一种垂直起降的模型飞机.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 101837195 B (45)授权公告日 2012.02.08 CN 101837195 B *CN101837195B* (21)申请号 201010004074.4 (22)申请日 2010.01.21 A63H 27/133(2006.01) A63H 27/14(2006.01) (73)专利权人 罗之洪 地址 510000 广东省广州市番禺区鱼窝头太 石工业区广州市华科尔科技有限公司 (72)发明人 罗之洪 (74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 代理人 禹小明 CN 201744174 U,2011.02.16, CN 2013。

2、56982 Y,2009.12.09, CN 101314409 A,2008.12.03, DE 20215459 U1,2003.03.06, CN 201744174 U,2011.02.16, (54) 发明名称 一种垂直起降的模型飞机 (57) 摘要 本发明涉及玩具模型飞机领域， 所要解决的 技术问题是设计一种高仿真 V-22 鱼鹰的模型飞 机， 能够具备 V-22 鱼鹰的飞行特性， 并且能够缩 小到玩具规格大小。本发明所设计的垂直起降的 模型飞机， 包括机身， 从机身两侧向外延伸的固定 机翼， 设置在机身尾部的尾翼， 所述两个机翼末端 各设有一个螺旋桨发动机， 两个螺旋桨发动机的 。

3、旋翼转动方向相反， 通过一个沿机翼分布的转轴 机构连接成一个整体， 机身内部安装有转轴驱动 结构， 所述转轴驱动机构带动转轴机构转动， 驱动 转轴机构两端的螺旋桨发动机在垂直方向和水平 方向之间同步转动。 (51)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 吴全伟 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 7 页 CN 101837195 B1/1 页 2 1. 一种垂直起降的模型飞机， 包括机身， 从机身两侧向外延伸的固定机翼， 设置在机身 尾部的尾翼， 其特征在于所述两个固定机翼末端各设有一个螺旋桨发动机， 两个螺旋桨发 动机的旋翼转动。

4、方向相反， 通过一个沿所述固定机翼分布的转轴机构连接成一个整体 ； 机 身内部安装有转轴驱动结构， 所述转轴驱动结构带动转轴机构转动， 驱动转轴机构两端的 螺旋桨发动机在垂直方向和水平方向之间同步转动 ； 所述转轴机构包括一根横穿两片固定 机翼转轴， 设置在转轴中部与转轴驱动结构配合的齿轮组， 以及套接在转轴两侧、 用于支撑 转轴转动的支架管。 2. 根据权利要求 1 所述的垂直起降的模型飞机， 其特征在于所述螺旋桨发动机包括旋 转式短舱和设置在旋转式短舱前端的旋翼， 旋转式短舱内安装有旋翼驱动机构和旋翼螺距 控制机构。 3. 根据权利要求 2 所述的垂直起降的模型飞机， 其特征在于所述旋翼包。

5、括中心毂、 至 少有三片旋翼片和相应数量的翼片夹， 翼片夹通过均匀分布在中心毂外围的径向转轴与中 心毂连接， 夹持旋翼片转动变化旋翼螺距 ； 中心毂设有一延伸至旋转式短舱内部的旋翼轴， 旋翼驱动机构包括电机和齿轮组， 设置在旋翼轴的末端， 螺距控制机构包括螺距控制舵机、 旋转斜盘和多个拉杆， 设置于旋翼轴的中部。 4. 根据权利要求 3 所述的垂直起降的模型飞机， 其特征在于旋转斜盘包括上盘和下 盘， 通过中部的球铰与旋翼轴倾动连接 ； 所述下盘外围设置有在同一直线上的两个转动节 点， 以及在垂直于转动节点所在直线的倾动控制节点， 转动节点支撑在一个旋转座上， 倾动 控制节点通过一个下拉杆与螺。

6、距控制舵机连接 ； 所述上盘外围均匀分布有与旋翼片相应数 量的螺距控制节点， 翼片夹侧面设有偏心控制端， 螺距控制节点与翼片夹偏心控制端通过 相应数量的上拉杆连接。 5. 根据权利要求 4 所述的垂直起降的模型飞机， 其特征在于所述在上盘外围与下盘倾 动控制节点相对的位置上设置有一个定位节点， 定位节点通过一个与旋翼轴同步转动的定 位座连接到旋翼轴上， 定位座限制上盘无法左右倾动。 6. 根据权利要求 1 至 5 任一项所述的垂直起降的模型飞机， 其特征在于所述齿轮组上 设有电位器， 用于测量转轴旋转的角度。 7. 根据权利要求 1 至 5 任一项所述的垂直起降的模型飞机， 其特征在于所述固定。

7、机翼 后缘设有控制飞机横向操作的副翼， 尾翼包括平行尾翼和设在平行尾翼两端的垂直尾翼， 平行尾翼上后缘设有升降舵， 两片垂直尾翼后缘设有方向舵 ； 上述副翼、 升降舵和方向舵分 别通过独立的巡航控制舵机控制。 8. 根据权利要求 7 所述的垂直起降的模型飞机， 其特征在于所述巡航控制舵机通过连 杆机构连接副翼、 升降舵和方向舵， 所述连杆机构包括摆杆、 延伸拉杆和夹片， 延伸拉杆的 两端通过球铰连接夹片和摆杆的一端， 摆杆的另一端与巡航控制舵机连接， 夹片连接副翼 或升降舵或方向舵。 权 利 要 求 书 CN 101837195 B1/4 页 3 一种垂直起降的模型飞机 技术领域 0001 本。

8、发明涉及玩具模型飞机领域， 更具体的说是一种同时具备直升飞机和固定翼飞 机飞行特性的垂直起降的模型飞机。 背景技术 0002 直升飞机是通过转动旋翼产生空气浮力进行飞行， 通过改变旋翼上升力的大小和 旋翼拉力倾斜的方向， 可以控制飞机保持或改变飞行状态， 具有垂直起降、 空中悬停等优 点， 但是巡航速度慢， 安全性差。 普通固定翼飞机通过控制在机翼上下快速流动所形成的压 力差产生空气浮力进行飞行， 通过改变副翼或升降舵或方向舵的角度， 能够进行高速巡航 并且具有较高的安全性， 但是起飞距离长， 无法进行空中悬停。本世纪五六十年代美国、 加 拿大和欧洲一些公司竞相掀起了一股研制集直升机和固定翼飞。

9、机优点于一身的倾斜旋翼 机的热潮， 其中贝尔直升机公司和波音直升机公司根据美国国防部提出的多用途垂直起降 飞机研制计划 (JVX 计划 ) 而研发的 V-22 鱼鹰多用途飞机为少数获得成功的典型。 0003 V-22 鱼鹰也叫倾转旋翼机， 是在类似固定翼飞机机翼的两翼尖处， 各装一套可在 水平位置与垂直位置之间转动的旋翼倾转系统组件， 当飞机垂直起飞和着陆时， 旋翼轴垂 直于地面， 呈横列式直升机飞行状态， 并可在空中悬停、 前后飞行和侧飞 ； 在倾转旋翼机起 飞达到一定速度后， 旋翼轴可向前倾转 90角， 呈水平状态， 旋翼当作拉力螺旋桨使用， 此 时倾转旋翼机能像固定翼飞机那样以较高的速度。

10、作远程飞行。 倾转旋翼机是一种性能独特 的旋翼飞行器。它既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力， 又具有涡轮螺旋桨飞机 的高速巡航飞行的能力。 0004 模型飞机是随着真实飞机的发展而发展的， 类似 V-22 鱼鹰的倾转旋翼机是一种 全新的飞机结构， 不同于以往的直升飞机或固定翼飞机。要将 V-22 鱼鹰修改成模型飞机难 度很大， 所以现有的模仿 V-22 鱼鹰的模型飞机很多只是停留在外形上的仿真或者只是具 备了直升飞机功能部分。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是设计一种高仿真 V-22 鱼鹰的模型飞机， 能够具备 V-22 鱼鹰的飞行特性， 并且能够缩小到玩具规格大小。 00。

11、06 作为真实的飞机， 需要考虑多方面问题 ： 在机体必须具备容纳一定的乘客或货物 的空间， 需要有强大的动力能够携带重物高速飞行， 外壳在高空必须密封且能够承受高压， 机体内需要有复杂的电控链路布线等等。然而模型飞机无需考虑这些问题， 其外壳和支架 可以采用很轻的 PVC 塑料制成， 内部空间可以完全用于安装电气或机械结构， 无需用于运 载人员或货物， 发动机动力只需能够满足自身飞行需要即可。介于上述真实飞机与模型飞 机的区别， 本发明所设计的垂直起降的模型飞机， 包括机身， 从机身两侧向外延伸的固定机 翼， 设置在机身尾部的尾翼， 所述两个机翼末端各设有一个螺旋桨发动机， 两个螺旋桨发动 。

12、机的旋翼转动方向相反， 通过一个沿机翼分布的转轴机构连接成一个整体， 机身内部安装 说 明 书 CN 101837195 B2/4 页 4 有转轴驱动结构， 所述转轴驱动机构带动转轴机构转动， 驱动转轴机构两端的螺旋桨发动 机在垂直方向和水平方向之间同步转动。 0007 本发明采用螺旋桨发动机替代真实飞机所采用的涡轮轴发动机， 对于模型来说， 机身的重量很小， 无需承载人或货物， 所以螺旋桨发动机已经能够满足模型飞机的垂直起 降和巡航之用。由于模型机体内无需留有空间用于容纳人或货物， 所以转轴驱动结构直接 安装在机身内部， 直接驱动转轴机构带动两个发动机在垂直方向和水平方向之间同步转 动。采用。

13、横跨机身和机翼的转轴机构， 一方面采用机械同步的方式能够保证发动机转动的 同步， 另一方面相对于真实飞机在机翼末端各设置一个旋翼倾转系统组件的方式大大简化 了结构， 无需复杂的电控同步机构。 0008 本发明的模型飞机在螺旋桨发动机垂直状态的时候能够通过改变螺旋桨的螺距 实现飞机的垂直升降和空中悬停， 通过改变旋翼轴的倾斜方向和螺距相配合， 能够实现飞 机的前后飞行和侧飞。将螺旋桨发动机旋转到水平状态， 并将螺旋桨的螺距固定在特定的 数值上， 则能够进行巡航飞行。可以看出本发明的模型飞机在功能和工作状态上与真实的 V22 鱼鹰飞机是没有任何区别的， 达到了高度仿真的程度。在结合了模型飞机的特性。

14、后， 本 发明简化了真实飞机的驱动结构， 使全新的驱动结构能够适用于模型飞机的尺寸， 缩小到 0.53米的之内。 相对于现有对V22鱼鹰的半仿真或只是外形仿真的模型飞机来说， 本发 明全仿真的设计具有突出的实质性特点和显著的进步。 附图说明 0009 图 1 为本发明垂直升降或空中悬停状态的示意图 ； 0010 图 2 为图 1 的内部结构示意图 ； 0011 图 3 为本发明巡航飞行状态的示意图 ； 0012 图 4 为螺旋桨发动机的放大图 ； 0013 图 5 为螺旋桨发动机的结构分解图 ； 0014 图 6 为旋转斜盘的放大图 ； 0015 图 7 为螺旋桨发动机在图 1 状态的工作原理。

15、图 ； 0016 图 8 为图 7 中部分结构放大图 ； 0017 图 9 为图 7 中部分结构放大图 ； 0018 图 10 为图 7 中部分结构放大图 ； 0019 图 11 为图 3 状态的结构分解图 ； 0020 图 12 为转轴机构的放大图 ； 0021 图 13 连杆机构的结构分解图。 具体实施方式 0022 以下结合附图对本发明作进一步的说明。 0023 本发明涉及了如图 1 的模型飞机， 包括机身 1， 从机身 1 两侧向外延伸的固定机翼 2， 设置在机身 1 尾部的尾翼 3。两个机翼 2 末端各设有一个螺旋桨发动机 4、 5， 两个螺旋桨 发动机 4、 5 的旋翼 42、 5。

16、2 转动方向相反， 相互抵消机身的转动。在飞机底部两侧及机头下 方各设有一个滑轮6。 图1为模型飞机垂直升降或空中悬停时， 螺旋桨发动机4、 5的工作状 说 明 书 CN 101837195 B3/4 页 5 态， 从飞机正面看过去， 旋翼 42 为顺时针转动， 旋翼 52 为逆时针转动， 如图中箭头所示。旋 翼 42、 52 的转动产生向上的拉力， 通过调节旋翼 42、 52 转动的螺距来调节拉力的大小。当 拉力大于飞机自身重力时能够拉动飞机垂直起飞， 当拉力等于重力时能够保持飞机在空中 处于悬停的状态， 当拉力小于重力的时候， 能够控制飞机平稳的下降。 0024 如图 2 的内部结构所示，。

17、 可以看出螺旋桨发动机 4、 5 包括旋转式短舱 41、 51 和设 置在旋转式短舱41、 51前端的旋翼42、 52， 旋转式短舱41、 51内安装有旋翼42、 52驱动机构 和旋翼螺距控制机构。旋转式短舱 41、 51 通过一个沿机翼分布的转轴机构 8 连接成一个整 体， 转轴机构 8 横跨机身 1， 机身 1 内部安装有转轴驱动结构 9， 所述转轴驱动机构 9 带动转 轴机构 8 转动， 驱动转轴机构 8 两端的螺旋桨发动机 4、 5 在垂直方向和水平方向之间同步 转动， 如图中箭头转动方向为驱动螺旋桨发动机 4、 5 从垂直方向向水平方向转动。 0025 螺旋桨发动机 4、 5 转动至。

18、水平方向如图 3 所示， 为巡航状态。此时， 旋翼 42、 52 被 锁定在特定的螺距上， 旋转所带来的拉力变成向前的推力， 推动飞机巡航飞行。 在巡航飞行 状态中， 如普通模型固定翼飞机一样， 通过副翼、 升降舵和方向舵来控制飞机的飞行状态。 如图所示固定机翼 2 后缘设有控制飞机横向操作的副翼 21， 尾翼 3 包括平行尾翼 31 和设 在平行尾翼 31 两端的垂直尾翼 32， 平行尾翼 31 上后缘设有升降舵 311， 两片垂直尾翼 32 后缘设有方向舵321 ； 上述副翼21、 升降舵311和方向舵321分别通过独立的巡航控制舵机 73、 72 和 71 控制。 0026 除了上述两种。

19、飞行状态外， 本发明还以将螺旋桨发动机 4、 5 转动至与垂直方向成 一定角度， 如在正向的 10 80之间或逆向的 10 80之间， 在这种状态下， 调节合 适的旋翼 42、 52 螺距产生适当的拉力， 可以实现飞机向前或向后飞行。 0027 螺旋桨发动机的详细结构如图4、 5所示， 以螺旋桨发动机5为例， 包括旋转式短舱 51 和设置在旋转式短舱 51 前端的旋翼 52。所述旋翼 52 包括中心毂 521、 三片旋翼片 524 和三个翼片夹 523， 翼片夹 523 后端通过均匀分布在中心毂 521 外围的三个径向转轴 522 与中心毂 521 连接， 翼片夹 523 前端夹持旋翼片 52。

20、4 绕转轴 522 转动变化旋翼 52 螺距。中 心毂 521 设有一延伸至旋转式短舱 51 内部的旋翼轴 513， 驱动机构包括电机 511 和齿轮组 512， 设置在旋翼轴513的末端， 螺距控制机构包括螺距控制舵机514、 旋转斜盘53和多个拉 杆， 设置旋翼轴 513 的中部。 0028 旋转斜盘53的详细结构如图6所示， 包括上盘532和下盘531， 中间嵌入卷簧533， 通过中部的球铰 534 与旋翼轴 513 倾动连接， 卷簧 533 嵌在上盘 532 和下盘 531 于球铰 534 之间。 所述下盘531外围设置有在同一直线上的两个转动节点535， 以及在垂直于转动节点 535。

21、 所在直线的倾动控制节点 536， 转动节点 535 支撑在一个由两片支撑片 541 构成的旋转 座上， 倾动控制节点536通过一个下拉杆542与螺距控制舵机514连接。 所述上盘532外围 均匀分布有与旋翼片相应数量的螺距控制节点 537， 翼片夹 523 侧面设有偏心控制端 526， 螺距控制节点 537 与翼片夹偏心控制端 526 通过相应数量的上拉杆 543 连接。结合图 8 可 以详细的看到转配后的连接结构， 图 7 看出整体的装配结构。 0029 以下结合图 7 说明螺旋桨发动机的工作原理， 电机 511 通过齿轮组 512 驱动旋翼 轴 513 转动， 旋翼轴 513 的带动其前。

22、端的三片旋翼片 524 转动， 供给飞机起降、 悬停及巡航 等动作的动力。在螺旋桨发动机 4、 5 处于非水平状态时， 即飞机处于起降或者是前后侧飞 的时候， 需要改变螺旋桨发动机 4、 5 的螺距， 调整发动机对飞机的拉力， 以平衡飞机自身重 说 明 书 CN 101837195 B4/4 页 6 力， 达到改变飞机的飞行状态的目的。螺旋桨发动机的螺距的变化通过螺距控制舵机 514 进行控制， 如图 7 所示， 螺距控制舵机 514 通过下拉杆 542 拉动支撑于支撑片 541 上的下盘 531 倾动， 如图 9 所示。下盘 531 的倾动带动上盘 532 的倾动， 上盘 532 再通过上拉。

23、杆 543 拉动翼片夹 523 侧面的偏心控制端 526， 从而带动翼片夹 523 所夹持的旋翼片 524 的螺距 的变化。在螺旋桨发动机 4、 5 处于水平状态时， 即飞机处于巡航飞行状态时， 螺距控制舵机 514 控制旋翼片 524 的螺距固定在特定值上， 不进行变化。 0030 为了保证上盘 532 仅在一个方向上倾动， 本发明在上盘 532 外围与下盘倾动控制 节点 536 相对的位置上设置有一个定位节点 538， 定位节点 538 通过一个与旋翼轴 513 同 步转动的定位座连接到旋翼轴 513 上， 定位座由连接件 544 和固定夹 545 构成， 两者转动连 接。 装配后的结构如。

24、图10所示， 定位座与下拉杆542在同一平面上， 定位座将限制上盘532 无法左右倾动。 0031 如图 11 所示的本发明的结构分解图， 机身 1 包括由上、 中、 下三层结构 13、 14、 15 构成的主体， 主体前端通过前支架 12 连接机头壳体 11， 末端通过后支架 16 连接尾翼 3。下 层结构 15 上设有电池盒 18， 并设有盒盖 17， 在机头壳体 11 内部安装有无线接收模块 19 及 相关的电路结构。转轴机构 8 及转轴驱动结构 9 安装在中层结构 14 上， 结合图 12 可以看 出其详细结构。 如图所示， 转轴机构8包括一根横穿两片固定机翼2的转轴81， 设置在转轴。

25、 81 中部与转轴驱动结构 9 配合的齿轮组 82， 以及套接在转轴 81 两侧、 用于支撑转轴 81 转 动的支架管 84， 转轴 81 两端设有轴承 85。并在所述齿轮组 82 上设有电位器 83， 用于测量 转轴 81 旋转的角度。当需要改变螺旋桨发动机 4、 5 的角度的时候， 通过转轴驱动结构 9 带 动螺杆 91 转动， 螺杆 91 驱动齿轮组 82 带动转轴 81 旋转， 从而实现调整连接在转轴 81 两 端的螺旋桨发动机 4、 5 转动的角度。通过电位器 83 能够准确的测量转轴 81 旋转的角度， 从而反馈到控制电路以控制转轴驱动结构 9 对螺旋桨发动机 4、 5 转动角度的。

26、准确定位。 0032 所述巡航控制舵机 73、 72、 71 通过连杆机构连接副翼 21、 升降舵 311 和方向舵 321， 如图 13 所述连杆机构包括摆杆 74、 延伸拉杆 75 和夹片 76， 延伸拉杆 75 的两端通过球 铰连接夹片 76 和摆杆 74 的一端， 摆杆 74 的另一端与巡航控制舵机连接， 夹片 76 连接副翼 21 或升降舵 311 或方向舵 321。上述结构在飞机巡航飞行的时候， 控制飞机的在空中升降、 转向等动作。 说 明 书 CN 101837195 B1/7 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 101837195 B2/7 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 101837195 B3/7 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 101837195 B4/7 页 10 图 7 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 101837195 B5/7 页 11 图 10 说 明 书 附 图 CN 101837195 B6/7 页 12 图 11 说 明 书 附 图 CN 101837195 B7/7 页 13 图 12 图 13 说 明 书 附 图 。