CN106314774B - 多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多旋翼飞行器，其包括机体、旋翼及支撑臂，所述旋翼固定于所述支撑臂远离所述机体的一端，所述旋翼包括电机，所述电机的转轴用于驱动桨叶旋转，其特征在于，所述机体包括一个第一参考平面，所述支撑臂与所述机体固定，所述支撑臂远离所述机体的一端沿第一轴线延伸，所述第一轴线与所述第一参考平面呈第一夹角，所述第一夹角为2°‑45°。上述多旋翼飞行器能够获得所述旋翼的升力在反扭力方向上的分力，从而增强反扭力，提高了响应速度。

Description

多旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器，尤其涉及一种多旋翼飞行器。

背景技术

目前，多旋翼无人飞行器采用多个独立电机驱动，例如：四旋翼飞行器采用四个独立电机驱动。旋翼无人飞行器通过多个旋翼产生的推力能更好地实现静态盘旋，可以在悬空静止的状态下短时间内改变其姿态，有高度的机动性和有效承载力。

现有的多旋翼无人飞行器的旋转是依靠正转与反转的桨产生的反扭力差来驱动飞行器的方向角改变。由于反扭力产生力的大小和反应都有限，对于惯性比较大的飞行器来说，方向角的驱动力比较弱，导致多旋翼无人飞行器旋转过程中响应速度较慢。同时由于不能快速响应，当出现如刮风等外部干扰时，需要一个相对较长的调整平衡的时间，进而抗扰动的能力也不强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够获得大反扭力、更快旋转响应速度的多旋翼飞行器。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多旋翼飞行器，其包括机体、旋翼及支撑臂，所述旋翼固定于所述支撑臂远离所述机体的一端，所述旋翼包括电机，所述电机的转轴用于驱动桨叶旋转，其特征在于，所述机体包括一个第一参考平面，所述支撑臂与所述机体固定，所述支撑臂远离所述机体的一端沿第一轴线延伸，所述第一轴线与所述第一参考平面呈第一夹角，所述第一夹角为2°-45°。

进一步地，多个所述第一轴线分别位于多个第二参考平面上，所述电机的转轴垂直于第三参考平面，所述第三参考平面与第二参考平面之间呈第二夹角设置，所述第二夹角为0°-10°。

进一步地，所述第二夹角为1°-5°。

进一步地，所述第一夹角为5°-20°。

进一步地，所述第一夹角为7.5°-17.5°；

或者，所述第一夹角为10°-15°；

或者，所述第一夹角为10.5°-14.5°；

或者，所述第一夹角为11°-13.5°。

进一步地，所述多旋翼飞行器水平飞行时，所述第一参考平面与水平面之间成一夹角。

进一步地，所述多旋翼飞行器包括顶面，所述第一参考平面与所述顶面共面。

进一步地，所述旋翼包括正旋翼及反旋翼，所述正旋翼的数量与及所述反旋翼的数量相等。

进一步地，所述支撑臂为偶数个，所述正旋翼及所述反旋翼分别交替设置于各所述支撑臂上；

或者，所述支撑臂为偶数个，偶数个所述支撑臂呈中心对称排布；

或者，所述支撑臂呈辐射状环绕所述机体设置，所述正旋翼及所述反旋翼的旋转方向相反；

或者，所述正旋翼及所述反旋翼均包括电机，所述反旋翼的电机的转轴方向与相邻的所述正旋翼的电机的转轴方向镜像对称。

上述的多旋翼飞行器通过将所述支撑臂远离所述机体的一端沿第一轴线延伸，且所述第一轴线与所述第一参考平面呈第一夹角，使所述旋翼在运转时，所述多旋翼飞行器能够获得所述旋翼的升力在反扭力方向上的分力，从而增强反扭力，提高旋转过程中响应速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的多旋翼飞行器的结构示意图；

图2是图1的多旋翼飞行器的支撑臂及正旋翼的分解示意图；

图3是图1的多旋翼飞行器的受力示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请一并参阅图1至图3，本发明实施方式提供的一种多旋翼飞行器100。该多旋翼飞行器100包括机体10、支撑臂20、正旋翼30及反旋翼40。

所述机体10包括一个第一参考平面A。所述第一参考平面A平行于所述多旋翼飞行器100水平飞行时的水平面。本实施方式中，所述第一参考平面A与所述机体10顶面共面。当然，在其他实施方式中，根据特别使用要求，所述第一参考平面A也可以与所述多旋翼飞行器100水平飞行时的水平面成一夹角。

本实施方式中，所述多旋翼飞行器100包括六个支撑臂20。所述支撑臂20为截面是矩形的杆状物。所述支撑臂20远离所述机体10的一端21形成一圆台21a，所述圆台21a包括一用于安装所述正旋翼30或反旋翼40的安装平面21b。所述六个支撑臂20呈辐射状环绕所述机体10固定，所述六个支撑臂20呈中心对称排布。当然，在其他实施方式中，所述支撑臂20的个数也可以是四个、八个、十个等偶数。所述六个支撑臂20远离所述机体10的一端21分别沿多个第一轴线LL’延伸，所述第一轴线LL’与所述第一参考平面A呈第一夹角，所述第一夹角为2°-45°。本实施方式中，所述支撑臂20沿所述第一轴线LL’延伸。当然，在其他实施方式中，所述支撑臂20也可以与所述第一参考平面A平行，仅将所述支撑臂20远离所述机体10的一端21沿多个第一轴线LL’延伸，即所述支撑臂20远离所述机体10的一端21向上倾斜。或将所述支撑臂20设计成分段结构，通过多段结构的逐段倾斜实现所述支撑臂20远离所述机体10的一端21的倾斜。多个所述第一轴线LL’分别位于多个第二参考平面B上，所述第二参考平面B与所述第一参考平面A的二面角α为所述第一夹角。所述安装平面21b平行于所述第二参考平面B。所述六个个支撑臂20以60°夹角均匀固定于所述机体10四周。所述第一夹角为2°-45°。优选地，所述第一夹角的范围为5°-20°。为了保证无人机飞行的稳定性，所述第一夹角优选范围为7.5°-17.5°。为了兼顾飞行效率，所述第一夹角优选范围为10°-15°，具体地，如15°、14.5°、13.5°、12°、11°、10.5°或10°。

所述各正旋翼30及反旋翼40分别交替固定于各所述支撑臂20远离所述机体10的一端21。所述正旋翼30及反旋翼40数量相等，几何形状相同，所述正旋翼30及反旋翼40的旋转方向相反。本实施方式中，所述正旋翼30逆时针旋转，所述反旋翼40顺时针旋转。所述正旋翼30的转轴MM’垂直于第三参考平面C，所述第三参考平面C位于所述第二参考平面B背向所述第一参考平面A的一侧，所述第三参考平面C与第二参考平面B的二面角β为第二夹角，所述第二夹角为0°-10°，优选地，所述第二夹角为1°-5°。本实施方式中，所述第二夹角为5°。所述反旋翼40的转轴方向NN’与相邻的所述正旋翼30的转轴方向MM’镜像对称。

本实施方式中，多旋翼飞行器100包括三个正旋翼30及三个反旋翼40。由于所述正旋翼30及反旋翼40结构相同，以所述正旋翼30为例详细介绍。

所述正旋翼30包括电机31、电子调速器32、桨叶33及第一垫片34。所述电子调速器32固定于所述支撑臂20远离所述机体10的一端21。所述电子调速器32包括承靠平面32a，所述承靠平面32a平行于所述第二参考平面B，所述电机31固定于所述承靠平面32a上。本实施方式中，所述电子调速器32位于所述圆台21a内，所述承靠平面32a与所述安装平面21b平齐。

所述第一垫片34夹持于所述电机31及所述承靠平面32a之间，用于将所述电机31的转轴31a垂直于所述第三参考平面C，即所述正旋翼30的转轴方向MM’垂直于所述第三参考平面C。本实施方式中，将所述第一垫片34夹持于所述电机31及所述安装平面21b一侧，从而将所述电机31一侧垫高，将所述电机31的转轴31a相对所述承靠平面32a偏转第二夹角大小。所述反旋翼40上的第一垫片34的放置位置与所述正旋翼30的第一垫片34的放置位置相对，即所述反旋翼40上的第一垫片34的放置位置与所述正旋翼30的第一垫片34的放置位置镜像对称。从所述多旋翼飞行器100中心想外看，所述反旋翼40的转轴31a向左倾斜，所述正旋翼30的转轴向右倾斜。所述电机31的转轴31a驱动所述桨叶33旋转产生升力F0。

当所述多旋翼飞行器100飞行时，所述正旋翼30产生垂直于所述第三参考平面C的所述升力F0。所述正旋翼30的电机31驱动桨叶33会同时产生扭力，即力矩，所述桨叶33会对所述电机31产生反扭力。所述多旋翼飞行器100利用这个反扭力来控制飞行的旋转这种姿态。本实施方式中，所述正旋翼30逆时针旋转，产生的反扭力方向为顺时针方向；所述反旋翼40顺时针旋转,产生的反扭力方向为逆时针方向。所述升力F0可以分解为一垂直于第二参考平面B的分力F1以及平行于第二参考平面B的分力F2，由于所述升力F0垂直所述第三参考平面C，所述分力F1垂直于第二参考平面B，所以通过几何关系推导可知分力F1与力F0之间的夹角大小等于所述第三参考平面C与第二参考平面B的二面角β，即第二夹角。通过力分解可得：F2=F0×sinβ，F1=F0×cosβ。所述分力F2方向与反扭力方向一致。使得所述正旋翼30转速提高时将产生让所述机体10顺时针旋转的分力F2，用于增强所述正旋翼30的反扭力，同理所述反旋翼40在提高转速的时候同时产生让所述机体10向逆时针旋转的分力，用于增强所述反旋翼40的反扭力。

本实施方式中，由于所述第二夹角为5°，即所述正旋翼30的倾斜角度只有5°，所以向上的升力因倾斜损失的效率是（1-cos5°），大概是0.0038，损失很小。F1=F0×cos5°，近似等于F0。然而由于倾斜额外产生的旋转推力F2=F0×sin5°=0.087F0，这个额外产生的旋转推力对于旋转机体10来说相当大，可以保证所述多旋翼飞行器100转向时获得足够的驱动力，从而在航向角的控制方向更迅速更准确。

所述分力F1可以分解为分力F3和分力F4，所述分力F3直接使所述多旋翼飞行器100发生横滚、前倾后仰、上升、下降姿态变化，所述分力F4能够使横滚、前倾后仰时响应更快。

当然，在其他实施方式中，所述第一垫片34也可以设计成一侧薄，一侧厚的正圆垫圈，垫于所述电机31及所述承靠平面32a之间。

在其他实施方式中，所述第一垫片34也可以省略，将所述电子调速器32平放到所述安装平面21b上，将所述电子调速器32的承靠平面32a设计成一侧高，一侧低，从而使得所述承靠平面32a平行于所述第三参考平面C，所述电机31固定于所述承靠平面32a上，使所述电机31的转轴31a垂直于所述承靠平面32a。或者虽然将所述电子调速器32的承靠平面32a设计成平行于所述安装平面21b，即所述电子调速器32的承靠平面32a平行于所述第二参考平面B，将所述电机31与所述承靠平面32a接触的部分设计成不同高度，使得所述电机31的转轴31a垂直于所述第三参考平面C。

当然，还可以省略所述第一垫片34时，将所述电子调速器32设置于所述安装平面21b上方，在所述电子调速器32及所述安装平面21b之间设置第二垫片，所述第二垫片将所述电子调速器32及所述电机31一同倾斜，使得所述电机31的转轴31a垂直于所述第三参考平面C。或者省略所述第二垫片，将所述安装平面21b上设置一凸起，所述凸起设置于所述电子调速器32及所述安装平面21b之间，用于倾斜所述电机31的转轴31a，将所述电机31的转轴31a垂直于所述第三参考平面C。

或者直接将所述支撑臂20绕所述第一轴线LL’旋转一所述第二夹角，使得所述支撑臂20上的安装平面21b平行于所述第三参考平面C，从而实现所述电机31的转轴31a的倾斜。

本发明提供的多旋翼飞行器通过将所述正旋翼及反旋翼的转轴垂直于一与所述第二参考平面呈一夹角的第三参考平面，获得所述正旋翼及反旋翼的升力在反扭力方向上的分力，从而增强反扭力，提高旋转过程中响应速度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多旋翼飞行器，其包括机体、旋翼及支撑臂，所述旋翼固定于所述支撑臂远离所述机体的一端，所述旋翼包括电机，所述电机的转轴用于驱动桨叶旋转，其特征在于，所述机体包括一个第一参考平面，所述支撑臂与所述机体固定，所述支撑臂远离所述机体的一端沿第一轴线延伸，所述第一轴线与所述第一参考平面呈第一夹角，所述第一夹角为2°-45°；

其中，多个所述第一轴线分别位于多个第二参考平面上，所述电机的转轴垂直于第三参考平面，所述第三参考平面与第二参考平面之间呈第二夹角设置；

其中，所述旋翼的安装平面平行于所述第二参考平面，所述安装平面形成于所述支撑臂远离所述机体的一端；

所述第二夹角为0°-10°。

2.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述第二夹角为1°-5°。

3.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述第一夹角为5°-20°。

4.根据权利要求3所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述第一夹角为7.5°-17.5°；

或者，所述第一夹角为10°-15°；

或者，所述第一夹角为10.5°-14.5°；

或者，所述第一夹角为11°-13.5°。

5.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述多旋翼飞行器水平飞行时，所述第一参考平面与水平面之间成一夹角。

6.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述第一参考平面平行于所述多旋翼飞行器水平飞行时的水平面。

7.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述多旋翼飞行器包括顶面，所述第一参考平面与所述顶面共面。

8.根据权利要求1所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼包括正旋翼及反旋翼，所述正旋翼的数量与及所述反旋翼的数量相等。

9.根据权利要求8所述的多旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑臂为偶数个，所述正旋翼及所述反旋翼分别交替设置于各所述支撑臂上；

或者，所述支撑臂为偶数个，偶数个所述支撑臂呈中心对称排布；

或者，所述支撑臂呈辐射状环绕所述机体设置，所述正旋翼及所述反旋翼的旋转方向相反；

或者，所述正旋翼及所述反旋翼均包括电机，所述反旋翼的电机的转轴方向与相邻的所述正旋翼的电机的转轴方向镜像对称。

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