CN107757897A - 三轴飞行器及移动起飞方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高机动性的三轴飞行器，包括：机身、旋翼和驱动旋翼旋转的动力装置。旋翼包括第一旋翼、第二旋翼和第三旋翼；第一旋翼和第二旋翼对称地安装在机身的两侧，且靠近机身的前端，第三旋翼安装在靠近机身的后端的位置；偏转驱动装置，安装在机身上，驱动第三旋翼绕沿机身的长度方向的轴线倾转；第一旋翼和第二旋翼的直径相等，且大于第三旋翼的直径。有利提高三轴飞行器的机动性。

Description

三轴飞行器及移动起飞方法

技术领域

本发明涉及一种多轴飞行器，尤其涉及一种高机动性三轴飞行器以及移动起飞方法。

背景技术

多轴飞行器通常包括机身、机臂、飞控装置、电源、电调、驱动装置、旋翼和功能性传感器。驱动旋翼旋转的驱动装置可以是电机、油机或带变速器的动力装置。一些飞行器的动力装置与差速器输入轴连接，差速器的两个输出轴分别与一个旋翼连接。通过差速器可以利用一个动力装置驱动两个旋翼旋转。

公告号为CN105059558A专利申请公开了一种无人船载无人机的起降系统，其目的在于解决无人机如何在颠簸不定的无人船甲板上安全地起飞与降落问题，该无人机为多轴飞行器。在合适的气流环境下，撤销无人船和无人机间的电磁力，放飞无人机。需要产生远高于来流流速的强劲气流，保证起飞的稳定性，能量消耗较大。

现有的多轴飞行器基本只靠改变旋翼转速来调整飞行姿态，平移飞行需要倾斜机身，因而增加了机身的迎风面积，导致飞行阻力的增加，使多轴飞行器的动作反应慢，机动性差，电机频繁的加减速使动能损失大，电机热损耗大，效率低。在高速气流作用下，难以安全起降。在高速移动平台上起飞前，多轴飞行器无保护措施，不但容易被高速气流吹落，而且还不能实现安全稳定的移动起飞和降落。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种高机动性的三轴飞行器。

本发明的第二目的在于提供一种多轴飞行器移动起飞的方法。

为实现第一目的，本发明提供一种高机动性的三轴飞行器，包括：机身、旋翼和驱动旋翼旋转的动力装置。旋翼包括第一旋翼、第二旋翼和第三旋翼；第一旋翼和第二旋翼对称地安装在机身的两侧，且靠近机身的前端，第三旋翼安装在靠近机身的后端的位置；偏转驱动装置，安装在机身上，驱动第三旋翼绕沿机身的长度方向的轴线倾转；第一旋翼和第二旋翼的直径相等，且大于第三旋翼的直径。

由上述可见，第一旋翼和第二旋翼的直径相等为大桨，为三轴飞行器飞行提供主要升力，保证较高的力效。第三旋翼为可产生高速气流的小桨，且可由偏转驱动装置驱动，产生偏转气流，快速实现姿态调整增强了三轴飞行器的机动性，动作反应快，灵活实现各种飞行姿态，增强了三轴飞行器的综合力效。

进一步方案为，优选第一旋翼和第三旋翼的直径比为0.1至0.4，使第一旋翼、第二旋翼和第三旋翼的直径比处于最优范围，动作更灵敏，有效提高三轴飞行器的综合力效。

进一步方案为，第三旋翼所在的动力单元包括涵道，第三旋翼位于涵道内，第三旋翼为涵道风扇旋翼，由此可见，第三旋翼与涵道间隙小，增压效果明显，减小尾部空间体积，提高第三旋翼的倾转幅度，进一步提高三轴飞行器的推力及升力，实现三轴飞行器的高机动性。

进一步方案为，第一机臂，可倾转地安装在机身上，第一旋翼和第二旋翼分别安装在第一机臂的两端；第一倾转驱动装置，安装在机身上，通过第一机臂驱动第一旋翼和第二旋翼绕沿机身宽度方向的轴线倾转。由此可见，当三轴飞行器需要调整飞行姿态时，尤其是平移，倾转驱动装置通过第一机臂改变第一旋翼和第二旋翼的位置姿态，达到改变气流方向的目的，不需要倾斜三轴飞行器机身，减小机身迎风面积，减少飞行阻力，提高三轴飞行器的动作反应速度。

进一步方案为，第二机臂，可偏转地安装在机身上，第三旋翼安装在第二机臂上，偏转驱动装置通过第二机臂驱动第三旋翼偏转；第三旋翼倾转地安装在第二机臂上；第二倾转驱动装置，安装在第二机臂上，驱动第三旋翼绕第二机臂的宽度方向的轴线倾转。由此可见，第三旋翼可作任意角度的倾转和偏转，改变各方向的气流强度，增强三轴飞行器的推力，进一步提高三轴飞行器的机动性。

进一步方案为，机身上设置有飞控装置和脚架，脚架的下侧安装有电磁铁，电磁铁与飞控装置电连接。电磁铁可以实现迅速有效的同步脱离，提高三轴飞行器的起飞安全系数。

进一步方案为，电磁铁通电时消磁。只需起飞瞬间通电即可实现移动起飞，固定在平台上时，无需通电，节约电能，延长续航时间。

为实现第二目的，本发明提供一种三轴飞行器的移动起飞方法，具有上述三轴飞行器，包括以下步骤：

S1、三轴飞行器通过电磁铁固定在移动的平台上；

S2、第一倾转驱动装置控制第一旋翼和第二旋翼倾转，使第一旋翼和第二旋翼各自的旋转轴线竖直；第二倾转驱动装置控制第三旋翼倾转，使第三旋翼旋转轴线的下端背向来流；

S3、增加旋翼的转速，旋翼转速、产生的推力或油门达到预定值后，解除电磁铁对所述平台的锁定。

较大的第一旋翼和第二旋翼可以通过较高的力效获取较大的竖直升力，第三旋翼为小旋翼，可以产生高速的射向后下方的气流，为飞行器提供强大而灵敏的升力和推力，保证机身平衡防止整机被来流掀翻。

进一步方案为，电磁铁通电时消磁，解除电磁铁对所述平台的锁定。提高三轴飞行器移动起飞的安全可靠性，节电，延长续航时间。

进一步方案为，在电磁铁的上侧与脚架的支撑杆之间设置有压力传感器，压力传感器与飞控装置电连接，当飞控装置检测到每个压力传感器的检测值的两两差值在预定范围内时，解除电磁铁对平台的锁定。提高对三轴飞行器移动起飞控制精度，进一步有效提高三轴飞行器移动起飞的安全可靠性。

附图说明

图1是本发明三轴飞行器实施例的立体图；

图2是本发明三轴飞行器实施例的俯视图；

图3是本发明移动起飞方法的实施例一的起飞姿态示意图；

图4是本发明移动起飞方法的实施例二的起飞姿态示意图。

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。

三轴飞行器实施例

如图1所示，三轴飞行器包括机身101、旋翼和驱动旋翼旋转的动力装置。旋翼包括第一旋翼102、第二旋翼103和第三旋翼104。第一旋翼102和第二旋翼103分别通过作为动力装置的电机113和电机114对称地安装在机身101的两侧，且靠近机身101的前端，第三旋翼104安装在靠近机身101的后端的位置；偏转驱动装置105，安装在机身101上，驱动第三旋翼104绕沿机身101的长度方向的轴线倾转；第一旋翼102和第二旋翼103的直径相等，且大于第三旋翼104的直径。

第一旋翼102和第二旋翼103为大桨，为三轴飞行器100飞行提供主要升力。第三旋翼104为小桨，且可由偏转驱动装置105驱动，产生偏转气流，使三轴飞行器100实现悬停、垂直、偏航等运动姿势。前端大桨，后端小桨的三轴飞行器结构，增强了三轴飞行器100的机动性，动作反应快，灵活实现各种飞行姿态，增强了三轴飞行器100的综合力效。

第三旋翼104所在的动力单元包括涵道106，第三旋翼104位于涵道106内，第三旋翼104为涵道风扇旋翼，由此可见 ，第三旋翼104与涵道106间隙小，增压效果明显，减小尾部空间体积，提高动力效率，进一步提高三轴飞行器100的推力及升力，实现三轴飞行器100的高机动性。

第一机臂107，可倾转地安装在机身101上，第一旋翼102和第二旋翼103分别安装在第一机臂107的两端；第一倾转驱动装置108，安装在机身101上，通过第一机臂107驱动第一旋翼102和第二旋翼103绕沿机身101宽度方向的轴线倾转。当三轴飞行器100需要调整飞行姿态时，尤其是平移，倾转驱动装置108通过第一机臂改变第一旋翼和第二旋翼的位置姿态，达到改变气流方向的目的，不需要倾斜三轴飞行器机身，减小机身迎风面积，减少飞行阻力，提高三轴飞行器100的动作反应速度。

第二机臂109，可偏转地安装在机身101上，第三旋翼104安装在第二机臂109上，偏转驱动装置105通过第二机臂109驱动第三旋翼104偏转；第三旋翼104倾转地安装在第二机臂109上；第二倾转驱动装置110，安装在第二机臂109上，驱动第三旋翼104绕第二机臂109的宽度方向的轴线倾转。第三旋翼104可作任意角度的倾转和偏转，改变各方向的气流强度，增强三轴飞行器100的推力，进一步提高三轴飞行器100的机动性。

机身上设置有飞控装置（未示出）和脚架111，脚架111的下侧安装有电磁铁112，电磁铁112与飞控装置电连接。电磁铁可以实现迅速有效的同步脱离，提高三轴飞行器的起飞安全系数。

优选的，电磁铁通电时消磁，节约电能，延长续航时间。

优选的，如图2所示，第一旋翼和第三旋翼的直径比为0.1至0.4。使第一旋翼、第二旋翼和第三旋翼的直径比处于最优范围。

三轴飞行器的移动起飞方法实施例一

如图3所示，轴飞行器的移动起飞方法包括以下步骤：

S1、三轴飞行器200通过电磁铁202固定在沿方向01移动的平台201上。

S2、第一倾转驱动装置205控制第一旋翼203和第二旋翼倾转204，使第一旋翼203和第二旋翼204各自的旋转轴线竖直；第二倾转驱动装置207控制第三旋翼206倾转，使第三旋翼206旋转轴线的下端背向来流02。

S3、增加旋翼的转速，旋翼转速、产生的推力或油门达到预定值后，解除电磁铁202对平台201的锁定。

优选的，电磁铁202通电时消磁，解除电磁铁202对所述平台201的锁定。

优选的，电磁铁202的上侧与脚架208的支撑杆之间设置有压力传感器（未示出），压力传感器与飞控装置（未示出）电连接，当飞控装置检测到每个压力传感器的检测值的两两差值在预定范围内时，解除电磁铁202对平台201的锁定。提高对三轴飞行器201移动起飞控制精度，进一步有效提高三轴飞行器移动起飞的安全可靠性。

三轴飞行器的移动起飞方法实施例二

如图4所示，轴飞行器的移动起飞方法，包括以下步骤：

S1、三轴飞行器300通过电磁铁302固定在沿方向01移动的平台301上。

S2、第一倾转驱动装置305控制第一旋翼303和第二旋翼倾转304，使第一旋翼303和第二旋翼304各自的旋转轴线的下端朝向来流02；第二倾转驱动装置307控制第三旋翼306倾转，使第三旋翼306旋转轴线的下端背向来流02。

S3、增加旋翼的转速，旋翼转速、产生的推力或油门达到预定值后，解除电磁铁302对平台301的锁定。

第一旋翼303和第二旋翼304各自的旋转轴线的下端朝向来流02，这样可以利用来流02在三轴飞行器的前下方形成高压，利于形成弹射起飞效果。也有利于降低第一旋翼303和第二旋翼304的转速，降低能耗。优选的，第一旋翼303和第二旋翼304各自的旋转轴线分别与竖直方向所在的直线构成2到5度夹角。

以上飞行模式不限于三轴飞行器移动起飞，在不移动起飞和飞行过程也可使用，增加了飞行器的气流跨度，使飞行器飞行得更加平稳。

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)

1.一种高机动性的三轴飞行器，包括：机身、旋翼和驱动所述旋翼旋转的动力装置，其特征在于：

所述旋翼包括第一旋翼、第二旋翼和第三旋翼；

所述第一旋翼和所述第二旋翼对称地安装在所述机身的两侧，且靠近所述机身的前端，所述第三旋翼安装在靠近所述机身的后端的位置；

偏转驱动装置，安装在所述机身上，驱动所述第三旋翼绕沿所述机身的长度方向的轴线倾转；

所述第一旋翼和所述第二旋翼的直径相等，且大于第三旋翼的直径。

2.根据权利要求1所述的多轴飞行器，其特征在于：

所述第一旋翼和所述第三旋翼的直径比为0.1至0.4。

3.根据权利要求2所述的多轴飞行器，其特征在于：

所述第三旋翼所在的动力单元包括涵道，所述第三旋翼位于所述涵道内，所述第三旋翼为涵道风扇旋翼。

4.根据权利要求1所述的多轴飞行器，其特征在于：

第一机臂，可倾转地安装在所述机身上，所述第一旋翼和所述第二旋翼分别安装在所述第一机臂的两端；

第一倾转驱动装置，安装在所述机身上，通过所述第一机臂驱动所述第一旋翼和所述第二旋翼绕沿机身宽度方向的轴线倾转。

5.根据权利要求4所述的多轴飞行器，其特征在于：

第二机臂，可偏转地安装在所述机身上，所述第三旋翼安装在所述第二机臂上，所述偏转驱动装置通过所述第二机臂驱动所述第三旋翼偏转；

所述第三旋翼倾转地安装在所述第二机臂上；

第二倾转驱动装置，安装在所述第二机臂上，驱动所述第三旋翼绕所述第二机臂的宽度方向的轴线倾转。

6.根据权利要求1至5任一所述的多轴飞行器，其特征在于：

所述机身上设置有飞控装置和脚架，所述脚架的下侧安装有电磁铁，所述电磁铁与所述飞控装置电连接。

7.根据权利要求6所述的多轴飞行器，其特征在于：

所述电磁铁通电时消磁。

8.飞行器的移动起飞方法，所述飞行器为权利要求6所述的三轴飞行器，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述三轴飞行器通过所述电磁铁固定在移动的平台上；

S2、所述第一倾转驱动装置控制所述第一旋翼和所述第二旋翼倾转，使所述第一旋翼和所述第二旋翼各自的旋转轴线竖直；所述第二倾转驱动装置控制所述第三旋翼倾转，使所述第三旋翼旋转轴线的下端背向来流；

S3、增加所述旋翼的转速，所述旋翼转速、产生的推力或油门达到预定值后，解除所述电磁铁对所述平台的锁定。

9.根据权利要求8所述起飞方法，其特征在于：

所述电磁铁通电时消磁。

10.根据权利要求8所述起飞方法，其特征在于：

在所述电磁铁的上侧与所述脚架的支撑杆之间设置有压力传感器，所述压力传感器与所述飞控装置电连接，当所述飞控装置检测到每个压力传感器的检测值的两两差值在预定范围内时，解除所述电磁铁对所述平台的锁定。