CN104787316B - 多旋翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多旋翼飞行器，其包括机架及安装于该机架上的两个以上的旋翼系统；其中，旋翼系统包括主旋翼单元及副旋翼单元，主旋翼单元包括主旋翼，副旋翼单元包括副旋翼；副旋翼的桨径小于主旋翼的桨径；主旋翼与副旋翼共轴线；副旋翼单元为涵道风扇。该飞行器具有良好的姿态调整响应速度，提高其在飞行过程中的平稳性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多个旋翼的飞行器。
背景技术
多旋翼飞行器，通常包括机架及安装于机架上的控制单元与两个以上的旋翼系统，旋翼系统通常包括一个以上的旋翼单元，旋翼单元通常包括动力装置及由该动力装置驱动的旋翼，控制单元通常包括检测传感器、控制电路板及电调，电调用于调整旋翼的转速；控制单元用于检测飞行器的飞行姿态及调控动力装置以控制飞行器的行进姿态、行进方向及行进速度等。
公布号为CN104494817A的专利文献中公布了一种四旋翼无人机，即四旋翼飞行器，包括刚性十字交叉支架及安装于该支架上的控制单元与四个螺旋桨，四个螺旋桨分别由四个独立电机驱动，螺旋桨与电机构成旋翼单元。对于该飞行器，通常是通过增加支架悬臂的长度及旋翼的半径以提高其负载能力，这使飞行器的横向尺寸过大，难以在狭小的空间内飞行且不便于存储；此外，旋翼的惯性随其半径的增加而增加，从而降低其姿态调整的响应速度，降低飞行器在飞行过程中的平稳性。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种姿态调整响应速度快的多旋翼飞行器，以提高其在飞行过程中的平稳性。
为了实现上述主要目的，本发明提供一种多旋翼飞行器，其包括机架及安装于该机架上的两个以上的旋翼系统；其中，旋翼系统包括主旋翼单元及副旋翼单元，主旋翼单元包括主旋翼，副旋翼单元包括副旋翼；副旋翼的桨径小于主旋翼的桨径；主旋翼的轴线与副旋翼的轴线共轴线；副旋翼单元为涵道风扇。
由以上方案可见，由于在主旋翼的正下方或上方设置有与其共轴线安装的涵道风扇，在正常的飞行过程中，由主旋翼为飞行器提供主要升力，而涵道风扇用于提供辅助升力，利用涵道风扇单位横向尺寸提供升力大的优点在不增加飞行器横向尺寸的情况提高飞行器的负载能力；此外，充分地利用涵道风扇响应快的优点，为飞行器的姿态调整提供所需升力调整，提高飞行器姿态调整的响应速度，使该飞行器在飞行过程具有更高的平稳性。
一个具体的方案为副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.15至0.4。
另一个具体的方案为主旋翼的转向与副旋翼的转向相反。二者下洗气流的旋向相反，有利于提高飞行器的气动效率。
一个优选的方案为旋翼系统的数量为4个以上且为偶数。便于对飞行器的姿态调整的控制。
更优选的方案为旋翼系统的数量为4个；机架包括4根悬臂，该4根悬臂构成一十字型结构，4个旋翼系统对应地固定于4根悬臂的自由端上。
另一优选的方案为副旋翼的桨叶的桨距角小于主旋翼的桨叶的桨距角。
另一个优选的方案为副旋翼与主旋翼的桨叶数量均为三片。
再一个优选的方案为涵道风扇位于主旋翼的下方。由于涵道风扇的横向尺寸小于主旋翼的尺寸，有利于在飞行器的下方布置吊仓等。
附图说明
图1是本发明第一实施例的立体图；
图2是本发明第一实施例的结构分解图；
图3是本发明第一实施例中第一涵道风扇的结构图；
图4是本发明第一实施例中第二涵道风扇的结构图；
图5是本发明第一实施例中涵道风扇固定件的立体图；
图6是本发明第一实施例在飞行过程中各旋翼的旋向示意图；
图7是本发明第一实施例中主旋翼与副旋翼的平面图。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
第一实施例
参见图1及图2，飞行器1由机架10及安装于机架10上的控制单元、电源、第一旋翼系统、第二旋翼系统、第三旋翼系统及第四旋翼系统构成。机架10为一十字型结构，其上设有沿周向均布的四个悬臂，四个旋翼系统依次安装于四个悬臂的自由端上，从而均匀地布置于机架10中心的外围。第一旋翼系统由第一主旋翼单元及第一副旋翼单元构成，第一主旋翼单元由第一驱动电机112及由其驱动的第一主旋翼111构成，第一副旋翼单元的副旋翼与第一主旋翼111共轴线，第一副旋翼单元为第一涵道风扇15；第二旋翼系统由第二主旋翼单元及第二副旋翼单元构成，第二主旋翼单元由第二驱动电机122及由其驱动的第二主旋翼121构成，第二副旋翼单元的副旋翼与第二主旋翼121共轴线，第二副旋翼单元为第二涵道风扇16；第三旋翼系统由第三主旋翼单元及第三副旋翼单元构成，第三主旋翼单元由第三驱动电机132及由其驱动的第三主旋翼131构成，第三副旋翼单元的副旋翼与第三主旋翼131共轴线，第三副旋翼单元为第一涵道风扇17；第四旋翼系统由第四主旋翼单元及第四副旋翼单元构成，第四主旋翼单元由第四驱动电机142及由其驱动的第四主旋翼141构成，第四副旋翼单元的副旋翼与第四主旋翼141共轴线，第四副旋翼单元为第二涵道风扇18。四个涵道风扇分别通过涵道风扇固定件101固定于对应悬臂的自由端上，第一涵道风扇15、17，第二涵道风扇16、18依次位于第一主旋翼单元、第三主旋翼单元、第二主旋翼单元及第四主旋翼单元的正下方。
参见图3，第一涵道风扇15由第一涵道150，第一支架154，第一导流板153及通过第一支架154固定于第一涵道150内的第一驱动电机152，第一副旋翼151与第一整流帽155构成。第一副旋翼151为右旋螺旋桨，第一导流板153由4片沿第一涵道150的径向延伸的矩形板构成，该4片矩形板均布于第一副旋翼151的旋转周向上，第一导流板153的导流面与第一涵道150的中线平行，第一支架154固定于第一导流板153远离第一涵道150的内侧壁的一端上。
参见图4，第二涵道16由第二涵道160，第二支架164，第二导流板163及通过第二支架164固定于第二涵道160内的第二驱动电机162，第二副旋翼161与第二整流帽165构成。第二副旋翼161为左旋螺旋桨，第二导流板163由4片沿第二涵道160的径向延伸的矩形板构成，该4片矩形板均布于第二副旋翼161的旋转周向上，第二导流板163的导流面与第二涵道160的中线平行，第二支架164固定于第二导流板163远离第二涵道160的内侧壁的一端上。
参见图5，涵道风扇固定件101由可开合的两个半圆筒1011构成，半圆筒1011上形成有用于将涵道风扇固定件101固定于机架10的悬臂上的固定部1012。
参见图6，飞行器1在飞行过程中，第一主旋翼111，第三主旋翼131及两个第二副旋翼161、181均为绕自身旋转轴逆时针旋转；第二主旋翼121，第四主旋翼141及两个第一副旋翼151、171均为绕自身旋转轴顺时针旋转。四个主旋翼均为飞行器1的飞行提供升力，四个副旋翼均为飞行器1的飞行提供辅助升力，二者的升力相结合，在不增加飞行器1在横向尺寸的情况下，有效地提高飞行器1的负载能力。当飞行器需要进行姿态调整时，通过调整四个涵道风扇的旋翼的转速，改变四个悬臂自由端上的升力分布，从而对飞行器1的姿态进行调整，充分利用涵道风扇的响应快及单位横向尺寸升力大的优点，提高飞行器1的姿态调整的响应速度。
参见图7，以第四旋翼系统为例对主旋翼与副旋翼的相对位置及尺寸关系进行说明，第二副旋翼181的桨径与第四主旋翼141的桨径之比为0.3。第二副旋翼181旋转形成的下洗气流主要来自第四主旋翼141的桨根区域，以此补充第四主旋翼141的桨根区域的下洗气流量，在第四主旋翼141的桨根区域产生更高的下洗气流速度，从而能够有效地提高飞行器1的气动效率。第二副旋翼181与第四主旋翼141间沿其轴线方向上间距根据所需补充气流量需要及机架、主旋翼尺寸与副旋翼尺寸进行调整。
第二实施例
作为对本发明第二实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。
对于同一旋翼系统，副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.4。
第三实施例
作为对本发明第三实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。
对于同一旋翼系统，副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.15，主旋翼的桨距角小于副旋翼的桨距角。桨距角较小的主旋翼位于上方，其对气流的作用力的水平分量较小，有效地减少副旋翼的功率，可以有利于减少主旋翼下洗气流的变向作用，减少下洗气流对副旋翼的干扰。
第四实施例
作为对本发明第四实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。
对于同一旋翼系统，副旋翼的桨径与主旋翼的桨径之比为0.35，副旋翼与主旋翼的桨叶数量均为三片。
第五实施例
作为对本发明第五实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。
飞行器沿机架的周向上布置有8个旋翼系统。
第六实施例
作为对本发明第六实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。
涵道风扇位于主旋翼的上方，便于涵道风扇的下洗气流对主旋翼的桨根区域的下洗气流量的补充。
第七实施例
作为对本发明第七实施例的说明，以下仅对与上述第一实施例的不同之处进行说明。
采用油机替代电机对旋翼的旋转进行驱动。
本发明的构思主要是对飞行器的旋翼系统进行改进，以提高由该旋翼系统构建飞行器的姿态调整响应速度，根据本构思，旋翼系统的数量通常为两个以上，具体数量可根据飞行器的实际情况进行布置。
Claims (7)
1.多旋翼飞行器，包括机架及安装于所述机架上的两个以上的旋翼系统；
所述旋翼系统包括主旋翼单元及副旋翼单元，所述主旋翼单元包括主旋翼，所述副旋翼单元包括副旋翼；
其特征在于：
所述副旋翼的桨径与所述主旋翼的桨径之比为0.15至0.4，所述副旋翼对所述主旋翼的桨根区域补充下洗气流量；
所述主旋翼与所述副旋翼共轴线布置；
所述副旋翼单元为涵道风扇。
2.根据权利要求1所述多旋翼飞行器，其特征在于：
所述主旋翼的转向与所述副旋翼的转向相反。
3.根据权利要求1或2所述多旋翼飞行器，其特征在于：
所述旋翼系统的数量为4个以上且为偶数。
4.根据权利要求3所述多旋翼飞行器，其特征在于：
所述旋翼系统的数量为4个；
所述机架包括4根悬臂，4根所述悬臂构成一十字型结构，4个所述旋翼系统对应地固定于4根所述悬臂的自由端上。
5.根据权利要求1或2所述多旋翼飞行器，其特征在于：
所述主旋翼的桨叶的桨距角小于所述副旋翼的桨叶的桨距角。
6.根据权利要求1或2所述多旋翼飞行器，其特征在于：
所述副旋翼与所述主旋翼的桨叶数量均为三片。
7.根据权利要求1或2所述多旋翼飞行器，其特征在于：
所述涵道风扇位于所述主旋翼的下方。
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