CN103963971A - 基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，涉及航空飞行器领域，解决了现有带有滑撬起落架的六轴折叠多旋翼飞行器存在的结构复杂、重量大的问题。包括以机体中心为圆心按60°分布在内框架上的六个支撑臂和六个驱动单元；支撑臂包括固定支撑杆、旋转支撑杆、电机安装罩、通过螺杆和销轴连接的固定连接件和旋转连接件，拆下螺杆后，旋转支撑杆绕销轴在与机体水平面成一定角度θ的平面内从0°旋转到最大角度150°，以机体水平面的法线为基线，销轴轴线顺时针偏转的角度为负，逆时针偏转的角度为正；驱动单元包括共轴线的两个电机、通过O型圈的弹性力与旋翼座的配合安装在电机上的两个旋翼。本发明结构简单、质量轻、可折叠、便于携带和运输。

Description

基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及航空飞行器技术领域，具体涉及一种基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停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，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、双旋翼(共轴反转和非共轴反转)直升机以及多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。单旋翼直升机通过主旋翼产生升力、侧力及需要的力矩，通过尾桨克服主旋翼的反扭力矩。双旋翼直升机通过共轴(或非共轴)反转的两个旋翼产生升力、侧力及需要的力矩。四旋翼飞行器通过两对旋转方向相反的旋翼消除对机体产生的扭力，同时产生升力、侧力及需要的扭矩。旋翼旋转平面非共面的六轴多旋翼飞行器可以在空中姿态保持不变的条件下改变运动方向，也可以在保持运动方向不变的条件下进行姿态调节，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。安装共轴反转双旋翼的六轴十二旋翼飞行器，相同尺寸下能够带载更大的载荷。由于支撑臂与主机体固定成一体，六轴多旋翼飞行器几何尺寸较大，不便于携带和运输，公开号为CN101992854A的中国专利公布了一种可折叠的六轴多旋翼飞行器，可实现六轴六旋翼飞行器的折叠放置，但是该折叠结构复杂，造成飞行器重量增加；另外，该种结构应用于带有滑撬起落架的六轴十二旋翼飞行器时，由于旋翼数量的增多以及具有倾角的旋翼旋转平面，使得旋翼与旋翼、旋翼与滑撬起落架之间存在干涉问题，折叠后飞行器尺寸未能有效减小。

发明内容

为了解决现有带有滑撬起落架的六轴折叠多旋翼飞行器存在的结构复杂、重量大的问题，本发明提供一种结构简单、质量轻、可折叠、便于携带和运输的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，包括：内框架，内框架内部的飞行器控制系统、传感器、电池、供油系统，内框架底部的滑撬起落架，以机体中心为圆心按60°等角度分布在内框架上的六个支撑臂，一一对应安装在六个支撑臂上的六个驱动单元；

每个支撑臂包括安装在内框架上的固定支撑杆，旋转支撑杆，分别安装在固定支撑杆和旋转支撑杆上的固定连接件和旋转连接件，与旋转支撑杆圆形端面固定的电机安装罩；所述固定连接件和旋转连接件之间通过螺杆和销轴连接，拆下螺杆后，旋转支撑杆绕销轴在与机体水平面成一定角度θ的平面内从0°旋转到最大角度150°，0°＜θ＜90°或-90°＜θ＜0°，以机体水平面的法线为基线，销轴的轴线顺时针偏转的角度为负，逆时针偏转的角度为正；

每个驱动单元包括端面相对且共轴线安装在电机安装罩中的两个电机，分别通过O型圈的弹性力与旋翼座的配合安装在两个电机上的两个旋翼；两个旋翼分别位于电机安装罩外部的上下两端。

还包括固定在折叠后的旋转支撑杆上的三个定型扣件，每个定型扣件两端各设置有一个固定卡槽，固定卡槽的直径与旋转支撑杆的管径尺寸一致。

所述内框架的支撑板采用钛合金或铝合金材料制成，壳体采用工程塑料或碳纤维材料制成，所述支撑臂采用碳纤维材料制成，所述定型扣件采用尼龙、工程塑料或发泡材料制成，所述固定连接件和旋转连接件均采用铝合金材料制成，所述销轴采用钛合金材料制成，所述两个旋翼座均采用铝合金或尼龙材料制成。

所述固定支撑杆和旋转支撑杆均为细圆形空心管，其截面均为圆形，管内贯穿有连接线或供油管，所述旋转支撑杆的长度大于固定支撑杆的长度。

所述固定连接件和旋转连接件均为圆柱形结构，所述固定连接件一端的圆周上设置有凹槽，凹槽两端设置有同轴线的两个通孔，与凹槽位置相对的圆周上设置有一个螺纹孔；所述旋转连接件一端的圆周上设置有凸台，凸台上有一通孔，该通孔的直径方向与圆柱形结构的直径方向垂直，与凸台位置相对的圆周上设置有一个通孔。

所述销轴一端带有止动台阶，中间为光滑圆柱形，另一端带有一定长度的螺纹，所述销轴与凹槽的两个通孔和凸台的通孔采用间隙量较小的过渡配合公差，销轴同时插入凹槽的两个通孔和凸台的通孔中，销轴的螺纹端采用防松螺母拧紧，然后用力推旋转支撑杆可使凹槽侧面与凸台侧面接触，将螺杆插入螺纹孔中并拧入螺纹孔，拧紧螺杆使旋转支撑杆固定不动。

所述固定连接件的凹槽的两个通孔与旋转连接件的凸台的通孔在同一轴线上，旋转支撑杆可绕销轴旋转，固定支撑杆不能绕销轴旋转。

所述内框架由支撑板和壳体组成，内框架的主体结构即支撑板为八边形结构，其中等角度的六个边上设置有带有限位凸台的圆形孔，支撑板的上、下表面均与机体水平面平行，每个支撑臂的固定支撑杆的一端同轴线插入内框架的圆形孔中，与圆形孔的限位凸台紧密接触，通过环氧树脂胶将固定支撑杆与圆形孔壁粘接固定。

所述两个旋翼座均为长方体结构，底面的两侧各开有一个凹槽，中间设置有连接电机的安装孔和沉头孔，旋翼根部下底面紧贴旋翼座，O型圈压住旋翼根部上平面并套在旋翼座的两个凹槽上，通过O型圈的弹性力将旋翼与电机固定连接。

所述六个支撑臂分别为第一支撑臂、第二支撑臂、第三支撑臂、第四支撑臂、第五支撑臂和第六支撑臂，这六个支撑臂上的销轴的具体安装位置为：

从电机安装罩方向向机体看去，第一支撑臂上的销轴垂直于第一支撑臂的几何中心线，并与机体水平面的法线成-45°；

从电机安装罩方向向机体看去，第二支撑臂6上的销轴垂直于第二支撑臂的几何中心线，并与机体水平面的法线成-20°；

从电机安装罩方向向机体看去，第三支撑臂上的销轴垂直于第三支撑臂的几何中心线，并与机体水平面的法线成45°

从电机安装罩方向向机体看去，第四支撑臂上的销轴垂直于第四支撑臂的几何中心线，并与机体水平面的法线成-45°；

从电机安装罩方向向机体看去，第五支撑臂上的销轴垂直于第五支撑臂的几何中心线，并与机体水平面的法线成20°；

从电机安装罩方向向机体看去，第六支撑臂上的销轴垂直于第六支撑臂的几何中心线，并与机体水平面的法线成45°。

本发明的有益效果是：

本发明通过六个旋转支撑杆各具有不同角度的回转轴结构，使得带有滑撬起落架的六轴十二旋翼飞行器能够折叠成以起落架为最大尺寸的紧凑形状，减小了飞行器的几何尺寸，便于存放和运输，并且结构简单、重量轻。另外，旋翼与桨座连接方式采用O型圈，便于旋翼的快速拆卸与安装，并且具有柔性铰链的作用，能够有效减小旋翼旋转过程中带来的振动问题。

本发明通过六个支撑臂的倾斜转动折叠的结构，减小了飞行器的几何尺寸，便于存放，有效的解决了具有起落架结构的多轴多旋翼飞行器不便于携带和运输的问题。

附图说明

图1为本发明的飞行器展开后的结构示意图。

图2为本发明的飞行器折叠后的结构示意图。

图3为内框架的结构示意图。

图4为固定连接件与旋转连接件安装后的支撑臂的结构示意图。

图5为旋转支撑杆旋转后的支撑臂的结构示意图。

图6为固定连接件的结构示意图。

图7为旋转连接件的结构示意图。

图8为驱动单元的结构示意图。

图9为O型圈与旋翼安装后的俯视图。

图10为旋转支撑杆的旋转正负角方向说明示意图。

图中：1、内框架，1-1、支撑板，1-2、壳体，2、滑撬起落架，3、支撑臂，31、固定支撑杆，32、旋转支撑杆，33、电机安装罩，34、固定连接件，34-1、凹槽，34-2、螺纹孔，35、旋转连接件，35-1、凸台，35-2、通孔，36、螺杆，37、销轴，4、驱动单元，41、第一旋翼，42、第二旋翼，43、第一电机，44、第二电机，45、第一旋翼座，46、第二旋翼座，47、第一O型圈，48、第二O型圈，5、第一支撑臂，6、第二支撑臂，7、第三支撑臂，8、第四支撑臂，9、第五支撑臂，10、第六支撑臂，11、定型扣件，12、法线，13、轴线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，包括内框架1，安装在内框架1的底部的滑撬起落架2，安装在内框架1上的六个完全相同的支撑臂3(第一支撑臂5、第二支撑臂6、第三支撑臂7、第四支撑臂8、第五支撑臂9、第六支撑臂10)，一一对应安装在六个支撑臂3上的六个完全相同的驱动单元4以及安装在内框架1内部的飞行器控制系统、传感器、电池、供油系统。六个支撑臂3以机体中心(内框架1中心)为圆心按照60°等角度分布在内框架1上，相邻两个支撑臂3之间的夹角为60°。

如图4和图5所示，每个支撑臂3包括固定支撑杆31、旋转支撑杆32、电机安装罩33、固定连接件34、旋转连接件35、螺杆36和销轴37。固定支撑杆31和旋转支撑杆32均为细圆形空心管，里面贯穿装有连接线或供油管，固定支撑杆31和旋转支撑杆32的截面均为圆形，旋转支撑杆32的长度大于固定支撑杆31，电机安装罩33为粗圆柱形管，电机安装罩33的圆柱面与旋转支撑杆32的圆形端面固定，固定连接件34安装在固定支撑杆31的一端，旋转连接件35安装在旋转支撑杆32上与电机安装罩33相对的另一端，固定连接件34和旋转连接件35之间通过螺杆36和销轴37连接在一起。

如图6所示，固定连接件34为圆柱形结构，一端的圆周上设置有凹槽34-1，凹槽34-1两端设置有同轴线的两个通孔，与凹槽34-1位置相对的圆周上设置有一个螺纹孔34-2。如图7所示，旋转连接件35圆柱形结构，一端的圆周上设置有凸台35-1，凸台35-1上有一通孔，该通孔的直径方向与圆柱形结构的直径方向垂直，与凸台35-1位置相对的圆周上设置有一个通孔35-2。销轴37一端带有止动台阶，中间为光滑圆柱形，另一端带有一定长度的螺纹。销轴37与凹槽34-1的两个通孔和凸台35-1的通孔采用间隙量较小的过渡配合公差，销轴37同时插入凹槽34-1的两个通孔和凸台35-1的通孔中，销轴37的螺纹端采用防松螺母拧紧，然后用力推旋转支撑杆32可使固定连接件34的凹槽34-1侧面与旋转连接件35的凸台35-1侧面接触，将螺杆36插入旋转连接件35的通孔35-2中并拧入固定连接件34的螺纹孔34-2，拧紧螺杆36使旋转支撑杆32固定不动。凹槽34-1的两个通孔与凸台35-1的通孔在同一轴线上，旋转支撑杆32可绕销轴37旋转，固定支撑杆31不能绕销轴37旋转。

如图3所示，内框架1由支撑板1-1和壳体1-2组成，内框架1的主体结构即支撑板1-1为八边形结构，其中等角度的六个边上设置有带有限位凸台的圆形孔，支撑板1-1的上、下表面均与机体水平面平行。每个支撑臂3的固定支撑杆31的一端同轴线插入内框架1的圆形孔中，与圆形孔的限位凸台紧密接触，通过环氧树脂胶将固定支撑杆31与圆形孔壁粘接固定。

如图8和图9所示，每个驱动单元4包括相同的第一旋翼41和第二旋翼42、相同的第一电机43和第二电机44、相同的第一旋翼座45和第二旋翼座46、相同的第一O型圈47和第二O型圈48。第一旋翼41通过第一O型圈47与第一旋翼座45的配合固定在第一电机43的一端上，第二旋翼42通过第二O型圈48与第二旋翼座46的配合固定在第二电机44的一端上，第一电机43上未安装第一旋翼41的端面与第二电机44上未安装第二旋翼42的端面相对且共轴线安装在电机安装罩33中，第一旋翼41和第二旋翼42位于电机安装罩33外部的上下两端。第一旋翼座45(第二旋翼座46)为长方体结构，底面的两侧各具有一个凹槽，中间设置有连接第一电机43(第二电机44)的一个安装孔和两个沉头孔，第一旋翼41(第二旋翼42)根部下底面紧贴第一旋翼座45(第二旋翼座46)，第一O型圈47(第二O型圈48)压住第一旋翼41(第二旋翼42)根部上平面并套在第一旋翼座45(第二旋翼座46)的两个凹槽上，通过第一O型圈47(第二O型圈48)的弹性力将第一旋翼41(第二旋翼42)与第一电机43(第二电机44)固定连接。

如图10所示，以机体水平面的法线12为基线，销轴37的轴线13顺时针偏转的角度为负，逆时针偏转的角度为正，拆下螺杆36后，旋转支撑杆32绕销轴37在与机体水平面成一定角度θ(0°＜θ＜90°或-90°＜θ＜0°)的平面内从0°旋转到最大角度150°。六个旋转支撑杆32的旋转轴即销轴37的具体安装位置为：

从电机安装罩33方向向机体看去，第一支撑臂5上的销轴37垂直于第一支撑臂5的几何中心线，并与机体水平面的法线12(内框架1上下表面的法线)成-45°；

从电机安装罩33方向向机体看去，第二支撑臂6上的销轴37垂直于第二支撑臂6的几何中心线，并与机体水平面的法线12(内框架1上下表面的法线)成-20°；

从电机安装罩33方向向机体看去，第三支撑臂7上的销轴37垂直于第三支撑臂7的几何中心线，并与机体水平面的法线12(内框架1上下表面的法线)成45°；

从电机安装罩33方向向机体看去，第四支撑臂8上的销轴37垂直于第四支撑臂8的几何中心线，并与机体水平面的法线12(内框架1上下表面的法线)成-45°；

从电机安装罩33方向向机体看去，第五支撑臂9上的销轴37垂直于第五支撑臂9的几何中心线，并与机体水平面的法线12(内框架1上下表面的法线)成20°；

从电机安装罩33方向向机体看去，第六支撑臂10上的销轴37垂直于第六支撑臂10的几何中心线，并与机体水平面的法线12(内框架1上下表面的法线)成45°。

本实施方式中，内框架1的支撑板1-1采用钛合金或铝合金材料制成，壳体1-2采用工程塑料或碳纤维材料制成，支撑臂3采用碳纤维材料制成，定型扣件11采用尼龙、工程塑料或发泡材料制成，固定连接件34和旋转连接件35均采用铝合金材料制成，销轴37采用钛合金材料制成，第一旋翼座45和第二旋翼座46均采用铝合金或尼龙材料制成。

如图2所示，折叠该飞行器步骤为：拆下第一O型圈47、第二O型圈48、第一旋翼41、第二旋翼42和螺杆36，折叠旋转支撑杆32，采用三个定型扣件11固定折叠后的旋转支撑杆32。定型扣件11两端各设置有一个固定卡槽，固定卡槽的直径与支撑臂3上的旋转支撑杆32管径尺寸一致，加上卡口张力可确保其稳定、牢固。拧下螺杆36，旋转支撑杆32可绕销轴37旋转，可以实现支撑臂3多角度的折叠功能，结构简单，有效节省了飞行器的体积，便于携带和运输。

Claims (10)

1.基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，包括：内框架(1)，内框架(1)内部的飞行器控制系统、传感器、电池、供油系统，内框架(1)底部的滑撬起落架(2)，以机体中心为圆心按60°等角度分布在内框架(1)上的六个支撑臂(3)，一一对应安装在六个支撑臂(3)上的六个驱动单元(4)；

其特征在于，每个支撑臂(3)包括安装在内框架(1)上的固定支撑杆(31)，旋转支撑杆(32)，分别安装在固定支撑杆(31)和旋转支撑杆(32)上的固定连接件(34)和旋转连接件(35)，与旋转支撑杆(32)圆形端面固定的电机安装罩(33)；所述固定连接件(34)和旋转连接件(35)之间通过螺杆(36)和销轴(37)连接，拆下螺杆(36)后，旋转支撑杆(32)绕销轴(37)在与机体水平面成一定角度θ的平面内从0°旋转到最大角度150°，0°＜θ＜90°或-90°＜θ＜0°，以机体水平面的法线(12)为基线，销轴(37)的轴线(13)顺时针偏转的角度为负，逆时针偏转的角度为正；

每个驱动单元(4)包括端面相对且共轴线安装在电机安装罩(33)中的两个电机，分别通过O型圈的弹性力与旋翼座的配合安装在两个电机上的两个旋翼；两个旋翼分别位于电机安装罩(33)外部的上下两端。

2.根据权利要求1所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，还包括固定在折叠后的旋转支撑杆(32)上的三个定型扣件(11)，每个定型扣件(11)两端各设置有一个固定卡槽，固定卡槽的直径与旋转支撑杆(32)的管径尺寸一致。

3.根据权利要求2所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述内框架(1)的支撑板(1-1)采用钛合金或铝合金材料制成，壳体(1-2)采用工程塑料或碳纤维材料制成，所述支撑臂(3)采用碳纤维材料制成，所述定型扣件(11)采用尼龙、工程塑料或发泡材料制成，所述固定连接件(34)和旋转连接件(35)均采用铝合金材料制成，所述销轴(37)采用钛合金材料制成，所述两个旋翼座均采用铝合金或尼龙材料制成。

4.根据权利要求1所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述固定支撑杆(31)和旋转支撑杆(32)均为细圆形空心管，其截面均为圆形，管内贯穿有连接线或供油管，所述旋转支撑杆(32)的长度大于固定支撑杆(31)的长度。

5.根据权利要求1所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述固定连接件(34)和旋转连接件(35)均为圆柱形结构，所述固定连接件(34)一端的圆周上设置有凹槽(34-1)，凹槽(34-1)两端设置有同轴线的两个通孔，与凹槽(34-1)位置相对的圆周上设置有一个螺纹孔(34-2)；所述旋转连接件(35)一端的圆周上设置有凸台(35-1)，凸台(35-1)上有一通孔，该通孔的直径方向与圆柱形结构的直径方向垂直，与凸台(35-1)位置相对的圆周上设置有一个通孔(35-2)。

6.根据权利要求5所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述销轴(37)一端带有止动台阶，中间为光滑圆柱形，另一端带有一定长度的螺纹，所述销轴(37)与凹槽(34-1)的两个通孔和凸台(35-1)的通孔采用间隙量较小的过渡配合公差，销轴(37)同时插入凹槽(34-1)的两个通孔和凸台(35-1)的通孔中，销轴(37)的螺纹端采用防松螺母拧紧，然后用力推旋转支撑杆(32)可使凹槽(34-1)侧面与凸台(35-1)侧面接触，将螺杆(36)插入通孔(35-2)中并拧入螺纹孔(34-2)，拧紧螺杆(36)使旋转支撑杆(32)固定不动。

7.根据权利要求6所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述固定连接件(34)的凹槽(34-1)的两个通孔与旋转连接件(35)的凸台(35-1)的通孔在同一轴线上，旋转支撑杆(32)可绕销轴(37)旋转，固定支撑杆(31)不能绕销轴(37)旋转。

8.根据权利要求1所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述内框架(1)由支撑板(1-1)和壳体(1-2)组成，内框架(1)的主体结构即支撑板(1-1)为八边形结构，其中等角度的六个边上设置有带有限位凸台的圆形孔，支撑板(1-1)的上、下表面均与机体水平面平行，每个支撑臂(3)的固定支撑杆(31)的一端同轴线插入内框架(1)的圆形孔中，与圆形孔的限位凸台紧密接触，通过环氧树脂胶将固定支撑杆(31)与圆形孔壁粘接固定。

9.根据权利要求1所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述两个旋翼座均为长方体结构，底面的两侧各开有一个凹槽，中间设置有连接电机的安装孔和沉头孔，旋翼根部下底面紧贴旋翼座，O型圈压住旋翼根部上平面并套在旋翼座的两个凹槽上，通过O型圈的弹性力将旋翼与电机固定连接。

10.根据权利要求1所述的基于滑撬起落架的可折叠多旋翼飞行器，其特征在于，所述六个支撑臂(3)分别为第一支撑臂(5)、第二支撑臂(6)、第三支撑臂(7)、第四支撑臂(8)、第五支撑臂(9)和第六支撑臂(10)，这六个支撑臂(3)上的销轴(37)的具体安装位置为：

从电机安装罩(33)方向向机体看去，第一支撑臂(5)上的销轴(37)垂直于第一支撑臂(5)的几何中心线，并与机体水平面的法线(12)成-45°；

从电机安装罩(33)方向向机体看去，第二支撑臂(6)上的销轴(37)垂直于第二支撑臂(6)的几何中心线，并与机体水平面的法线(12)成-20°；

从电机安装罩(33)方向向机体看去，第三支撑臂(7)上的销轴(37)垂直于第三支撑臂(7)的几何中心线，并与机体水平面的法线(12)成45°；

从电机安装罩(33)方向向机体看去，第四支撑臂(8)上的销轴(37)垂直于第四支撑臂(8)的几何中心线，并与机体水平面的法线(12)成-45°；

从电机安装罩(33)方向向机体看去，第五支撑臂(9)上的销轴(37)垂直于第五支撑臂(9)的几何中心线，并与机体水平面的法线(12)成20°；

从电机安装罩(33)方向向机体看去，第六支撑臂(10)上的销轴(37)垂直于第六支撑臂(10)的几何中心线，并与机体水平面的法线(12)成45°。