CN105620740A - 一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器，由载荷舱、涵道机匣、导流舵、对转驱动电机和两对转转子组成；载荷舱位于涵道机匣的上方，涵道机匣采用空腔环形结构并将对转转子叶片包覆产生额外的前缘吸力，提高飞行器升力的同时降低了飞行器功率需求。安装架固定在涵道机匣内壁下端，导流舵与安装架连接，对转驱动电机安装在安装架上部，两对转转子分别与对转驱动电机输出轴固连，起落架嵌入在涵道机匣外侧壁下部。共轴对转双旋翼自身抵消了自旋力矩，有利于飞行器姿态的稳定控制。采用对转转子降低了每级转子叶片的气动载荷，有利于减少气动损失，同时对转转子叶片降低旋流损失，大大提高了气动效率，增加续航时间。

Description

一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器
技术领域
本发明涉及一种垂直起降飞行器，具体地说，涉及一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器。
背景技术
现有公开的技术文献“微小型四旋翼飞行器的研究现状与关键技术”(《电光与控制》2007(06))中，论述了垂直起降飞行器广泛的应用价值与应用前景，以及当前多旋翼飞行器技术现状。通过文献资料与实际应用现状对比表明:当前四旋翼飞行器大多使用开放式螺旋桨，空间面积占用较大，而且受限于气动布局，桨叶直径受到飞行器轴距约束，并存在桨叶气动干涉，气动效率较难提高。四旋翼飞行器在目前储能技术条件下，如采用电动力，则续航时间较短，不利于实际应用，如采用油动力，需要另加装油箱、滑油系统、机械传动装置各部件，降低了飞行器系统稳定性，降低了有效载荷。
专利CN1774366A中公开了一种“旋翼及具有这种旋翼的旋翼飞机”其确保改善其飞行特性，提高了飞行安全性和可靠性，并将该旋翼应用在直升机上。但该旋翼仅能为飞行器提供升力，无法提供飞行稳定性，控制系统设计较为复杂。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，克服现有旋翼垂直起降飞行器续航时间较短，导致实际应用价值不高的问题，本发明提出一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器。飞行器采用涵道机匣将对转转子叶片包覆，产生额外的前缘吸力,并通过对转转子叶片降低旋流损失，提高了飞行器气动效率，增加续航时间；涵道机匣的引入能防止叶片触碰障碍，提高了飞行安全性，同时涵道机匣中的对转转子叶片抵消了自旋力矩，降低了控制难度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括载荷舱、载荷舱支架、涵道机匣、起落架、安装架、导流舵、第一转子、第二转子、对转驱动电机，所述载荷舱位于涵道机匣的上方，载荷舱支架一端与载荷舱固连,载荷舱支架另一端与涵道机匣固连,载荷舱支架沿涵道机匣上端边缘周向均布；
所述涵道机匣为空腔环形结构，安装架成十字形固定在涵道机匣内壁下端部，四个导流舵分别与安装架连接，对转驱动电机安装在安装架上部，第一转子与第二转子分别与对转驱动电机输出轴固连，第一转子和第二转子的叶片叶尖与涵道机匣内侧壁面间隙为0.5mm，起落架沿涵道机匣周向均布，起落架嵌入在涵道机匣外侧壁下部。
载荷舱、对转驱动电机、第一转子、第二转子与涵道机匣安装在同一轴线上。
所述导流舵采用NACA0018翼型。
所述起落架为多个。
所述涵道机匣采用碳纤维材料。
本发明提出的一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器。涵道机匣采用空腔环形结构，安装架成十字形固定在涵道机匣内壁下端部，导流舵与安装架连接，对转驱动电机安装在安装架上部，第一转子与第二转子分别与对转驱动电机输出轴固连，起落架沿涵道机匣周向均布，嵌入在涵道机匣外侧壁下部。在气动性能方面，涵道机匣提供额外的前缘吸力，提高飞行器升力，降低了飞行器功率需求；对转转子叶片的使用，降低了每级转子叶片的气动载荷，有利于减少气动损失，同时对转转子叶片消除了旋流损失，大大提高了气动效率。另一方面，共轴对转双旋翼自身抵消了自旋力矩，有利于飞行器姿态的稳定控制。
本发明共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器安全性好，由于涵道机匣的保护，允许飞行器飞行过程中触碰障碍，飞行续航时间长。飞行器可触碰楼室墙壁，具备极高的容错能力。与现有技术相比，传统的多旋翼飞行器使用开放式螺旋桨，要求飞行过程中始终与障碍物保持距离，提高了导航技术难度，在实际应用有较大障碍。在山地林区环境下，垂直起降飞行器可在茂密丛林中起降，并具有在密林中穿越的能力，相比于传统多旋翼飞行器可靠性较高，降低了树枝杂物卷入螺旋桨的可能性。共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器得益于其高效率及安全性，在室内侦查，电力线路巡线，山区救援，林场勘测诸多场合都有极大的应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器作进一步详细说明。
图1为本发明共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器剖视图。
图2为本发明共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器侧视图。
图3为本发明共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器轴测图。
图中:
1.载荷舱2.载荷舱支架3.涵道机匣4.起落架5.安装架6.导流舵7.第一转子8.第二转子9.对转驱动电机
具体实施方式
本实施例是一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器。
参照图1～3，本实施例共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器由载荷舱1、载荷舱支架2、涵道机匣3、起落架4、安装架5、导流舵6、第一转子7、第二转子8、对转驱动电机9组成；载荷舱1安装在涵道机匣3的上方，载荷舱支架2一端与载荷舱1固定连接，载荷舱支架2另一端与涵道机匣3固定连接，载荷舱支架2为多个，载荷舱支架2沿涵道机匣3上端边缘周向均布。涵道机匣3为空腔环形结构，涵道机匣3内径为400mm，采用碳纤维材料开模加工而成。涵道机匣3加工成空腔环形结构，可将其改造成为燃油动力系统的油箱。涵道机匣3加工时并预制好起落架4、安装架5以及载荷舱支架2的安装孔。安装架5成十字形固定在涵道机匣3内壁下端部，导流舵6与安装架连接，本实施例导流舵6采用NACA0018翼型，使用木质翼肋并铺以碳板蒙皮。四个导流舵6的偏转由机匣上的四个舵机独立控制，共同完成各种控制需求。
对转驱动电机9固定在安装架5上部，第一转子7与第二转子8分别与对转驱动电机9输出轴固定连接，第一转子7与第二转子8的叶片叶尖与涵道机匣内侧壁面有0.5mm间隙，叶片直径为399mm。第一转子7与第二转子8由一组400w共轴安装的对转驱动电机9驱动，实现差速调节，提供额外的偏航力矩。
本实施例中起落架4为四个,起落架由碳管加工而成，起落架4沿涵道机匣3周向均布，嵌入在涵道机匣3外侧壁下部的四个安装节点处。
安装步骤
(1)首先，将第一转子7和第二转子8分别与对转驱动电机9输出轴固定连接。
(2)将对转驱动电机9通过螺栓固定在安装架5上，四个导流舵6通过活页与十字形安装架5的四个臂连接。
(3)将十字形安装架5通过螺栓固定在涵道机匣3内壁下端部，安装架5中心与涵道机匣3中轴线同轴，保证第一转子7与第二转子8的叶片叶尖与涵道机匣3内侧壁面保持在0.5mm间隙。
(4)将起落架4通过螺栓连接在涵道机匣3外侧壁预制好的安装点上。
(5)载荷舱1与载荷舱支架2固定连接后，同时,载荷舱支架2固定安装在涵道机匣3上，安装时载荷舱1中心与涵道机匣3、对转驱动电机9、第一转子7、第二转子8安装在同一轴线上，以保证导航元件准确地测量出飞行器飞行状态。
飞行方式
将垂直起降飞行器放置在平面上，开启电源并激活飞控系统。逐渐提高对转转子叶片转速直至其升力足够克服重力。当垂直起降飞行器向前运动时，两个俯仰导流舵同时偏转，形成俯仰力矩使得垂直起降飞行器前倾，此时发动机出口气流存在水平方向速度分量，形成前进推力；垂直起降飞行器向后运动时，以及左、右方向运动控制方式相同。当偏航方向需要调整时，首先可通过对转转子叶片的差速获得偏航力矩。

Claims (5)

1.一种共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器，其特征在于:包括载荷舱、载荷舱支架、涵道机匣、起落架、安装架、导流舵、第一转子、第二转子、对转驱动电机，所述载荷舱位于涵道机匣的上方，载荷舱支架一端与载荷舱固连,载荷舱支架另一端与涵道机匣固连,载荷舱支架沿涵道机匣上端边缘周向均布；
所述涵道机匣为空腔环形结构，安装架成十字形固定在涵道机匣内壁下端部，四个导流舵分别与安装架连接，对转驱动电机安装在安装架上部，第一转子与第二转子分别与对转驱动电机输出轴固连，第一转子和第二转子的叶片叶尖与涵道机匣内侧壁面间隙为0.5mm，起落架沿涵道机匣周向均布，起落架嵌入在涵道机匣外侧壁下部。
2.根据权利要求1所述的共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器，其特征在于:载荷舱、对转驱动电机、第一转子、第二转子与涵道机匣安装在同一轴线上。
3.根据权利要求1所述的共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器，其特征在于:所述导流舵采用NACA0018翼型。
4.根据权利要求1所述的共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器，其特征在于:所述起落架为多个。
5.根据权利要求1所述的共轴对转双旋翼涵道式垂直起降飞行器，其特征在于:所述涵道机匣采用碳纤维材料。
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