CN104085530A - 涵道共轴多旋翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涵道共轴多旋翼飞行器，属于特种飞行器领域。包括机体结构、动力系统和控制系统，机体结构包括中心涵道、主旋翼和若干个均匀分布在中心涵道外围的副旋翼；主旋翼包括上螺旋桨和下螺旋桨，上、下螺旋桨固定在中心涵道内，上、下螺旋桨的中心位于同一竖直轴线上，旋转方向相反；支撑结构的外侧连接转动装置，副旋翼通过可收放摇臂与转动装置连接，转动装置控制摇臂带动副旋翼绕其与支撑结构的连接点转动。本发明中的副旋翼均可以自由地进行旋转移动，使得飞行器可根据飞行需要改变飞行器的升力分布，实现了飞行器良好的机动性能；副旋翼可以收入至中心涵道的内部，以缩小飞行器的体积，便于在狭窄的空间飞行。

Description

涵道共轴多旋翼飞行器
技术领域
本发明涉及一种飞行器，尤其是一种涵道共轴多旋翼飞行器，属于特种飞行器领域。 
背景技术
目前，多旋翼飞行器具有良好的机动性和操控性，但其不具有飞行中轴距变化的能力，仅仅依靠旋翼产生的升力进行运动，飞行效率较低；而涵道共轴旋翼飞行器的机动性和操控性虽不如多旋翼飞行器，但其由涵道和旋翼共同产生升力远远超过多旋翼飞行器所产生的升力。因此结合这两类飞行器的优点将涵道共轴飞行器的大升力特性和多旋翼飞行器的控制稳定性相结合，成为了当前旋翼飞行器研究的重点方向。 
2013年9月25日，中国发明专利申请CN103318406A公开了一种复合式旋翼飞行器，包括飞行器主体、能源装置、外挂接口和控制装置，飞行器主体包括主推进器和若干辅助推进器，主推进器包括主旋翼一、主旋翼二和主涵道，主旋翼一和主旋翼二通过主涵道支撑架固定在主涵道内，主涵道支撑架的外缘位于主涵道内部分设有若干竖直连接杆，竖直连接杆的底部均向外水平设有悬臂，悬臂的外端均设有辅助推进器。其采用了多种旋翼飞行方式的综合，提高了飞行效率和飞行器的灵活性、稳定性和可靠性，但其在飞行过程中无法改变飞行器整体飞行轴距，机动性能差，无法适应特定场合的飞行要求。 
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种飞行机动性能好以适应特定场合飞行的涵道共轴多旋翼飞行器。 
为了解决上述技术问题，本发明提供的涵道共轴多旋翼飞行器，包括机体结构、动力系统和控制系统，所述机体结构包括中心涵道、主旋翼和若干个均匀分布在中心涵道外围的副旋翼；所述主旋翼包括上螺旋桨和下螺旋桨，所述上螺旋桨和下螺旋桨通过支撑结构支撑在中心涵道内，所述上螺旋桨和下螺旋桨的中心位于同一竖直轴线上，旋转方向相反，所述支撑结构的外侧固定连接转动装置，所述副旋翼通过摇臂与转动装置连接，所述转动装置控制摇臂带动副旋翼绕其与支撑结构的连接点转动。 
本发明中，所述转动装置包括舵机、轴承、转动齿轮和摇臂支撑杆，所述舵机、轴承均固定在支撑结构上，轴承外套接转动齿轮，摇臂支撑杆固定在转动齿轮上，所述转动齿轮与舵机齿轮啮合。 
本发明中，所述摇臂与副旋翼的连接处设有转动制动环。 
本发明中，所述控制系统安装在支撑结构的底部，包括飞行姿态控制板、变压模块、电流计、电池组以及控制旋翼转速的电子变速器。 
本发明中，所述电子变速器包括控制主旋翼转速主电子变速器和控制副旋翼转速的副电子变速器。 
本发明中，所述动力系统包括分别与上螺旋桨、下螺旋和若干个副旋翼连接的驱动电机。 
本发明中，所述副旋翼外均设有副旋翼涵道。 
本发明中，所述支撑结构为上下两层结构相同的支撑架，均由中心碳板和支撑碳管连接组成；所述上下支撑架间通过连接杆相连接，连接杆位于支撑架的外侧。 
本发明的有益效果：(1)、本发明涵道共轴多旋翼飞行器中的副旋翼均可以自由地进行旋转移动，使得飞行器在飞行中能根据飞行需要改变飞行器的升力分布，实现了飞行器良好的机动性能；(2)、本发明飞行器四周的副旋翼可以收入至中心涵道的内部，以缩小飞行器的体积便于在狭窄的城市楼群间飞行，可以应用于侦查、监控、摄影、救援以及特种作战等领域；(3)、通过电子变速器调整主、副旋翼的不同转速，便于对飞行器主提升力和飞行姿态进行快速调节。 
附图说明
图1为本发明涵道共轴多旋翼飞行器展开结构图； 
图2为摇臂转动机构剖示图；
图3为本发明涵道共轴多旋翼飞行器收起结构图；
图4为本发明涵道共轴多旋翼飞行器中副旋翼展开至其他位置示意图；
图5为本发明涵道共轴多旋翼飞行器俯视图一；
图6为本发明涵道共轴多旋翼飞行器俯视图二；
图7为本发明涵道共轴多旋翼飞行器展开状态侧视图；
图8为本发明涵道共轴多旋翼飞行器收起状态侧视图；
图中：1-副旋翼涵道，2-副旋翼驱动电机，3-副旋翼，4-支撑杆固定块，5-副旋翼固定环，6-支撑杆，7-摇臂，8-摇臂支撑环，9-摇臂支撑杆，10-中心涵道，11-上主螺旋桨，12-下主螺旋桨，13-支撑碳管，14-固定环，15-中心碳板，16-上螺旋桨驱动电机，17-下螺旋桨驱动电机,18-连接杆，19-舵机，20-轴承，21-连接块，22-转动制动环，23-舵机固定座，24-舵机齿轮，25-轴承套，26-转动齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。 
如图1、2、4、5、6、7所示，本发明涵道共轴多旋翼飞行器的机体包括中心涵道10，中心涵道10内设有上下两层支撑架，上层和下层支撑架的结构相同，均由中心碳板15和四根支撑碳管13连接而成，上、下层支撑架之间通过四根连接杆18相连接，连接杆18位于上下支撑架的外侧，上、下两层中心碳板15上分别安装上螺旋桨驱动电机16、下螺旋桨驱动电机17，上螺旋桨驱动电机16上安装上螺旋桨11并通过固定环14固定；下螺旋桨驱动电机17上安装下螺旋桨12并通过固定环固定，上螺旋桨11和下螺旋桨12组成飞行器的主旋翼；上螺旋桨11和下螺旋桨12中心安装在同一竖直轴线上，相互之间旋转方向相反，从而在悬停时抵消扭矩和在机动飞行时控制飞行航向。中心涵道10的外围均匀分布有四个副旋翼3，四个副旋翼3位于同一水平上，副旋翼3安装在可收放的摇臂7一端，通过副旋翼固定块4与摇臂7连接，每个副旋翼3的下方均连接副旋翼驱动电机2，副旋翼3的通过副旋翼固定环5连接在副旋翼驱动电机2上，摇臂7与副旋翼驱动电机2的连接处设有转动制动环22，用于定位副旋翼电机2的垂向安装位置，防止副旋翼电机2绕安装轴发生扭转，起到限位定位的作用；每个副旋翼3外围套装副旋翼涵道1，副旋翼涵道1通过支撑杆6固定在连接支撑杆固定块4上，支撑杆固定块4固定在摇臂7上；摇臂7的另一端连接摇臂支撑环8，摇臂支撑环8固定连接摇臂支撑杆9；轴承20套接在连接杆18的下方，分别通过上下两个固定块21与连接杆18固定，轴承套25上套装转动齿轮26，摇臂支撑杆9通过螺栓固定在转动齿轮26上；舵机19安装固定在舵机固定座23上，舵机固定座23固定连接在连接杆18上，舵机齿轮24与转动齿轮26啮合，带动转动齿轮26转动，进而控制摇臂支撑杆9、控制摇臂7带动副旋翼3绕连接杆18转动，以改变飞行器整体飞行轴距，提供不同的控制力矩，实现不同的机动性能，以适用多种飞行场合。涵道共轴多旋翼飞行器的主升力由飞行器中部的中心涵道10内上螺旋桨11和下螺旋桨12提供，中心涵道10外围的副旋翼3提供姿态控制力矩，实现飞行器绕其机体轴前后、左右和旋转等机动飞行动作。
中心涵道10内的支撑架底部设有飞行控制系统，包括飞行姿态控制板、变压模块、电流计、电池组以及控制旋翼转速的电子变速器，电子变速器包括控制主旋翼中上螺旋桨11和下螺旋桨12转速四个主电子变速器，分别控制四个控制副旋翼3转速的四个副电子变速器。 
如图3、8所示，通过控制舵机19将带动摇臂7转动可以将四个控制副旋翼3收叠至中心涵道10的内部，便于在狭窄空间飞行，提高飞行器的机动性，以适应各行飞行环境的需求。 
如图5所示，上螺旋桨11和下螺旋桨12共轴反转，四个副旋翼3中的任意相邻两个副旋翼旋转方向相反；涵道共轴多旋翼飞行器的飞行高度控制由上螺旋桨11和下螺旋桨12控制，俯仰和滚转控制由四周的四个副旋翼3控制，飞行器航向由上螺旋桨11、下螺旋桨12和四个副旋翼3共同控制。 
如4、6所示，本发明涵道共轴多旋翼飞行器在飞行过程中，通过舵机19控制摇臂7向不同的方向转动，带动四个副旋翼3进行不同角度的调整，实现飞行器更好的机动性。 
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。 

Claims (8)

1.一种涵道共轴多旋翼飞行器，包括机体结构、动力系统和控制系统，所述机体结构包括中心涵道(10)、主旋翼和若干个均匀分布在中心涵道外围的副旋翼(3)；所述主旋翼包括上螺旋桨(11)和下螺旋桨(12)，所述上螺旋桨(11)和下螺旋桨(12)通过支撑结构支撑在中心涵道(10)内，所述上螺旋桨(11)和下螺旋桨(12)的中心位于同一竖直轴线上，旋转方向相反，其特征在于：所述支撑结构的外侧固定连接转动装置，所述副旋翼(3)通过摇臂(7)与转动装置连接，所述转动装置控制摇臂(7)带动副旋翼(3)绕其与支撑结构的连接点转动。
2.根据权利要求1所述的涵道共轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述转动装置包括舵机(19)、轴承(20)、转动齿轮(26)和摇臂支撑杆(9)，所述舵机(19)、轴承(20)均固定在支撑结构上，轴承(20)外套接转动齿轮(26)，摇臂支撑杆(9)固定在转动齿轮(26)上，所述转动齿轮26与舵机齿轮(24)啮合。
3.根据权利要求1或2所述的涵道共轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述摇臂(7)与副旋翼(3)的连接处设有转动制动环(22)。
4.根据权利要求3所述的涵道共轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述控制系统安装在支撑结构的底部，包括飞行姿态控制板、变压模块、电流计、电池组以及控制旋翼转速的电子变速器。
5.根据权利要求4所述的涵道共轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述电子变速器包括控制主旋翼转速主电子变速器和控制副旋翼转速的副电子变速器。
6.根据权利要求3所述的涵道共轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述动力系统包括分别与上螺旋桨(11)、下螺旋(12)和若干个副旋翼(13)连接的驱动电机。
7.根据权利要求3任一项所述的涵道共轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述副旋翼(3)外均设有副旋翼涵道(1)。
8.根据权利要求3所述的涵道共轴多旋翼飞行器，其特征在于：所述支撑结构为上下两层结构相同的支撑架，均由中心碳板(15)和支撑碳管(13)连接组成；所述上下支撑架间通过连接杆(18)相连接，连接杆(18)位于支撑架的外侧。
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