CN104176249B - 一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机 - Google Patents
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Abstract
一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机，主要由螺旋桨、动力平台、飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备等组成，飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备都处于动力平台内，动力平台通过主轴与多个螺旋桨连接，其特征在于：每个主轴由上下两轴组成，上下轴分别有两对无刷电机和两组螺旋桨，每组螺旋桨又包含上下两层螺旋桨，每层均为一个两叶桨。上边一对浆采用慢速浆由KV值小的无刷电机驱动，下边一对采用比上边一对转速高的浆，并且桨叶直径应该略小于上边一对，电机的KV选用比上边一对电机KV大的无刷电机。通过上下旋翼的转数差实现飞机的稳定性和操纵性，使直升机的工作状态更为可靠。
Description
技术领域：本发明涉及一种无人机，特别是涉及一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机。
背景技术：共轴反桨，就是双层桨叶共用一个传动轴，但转动方向相反，不仅平衡掉了单向转动偏转力矩，而且第一层为第二层提供了“预压缩”，第二级就有更大的“进/排气量”和“气流密度”，虽然达不到2倍的效果，但改善也是明显的。在喷火战斗机的末期改进型上就已得到了验证。
共轴反桨直升机并没有被用于陆基大型直升机、小型直升机和武装直升机。这是因为共轴反桨的较为复杂，结构重量较大，可靠性就稍有降低。用于大型直升机的制造难度较大，对于小型直升机太重，对于武装直升机不太可靠，而多用于“海基中型直升机”。
现有的共轴反桨的主要缺陷——环境适应能力、高机动飞行能力——的根源都是螺旋桨太“软”，用于战斗机、运输机的“纯推进式”螺旋桨就没这些问题。
发明内容：针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机，它充分利用航空发动机逐级压缩提升推力的理论，实现1+1>2的升力与效率提升，且机体重量较轻。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机，主要由螺旋桨、动力平台、飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备等组成，飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备都处于动力平台内，动力平台通过主轴与多个螺旋桨连接，其特征在于：每个主轴由上下两轴组成，上下轴分别有两对无刷电机和两组螺旋桨，每组螺旋桨又包含上下两层螺旋桨，每层均为一个两叶桨。上边一对浆采用慢速浆由KV值小的无刷电机驱动，下边一对采用比上边一对转速高的浆，并且桨叶直径应该略小于上边一对，电机的KV选用比上边一对电机KV大的无刷电机。通过上下旋翼的转数差实现飞机的稳定性和操纵性，使直升机的工作状态更为可靠。
本发明对于现有技术的优点在于：
(一)作为一种升空平台，本发明的技术方案减轻了多旋翼机体的重量，提升有效载荷，可在多旋翼上放置更多仪器设备。
(二)作为升空平台，本发明的技术方案使多旋翼飞行器能够为机载设备提供较大的对地视野范围，滞空高度越高，覆盖范围越大。可用于大气和环境监测、安全监控、抢险救灾、巡逻巡视、搜救搜查、公共安全、交通监管、勘探勘察、工业监测、记录取证、商业拍摄等领域。
(三)本非共轴反桨技术相对于共轴反桨技术的优点在于，结构简单，可控制性好,采用4轴可减少轴数，增加轴距，实现同样轴距可以选用高效、大直径低速螺旋桨。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是单个主轴的结构示意图。
图3是一组螺旋桨的结构示意图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示：一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机，主要由螺旋桨、动力平台、飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备等组成，飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备都处于动力平台7内，八对螺旋桨通过主轴6安装于以动力平台7为中心的圆周上。主轴6与动力平台7呈“十”字行连接。
每个主轴6上部有分支机臂11，每个主轴6和分支机臂11的端部都设置一组与无刷直流电机4连接的电动动力单元5，动力平台与电动动力单元5电连接，用于控制和驱动电动动力单元5的控制系统。在所述主轴6下端设置起落架10。
所述的电动动力单元5包括固定在主轴6端部的发动机机架2、设置在发动机机架2上的无刷直流电机4和连接在无刷电机4输出轴上的旋翼1，所述的无刷电机4的电源输入端电连接控制系统的输出端。所述的旋翼1的叶片为对称翼。
四个第一非共轴反转螺旋桨8以动力平台7中心为中心点两两对称设置在各主轴6上且距中心点的距离相等。四个第二非共轴反转螺旋桨9分别位于第一非共轴反转螺旋桨8上面，且保证垂直，注意他们是非共轴反桨。上边一对浆采用慢速浆，KV值小的电机，下边一对采用比上边一对转速高的浆，并且桨叶直径应该略小于上边一对，电机的KV选用比上边一对电机KV大的无刷电机。
飞行控制系统包括内置ARM、多传感器(包括转速、气压高度、GPS、空速传感器)、3轴陀螺仪。无线通讯数据链路包括上下行数传、发射接收天线系统；还包括遥控器。
所述的飞行控制系统包括飞行控制单元、用于驱动电动动力单元的驱动单元、储能动力电池和充电控制单元，其中所述的飞行控制单元的信号输出端连接驱动单元的信号输入端，所述的驱动单元的输出驱动信号分别连接电动动力单元的无刷直流电机，所述的充电控制单元的输入端连接发点单元的输出端，充电控制单元的输出连接驱动单元进行供电。所述的飞行控制单元、驱动单元、储能动力电池、充电动力控制单元均设置在机架的中心即上下中心板内。
所述的主轴6、分支机臂11为中空结构，所述的中空结构内置有连接在驱动单元与电动动力单元中的无刷电机之间的导线。
所述的八对螺旋桨包括上旋翼和下旋翼，其中每个上旋翼和下旋翼分为逆时针和顺时针两组，所有如图3中旋翼组件中上旋翼为同组，8只上旋翼的转速由控制系统的同一通道控制且保持始终转数相同，8只下旋翼的转速由控制系统的同一通道控制且保持始终转数相同。通过控制8对旋翼组件的速度而改变升力，进而可以实现飞行器留自由度姿态和运动控制。
在一定转速下，8只上旋翼的转速和8只下旋翼的转速保持不变，飞行器可以悬停，同时增加或者减小8只上旋翼的转速和8只下旋翼的转速可以实现飞行器垂直上升下降运动。
在一定转速下，左边两个主轴上的4对旋翼同时增减或者减小速度，而右边两个主轴上的4对旋翼速度保持不变，飞行器可以实现相应方向的转弯。
在一定转速下，前边两个主轴上的4对旋翼同时增减或者减小速度，而后边两个主轴上的4对旋翼速度保持不变，飞行器可以实现相应方向的前进和后退。
使用2n(n＝8)台电动机驱动多旋翼布局的飞行器，则分别由一台发动机驱动一个旋翼，同时需要给每一个旋翼安装转速传感器监测该旋翼转速，并通过控制回路调整油门量以使所旋翼保持相同转速。
对于此类多旋翼飞行器的控制信号，可以由遥控接收机或者飞控计算机等产生。
Claims (3)
1.一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机，包括螺旋桨、动力平台、飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备，飞行控制系统、遥控遥测系统、载荷设备都处于动力平台内，动力平台通过主轴与多个螺旋桨连接，其特征在于：每个主轴由上下两轴组成，上下轴分别有两对无刷电机和两组螺旋桨，每组螺旋桨又包含上下两层螺旋桨，每层均为一个两叶桨，上边一对浆采用慢速浆由KV值小的无刷电机驱动，下边一对采用比上边一对转速高的浆，并且桨叶直径小于上边一对，电机的KV选用比上边一对电机KV大的无刷电机。
2.如权利要求1所述的一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机，其特征在于：每个主轴上部有分支机臂，每个主轴和分支机臂的端部都设置一组与无刷直流电机连接的电动动力单元，动力平台与电动动力单元电连接。
3.如权利要求2所述的一种非共轴反桨多旋翼无人旋翼机，其特征在于：所述主轴和分支机臂为中空结构。
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