CN106470899A - 螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置。即，在本发明中，作为常规的螺旋桨式垂直起降飞行物(A)，设有用于支撑机身(100)的机身支撑框架(110)，在上述机身支撑框架(110)的上部的中心部或两侧设有用于生成起飞及飞行时必要的浮力的一个或两个以上的主转子叶片(120)，在从上述主转子叶片(120)中心的旋转转子(130)向下部延伸的旋转驱动轴(140)的下部设有主转子旋转用马达(150)，其中，在上述机身支撑框架(110)的下部设置抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)，随着与主转子旋转用马达(150)独立地构成的消除转矩用反转马达(210)的运行，上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)与上述主转子叶片(120)的旋转相反的方式运行，不仅能够有效地抵消因其旋转力矩所致的转矩，而且还能够借助陀螺效应而极大地有利于机身的保持均衡；上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)不是暴露于外部，而是以掩蔽于机身的内部的状态内置。

Description

螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置

技术领域

本发明涉及不仅可以有效地消除在螺旋桨式垂直起降飞行物中必然伴随的转矩，而且可以简单地抵消因外力所致的不安要素，从而确保始终稳定地保持均衡的螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置。

背景技术

通常，螺旋桨式飞行物使向两侧延伸的转子叶片或螺旋桨高速旋转，并生成起飞和飞行所需的浮力，当随着螺旋桨的高速旋转而产生浮力时，机身上会出现背离其旋转力矩的相当水平的转矩现象。(即，当螺旋桨沿着一方向高速旋转时，机身上借助其旋转力矩而产生试图向与螺旋桨的旋转相反的方向进行旋转的力，即，转矩。)

由于这种原因，在安装有螺旋桨的垂直起降飞行物(直升机等)中，为了消除其转矩现象，通常在飞行物的后侧尾部单独设置转矩抵消用尾部旋转体(尾翼)。

但是，如上所述，在飞行物的尾部设置除了主要旋转体以外的其他小型尾部旋转体的情况下，除了主要旋转体以外，在飞行物的尾部还需要另行设置尾部旋转体，其结构变得非常复杂，而且整个飞行物的体积冗余地变大，飞行时螺旋桨碰到其他物体的可能性及事故率也会相应地提高等，存在各种问题。

为了解决这种存在问题，近年来陆续开发出各种技术，根据这种技术，并非如上所述为了消除转矩而使用尾翼，而是在飞行物的底面补充设置与主螺旋桨大小不同但形态相同的转矩抵消用螺旋桨，按照与主螺旋桨的正相反方向使其运行旋转。(参考资料：韩国公开特许公报第10-2011-0085541号及美国专利公报US6976653号等)

但是，如上述现有技术，在机身的底面上设置能够抵消转矩的下部螺旋桨(下翼)的情况下，当其下翼旋转时，只与主螺旋桨存在程度上的差异，而仅能够产生规定的浮力，必须要以暴露在外部的状态进行设置(事实上，无法内置)，因此，会存在设计及制作飞行物时需要避开其部位等各种局限性的问题。

不仅如此，在上述现有技术中提及的下翼(补充螺旋桨)，可以生成能够抵消转矩的规定程度的旋转力矩，但由于产生规定程度的浮力，因此，不仅在与上部主旋转翼的浮力保持平衡时非常困难，而且在暴露于外部的状态下，受到随时变化的外部空气流(气流)的持续影响，变得相当不稳定，在飞行时很难保持机身的均衡，为此，不得不补充设置独立的保持均衡装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

对此，在本发明中，当制作可实现垂直起降的飞行物时，作为消除转矩现象的方法，不是按照现有方式来进一步补充设置尾部旋转体，或者在同轴上上下两层地设置旋转方向不同的两个转子，而是着眼于提供最新的螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置，并以此作为技术问题来完成，即，对于主螺旋桨的旋转力矩，适用惯性及作用反作用原理，不仅可以非常简单和更有效地抵消转矩，还可以借助陀螺效应(高速旋转的转子以其旋转轴为中心试图保持均衡的性质)，从起飞的开始步骤到结束步骤，极大地贡献于飞行物整体的均衡和平衡的保持，以及飞行稳定性，从而任何人都可以低成本地制作和供给，并可以大幅扩大飞行物及利用该飞行物的游戏文化的基础。

(二)技术方案

为了实现上述技术问题，在本发明中，作为常规的螺旋桨式垂直起降飞行物，设有用于支撑机身100的机身支撑框架50，在上述机身支撑框架50的上部的中心部或两侧设有用于生成起飞及飞行时必要的浮力的一个或两个以上的主转子叶片120，在从上述主转子叶片120中心的旋转转子20向下部延伸的旋转驱动轴30的末端的下部设有主转子旋转用马达40，其中，在上述机身支撑框架50的下部设置飞轮310，随着独立地构成的消除转矩用反转马达210的运行，上述飞轮310与上述主旋转转子20的旋转相反的方式运行，不仅能够有效地抵消因其旋转力矩所致的转矩，而且还能够借助陀螺效应而极大地有利于机身的保持均衡；上述飞轮310不是暴露于外部，而是以掩蔽于飞行物的机身的内部的状态内置设置；上述飞轮310的重量可设置成飞行物整体总重量的5％～50％。

(三)有益效果

根据本发明具有以下效果。

根据如上所述的本发明的螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置，采用与现有(现有技术)的不仅复杂而且需要投入大量费用，并且因外露，在制作及设计时伴随局限性，与此同时飞行时也存在严重的不稳定性的螺旋桨类型的转矩抵消单元从根本上不同的飞轮，使其变得极其简单，而且任何人都可以用低成本制作和设计，并且能够以掩蔽于机身的内部的状态实现内置(完全未外露的状态)，在制作和设计飞行物及其底面周围时，可以使干扰最小化，同时确保设计的自由度，加上完全不会产生浮力，可以彻底排除在起飞或降落时因浮力导致的不稳定性等，其预期的有利效果众多。

附图说明

图1为本发明的一实施例适用于具有一个螺旋桨的飞行物的示例图。

图2为本发明的一实施例适用于具有两个以上螺旋桨的飞行物的示例图。

图3为在本发明中适用于具有一个螺旋桨的飞行物的例子中示出抵消转矩及保持均衡用飞轮的其他结构的图。

图4为适用于图1和图2的本发明的抵消转矩及保持均衡用飞轮的详细图。

图5为适用于图3的本发明的抵消转矩及保持均衡用飞轮的详细图。

【附图标记说明】

A：螺旋桨式垂直起降飞行物 100：机身

110：机身支撑框架 120：主转子叶片

130：旋转转子 140：旋转驱动轴

150：主转子旋转用马达 150：主转子旋转用马达

210：消除转矩用反转马达

200：抵消转矩及保持均衡用反作用轮

具体实施方式

对于本发明的螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置，将依据各附图进行如下更加详细的说明。

即，在本发明中，其特征性要旨在于，作为常规的螺旋桨式垂直起降飞行物(A)，设有用于支撑机身100的机身支撑框架110，在上述机身支撑框架110的上部的中心部或两侧设有用于生成起飞及飞行时必要的浮力的一个或两个以上的主转子叶片120，在从上述主转子叶片120中心的旋转转子130向下部延伸的旋转驱动轴140的下部设有主转子旋转用马达150；在上述机身支撑框架110的下部设置抵消转矩及保持均衡用反作用轮200，随着与主转子旋转用马达150独立地构成的消除转矩用反转马达210的运行，上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200与上述主转子叶片120的旋转相反的方式运行，不仅能够有效地抵消因其旋转力矩所致的转矩，而且还能够借助陀螺效应而极大地有利于机身的保持均衡；上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200不是暴露于外部，而是以掩蔽于机身的内部的状态内置。

上述所提及的抵消转矩及保持均衡用反作用轮200呈正圆形，以避免在高速旋转时造成影响，借助加工或铸造等方法能够由金属的刚体来制作，赋予规定程度的重量，相比于厚度，直径更宽，由旋转的稳定性高的圆盘形或轮形构成，加上重量从圆周的中心部向外围集中，因此，可以使惯性及旋转力矩的效率进一步最大化。

从其结构来看，如图所示，在中心设置有与消除转矩用反转马达210的旋转轴进行轴结合的中心结合部201，在上述中心结合部201的外侧，形成有厚度薄于更外侧部分的厚度且设有多个减重用孔202的连接支撑部203，在上述连接支撑部203的外围形成有重量集中分布着的负荷集中部204。

此时，在最高外围部上形成的上述负荷集中部204能够简单地以平板形态构成，如图1、图2及图4，但如图3和图5，也可以在水平上沿着上方或下方折断或弯曲的形态构成，当如此进一步弯曲时，上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200的整体形状呈碟子状或碗状等，半径不会进一步变大，且外侧部分的重量集中度又可以进一步提高，可成为优选方式。

在这种构成的本发明的上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200中，随着独立的上述消除转矩用反转马达210的运行而移动，并在某一瞬间以超高速方式旋转时，根据分配到上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200的重量及其负荷的分布度和加速度等各种条件，可能存在部分差异，但在作为牛顿第二定律的惯性(当不存在来自外部的力时，运动的物体试图继续以该状态运动，而静止的物体试图继续保持静止状态)起作用的同时，面向地球中心的重力作用，出现作为牛顿第三定律的作用反作用(当物体向对象物体施加力时，同时受到来自对象物体的与自身所施加的力相同大小的反作用力，这种反作用力作为另一种外力而再次作用于施加力的物体)，不仅产生相当大的旋转力矩，而且会出现陀螺效应(高速旋转的旋转体试图以其旋转轴为中心保持均衡的性质。例如，当两轮车辆直线运动时，速度越高，其稳定性越高的现象，或者陀螺旋转时不轻易倒下的现象等)。

其中，借助上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200的作用反作用而出现的旋转力矩可以有效地消除和抵消因上述主转子叶片120的旋转力矩而在机身上出现的转矩，因此，基本上可以消除在飞行物的起飞或飞行时因转矩所产生的问题。

并且，在上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200进行旋转时所出现的陀螺效应，可以在起飞后的飞行过程中出现的各种形态的不稳定状况(外部的风、转向时的不稳定情况或者内部的货物或乘坐人员等位置及其重量移动所致的不均衡等)下也可以最大限度地保持均衡，因此，可以提供极大地有利于飞行物的有效的均衡保持性及稳定化的功能。

加上，上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200中出现的惯性力矩，如上所述，当开始旋转后，即便是相当大的重量体，也能够以非常小的动力来使其高速/超高速地旋转，并且可以持续保持其速度，因此，可以期待与上述消除转矩用反转马达210相连接的动力源(电池或发动机)的能量消耗的最小化及飞行时间的延长等有利效果。

尤其，在本申请中提出的上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200，其结构非常简单，而且即便以高速或超高速地旋转，也不会像螺旋桨一样产生浮力或强风，因此，丝毫不暴露到外部，并以掩蔽状态设于飞行物机身的内部。

如此，虽然具备了即使抵消转矩也可以非常稳定地保持机身整体均衡的单元，但在飞行物的外部上看不到，看似如同仅以一个上述主转子叶片120实现转矩被抵消的稳定的状态进行飞行等，呈现出特殊飞行物的形状，飞行物起飞或降落时不会造成干扰等任何影响，在飞行物的外侧下部及底面适用规定的功能及结构要素时，也不会引发任何干扰或影响等，非常有利于飞行物的设计及制作。

并且，关于上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200的直径，在采用平板型结构的情况下或者在以向两侧弯曲的方式构成的情况下或者采用圆筒形等，可以采用任意变化的结构进行制作，因此，难以特定其界限(直径的大小)。

相反，更优选地，上述抵消转矩及保持均衡用反作用轮200的重量设置成飞行物的总重量的5％～50％。

这是由于，当不足飞行物总重量的5重量％时，在旋转速度的加速上存在局限性的状况下，与重力及旋转速度呈正比的作用反作用的效率及由此所获取的转矩抵消所需的旋转力矩值的获取实际上是不可能的，而当超过飞行物总重量的50重量％时，由于过分的重量集中，无法设置机身及其飞行物所需的其他结构要素，由此，需要扩大用于提高所要求的浮力的上述主转子叶片120的大小和容量，或者严重缺乏高速旋转时的稳定性，驱动马达的容量及其能力适用的局限性显现等出现各种问题。

Claims (4)

1.一种螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置，作为常规的螺旋桨式垂直起降飞行物(A)，设有用于支撑机身(100)的机身支撑框架(110)，在所述机身支撑框架(110)的上部的中心部或两侧设有用于生成起飞及飞行时必要的浮力的一个或两个以上的主转子叶片(120)，在从所述主转子叶片(120)中心的旋转转子(130)向下部延伸的旋转驱动轴(140)的下部设有主转子旋转用马达(150)，其特征在于，

在所述机身支撑框架(110)的下部设置抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)，随着与主转子旋转用马达(150)独立地构成的消除转矩用反转马达(210)的运行，所述抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)与所述主转子叶片(120)的旋转相反的方式运行，不仅能够有效地抵消因其旋转力矩所致的转矩，而且还能够借助陀螺效应而极大地有利于机身保持均衡；

所述抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)不是暴露于外部，而是以掩蔽于机身的内部的状态内置；

所述抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)呈正圆形，以避免在高速旋转时造成影响，能够借助包括加工或铸造在内的方法由金属的刚体制作，赋予规定程度的重量，相比于厚度，直径更宽，由旋转的稳定性高的圆盘形或轮形构成，重量从圆周的中心部向外围集中。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置，其特征在于，

在所述抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)的中心设有与消除转矩用反转马达(210)的旋转轴进行轴结合的中心结合部(201)，

在所述中心结合部(201)的外侧，形成有厚度薄于更外侧部分的厚度且设有多个减重用孔(202)的连接支撑部(203)，

在所述连接支撑部(203)的外围形成有重量集中分布着的负荷集中部(204)。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置，其特征在于，所述负荷集中部(204)以平板形态构成，或者以在水平上沿着上下方向中的任一方向弯曲的形态构成。

4.根据权利要求2所述的螺旋桨式垂直起降飞行物的消除转矩及保持均衡兼用装置，其特征在于，所述抵消转矩及保持均衡用反作用轮(200)的重量能够设置成飞行物的总重量的5％～50％。