(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111280815.6 (22)申请日 2021.11.01 (71)申请人 莫海华 地址 530000 广西壮 族自治区南宁市西乡 塘区人民西路50号永新城1栋8单元 602房 (72)发明人 莫海华　康倩　 (74)专利代理 机构 广州嘉权专利商标事务所有 限公司 4 4205 代理人 陈春芹 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) B64F 5/00(2017.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 旋翼变距摇臂尺寸优化方法及使用其的无 人直升机 (57)摘要 本发明公开了旋翼变距摇臂尺寸优化方法 及使用其的无人直升机， 用于旋翼可折叠的直升 机， 包括： 步骤1， 基于直升机的挥舞铰外伸量e， 获取旋翼的挥舞频率、 洛 克数、 时间常数； 步骤2， 基于挥舞频率、 洛克数、 时间常数、 横向操纵输入 变矩角和纵向操纵输入变矩角， 获取旋翼的锥度 角、 后倒角和侧倒角； 步骤3， 基于锥度角、 后倒角 和侧倒角， 获取旋翼的俯仰控制力矩和滚转控制 力矩； 步骤4， 基于俯仰控制力矩或滚转控制力 矩， 获取旋翼的纵向周期变距 值和横向周期变距 值； 步骤5， 通过 纵向周期变距值和横向周期变距 值反向获取变矩摇臂的相位角， 以得到变距摇臂 的不同相位角 对应的俯仰控制力矩或滚转控制 力矩。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 114218689 A 2022.03.22 CN 114218689 A 1.一种旋翼变距摇臂尺寸优化方法， 用于具有挥舞铰且旋翼可折叠的直升机， 其特征 在于， 包括： 步骤1， 基于直升 机的挥舞铰外伸量e， 获取旋翼的挥舞 频率P、 洛克 数γ、 时间常数τ； 步骤2， 基于所述挥舞频率P、 所述洛克数γ、 所述时间常数τ、 横向操纵输入变矩角A1和 纵向操纵输入变矩角B1， 获取旋翼的锥度角a0、 后倒角a1和侧倒角b1； 步骤3， 基于所述锥度角a0、 所述后倒角a1和所述侧倒角b1， 获取旋翼的俯仰控制力矩Mw 和滚转控制力矩Lw； 步骤4， 基于所述俯仰控制力矩Mw或所述滚转控制力矩Lw， 获取旋翼的纵向周期变距值 和横向周期变距值； 步骤5， 通过所述纵向周期变距值和所述横向周期变距值反向获取变矩摇臂 的相位角 θ， 以得到所述变距摇臂的不同相位角 θ 对应的所述俯仰控制力矩Mw或所述滚转控制力矩Lw。 2.根据权利要求1所述的旋翼变距摇臂尺寸优化方法， 其特征在于： 在步骤1中， 所述挥 舞频率P的计算公式如下： 其中， P为挥舞频率比， Kβ为挥舞铰弹性系数， e为挥舞铰外伸量， Mβ为挥舞铰质量矩， Iβ 为挥舞铰惯性矩， Ω为旋翼的转速； 所述洛克 数γ的计算公式如下： 其中， ρ 为空气密度， a为桨叶翼型升力线斜 率系数， c为桨叶的平均气动弦长 。 所述时间常数τ 的计算公式如下： 其中， Ω为旋翼的转速， γ为所述洛克 数。 3.根据权利要求1所述的旋翼变距摇臂尺寸优化方法， 其特征在于： 在步骤2中， 通过一 阶挥舞动力学 方程组， 获取旋翼的锥度角a0、 后倒角a1和侧倒角b1， 其具体方程如下： 其中， θ0为总矩角， g为重力加速度值， Δ为旋翼 旋转方向修正系数， 右旋为1， 左旋为 ‑1， ηc为动态耦合 率， ηcc为操纵耦合 率， q为俯仰角速度， p为滚转角速度。 4.根据权利要求3所述的旋翼变距摇臂尺寸优化方法， 其特征在于： 在步骤2中， 所述动 态耦合率 ηc和和操纵耦合 率 ηcc通过下式计算： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218689 A 2其中， P为挥舞 频率比， γ为所述洛克 数。 5.根据权利要求1所述的旋翼变距摇臂尺寸优化方法， 其特征在于： 在步骤3 中， 通过气 动力矩计算方程， 获取旋翼的俯仰控制力矩Mw和滚转控制力矩Lw， 其具体方程如下： 其中， Nb为桨叶的片数， 为挥舞铰外伸无量纲量， R为旋翼半径。 6.根据权利要求5所述的旋翼变距摇臂尺寸优化方法， 其特征在于： 在步骤3 中， 所述相 位角 θ与所述横向操纵输入变矩角A1、 所述纵向操纵输入变矩角B1通过下式关联： 7.一种无人直升机， 其特征在于， 包括： 所述变距摇臂的相位角 θ根据权利要求1至6任 一项所述的旋翼变距摇臂 尺寸优化方法确定 。 8.根据权利要求7所述的无人直升机， 其特征在于： 包括机身； 共轴设置的上旋翼和下 旋翼， 所述上旋翼和所述下旋翼设置于所述机身的顶部， 所述上旋翼包括不少 于两个的上 旋翼旋转单 元， 所述下旋翼包括 不少于两个的下旋翼旋转单 元； 所述上旋翼旋转单元包括上桨叶450； 上摆振铰440， 所述上桨叶450安装于所述上摆振 铰440上； 上挥舞铰430， 所述上挥舞铰430外伸量e不小于无人机机身半径， 所述上摆振铰 440安装于所述上挥舞铰430上， 所述上桨叶450通过所述上摆振铰440绕所述上挥舞铰430 向下转动贴合至所述机身上； 所述下旋翼旋转单元包括下桨叶； 下摆振铰， 所述下桨叶安装于所述下摆振铰上； 下挥 舞铰， 所述下挥舞铰外伸量e不小于无人机机身半径， 所述下摆振铰安装于所述下挥舞铰 上， 所述下桨叶通过 所述下摆 振铰绕所述下挥舞铰向下转动贴合至所述机身上。 9.根据权利要求7所述的无人直升机， 其特征在于： 包括机身； 共轴设置的上旋翼和下 旋翼， 所述上旋翼和所述下旋翼设置于所述机身的顶部， 所述上旋翼包括不少 于两个的上 旋翼旋转单 元， 所述下旋翼包括 不少于两个的下旋翼旋转单 元； 所述上旋翼旋转单元包括根部为柔性材料制作的上桨叶450； 上挥舞铰430， 所述上挥 舞铰430外伸量e不小于无人机机身半径， 所述上桨叶450的根部安装于所述上挥舞铰430 上， 所述上桨叶45 0通过所述上挥舞铰43 0向下转动贴合至所述机身上； 所述下旋翼旋转单元包括根部为柔性材料制作的下桨叶； 下挥舞铰， 所述下挥舞铰外 伸量e不小于无人机机身半径， 所述下桨叶的根部安装于所述下挥舞铰上， 所述下桨叶通过 所述下挥舞铰向下转动贴合至所述机身上。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218689 A 3