CN107226201A - 飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞行器，其包括了机臂、保护框及动力单元，保护框通过安装座之间地安装在机身上。所述的保护框具有刚度高、质量小抗摔能力强，及降低刚性冲击对动力单元和机身的损害的优点。解决了以往飞行器保护罩强度低、易变形、寿命低、互换性低、刚性冲击容易损坏动力单元和机身的缺陷。

Description

飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器，特别是涉及一种具有保护框的飞行器。

背景技术

飞行器包括无人机驾驶飞行器和有人驾驶飞行器，无人机驾驶飞行器简称“无人机”，是利用无线电遥控设备或嵌入式程序操控的不载人飞机。目前应用比较广泛的是旋翼式无人机，其动力来自旋翼的高速旋转所提供的升力，通过控制每个旋翼的不同旋转速度来实现无人机的升降悬停等不同的动作。

早期无人飞行器都没有防护措施，高速旋转的旋翼带来升力的同时也会给附近的生物和建筑带来一定的危害，因此，后来便出现了旋翼保护罩，其中，旋翼保护罩与飞行器的连接方式有直接连接方式和间接连接方式，保护罩给无人机提供了安全保障的同时也给无人机本身增加了一定的负重。目前无人机的保护罩具有动力响应不迅速、不耐撞、易变形、质量大且保护能力有限等缺陷，更重要的一点在于飞行器在收到冲击时，即使保护罩保护了旋翼，但保护罩所受到的刚性冲击会直接传输到机身，对机身造成损坏，甚至损坏机身内部的电子元器件。

发明内容

本发明提供一种耐摔的飞行器，其还能让周边环境免于飞行器高速旋转的桨所带来的破坏。

为了实现上述目的，本发明提供了一种飞行器，其包括机臂、保护框、动力单元。保护框包括了上线网、下网线和侧壁防护框；动力单元包括了驱动旋翼、驱动电机。上线网、下线网和侧壁防护框组成保护框的容纳空间，驱动旋翼被置于所述的容纳空间之内；驱动旋翼安装在驱动电机的旋转轴上，驱动电机安装在机臂上；上线网中部安装在机臂上。

由上述方案可见，飞行器的保护框将驱动旋翼保护于其的容纳空间之内，当飞行器受到刚性冲击的时候，例如摔在地上，冲击力由下网线通过侧壁防护框传送到上线网或者由侧壁防护框传送到上线网，冲击力再通过上线网传到驱动单元或机臂上；经过多段传递，明显的减弱了刚性冲击对机身和动力单元的影响，由于驱动旋翼悬空于保护框的容纳空间之内，大幅度的减弱了冲击力对动力单元的损害。

进一步的方案为，机臂的外端安装有位于上侧的安装座和位于下侧的安装板，且上线网的中部固定在安装座和安装板之间，驱动电机固定在安装座的上侧且驱动电机与机臂直接连接，降低了保护框带来的旋转惯量，另外，由于机臂直接与驱动电机连接，在同一状况下，这种结构能明显的提高动力单元对飞行器的响应速度。

另一个进一步方案为，驱动电机固定在安装板下侧的保护框的容纳空间内。可进一步的降低所受冲击对驱动旋翼、驱动电机和机身的影响，有利于电机的散热、安装、维修和更换。

进一步方案为，下线网的下侧安装有脚架。进一步加强下线网在保护框的缓冲作用，提高脚架的缓冲能力，提高飞行器的抗摔能力。

进一步的方案为，上线网和下线网分别由纵向线和横向线构成，纵向线和横向线具有预紧力。在飞行器受到冲击之前，上、下线网的预紧力增强了拉线与侧壁防护框之间的可靠性和紧密性；在飞行器受到冲击时，例如保护框的一侧受到力的冲击，在侧壁防护框上产生一种竖向的力，使侧壁防护框有挤压变形的趋势，但保护框线网具有的预紧力，使侧壁保护框产生一种横向的力来抵消竖向的力，保证了保护框在冲击力作用下不变形，提高保护框整体的刚性强度，增强对动力单元和机身的保护能力，即通过预紧力来提升垂直于网面方向的抗冲击能力。优选的，上述预拉力在18磅到30磅之间。这样可有效提高保护框的刚度和缓冲能力，降低了保护框本身的重量要求和强度要求，降低成本。

进一步的方案为，安装座与机臂通过铰轴连接，铰轴沿机臂的宽度方向布置，保护框和驱动旋翼能绕铰轴在第一位置和第二位置之间倾转。保护框和驱动旋翼位于第一位置时旋翼排出气流指向飞行器的内下方，保护框和驱动旋翼位于第二位置时旋翼排出气流指向飞行器的外下方。上述排出气流指向内下方时，有利于气流集中，动力强，起飞速度迅速；上述排出气流指向外下方时，对飞行器的支承跨度变大，有利于飞行器飞行平稳，在狭窄空间里防止碰撞或防止飞行器突然侧翻。

进一步的方案为，机臂内安装有倾斜驱动机构，倾斜驱动机构用于驱动保护框和驱动旋翼绕铰轴倾转。可在空中自由灵活控制旋翼的倾向方向，调整飞行控制特性。

进一步的方案为，倾斜驱动机构包括了舵机，倾斜驱动连接杆；倾斜连接包括第一驱动连杆、第二驱动连杆、第三驱动连杆、第四驱动连杆，各驱动连杆依次头尾铰接，倾斜气动连接杆一端与所述保护框铰接，且另一端与舵机铰接。由此方案可见，倾斜驱动机构能自由控制保护框位置状态，驱动保护框和旋翼绕铰轴在第一位置和第二位置之间倾转，使飞行器能随时适应多种复杂的飞行环境，而且结构简单，易于加工，连杆构成省力杠杆，可以用较小的舵机控制旋翼的倾转，有利于降低飞行器重量。

进一步的方案为，侧壁防护框的材料自外至内包括碳纤维层，玻璃纤维层，凯夫拉层和密闭层。由此方案可见，多层结构，碳纤层、玻纤层、凯夫拉层及密闭层的设置，大幅度的降低了飞行器整体上的重量，而且增强了保护框的结构强度，提高了抗冲击的能力，同时外层碳纤维层结构抗紫外线，保护内层高强度的凯夫拉层不受紫外线分解，玻纤层具有较高的弹性模量，可提高保护框的韧性同时防止脆性较大的碳纤维刺伤凯夫拉层。

进一步的方案为，密闭层内冲入预定压力的保护气体。减轻飞行器整体的重量且能削弱传播中的冲击力。

附图说明

图1 第一实施例飞行器立体图；

图2 第一实施例中的机臂、保护框和动力单元剖切示意图；

图3 第一实施例中的电机的另一种安装形式的示意图；

图4 第一实施例中的倾斜驱动机构的结构示意图；

图5 第一实施例中的保护框的第一位置的示意图；

图6 第一实施例中的保护框的第二位置的示意图；

图7 第二实施例结构示意图；

图8 第二实施例中的脚架结构示意图；

图9 第三实施飞行器结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例并对照附图对本发明进行说明。

第一实施例

如图1、图2所示，飞行器10主要包括了机身1、机臂2、保护框3、动力单元4和安装座5。其中保护框3包括了上线网31、侧壁防护框32和下网线33；动力单元4包括了驱动旋翼41、驱动电机42；安装座5包括了安装座51、安装板52和动力安装座53。上线网31、侧壁防护框32和下线网33组合，围成动力保护框3的一个容纳空间34；驱动旋翼41被置于容纳空间34之内且不与四周接触。驱动旋翼41安装在驱动电机42的旋转轴上，驱动电机42置于动力安装座53内，且驱动电机42和动力安装座53同时安装在安装座上。上线网31安装在安装座51与安装板52中间，通过安装座51与安装板52的装配紧紧将上线网31固定。保护框3的通过上线网31的中部安装在机臂2上。

由此方案可见，保护框3将驱动旋翼41保护于其的容纳空间34之内，当飞行器10受到刚性冲击的时候，例如摔在地上，冲击力由下网线33通过侧壁防护框32传送到上线网31又或者由侧壁防护框32传送到上线网31，冲击力再通过上线网31传到驱动单元4和机臂2上；由于经过多重传递，明显的减弱了刚性冲击对机身1和动力单元4的影响，由于驱动旋翼41悬空于保护框3的容纳空间34之内，大幅度的减弱了冲击力对动力单元4的损害，同时减弱了冲击力对机身1的损害。另外，由于机臂2直接与动力单元4连接，在同一状况下，这种结构能明显降低了动力单元的旋转惯量，提高动力单元4对飞行器10的响应速度。

如图3所示，优选的，驱动电机422也可以安装在安装板52上，并且与驱动旋翼41安装在容纳空间34之内，方便于驱动电机422与驱动旋翼41的安装与维修，更有利于驱动电机422的散热。由此可见，可以根据飞行器不同的工作需要和结构要求，灵活的设置驱动电机的安装位置。

更优的，上线网31的拉线穿插于侧壁防护框32的上端面，线与线之间横竖相交形成网格结构且有预紧力；下线网33的拉线穿插于侧壁防护框32的下端面，线与线之间横竖相交形成网格结构且有预紧力。在飞行器10受到冲击之前，上线网31和下线网33的预紧力增强了拉线与侧壁防护框32之间的可靠性和紧密性，在飞行器10受到冲击时，例如保护框3的一侧受到力的冲击，在侧壁防护框32上产生一种竖向的力，使侧壁防护框32有挤压变形的趋势，但保护框的线网具有的预紧力，使侧壁保护框32产生一种横向的力来抵消竖向的力，保证了保护框3在冲击力作用下不变形，提高保护框整体32的刚性强度，增强对动力单元4和机身1的保护能力，即通过预紧力来提升垂直于网面方向的抗冲击能力。优选的，上述预紧力在18磅到30磅之间。这样可有效提高保护框3的刚度和缓冲能力，降低了保护框3本身的重量要求和强度要求，降低成本。

如图4所示，机臂2内设置有倾斜驱动装置，倾斜机动装置包括了舵机61、第一驱动连杆62、第二驱动连杆63、第三驱动连杆64、第四驱动连杆65。安装座包括第一铰链装置71和第二铰链装置72。保护框3通过动力安装座53与机臂2上的第二铰链装置72进行铰轴连接，铰轴沿机臂的宽度方向布置，机臂的宽度方向为垂直于纸面的方向，使得保护框3能自由向内向外倾斜。第一驱动连杆62、第二驱动连杆63、第三驱动连杆64、第四驱动连杆65依次铰接，第一驱动连杆62另一端与舵机61铰接，第四电机驱动连杆65的另一端与保护框3铰接，第三电机驱动连杆64中部与铰链装置71铰接，形成省力连杆且对整个倾斜驱动装置进行定位安装。根据飞行器10不同的飞行要求，可通过飞控装置（未显示）控制舵机61驱动第一驱动连杆62、第二驱动连杆63、第三驱动连杆64、第四驱动连杆65，可主动控制保护框3和驱动旋翼41的位置状态，使其能在第一位置与第二位置之间倾转。如图4所示为保护框3的水平状态。当飞控装置控制舵机61工作驱动第一驱动连杆逆时针转动，同时带动整个倾斜驱动装置运动，带动保护框3以第二铰链装置72为定点，绕铰轴倾转，驱使保护框3向外倾斜，处于第二位置，如图5所示，使对飞行器10的支承跨度变大，有利于飞行器10飞行平稳，在狭窄空间里预防碰撞或飞行器10突然侧翻。当飞控装置控制舵机61工作驱动第一驱动连杆顺时针转动，同时带动整个倾斜驱动装置运动，带动保护框3以第二铰链装置72为定点，绕铰轴倾转，驱使保护框3向内倾斜，处于第一位置，如图6所示，有利于气流集中，动力强，起飞速度迅速。

更优的，侧壁防护框的材料自外至内包括碳纤维层、玻璃纤维层、凯夫拉层和密闭层。由此方案可见，多层结构，碳纤层、玻纤层、凯夫拉层及密闭层的设置，大幅度的降低了飞行器整体上的重量，而且增强了保护框的结构强度，提高了抗冲击的能力，同时外层碳纤维层结构抗紫外线，保护内层高强度的凯夫拉层不受紫外线分解，玻纤层具有较高的弹性模量，可提高保护框的韧性同时防止脆性较大的碳纤层维刺伤凯夫拉层。优选的，密闭层里预先充入限定压力的保护气体，如使用氮气、氩气或氦气充当保护气体，既可以减轻飞行器整体的重量，且能削弱传播中的冲击力。

第二实施例

本实施例与第一实施例的区别在于下线网的结构。

如图7所示，下线网332中部设置一个支撑环8，侧壁防护框322和支撑环9上加工有穿线用的线孔（未显示），拉线纵横交织贯穿于侧壁防护框322和支撑环9之间，形成下线网332，拉线与孔洞接触地方都有垫圈套（未显示），垫圈套与下线网332及侧壁防护框架322之间密封完全，防止气流穿过框架上的小孔洞形成抖动。设置支撑环9有利于飞行器驱动旋翼412的安装。

优选的，如图8所示，在支撑环82设置有安装结构，脚架9通过安装结构安装在支撑环82上。既把驱动旋翼413完全包围起来，还为飞行器提供降落的支撑机构，当受到刚性冲击时，冲击力顺着脚架9经过下线网332传送到侧壁防护框322上，再传递下去，进一步对刚性冲击进行缓冲处理，保证机身及动力单元安全。显然，脚架9还可以直接成型在支撑环82上。

优选的，为进一步减轻飞行器整体的重量，可使用保护框完全取代脚架，充当脚架的作用。

第三实施例

本实施例与第一实施例的区别在于动力单元的机构布置及控制。

如图9所示，机臂和动力单元沿飞行器500的周向均匀分布或对称分布在所述飞行器的两侧。第一动力单元503的驱动旋翼直径比第二动力单元505的驱动旋翼的直径大，且沿机身501的长度大方向布置。第一机臂502的轴距比第二机臂504的轴距长，且沿机身501的长度方向布置。机臂504通过铰轴与机身501铰接，铰轴沿机臂504的宽度方向0布置。通过控制第二机臂504，能使第二机臂504向上或者向下倾斜，形成V型结构。由此可见，增强了飞行器500的飞行机动性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.飞行器，包括机臂、保护框、动力单元，

其特征在于：

所述保护框包括上线网、下线网和侧壁防护框；

所述动力单元包括驱动旋翼、驱动电机；

所述上线网、下线网和所述侧壁防护框组成所述保护框的容纳空间，所述驱动旋翼被置于所述容纳空间之内；所述驱动旋翼安装在所述驱动电机的旋转轴上，所述驱动电机安装在所述机臂上；所述上线网的中部安装在所述机臂上。

2.根据权利要求1所述一种飞行器，其特征在于：

所述机臂的外端安装有位于上侧的安装座和位于下侧的安装板；

所述上线网的中部固定在所述安装座和所述安装板之间；

所述的驱动电机固定在所述安装座的上侧。

3.根据权利要求1所述一种飞行器，其特征在于：

所述机臂的外端安装有位于上侧的安装座和位于下侧的安装板；

所述上线网的中部固定在所述安装座和所述安装板之间；

所述驱动电机固定安装在所述安装板的下侧。

4.根据权利要求1至3任一所述飞行器，其特征在于：

所述下线网的下侧安装有脚架。

5.根据权利要求1至3任一所述飞行器，其特征在于：

所述上线网和所述下线网分别由纵向线和横向线构成，所述纵向线和所述横向线具有预紧力。

6.根据权利要求1至3任一所述飞行器，其特征在于：

所述安装座与所述机臂通过铰轴连接，所述铰轴沿所述机臂的宽度方向布置，所述保护框和所述驱动旋翼能绕所述铰轴在第一位置和第二位置之间倾转。

7.根据权利要求6所述飞行器，其特征在于：

所述机臂内安装有倾斜驱动机构；所述倾斜驱动机构用于驱动所述保护框和所述驱动旋翼绕所述铰轴倾转。

8.根据权利要求7所述飞行器，其特征在于：

所述倾斜驱动机构包括舵机，倾斜驱动连接杆；所述倾斜连接杆包括第一驱动连杆、第二驱动连杆、第三驱动连杆、第四驱动连杆，各驱动连杆依次头尾铰接；所述倾斜驱动连接杆一端与所述保护框铰接，且另一端与所述舵机铰接。

9.根据权利要求1至3任一所述飞行器，其特征在于：

所述侧壁防护框的材料自外至内包括碳纤维层，玻璃纤维层，凯夫拉层和密闭层。

10.根据权利要求9所述飞行器，其特征在于：

所述密闭层内充入预定压力的保护气体。