经液压控制系统、油口阀块以及调节油路到直线缸，通过比例换向阀控制直线缸伸缩距离与自锁，进而带动连接杆在支撑机构中空油路通管中前后滑动并在指定位置锁定；连接杆一端连接直线缸活塞杆，另一端连接液压马达，使液压马达沿左右两侧导轨滑动，进而改变旋翼距离支撑机构的主固定台中心距离。

4.根据权利要求1所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述支撑机构由油路通管、固定架、马达滑动架、固定架连接块和主固定台构成；主固定台通过油路通管与四处马达滑动架相连接，向液压马达输送液压油；马达滑动架两侧由固定架紧固，另一端连接固定架连接块防止油路通管变形损坏。

5.根据权利要求1所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述支撑机构与飞行器机身通过液压驱动球形关节进行活动连接；液压驱动球形关节基于机身安装的水平仪信号反馈，通过摆动马达控制飞行器机身与支撑机构间夹角，进而保证机身水平。

6.根据权利要求3所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述支撑机构构中内嵌控速油路和调节油路进行液压油液传输，连接杆处通过可伸缩油管连接内嵌油路与液压马达油口；减少外部环境对油路损坏，同时结构功能一体化。

7.根据权利要求3所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述的液压马达与直线缸油口处均布置有流量计，检测油路中液压油流量数值进行反馈调节。

8.根据权利要求1所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述的直线缸活塞杆与位移传感器伸缩杆连接，通过位移传感器伸缩杆移动测得旋翼的位移。

9.根据权利要求1所述的高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，其特征在于，所述液压飞行器采用对称布置的四处旋翼提供升力，旋翼产生的横向旋转扭矩两两抵消，避免机身旋转。

技术总结本发明公开了一种高扭矩密度的可伸缩四轴旋翼液压飞行器，包括旋翼控制机构、支撑机构和飞行器机身；旋翼控制机构固定于支撑机构之上，其中旋翼控速模块控速电机泵从油箱吸油，通过伺服阀控制控速油路液压油流量来调整旋翼液压马达的转速，进而改变连接的旋翼旋转速度；旋翼伸缩模块用于基于调节电机泵通过油路来控制直线缸活塞杆伸出距离，调整旋翼距离中心距离；支撑机构通过液压驱动球形关节与飞行器机身活动连接，当机身发生角度倾斜时，液压驱动球形关节通过机身安装的水平仪倾斜角度信号反馈，调节全周液压马达控制机身与支撑机构间夹角，以保证机身位置水平。技术研发人员：张军辉,刘津源,纵怀志,黄伟迪,苏琦,艾吉昆,王丹丹,徐兵受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/5/19