CN106314784A - 非平面四臂八旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空学技术领域，涉及一种带有在机体周围均匀分布且非共面的四对双转子的一种飞行器。飞行器包括机体、连接在机体周围上的四根支撑臂、分别设置在各支撑臂端部上的四对双转子和设置在机体中的控制连接各转子的电控系统。该飞行器具有高的体积利用率和载重能力，可以实现垂直起降、快速前飞、倒飞、悬停、飞行中任意方向改变。

Description

非平面四臂八旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种新型结构的多旋翼飞行器。

背景技术

多旋翼飞行器由于具有结构简单、操作灵活、稳定性好、可靠性高等优点在航拍、农业、电力、救灾、公安等领域广泛应用。多旋翼飞行器常见的有四旋翼飞行器、六旋翼飞行器和八旋翼飞行器，也有做到平面十六旋翼或更多旋翼的结构。随着多旋翼飞行器在工业领域的应用推广，对其载重、飞行时间、控制的灵活性等方面的要求越来越高。四臂结构的四旋翼的对角线电机的距离仅比旋翼的直径稍大即可，而六臂结构的六旋翼的对角线电机的距离需要大于两倍旋翼直径，八臂结构的八旋翼的对角线电机的距离需要大于2.7倍旋翼直径，因此，多旋翼飞行器中四臂结构的平面四旋翼和平面共轴八旋翼的体积利用率最高，对众多应用领域来说，使用和携带方便是很重要的要求。但平面结构的四旋翼飞行器和平面共轴八旋翼飞行器都通过反扭力矩控制偏航导致控制力矩不足且响应慢，影响了飞行器的整体性能。特别是平面共轴八旋翼飞行器的共轴结构导致依靠旋翼反扭力矩控制偏航的响应进一步变慢。另外，平面结构的多旋翼飞行器飞行过程中产生的陀螺力矩无法消除，只能作为系统自身的内扰由控制系统来克服，即浪费了能量又降低了控制品质和运动能力。

发明内容

为克服上述技术不足，本发明的目的是提供一种能克服运动时产生的陀螺力矩对飞行器造成的内扰、响应灵敏、体积紧凑且具有更高载重能力的非平面四臂八旋翼飞行器。

本发明非平面四臂八旋翼飞行器，包括机体、连接在机体周围上的四根支撑臂、分别设置在各支撑臂端部上的四对双转子和设置在机体中的控制连接各转子的电控系统，所述的四根支撑臂的几何中心线在同一平面上，相邻的两根支撑臂的几何中心线夹角相等，夹角等于90度。

所述的每对双转子是由上旋翼、下旋翼、驱动上旋翼的上电机、驱动下旋翼的下电机以及连接上电机和下电机的底座构成。每对双转子的上电机和下电机的旋转轴的中心线在一条直线上。每对双转子的上电机和下电机的旋转轴中心线与所述四根支撑臂的几何中心线所在平面间成一相等的夹角，夹角大于0度小于90度。相邻两对双转子的上旋翼旋转方向相反，相邻两对双转子的下旋翼旋转方向相反。对角线上两对双转子的上旋翼的旋转平面共面或平行，对角线上两对双转子的下旋翼旋的转平面共面或平行。每对双转子的上旋翼和下旋翼的旋转平面平行、旋转方向相反。每对双转子的上电机和下电机的旋转轴中心线和连接这对双转子的支撑臂的几何中心线垂直。

每对双转子的上、下两个旋翼分别由上、下电机驱动，控制每个双转子上、下两个旋翼的旋转速度，使其扭矩大小相等、方向相反，对机体的合扭矩为零，另外，在飞行器飞行时，每对双转子正反旋转的两个旋翼消除了对机体的陀螺干扰效应。四对双转子的电机旋转轴中心线与所述四根支撑臂的几何中心线所在平面间成的四个相等的大于0度小于90度的夹角使得偏航由升力来提供，解决了平面四旋翼和共轴八旋翼需要用反扭力矩控制偏航响应慢且控制力矩不足的缺点。

本发明的非平面四臂八旋翼飞行器采用的双转子的由上下两组电机和旋翼组成的动力系统相比平面结构的多旋翼飞行器的平面的一组电机和旋翼组成的动力系统体积利用率高、升力密度高，同等体积下具有更大的载重能力和更长的飞行时间。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2为本发明的简要示意图；

图3是图1中所示双转子结构示意图；

图4是图3中连接件组合的结构示意图；

图5是图4中连接件101结构示意图；

图6是图4中连接件102结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

参照图1和图2，非平面四臂八旋翼飞行器，包括机体1、连接在机体1周围上的四根支撑臂2、分别设置在各支撑臂2端部上的四对转子3和设置在机体1中的控制连接各转子的电控系统4。所述的四根支撑臂2的几何中心线在同一平面上，相邻的两根支撑臂2的几何中心线夹角相等，夹角等于90度。每对双转子3的上电机303和下电机304的旋转轴的中心线在一条直线上。所述的每对双转子3的驱动上旋翼301的上电机303和驱动下旋翼302的下电机304的旋转轴中心线与所述四根支撑臂2的几何中心线所在平面间成相等夹角a，a大于0度小于90度。对角线上两对双转子3的上旋翼301的旋转平面共面或平行，对角线上两对双转子3的下旋翼302的旋转平面共面或平行。相邻两对双转子3的上旋翼301旋转方向相反，相邻两对双转子3的下旋翼302旋转方向相反。每对双转子3的上电机303和下电机304的旋转轴中心线和连接这对双转子3的支撑臂2的几何中心线垂直。

参照图3、图4和图6，所述的双转子3是由上旋翼301、下旋翼302、驱动上旋翼301的上电机303、驱动下旋翼302的下电机304以及连接上电机303和下电机304的底座305构成。上电机303和下电机304通过机械连接的方式连接在底座305上。上旋翼301通过机械连接的方式连接在上电机303上，下旋翼302通过机械连接的方式连接在下电机304上。每对双转子3的上旋翼301和下旋翼302的旋转平面平行、旋转方向相反。双转子3通过底座305连接在支撑臂2的一端上，连接方式可以是胶结、机械连接或者两者组合的方式。支撑臂2的另一端通过胶结、机械连接或两者组合的方式连接在连接件组合10的连接件101上。连接件组合10的连接件102通过连接孔1023、1024、1025和1026采用机械连接的方式连接在机体1上。

参照图4、图5和图6，连接件组合10由连接件101和连接件102构成。使用销轴将连接件101的光孔1011和连接件102的光孔1021连接在一起，使用螺栓通过连接件101的光孔1012和连接件102的螺纹孔1022连接在一起。通过销轴连接，连接件101和连接件102之间可以绕销轴旋转。光孔1011和光孔1021的直径相等，光孔1012的直径和螺纹孔1022的公称直径相等。连接孔1023、1024、1025和1026直径相等。

Claims (3)

1.非平面四臂八旋翼飞行器，其特征在于，该飞行器包括机体、四根支撑臂、四对双转子和电控系统；四根支撑臂连接在机体周围，四对双转子分别设置在各支撑臂端部，电控系统设置在机体中；四根支撑臂的几何中心线在一个平面上，相邻两根支撑臂的几何中心线成相等夹角，夹角为90度；双转子由上旋翼、下旋翼、驱动上旋翼的上电机、驱动下旋翼的下电机以及连接上电机和下电机的底座构成；每对双转子的上电机和下电机的旋转轴的中心线在一条直线上，每对双转子的上电机和下电机的旋转轴中心线与所述四根支撑臂的几何中心线所在平面间成一相等的夹角，夹角大于0度小于90度；相邻两对双转子的上旋翼旋转方向相反，相邻两对双转子的下旋翼旋转方向相反；对角线上两对双转子的上旋翼的旋转平面共面或平行，对角线上两对双转子的下旋翼的旋转平面共面或平行；每对双转子的上旋翼和下旋翼的旋转平面平行、旋转方向相反；每对双转子的上电机和下电机的旋转轴中心线和连接这对双转子的支撑臂的几何中心线垂直。

2.如权利要求1所述的非平面四臂八旋翼飞行器，其特征在于：双转子通过底座连接在支撑臂上，连接方式可以是胶结、机械连接或者两者组合的方式；支撑臂通过连接件组合连接在机体上。

3.如权利要求1所述的非平面四臂八旋翼飞行器，其特征在于：连接件组合由连接件101和连接件102构成，连接件101和连接件102之间可以旋转。