CN101973394A

CN101973394A - 六旋翼飞行器

Info

Publication number: CN101973394A
Application number: CN 201010529576
Authority: CN
Inventors: 白越; 高庆嘉; 孙强; 续志军
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2011-02-16

Abstract

本发明涉及飞行器领域，特别是一种六旋翼飞行器。本发明包括机体、六个旋翼、动力装置和装在机体内的电控系统，动力装置与旋翼直接相连或装在机体内部通过传动装置与旋翼相连，所说的机体设有六个连接杆，分布在机体周围，连接杆的外端装有旋翼，所说的六个旋翼的旋转面与机体坐标系的XOY平面形成六个倾角，每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的倾角相等，两个旋翼分别安装正反桨，旋转方向相反。本发明通过旋转平面非平行的六个旋翼的转速控制实现了三轴运动和姿态的完全解耦，该飞行器具有高度的机动性，可以实现垂直起降、快速前飞、倒飞、悬停、飞行中任意方向改变。

Description

六旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，特别是一种六旋翼飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停等功能的旋翼类飞行器，不但在军事领域发挥着重要的作用，在灾害现场救助，危险环境探查、交通监视或者空中拍摄等领域也展示出巨大应用潜力，已受到广泛关注。

当前旋翼类飞行器主要有单旋翼(主旋翼+尾桨)直升机、双悬翼(共轴反桨)直升机以及四旋翼飞行器三种结构形式，比如美国麦道公司的MH-16直升机、俄罗斯的卡-29直升机、德国Microdrone公司、加拿大Dranganflyer公司的四旋翼飞行器等。单旋翼直升机或共轴反桨直升机需要尾桨来消除旋翼对机体产生的扭力，四旋翼飞行器通过对角线上正反旋翼消除对机体产生的扭力。上述旋翼飞行器共同存在的问题是：其自身都是一个运动耦合系统，在飞行中的方向和姿态是耦合的，灵活性和稳定性较差，且飞行器的升力和重量比较低，设计成小型飞行器时带载能力很差。因此，研制出一种具有高度的姿态稳定性和可控性的新型结构飞行器势在必行。

发明内容

针对上述问题，为解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种六旋翼飞行器，可有效解决目前垂直起降的飞行器的灵活性和稳定性较差，且飞行器的升力和重量比较低的问题。

本发明解决技术问题采用的技术方案是，六旋翼飞行器，包括机体、六个旋翼、动力装置和装在机体内的电控系统，动力装置与旋翼直接相连或装在机体内部通过传动装置与旋翼相连，所说的机体设有六个连接杆，分布在机体周围，连接杆的外端装有旋翼，所说的六个旋翼的旋转面与机体坐标系的XOY平面形成六个倾角，每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的倾角相等，两个旋翼分别安装正反桨，旋转方向相反。

本发明通过旋转平面非平行的六个旋翼的转速控制实现了三轴运动和姿态的完全解耦，该飞行器具有高度的机动性，可以实现垂直起降、快速前飞、倒飞、悬停、飞行中任意方向改变。

附图说明

图1表示本发明六旋翼飞行器的结构示意图。

图2表示本发明六旋翼飞行器的实施例1的结构示意图。

图3表示本发明六旋翼飞行器的实施例2的结构示意图。

图4表示本发明六旋翼飞行器的实施例3的结构示意图。

图中：1、机体，2、第一旋翼，3、第二旋翼，4、第三旋翼，5、第四旋翼，6、第五旋翼，7、第六旋翼，8、动力装置，9、电控系统，10、第一连接杆，11、第二连接杆，12、第三连接杆，13、第四连接杆，14、第五连接杆，15、第六连接杆。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

由图1所示，本发明的六旋翼飞行器，包括机体1、六个旋翼、动力装置8和装在机体1内的电控系统9，动力装置8与旋翼直接相连或装在机体1内部通过传动装置与旋翼相连，其特征在于，所说的机体1设有六个连接杆，分布在机体1周围，连接杆的外端装有旋翼，所说的六个旋翼的旋转面与机体1坐标系的XOY平面形成六个倾角，每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的倾角相等，两个旋翼分别安装正反桨，旋转方向相反。

所说的连接杆呈杆状或空心圆柱体或空心多面体，每个连接杆与相隔两个连接杆的第三个连接杆在一条直线上。

所说的六个旋翼中的每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的几何尺寸相同。

所说的每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的旋转面平行。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

由图2所示，六旋翼飞行器的具体实施例一，包括机体1，连接机体与六个旋翼的第一连接杆10、第二连接杆11、第三连接杆12、第四连接杆13、第五连接杆14、第六连接杆15，分别设置在各连接杆端部上的第一旋翼2、第二旋翼3、第三旋翼4、第四旋翼5、第五旋翼6、第六旋翼7，动力装置8和设置在机体1中的电控系统9。所述的六根连接杆的几何中心线在同一平面上、第一连接杆10与第二连接杆11、第六连接杆15夹角均为30°，第四连接杆与第三连接杆12、第五连接杆14夹角均为30°，每个连接杆与相隔两个连接杆的第三个连接杆在一条直线上，所说的动力装置可以是电机或油机。六个旋翼分别由六个电机直接驱动，每个旋翼的旋转平面与机体坐标系xoy平面间的夹角相等且为30°。第一旋翼2、第三旋翼4、第五旋翼6采用正桨，顺时针旋转，第二旋翼3、第四旋翼5、第六旋翼7采用反桨，逆时针旋转。六个旋翼的几何尺寸及旋转中心到机体质心的距离相同。飞行器飞行原理如下，以沿z轴为例：当六个旋翼均按图2所示方向以一定转速等速旋转时，该飞行器合扭力为零，当六个旋翼产生的升力在z轴的合力与重力相等时，该飞行器在一定高度悬停；当六个旋翼等速增加或减小时，该飞行器可沿z轴方向上升或下降。当第一旋翼2、第三旋翼4、第五旋翼6等速增加(减小)，第二旋翼3、第四旋翼5、第六旋翼7等速减小(增加)时，该飞行器可绕z轴滚转。沿x轴和y轴方向飞行原理与沿z轴方向飞行原理相同，绕x轴和y轴滚转原理与绕z轴滚转原理相同。根据力的合成定理，可知飞行器可在空间向任意方向飞行和机动。因此，该飞行器通过调节六个旋翼的转速，即可灵活地实现垂直起降、悬停、不同方向的平飞和滚动等运动。由于六个旋翼旋转平面非平行安装，使的其升力对机体的合力和合力矩在三个轴方向的六个分量分别可控，因此可以使该飞行器在空中姿态保持不变的前提下改变运动方向，也可以在保持运动方向不变的前提下进行姿态调节，还可以在改变运动方向的同时进行姿态的改变，实现了运动和姿态的完全解耦。

实施例2

由图3所示，六旋翼飞行器包括机体1，连接机体与六个旋翼的第一连接杆10、第二连接杆11、第三连接杆12、第四连接杆13、第五连接杆14、第六连接杆15，分别设置在各连接杆端部上的第一旋翼2、第二旋翼3、第三旋翼4、第四旋翼5、第五旋翼6、第六旋翼7，动力装置8和设置在机体1中的电控系统9。第一连接杆10和第四连接杆13等长，第二连接杆11、第三连接杆12、第五连接杆14和第六连接杆15等长且为第一连接杆10和第四连接杆13的二倍，六根连接杆的几何中心线在同一平面上、各相邻的两根连接杆的几何中心线夹角为60度，第一旋翼2、第二旋翼3、第三旋翼4、第四旋翼5、第五旋翼6、第六旋翼7分别由六个电机直接驱动，第三旋翼4和第六旋翼7、第一旋翼2和第四旋翼5、第二旋翼3和第五旋翼6的旋转平面与机体坐标系xoy平面间的夹角分别为30°、20°、15°，第一旋翼2、第三4、第五旋翼6采用正桨，顺时针旋转，第二旋翼3、第四旋翼5、第六旋翼7采用反桨，逆时针旋转。六个旋翼的几何尺寸相同，旋转中心到机体质心的距离不同。飞行器飞行原理如下，以沿z轴为例：六个旋翼均按图3所示方向以一定转速旋转，当第一旋翼2和第四旋翼5、第二旋翼3和第五旋翼6、第三旋翼4和第六旋翼7转速分别相等时，该飞行器合扭力为零，调节六个旋翼的转速可使六个旋翼产生的升力在z轴的合力与重力相等时，该飞行器在一定高度悬停；分别调节第一旋翼2和第四旋翼5、第二旋翼3和第五旋翼6、第三旋翼4和第六旋翼7的转速变化，当其沿z轴方向升力等速率增加或减小时，该飞行器可沿z轴方向上升或下降。当第一旋翼2、第三旋翼4、第五旋翼6沿z轴的升力等速率增加(减小)，第二旋翼3、第四旋翼5、第六旋翼7沿z轴的升力等速率减小(增加)时，该飞行器可绕z轴滚转。沿x轴和y轴方向飞行原理与沿z轴方向飞行原理相同，绕x轴和y轴滚转原理与绕z轴滚转原理相同。根据力的合成定理，可知飞行器可在空间向任意方向飞行和机动。因此，该飞行器通过调节六个旋翼的转速，即可灵活地实现垂直起降、悬停、不同方向的平飞和滚动等运动。由于六个旋翼旋转平面非平行安装，使的其升力对机体的合力和合力矩在三个轴方向的六个分量分别可控，因此可以使该飞行器在空中姿态保持不变的前提下改变运动方向，也可以在保持运动方向不变的前提下进行姿态调节，还可以在改变运动方向的同时进行姿态的改变，实现了运动和姿态的完全解耦。

实施例3

由图4所示，六旋翼飞行器包括机体1，连接机体与六个旋翼的第一连接杆10、第二连接杆11、第三连接杆12、第四连接杆13、第五连接杆14、第六连接杆15，分别设置在各连接杆端部上的第一旋翼2、第二旋翼3、第三旋翼4、第四旋翼5、第五旋翼6、第六旋翼7，动力装置8和设置在机体1中的电控系统9。第一连接杆10和第四连接杆13等长，第二连接杆11、第三连接杆12、第五连接杆14和第六连接杆15等长且为第一连接杆10和第四连接杆13的二倍，三组旋翼：第一旋翼2与第四旋翼5、第二旋翼3与第五旋翼6、第三旋翼4与第六旋翼7每组几何尺寸相同但组与组间几何尺寸不同，六根连接杆的几何中心线在同一平面上、各相邻的两根连接杆的几何中心线夹角为60度，第一旋翼2、第二旋翼3、第三旋翼4、第四旋翼5、第五旋翼6、第六旋翼7分别由六个电机直接驱动，第三旋翼4和第六旋翼7、第一旋翼2和第四旋翼5、第二旋翼3和第五旋翼6的旋转平面与机体坐标系xoy平面间的夹角分别为30°、20°、15°，第一旋翼2、第三4、第五旋翼6采用正桨，顺时针旋转，第二旋翼3、第四旋翼5、第六旋翼7采用反桨，逆时针旋转。六个旋翼的几何尺寸相同，旋转中心到机体质心的距离不同。飞行器飞行原理如下，以沿z轴为例：六个旋翼均按图4所示方向以一定转速旋转，当第一旋翼2和第四旋翼5、第二旋翼3和第五旋翼6、第三旋翼4和第六旋翼7转速分别相等时，该飞行器合扭力为零，调节六个旋翼的转速可使六个旋翼产生的升力在z轴的合力与重力相等时，该飞行器在一定高度悬停；分别调节第一旋翼2和第四旋翼5、第二旋翼3和第五旋翼6、第三旋翼4和第六旋翼7的转速变化，当其沿z轴方向升力等速率增加或减小时，该飞行器可沿z轴方向上升或下降。当第一旋翼2、第三旋翼4、第五旋翼6沿z轴的升力等速率增加(减小)，第二旋翼3、第四旋翼5、第六旋翼7沿z轴的升力等速率减小(增加)时，该飞行器可绕z轴滚转。沿x轴和y轴方向飞行原理与沿z轴方向飞行原理相同，绕x轴和y轴滚转原理与绕z轴滚转原理相同。根据力的合成定理，可知飞行器可在空间向任意方向飞行和机动。因此，该飞行器通过调节六个旋翼的转速，即可灵活地实现垂直起降、悬停、不同方向的平飞和滚动等运动。由于六个旋翼旋转平面非平行安装，使的其升力对机体的合力和合力矩在三个轴方向的六个分量分别可控，因此可以使该飞行器在空中姿态保持不变的前提下改变运动方向，也可以在保持运动方向不变的前提下进行姿态调节，还可以在改变运动方向的同时进行姿态的改变，实现了运动和姿态的完全解耦。

本发明提供了在机体周边非平行分布的六旋翼飞行器，通过旋转平面非平行的六个旋翼的转速控制实现了三轴运动和姿态的完全解耦，该飞行器具有高度的机动性，可以实现垂直起降、快速前飞、倒飞、悬停、飞行中任意方向改变。

Claims

1.六旋翼飞行器，包括机体(1)、六个旋翼、动力装置(8)和装在机体(1)内的电控系统(9)，动力装置(8)与旋翼直接相连或装在机体(1)内部通过传动装置与旋翼相连，其特征在于，所说的机体(1)设有六个连接杆，分布在机体(1)周围，连接杆的外端装有旋翼，所说的六个旋翼的旋转面与机体(1)坐标系的XOY平面形成六个倾角，每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的倾角相等，两个旋翼分别安装正反桨，旋转方向相反。

2.根据权利要求1所述的六旋翼飞行器，其特征在于，所说的连接杆呈杆状或空心圆柱体或空心多面体，每个连接杆与相隔两个连接杆的第三个连接杆在一条直线上。

3.根据权利要求1所述的六旋翼飞行器，其特征在于，所说的六个旋翼中的每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的几何尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的六旋翼飞行器，其特征在于，所说的每个旋翼与相隔两个旋翼的第三个旋翼的旋转面平行。