CN105691587A - 一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器 - Google Patents

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陈浩
郭向群
张贺
张永伟
吕卉
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Abstract

一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，它包括机架、动力系统、航电系统、光电吊舱和整流罩。所述机架采用直升机护板式结构，所述的整流罩采用流线型设计。所述机架包括主机身、支臂和起落架。所述动力系统包括电池、电机和螺旋桨。所述航电系统包括飞控系统和电子调速系统。所述光电吊舱包括云台和相机。本发明所提供的四旋翼飞行器与传统水平布置方式的四旋翼飞行器相比，碳板受力情况明显改善，抗拉能力得到更充分的发挥；本发明所提供的四旋翼飞行器结构更加紧凑，强度和刚度高，整流效果更加显著，因此具有抗震能力强、空间利用率高、气动效率高和成本低等优点，其最长航时可达30min，在同级别飞行器中具有较高的性价比。

Description

一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器
技术领域
本发明属于飞行器制造领域，具体涉及一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器。
背景技术
四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器，可以搭配GoPro或者其它微型相机录制空中视频。目前，世界上使用的四旋翼飞行器多为水平布置结构，这种结构的缺点是主承力部件受力不合理，主机身横向跨幅大，压差阻力大，气动效率低。
发明内容
本发明公开了一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，它包括机架、动力系统、航电系统、光电吊舱和整流罩。所述的机架采用直升机护板式结构，所述的整流罩采用流线型设计。
所述机架包括主机身、支臂和起落架。
所述动力系统包括电池、电机和螺旋桨。
所述航电系统包括飞控系统和电子调速系统。
所述光电吊舱包括云台和相机。
所述主机身包括左护板、右护板、上梁板、中梁板、下梁板、云台架、前加固板和后加固板。
所述左护板和右护板是主承力部件，主要承受拉力。所述的上梁板、中梁板和下梁板均由两根铝制纵梁、四根铝制横梁和碳板组成，纵梁间设置板槽，碳板插在板槽内，横梁连接纵梁和左右护板。
所述云台架是悬臂梁结构，由固定在左右护板上两个铝制工字梁和夹在铝制工字梁腹板中的纵向铝管构成。
所述前加固板和后加固板的结构与上梁板、中梁板和下梁板的结构相同，分别由两根铝制纵梁、四根铝制横梁和碳板组成，纵梁间设置板槽，碳板插在板槽内，横梁连接纵梁和左右护板。
所述支臂包括转接座、机臂、电机座和机臂管夹。所述起落架与主机身连接处设置有起落架管架；所述转接座用于固定机臂和起落架，其结构为三通管式结构，一个方向通过螺栓固定在左右护板上，另外两个方向分别通过机臂管夹和起落架管夹上的螺纹扣合到转接座上，来固定机臂和起落架。
所述起落架是具有双曲度的轻质铝管，重量很轻，柔韧性好，可以承受很大形变，在降落时缓解了大量的冲击力。
所述动力系统靠电机座固定在机臂的末端，所述航电系统黏贴在上梁板、中梁板和下梁板上，所述光电吊舱固定在云台架上。
所述的螺旋桨为17英寸碳桨。
所述的电池选用22000mAh的6S格式电池，用魔术贴固定于下梁板中间部位。
所述飞控系统包括STM32F407芯片、CP2102桥接器、LD1086低降电压调节器、三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计、气压传感器、激光传感器和GPS传感器等硬件部分，以及姿态融合算法和控制算法等软件部分。气压传感器、激光传感器、GPS传感器和电机内置的霍尔元件是控制系统的检测与反馈装置，主芯片是控制系统的大脑，电调是执行器，电机是被控对象。
所述的飞控系统的硬件部分置于上梁板，并且底部贴有减震垫，能够有效地减小震动。
所述电子调速系统包括接收器、UBEC、电调和发射器。所述的发射器即常见的航模遥控器，以电磁波为载体发射控制信号。所述的接收器接收电磁波后进行滤波和放大，然后将控制信号输送给飞控系统。飞控系统通过比较反馈信号与控制信号，给电调发送控制信号。所述的电调选用60A的好盈无刷电调，通过改变可控硅导通角大小，控制输出端PWM信号的占空比，进而控制无刷直流电机的转速，最终引起飞行器姿态和位置的调整。所述的UBEC置于下梁板的前端，用来调节电压给接收器供电，UBEC放置得离接收机越远越好，目的是防止电磁干扰。
所述的云台和相机采用ZSY公司的SKYEYES-GoPro。
所述的电调和接收器用橡皮糖固定于中梁板，一方面能够快速拆装，另一方面能够减轻震动。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明所提供的采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器的机架采用直升机护板式结构，整流罩采用流线型设计；本发明所提供的四旋翼飞行器与传统水平布置方式的四旋翼飞行器相比，碳板受力情况明显改善，抗拉能力得到更充分的发挥；本发明所提供的四旋翼飞行器结构更加紧凑，强度和刚度高，整流效果更加显著，因此具有抗震能力强、空间利用率高、气动效率高和成本低等优点，其最长航时可达30min，在同级别飞行器中具有较高的性价比。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图；
图2为机架的结构示意图；
图3为主机身的具体结构示意图；
图4为机臂的具体结构示意图；
图5为电子调速系统的具体结构示意图；
图中：1、机架，2、动力系统，3、航电系统，4、光电吊舱，5、整流罩，6、左护板，7、右护板，8、上梁板，9、中梁板，10、主机身，11、支臂，12、起落架，13、下梁板，14、云台架，15、前加固板，16、后加固板，17、转接座，18、机臂，19、电机座，20、机臂管夹，21、接收器，22、UBEC，23、电调，24、起落架管夹。
具体实施方式
一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，它包括机架1、动力系统2、航电系统3、光电吊舱4和整流罩5。所述的机架1采用直升机护板式结构，所述的整流罩5采用流线型设计。
所述机架1包括主机身10、支臂11和起落架12。
所述动力系统2包括电池、电机和螺旋桨。
所述航电系统3包括飞控系统和电子调速系统。
所述光电吊舱4包括云台和相机。
所述主机身10包括左护板6、右护板7、上梁板8、中梁板9、下梁板13、云台架14、前加固板15和后加固板16。
所述左护板6和右护板7是主承力部件，主要承受拉力。所述的上梁板8、中梁板9和下梁板13均由两根铝制纵梁、四根铝制横梁和碳板组成，纵梁间设置板槽，碳板插在板槽内，横梁连接纵梁和左右护板。
所述云台架14是悬臂梁结构，由固定在左右护板上两个铝制工字梁和夹在铝制工字梁腹板中的纵向铝管构成。
所述前加固板15和后加固板16的结构与上梁板8、中梁板9和下梁板13的结构相同，分别由两根铝制纵梁、四根铝制横梁和碳板组成，纵梁间设置板槽，碳板插在板槽内，横梁连接纵梁和左右护板。
所述支臂11包括转接座17、机臂18、电机座19和机臂管夹20。所述起落架12与主机身10连接处设置有起落架12管架；所述转接座17用于固定机臂18和起落架12，其结构为三通管式结构，一个方向通过螺栓固定在左右护板上，另外两个方向分别通过机臂管夹20和起落架管夹24上的螺纹扣合到转接座17上，来固定机臂18和起落架12。
所述起落架12是具有双曲度的轻质铝管，重量很轻，柔韧性好，可以承受很大形变，在降落时缓解了大量的冲击力。
所述动力系统2靠电机座19固定在机臂18的末端，所述航电系统3黏贴在上梁板8、中梁板9和下梁板13上，所述光电吊舱4固定在云台架14上。
所述的螺旋桨为17英寸碳桨。
所述的电池选用22000mAh的6S格式电池，用魔术贴固定于下梁板13中间部位。
所述飞控系统包括STM32F407芯片、CP2102桥接器、LD1086低降电压调节器、三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计、气压传感器、激光传感器和GPS传感器等硬件部分，以及姿态融合算法和控制算法等软件部分。气压传感器、激光传感器、GPS传感器和电机内置的霍尔元件是控制系统的检测与反馈装置，主芯片是控制系统的大脑，电调23是执行器，电机是被控对象。
所述的飞控系统的硬件部分置于上梁板8，并且底部贴有减震垫，能够有效地减小震动。
所述电子调速系统包括接收器21、UBEC22、电调23和发射器。所述的发射器即常见的航模遥控器，以电磁波为载体发射控制信号。所述的接收器21接收电磁波后进行滤波和放大，然后将控制信号输送给飞控系统。飞控系统通过比较反馈信号与控制信号，给电调23发送控制信号。所述的电调23选用60A的好盈无刷电调，通过改变可控硅导通角大小，控制输出端PWM信号的占空比，进而控制无刷直流电机的转速，最终引起飞行器姿态和位置的调整。所述的UBEC22置于下梁板13的前端，用来调节电压给接收器供电，UBEC22放置得离接收机越远越好，目的是防止电磁干扰。
所述的云台和相机采用ZSY公司的SKYEYES-GoPro。
所述的电调23和接收器21用橡皮糖固定于中梁板9，一方面能够快速拆装，另一方面能够减轻震动。

Claims (10)

1.一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，其组成包括机架（1）、动力系统（2）、航电系统（3）、光电吊舱（4）和整流罩（5）；所述机架（1）采用直升机护板式结构，所述整流罩（5）采用流线型设计；所述机架（1）包括主机身（10）、支臂（11）和起落架（12）；所述动力系统（2）包括电池、电机和螺旋桨；所述航电系统（3）包括飞控系统和电子调速系统；所述光电吊舱（4）包括云台和相机；所述主机身（10）包括左护板（6）、右护板（7）、上梁板（8）、中梁板（9）、下梁板（13）、云台架（14）、前加固板（15）和后加固板（16）；所述支臂（11）包括转接座（17）、机臂（18）、电机座（19）和机臂管夹（20）；所述起落架（12）与主机身（10）连接处设置有起落架管架（24）；所述动力系统（2）靠电机座（19）固定在机臂（18）的末端；所述航电系统（3）黏贴在上梁板（8）、中梁板（9）和下梁板（13）上；所述光电吊舱（4）固定在云台架（14）上。
2.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述左护板（6）和右护板（7）是主承力部件，所述上梁板（8）、中梁板（9）和下梁板（13）均由两根铝制纵梁、四根铝制横梁和碳板组成，纵梁间设置板槽，碳板插在板槽内，横梁连接纵梁、左护板（6）和右护板（7）。
3.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述云台架（14）是悬臂梁结构，由固定在左护板（6）和右护板（7）上的两个铝制工字梁和夹在工字梁腹板中的纵向铝管构成。
4.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述前加固板（15）和后加固板（16）的结构与上梁板（8）、中梁板（9）和下梁板（13）的结构相同，均由两根铝制纵梁、四根铝制横梁和碳板组成，纵梁间设置板槽，碳板插在板槽内，横梁连接纵梁、左护板（6）和右护板（7）。
5.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述转接座（17）用于固定机臂（18）和起落架（12），其结构为三通管式结构，一个方向通过螺栓固定在左护板（6）和右护板（7）上，另外两个方向分别通过机臂管夹（20）和起落架管夹（24）上的螺纹扣合到转接座（17）上，来固定机臂（18）和起落架（12）。
6.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述起落架（12）采用具有双曲度的轻质铝管。
7.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述的螺旋桨采用17英寸碳桨。
8.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述的电池选用22000mAh的6S格式电池，用魔术贴固定于下梁板（13）中间部位。
9.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼飞行器，其特征在于，所述电子调速系统31包括接收器（21）、UBEC（22）、电调（23）和发射器；所述的电调（23）选用60A的好盈无刷电调（23）；所述的UBEC（22）置于下梁板（13）的前端；所述的电调（23）和接收器（21）用橡皮糖固定于中梁板（9）。
10.根据权利要求1所述的一种采用直升机护板式结构的四旋翼，其特征在于，所述的云台和相机采用ZSY公司的SKYEYES-GoPro。
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