CN102424104A - 四旋翼室内飞艇 - Google Patents

Abstract

四旋翼室内飞艇，是为解决现有室内飞艇由于采用矢量驱动的运动和姿态高度耦合而导致的飞控系统复杂，稳定性差，特别是对于室内异型飞艇升力不足和静不稳定，安全性差以及噪音大、成本高等技术问题而设计的。它包括艇囊、四个旋翼组件和吊舱；所述旋翼组件对称布局于艇囊上，每个旋翼组件包含旋翼支撑臂、旋翼电机、护圈和螺旋桨；所述旋翼支撑臂的内端固连在艇囊上，所述旋翼电机固定在旋翼支撑臂外侧，所述螺旋桨安装在旋翼电机的转轴上并由旋翼电机驱动，所述护圈将螺旋桨包围并固定在旋翼电机上。具有结构简单、稳定性和可操作性强，为与人协同完成各种活动提供了可能；由于采用类似四旋翼直升机的增稳控制与飞行原理，具有适应异性艇囊结构、升力不足、静不稳定的特点。其具有节能、安全可靠，无污染、低噪声等特点，可促进室内飞艇的广泛应用。

Description

四旋翼室内飞艇

技术领域：

本发明涉及一种室内飞艇，尤其涉及一种四旋翼室内飞艇的艇体结构。属于室内飞艇设计、制造领域。

背景技术：

室内飞艇是一种有推进装置、利用浮力原理升空、可控飞行的浮空飞行器。一般长度为1～3m，宽度为0.6～2m，为了增强应用效果，而一般采用异性外形，比如恐龙、鲸鱼、桌椅等，因其体积较室外飞艇小、且自重轻，可挂载小型的DV，或根据客户需求搭载特殊载荷如：鲜花、戒指等，此外室内飞艇的艇囊部分多使用聚乙烯或聚氯酯材料制作，内充氦气，颜色多样变化，外形一般采用新奇的异性外形，如：海豚、鲨鱼等等，可广泛应用于婚庆、室内展会展销、室内演唱会等宣传和造势活动。但是现有的室内飞艇，一般通过设置在吊舱的2台可旋转电机与螺旋桨产生矢量推力，并通过安装于艇囊尾部的方向舵控制室内飞艇的方向、升降和前进后退等，这种布局造成运动机构多，可靠性下降，耦合度高，很难适应室内飞艇异性外形而导致的静不稳定和升力不足问题，并很难实现实时有效地控制，同时也降低了室内飞艇的平衡性和稳定性。

发明内容

本发明是为了解决现有室内飞艇由于采用矢量驱动的运动和姿态高度耦合而导致的飞控系统复杂，稳定性差，特别是对于室内异性飞艇升力不足和静不稳定，安全性差以及噪音大、成本高等技术问题而设计的。本发明提供了一种内部结构简洁的四旋翼室内飞艇，它包括艇囊、旋翼组件和吊舱；四个所述旋翼组件对称布局于艇囊上，每个旋翼组件包含旋翼支撑臂、旋翼电机、护圈和螺旋桨；所述旋翼支撑臂的内端固连在艇囊上，所述旋翼电机固定在旋翼支撑臂外侧，所述螺旋桨安装在旋翼电机的转轴上并由旋翼电机驱动，所述护圈将螺旋桨包围并固定在旋翼电机上；在所述室内飞艇吊舱内配置有增稳控制器。

本发明的特点及有益效果：四旋翼室内飞艇具有很好的平衡性，能以较低飞行速度或较低能耗时较长时间地保持飞行高度，为与人协同完成各种活动提供了可能，同时也减少了对电能的消耗。四旋翼对称布局模式，具有自动适应飞艇多数采用异形外形的设计能力，通过增稳控制器而解决了异形外形而导致的静不稳定问题，并通过四旋翼的升力弥补了异形外形而导致的升力不足的问题。艇囊可采用任何应用期望的结构形式，特别符合室内飞艇的应用需求。特别是通过四旋翼组件和增稳控制器使其具有优良的垂直起降和可靠稳定的飞控性能，提高了室内飞艇的稳定性和可操作性，解决了传统室内飞艇的运动和姿态高度耦合导致的飞控系统复杂，稳定性差，安全性差以及噪音大、成本高等一系列问题，因此具有节能、可靠，无污染、低噪声、平稳性能好等特点，可促进室内飞艇的广泛应用。

本发明所述四旋翼飞艇，四个旋翼固定安装，通过左右螺旋桨转速差实现转向，通过前后螺旋桨转速差实现前进和倒退，除了螺旋桨外整个飞艇没有运动、折叠等部件，安装方便，可靠性高，重量轻。四个旋翼对称安装，解决了异形飞艇的静不稳定问题，四旋翼飞艇技术来源于四旋翼直升机，四旋翼飞艇动升力大，很适合室内飞艇小型化的应用需求。本发明所述四旋翼飞艇为电动或油动，考虑到室内环境噪声和尾气问题，主要应采用电动。

具体体现在：

室内飞艇采用四旋翼结构，与常规的室内飞艇相比，结构紧凑、升力大、机动性强、安全可靠、能快速灵活地以各种姿态飞行，如悬停、前飞、侧飞、和倒飞等，进而大大缩小旋回半径，因此可以高效快捷地工作。并提高了室内飞艇的稳定性和可操作性，解决了传统室内飞艇的运动和姿态高度耦合导致的飞控系统复杂，稳定性差，安全性差以及噪音大、成本高等一系列问题。

由于所述旋翼组件相对于艇身纵向左右对称分布以及放置在设备舱增稳控制器的增稳控制，通过协同调整四个旋翼的转速和方向来动态平衡四旋翼室内飞艇的各种飞行状态，提高了飞艇的稳定性。四个旋翼作为飞艇上升、下降、倒飞、前飞的直接动力源，这也是与一般室内飞艇最主要的不同点，即不需要用方向、水平舵等来改变飞艇方向和平衡艇体，使室内飞艇结构简化、稳定性、操纵性及灵活性更好。四旋翼室内飞艇以吊舱中电源舱一侧为基准，作为室内飞艇的正前部，将四个旋翼分成前后两组，每组中的两个旋翼对称分布在艇囊两侧，四个旋翼中心呈矩形或等腰梯形。旋翼的结构的形式和直径对实现四旋翼室内飞艇的效果没有影响，因此可以应用于各种异型室内飞艇。同一个室内飞艇上四个旋翼的结构和直径应是相同的，以保证艇体左右两侧结构的对称。左右两侧旋翼以相反方向旋转，其目的是为了平衡自身和空气摩擦产生的转动力矩，在平衡力矩的同时也提供了升力，防止机身打转。

在艇体上的四个旋翼组件中的螺旋桨上分别安装了四个护圈，若螺旋桨的桨叶暴露在外，旋转的桨叶很容易碰到吊灯、墙壁等物体而产生飞行事故，同时旋转的桨叶对操作人员也是致命的威胁，所以设计为带护圈的螺旋桨提高了飞艇的安全系数。

室内飞艇与现代飞艇一样，都采用高静升力/动升力比设计，但由于室内飞艇一般采用更有视觉冲击力的异形设计，为此而导致静升力/动升力比明显低于常规外形室外飞艇，采用具有高升力的四旋翼模式，解决了异形室内飞艇静升力/动升力比低的问题，可以使室内飞艇更加小巧、漂亮，增强了其应用空间和机动性。

通过在吊舱的设备舱内配置增稳控制器，维持整个艇身的平衡，保证四旋翼室内飞艇顺利飞行。

通过吊舱内设隔离的设备舱和电源舱，隔离减弱了电池的热效应和磁场效应对电子设备的干扰，有效提高了系统控制与数据通信的可靠性。

所述电源舱具有可拆卸舱盖，便于更换电池。

为了使室内飞艇更好地满足人们的需求，提高它的动力、控制器的性能以及平稳性，本发明提供的室内飞艇采用四旋翼结构，与常规的室内飞艇相比，本发明结构紧凑、升力大、机动性强、安全可靠、能快速灵活地以各种姿态飞行，如悬停、前飞、侧飞、和倒飞等，进而大大缩小旋回半径，因此可以高效快捷地工作。

附图说明

图1中所示为本发明的主视图；

图2中所示为本发明的俯视图；

图3中所示为本发明的侧视图；

图4中所示为本发明的吊舱的俯视图。

图中：1艇囊、2旋翼支撑臂、3旋翼电机、4护圈、5螺旋桨、6吊舱、7电源舱、8设备舱、9增稳控制器。

具体实施方式

参看图1-图4，四旋翼室内飞艇，它包括艇囊1、旋翼组件和吊舱6；四个所述旋翼组件对称布局于艇囊1上，每个旋翼组件包含旋翼支撑臂2、旋翼电机3、护圈4和螺旋桨5；所述旋翼支撑臂2的内端固连在艇囊1上，所述旋翼电机3固定在旋翼支撑臂2外侧，所述螺旋桨5安装在旋翼电机3的转轴上并由旋翼电机3驱动，所述护圈4将螺旋桨5包围并固定在旋翼电机3上；在所述室内飞艇吊舱6内配置有增稳控制器9。

其中：

所述艇囊1内填充氢气或氦气或氢氦混合气或其它轻于空气的气体。

所述艇囊1采用流线椭球型、球形或其它任何异型结构中的一种。

所述四个旋翼组件相对于艇身纵向左右对称分布。

在艇囊1上安装了所述四个旋翼组件省去了尾舵控制舵面。

所述四个旋翼组件分两组对称分布于艇囊1两侧，两侧采用功率大小相等、旋转方向相反的旋翼电机3。

所述吊舱6内设有隔离的设备舱8和电源舱7。

所述设备舱8内包含有导航部件、飞行控制部件和通信部件。

所述电源舱7内包含有为全艇电子设备供电的11.1V的3S1P电池电源；所述电源舱7具有可拆卸舱盖。

所述增稳控制器9，利用旋转专用的感测器——陀螺仪来感知艇身的平衡程度并将讯号传送至微控制器，再通过微控制器内部程序的运算产生控制信号来控制艇体上四个旋翼的转速，以维持整个艇身的平衡。

实施例

四旋翼室内飞艇，包括艇囊1、四个旋翼组件和吊舱6。每个旋翼组件包含旋翼支撑臂2、旋翼电机3、护圈4和螺旋桨5。旋翼支撑臂2的内端固连在艇囊1上，旋翼电机3固定在旋翼支撑臂2外侧，螺旋桨5安装在旋翼电机3的转轴上并由旋翼电机3驱动，护圈4将螺旋桨5包围并固定在旋翼电机3上；所有旋翼组件相对于艇身纵向左右对称分布，飞行时，电源舱7中的电池提供全艇电子设备所需的电能，设备舱8提供导航、通信和控制系统；增稳控制器9放在设备舱中用以提高飞艇的稳定性。四旋翼室内飞艇通过协同调整四个旋翼的转速和方向来动态平衡四旋翼室内飞艇并实现各种飞行状态。

四旋翼室内飞艇的飞行状态分为主动飞行状态和被动飞行状态两种。当四旋翼室内飞艇的旋翼转动的主要动力来源于飞艇自身时，称为飞艇的主动飞行状态；当四旋翼室内飞艇的旋翼转动的主要动力来源于外部气流或因势能减少所产生的空气动力时，称为飞艇的被动飞行状态。在不同飞行状态时四旋翼室内飞艇的每个旋翼均能遵照空气动力学原理调整其方向或角度而使飞艇始终稳定并获得最佳的飞行状态。

Claims (10)

1.四旋翼室内飞艇，它包括艇囊(1)、旋翼组件和吊舱(6)；其特征在于：四个所述旋翼组件对称布局于艇囊(1)上，每个旋翼组件包含旋翼支撑臂(2)、旋翼电机(3)、护圈(4)和螺旋桨(5)；所述旋翼支撑臂(2)的内端固连在艇囊(1)上，所述旋翼电机(3)固定在旋翼支撑臂(2)外侧，所述螺旋桨(5)安装在旋翼电机(3)的转轴上并由旋翼电机(3)驱动，所述护圈(4)将螺旋桨(5)包围并固定在旋翼电机(3)上；在所述室内飞艇吊舱(6)内配置有增稳控制器(9)。

2.根据权利要求1所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：所述艇囊(1)内填充氢气或氦气或氢氦混合气或其它轻于空气的气体。

3.根据权利要求1或2所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于，所述艇囊(1)采用流线椭球型、球形或其它任何异型结构中的一种。

4.根据权利要求1所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：所述四个旋翼组件相对于艇身纵向左右对称分布。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：在艇囊(1)上安装了所述四个旋翼组件省去了尾舵、水平控制舵面。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：所述四个旋翼组件分两组对称分布于艇囊(1)两侧，两侧采用功率大小相等、旋转方向相反的旋翼电机(3)。

7.根据权利要求1所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：所述吊舱(6)内设有隔离的设备舱(8)和电源舱(7)。

8.根据权利要求7所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：所述设备舱(8)内包含有导航部件、飞行控制部件和通信部件。

9.根据权利要求7所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：所述电源舱(7)内包含有为全艇电子设备供电的11.1V的3S1P电池电源；所述电源舱(7)具有可拆卸舱盖。

10.根据权利要求1所述的四旋翼室内飞艇，其特征在于：所述增稳控制器(9)，利用旋转专用的感测器——陀螺仪来感知艇身的平衡程度并将讯号传送至微控制器，再通过微控制器内部程序的运算产生控制信号来控制艇体上四个旋翼的转速，以维持整个艇身的平衡。

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