CN104443343A - 矢量推进悬浮式飞行装置 - Google Patents

Abstract

一种矢量推进悬浮式飞行装置，包括：带有变体积保压装置的艇体以及对称设置于艇体两侧的安装座、依次与安装座相连的两轴转动机构和涵道推进器；变体积保压装置包括：连接座和收缩绳索，连接座与艇体固定连接，收缩绳索套接于艇体外部且两端分别与连接座相连，通过改变收缩绳索长度达到变体积保压目的；两轴转动机构为转轴相互垂直的两个伺服转动机构。本发明具有低阻力高浮力、结构简单、机动性强的特点，克服了旋翼飞行器完全依靠螺旋桨产生升力，对能源消耗大，载重小，航时短的缺点。

Description

矢量推进悬浮式飞行装置

技术领域

本发明涉及的是一种飞行器技术领域的装置，具体是一种矢量推进悬浮式飞行装置。

背景技术

常规飞艇体内充有浮升气体，具有大载重、长航时的优点，矢量推进器仅仅用于起飞和降落过程，飞行中仍然类似与飞机，以舵面控制为主，因而机动性较差。旋翼飞行器具有高机动性的优点，但是其升力完全由螺旋桨产生，对能源消耗较大，载重小，航时短。本发明设计的矢量推进悬浮式飞行装置，放弃了常规飞艇的舵面操控，仅采用两个可以两轴旋转的矢量推进器，通过控制分配，可以实现前进、后退、上升、下降、左右横移、左右偏转等飞行动作。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103274042A公开(公告)日2013.09.04，公开了一种悬浮式直升飞行器，包括机体，该机体包括机架以及设在机架上的至少两个涵道旋翼组件，其中，每个涵道旋翼组件包括连接在机架的端部并可绕水平轴线转动的连接轴、设在连接轴外端的涵道旋翼马达、与涵道旋翼马达连接的旋翼以及设在旋翼外的涵道外壳；所述机架上还设有作业吊舱以及飞行控制模块；所述机架上设有至少两个气囊固定框，每个气囊固定框内均设有气囊；所述气囊固定框内的气囊被气囊固定框固定在同一水平面上；所述气囊中充满比重低于空气的气体。该技术的悬浮式直升飞行器综合了常用无人直升机和飞艇的优点，用于农田作业时具有载荷量大、机动灵活性较高、安全性较高且结构简单及稳定性强等优点。但该技术的缺陷和不足在于：

1)该技术包括一个贯穿机体的机架，气囊通过气囊固定框固定在机架上。这种结构一方面限制了气囊的体积，一方面增加了不必要的结构重量。

2)该技术包括至少两个涵道旋翼组件，每个涵道旋翼组件只可绕水平轴线转动。由于每个涵道旋翼组件只可绕水平轴线转动，因此要同时完成上升和横移等复杂飞行动作，需要两个以上涵道组件。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种矢量推进悬浮式飞行装置，将矢量推进应用到飞艇上，综合了飞艇与旋翼飞行器的优点，省去贯穿机体的机架以及气囊固定框，依靠超压囊体的刚度实现机架功能，通过充有浮升气体的机体与可以矢量倾转的推进器的结合，具有机动灵活，结构简单，稳定性强的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：带有变体积保压装置的艇体以及对称设置于艇体两侧的安装座、依次与安装座相连的两轴转动机构和涵道推进器。

所述的安装座由基座和撑条组成，其中：基座与撑条固定连接，撑条通过粘接或者绳系等方式连接在艇体表面。

所述的涵道推进器包括：马达、风扇叶片和涵道风筒，其中：带有风扇叶片的马达设置于涵道风筒内。

所述的变体积保压装置包括：连接座和收缩绳索，其中：连接座与艇体固定连接，收缩绳索套接于艇体外部且两端分别与连接座相连，通过改变收缩绳索长度达到变体积保压目的。

技术效果

与现有技术相比，本发明具有低阻力高浮力、结构简单、机动性强的特点，仅采用两个两轴旋转的矢量推进器，通过控制分配，可以实现前进、后退、上升、下降、左右横移、左右偏转等飞行动作。放弃了常规飞艇的舵面操控，实现了飞艇无法完成的飞行动作，同时克服了旋翼飞行器完全依靠螺旋桨产生升力，对能源消耗大，载重小，航时短的缺点。

附图说明

图1为现有技术示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为涵道推进器旋转示意图；

图4为实施例示意图；

图中：1艇体、2安装座、3两轴转动机构、4涵道推进器、5变体积保压装置、6基座、7撑条、8马达、9风扇叶片、10涵道风筒、11连接座、12收缩绳索、13伺服转动机构。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图2所示，本实施例包括：带有变体积保压装置5的艇体1以及对称设置于艇体1两侧的安装座2、依次与安装座2相连的两轴转动机构3和涵道推进器4。

所述的安装座2由基座6和撑条7组成，其中：撑条7通过粘接或者绳系等方式连接在艇体1表面。

所述的两轴转动机构3一端通过螺丝、卡扣或其他方式与基座6固定连接。

所述的两轴转动机构3的另一端通过螺丝、卡扣或其他方式与涵道推进器4固定连接。

所述的涵道推进器4包括：马达8、风扇叶片9和涵道风筒10，其中：带有风扇叶片9的马达8设置于涵道风筒10内。

所述的变体积保压装置5包括：连接座11和收缩绳索12，其中：连接座与艇体1固定连接，收缩绳索12套接于艇体1外部且两端分别与连接座11相连，通过改变收缩绳索12长度达到变体积保压目的。常规飞艇采用主气囊和副气囊的双层囊体结构，通过控制鼓风机和阀门来调整内部的副气囊的体积，从而实现飞艇囊体的保压。本发明通过上述变体积保压装置5，以外部收缩绳索的方式，只改变局部飞艇外型，较好地维持了飞行器的飞行性能。

所述的收缩绳索12通过橡皮筋、弹簧等大弹性形变材料实现，也可以通过收索舵机改变收缩绳索长度实现。

所述的两轴转动机构3为转轴相互垂直的两个伺服转动机构13，优选为伺服舵机。

该两轴转动机构3能够沿水平横向轴转动加水平前后轴转动、沿水平前后轴转动加水平横向轴转动或者沿竖直轴转动加任一水平轴转动。

所述的艇体1为球体或旋转椭球体结构，由橡胶、纤维聚酯薄膜、多层合成纤维薄膜、聚氨酯薄膜、聚氯乙烯、PVF、涤纶、纱纶或尼龙制成；艇体的内部充满密度低于空气的气体，优选为氢气或氦气。

所述的艇体优选通过分段抛物线的母线旋转后设计得到外形形状，考虑其具有姿态稳定性和良好气动特性，进一步优选设计为上圆下尖的外型特征。相对于现有技术，取消了机架和气囊固定框，在相同机架长度的条件下，本发明艇体容积远大于现有技术方案。

所述的艇体1上优选进一步设有作业吊舱和设置于其内部的机上控制单元，其中：机上控制单元分别与涵道推进器4的马达8以及两轴转动机构3相连以输出控制指令，机上控制单元通过无线信号与地面遥控单元相连。作业吊舱优选置于艇体1底部，以降低重心，增加重力恢复力矩，提高姿态稳定性。

如图4所示，本飞行器可通过以下飞行控制策略实现全向运动：α₁为左侧涵道推进器与艇体侧切平面间夹角，向艇体外侧为正；α₂为涵道推进器在艇体侧切平面上的投影与艇体竖直轴的夹角，向前方为正。同理定义艇体右侧涵道推进器的夹角β₁，β₂，则控制策略具体如下：

现有涵道旋翼组件只可绕水平轴线转动：上升时，两个旋翼组件需同时向上，此时涵道旋翼组只能向前后偏转不能横向偏转。如果需要横移，只有先改变前进方向，才能实现横向移动，或者增加第三个或者更多推进器来实现。本发明通过上述控制策略，两个旋翼组向上的同时，前后横向都可以偏转，因此可以在不增加推进器的条件下，直接实现任何需要的飞行动作。

Claims (8)

1.一种矢量推进悬浮式飞行装置，其特征在于，包括：带有变体积保压装置的艇体以及对称设置于艇体两侧的安装座、依次与安装座相连的两轴转动机构和涵道推进器；

所述的安装座由基座和撑条组成，其中：基座与撑条固定连接，撑条通过粘接或者绳系等方式连接在艇体表面；

所述的变体积保压装置包括：连接座和收缩绳索，其中：连接座与艇体固定连接，收缩绳索套接于艇体外部且两端分别与连接座相连，通过改变收缩绳索长度达到变体积保压目的；

所述的两轴转动机构为转轴相互垂直的两个伺服转动机构。

2.根据权利要求1所述的矢量推进悬浮式飞行装置，其特征是，所述的两轴转动机构一端通过螺丝、卡扣或其他方式与基座固定连接；所述的两轴转动机构的另一端通过螺丝、卡扣或其他方式与涵道推进器固定连接。

3.根据权利要求1所述的矢量推进悬浮式飞行装置，其特征是，所述的涵道推进器包括：马达、风扇叶片和涵道风筒，其中：带有风扇叶片的马达设置于涵道风筒内。

4.根据权利要求1所述的矢量推进悬浮式飞行装置，其特征是，所述的收缩绳索通过橡皮筋、弹簧等大弹性形变材料实现，也可以通过收索舵机改变收缩绳索长度实现。

5.根据权利要求1所述的矢量推进悬浮式飞行装置，其特征是，所述的两轴转动机构为伺服舵机，该两轴转动机构能够沿水平横向轴转动加水平前后轴转动、沿水平前后轴转动加水平横向轴转动或者沿竖直轴转动加任一水平轴转动。

6.根据权利要求1所述的矢量推进悬浮式飞行装置，其特征是，所述的艇体通过分段抛物线的母线旋转后设计得到外形形状。

7.根据权利要求1所述的矢量推进悬浮式飞行装置，其特征是，所述的艇体上设有作业吊舱和设置于其内部的机上控制单元，其中：机上控制单元分别与涵道推进器的马达以及两轴转动机构相连以输出控制指令，机上控制单元通过无线信号与地面遥控单元相连，作业吊舱优选置于艇体底部。

8.一种基于上述任一权利要求所述矢量推进悬浮式飞行装置的控制方法，其特征在于，通过以下方式实现全向运动：

其中：α₁为左侧涵道推进器与艇体侧切平面间夹角，向艇体外侧为正；α₂为涵道推进器在艇体侧切平面上的投影与艇体竖直轴的夹角，向前方为正；同理定义艇体右侧涵道推进器的夹角β₁，β₂。