CN107757900A - 一种垂直起降的三轴飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直起降的三轴飞行器，包括第一螺旋桨、第二螺旋桨、第三螺旋桨、上支架、下舱体、左舱门机构和右舱门机构。所述上支架外形为等腰三角形结构，所述等腰三角形的顶角位置上侧面连接第一螺旋桨，所述等腰三角形的两个底角位置上侧面分别连接第二螺旋桨、第三螺旋桨，上支架的下侧面连接下仓体。所述下仓体上设有对开的左舱门机构和右舱门机构，所述左舱门机构和右舱门机构均设有舱门电机，所述舱门电机控制舱门的开启和关闭。所述第一螺旋桨设有摆动机构，摆动机构形成升力矢量，继而实现飞行器的力矩平衡和控制飞行器的偏航运动。本发明上层部分采用整体三角形加强结构，稳定性强，舱体容积大，自重与载重比值可以达到1:1。

Description

一种垂直起降的三轴飞行器
技术领域
本发明属于多旋翼飞行器技术领域，具体地说，它涉及一种垂直起降的三轴飞行器。
背景技术
多旋翼飞行器在军事上可对地侦察、空中警戒，部分还可以进行近距支援作战，既可以给军团提供战役侦察，又可以给士兵提供战术侦察，在民用上可进行灾区搜救，重要场合的航拍，空中巡逻等。现在，在市场上，四轴飞行器还是占在主流的地位，主要是因为四轴飞行器飞行算法较三轴飞行器要简单，同时也较为稳定，但三轴飞行器也是有自己的优点，工作效率要较四轴飞行器要高，同时飞行也更加灵活。
现在的三轴飞行器机架大致都是一样的，大部分都是三个电机以等边三角形排布，用碳纤维杆从电机位置向等边三角形重心汇交，形成三轴飞行器机架，为了实现三轴飞行器的力矩平衡，现在的三轴飞行器主要有两种方法解决：一种是在三轴飞行器尾部的电机下面加装一个反向旋转的电机和螺旋桨，来平衡尾部电机旋转带来的力矩，当需要三轴飞行器做偏航运动时，只需要让尾部上下两个电机转速不同就行。另一种是使尾部的电机可进行左右摆动，实现升力矢量，用尾部电机附带的桨旋转产生的升力向飞行器旋转方向的反向直接产生一个分力，来平衡尾部的电机旋转产生的力矩，这样优点是制造成本较四轴飞行器低，而且由于是直接产生一个分力来实现偏航的控制，反应较为迅速，动作幅度较大。
但目前的三轴飞行器大多不能进行载重和投放任务，少数能够实现的三轴飞行器在自重与载重比值达到2:1，有的甚至达到3:1，也就是飞行器大部分能量还是用来克服飞行器自身的重量。
发明内容
本发明所涉及的三轴飞行器是基于实现升力矢量的三轴飞行器基础上改进而来的，设计三轴飞行器时就考虑到载重与投放问题，优化三轴飞行器结构，降低飞行器自重与载重的比值，使更多重量用到任务上，同时三轴飞行器上层采用等腰三角形结构，以增大载物进入货仓的空间，并可适当提高货仓容量，而飞行器下部近似于倒置的四棱台，该结构可利用重力使载物尽可能向舱门聚集，便于投放同时也便于舱门机构的简化。
本发明的技术方案是，一种垂直起降的三轴飞行器，包括包括第一螺旋桨1、第二螺旋桨2、第三螺旋桨3、上支架4和下舱体5。
所述上支架4外形为等腰三角形结构，呈水平方向布置，所述等腰三角形的顶角位置上侧面连接第一螺旋桨1，所述等腰三角形的两个底角位置上侧面分别连接第二螺旋桨2、第三螺旋桨3。所述上支架4的下侧面连接下仓体5。
所述下仓体5上设有对开的左舱门机构6和右舱门机构7，所述左舱门机构6和右舱门机构7均设有舱门电机，所述舱门电机控制舱门的开启和关闭。
所述第一螺旋桨1设有摆动机构，所述摆动机构形成升力矢量，继而控制飞行方向。
进一步限定的技术方案如下：
所述第一螺旋桨1的摆动机构设有主电机11、主电机座12、摆动电机13、转轴14和两块支架板15。所述主电机11上端连接螺旋桨，下端连接在主电机座12上方，所述摆动电机13下端连接在上支架4上，摆动电机13的输出端连接转轴14，转轴14通过两块支架板15连接在上支架4上，主电机座12与转轴14固定连接，摆动电机13通过转轴14带动主电机座12摆动，继而带动第一螺旋桨1摆动。
所述上支架4包括三角边框41、承重板42、顶角三角板43、两块边角三角板44和两块加强版45。所述三角边框41为等腰三角形结构，所述等腰三角形的顶角位置连接顶角三角板43，两个边角位置分别连接一个边角三角板44，边角三角板44的内侧连接加强版45。等腰三角形中垂线位置连接承重板42，所述承重板42设有三十个以上的减重圆孔的底板，底板的两侧设有与底板垂直的条状筋板。
所述下仓体5设有方边框51，所述方边框51与上支架4之间倾斜连接八根立板，所述八根立板分别是前右立板52、前中立板53、前左立板54、右中立板55、左中立板56、右后立板57、后中立板58和左后立板59。
所述左舱门机构6设有舱门电机61、左舱门62、摆臂63、拉杆64和三块舱门连接板65。所述舱门电机61连接在左中立板56的下端，舱门电机61的输出端连接摆臂63的一端，摆臂的另一端连接拉杆64的上端，拉杆64的下端连接左舱门62，所述左舱门62上设有铰链轴622，铰链轴622通过舱门连接板65连接在方边框51上，舱门电机61通过摆臂63、拉杆64带动左舱门62打开或闭合。
所述右舱门机构7的结构与左舱门机构6相同。
所述左舱门62还设有左舱门板621、铰链板623和支撑板624。所述左舱门板621为长方形板，且沿宽度方向的一侧连接铰链板623，铰链板623的中部连接支撑板624，所述支撑板624与拉杆64的下端连接。
所述摆臂63的一端设有电机轴孔631，另一端设有拉杆孔632，所述电机轴孔631与舱门电机61的输出轴连接，所述拉杆孔632与拉杆64的上端连接。
所述拉杆64设有带钩杆641和拉杆接头642，所述带钩杆641的一端设有S形钩头，另一端连接拉杆接头642。
所述舱门连接板65的一侧设有方形缺口，通过方形缺口定位连接在方边框51上，舱门连接板65的另一侧设有铰链轴孔651，铰链轴孔651连接铰链轴622。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明舱门的开放与闭合采用双摇杆机构，原动件两台舱门电机的控制信号来自同一个信号，能确保舱门能较为准确的打开或关闭。
(2)本发明第一螺旋桨设有摆动机构，所述摆动机构形成升力矢量，继而实现飞行器的力矩平衡和控制飞行器的偏航运动。
(3)本发明上层部分采用整体三角形加强结构，利用三角形的稳定性来提高飞行器飞行部分结构的稳定性，而舱门部分采用矩形结构，而不是与上层部分的三角形结构，矩形结构有利于舱门旋转轴的安置，且载物放入时在矩形结构里旋转轴受力较为均匀，在投放载物时，载物能较为均匀的从舱门出去，提高投放精度。舱体容积大，自重与载重比值可以达到1:1。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2上支架结构示意图。
图3第一螺旋桨摆动机构结构示意图。
图4下仓体结构示意图。
图5左舱门机构和右舱门机构结构示意图。
图6左舱门结构示意图。
图7摆臂结构示意图。
图8拉杆结构示意图。
图9舱门连接板结构示意图。
图中序号：第一螺旋桨1、主电机11、主电机座12、摆动电机13、转轴14、支架板15、第二螺旋桨2、第三螺旋桨3、上支架4、三角边框41、承重板42、顶角三角板43、边角三角板44、加强版45、下舱体5、方边框51、前右立板52、前中立板53、前左立板54、右中立板55、左中立板56、右后立板57、后中立板58、左后立板59、左舱门机构6、舱门电机61、左舱门62、左舱门板621、铰链轴622、铰链板623、支撑板624、摆臂63、电机轴孔631、拉杆孔632、拉杆64、带钩杆641、拉杆接头642、舱门连接板65、铰链轴孔651、右舱门机构7。
具体实施方法
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例
参见图1，一种垂直起降的三轴飞行器，包括第一螺旋桨1、第二螺旋桨2、第三螺旋桨3、上支架4、下舱体5、左舱门机构6和右舱门机构7。所述上支架4外形为等腰三角形结构，呈水平方向布置，所述等腰三角形的顶角位置上侧面连接第一螺旋桨1，所述等腰三角形的两个底角位置上侧面分别连接第二螺旋桨2、第三螺旋桨3。所述上支架4的下侧面连接下仓体5。所述下仓体5上设有对开的左舱门机构6和右舱门机构7，所述左舱门机构6和右舱门机构7均设有舱门电机，所述舱门电机控制舱门的开启和关闭。所述第一螺旋桨1设有摆动机构，所述摆动机构形成升力矢量，继而实现飞行器的力矩平衡和控制飞行器的偏航运动。
参见图2，所述上支架4包括三角边框41、承重板42、顶角三角板43、两块边角三角板44和两块加强版45。所述三角边框41为等腰三角形结构，所述等腰三角形的顶角位置连接顶角三角板43，两个边角位置分别连接一个边角三角板44，边角三角板44的内侧连接加强版45。等腰三角形中垂线位置连接承重板42，所述承重板42设有三十个以上的减重圆孔的底板，底板的两侧设有与底板垂直的条状筋板。
参见图3，所述第一螺旋桨1的摆动机构设有主电机11、主电机座12、摆动电机13、转轴14和两块支架板15。所述主电机11上端连接螺旋桨，下端连接在主电机座12上方，所述摆动电机13下端连接在上支架4上，摆动电机13的输出端连接转轴14，转轴14通过两块支架板15连接在上支架4上，主电机座12与转轴14固定连接，摆动电机13通过转轴14带动主电机座12摆动，继而带动第一螺旋桨1摆动。
参见图4，所述下仓体5设有方边框51，所述方边框51与上支架4之间倾斜连接八根立板，所述八根立板分别是前右立板52、前中立板53、前左立板54、右中立板55、左中立板56、右后立板57、后中立板58和左后立板59。
参见图5和图6，所述左舱门机构6设有舱门电机61、左舱门62、摆臂63、拉杆64和三块舱门连接板65。所述舱门电机61连接在左中立板56的下端，舱门电机61的输出端连接摆臂63的一端，摆臂的另一端连接拉杆64的上端，拉杆64的下端连接左舱门62，所述左舱门62上设有铰链轴622，铰链轴622通过舱门连接板65连接在方边框51上，舱门电机61通过摆臂63、拉杆64带动左舱门62打开或闭合。所述右舱门机构7的结构与左舱门机构6相同。
参见图7，所述摆臂63的一端设有电机轴孔631，另一端设有拉杆孔632，所述电机轴孔631与舱门电机61的输出轴连接，所述拉杆孔632与拉杆64的上端连接。
参见图8，所述拉杆64设有带钩杆641和拉杆接头642，所述带钩杆641的一端设有S形钩头，另一端连接拉杆接头642。
参见图9，所述舱门连接板65的一侧设有方形缺口，通过方形缺口定位连接在方边框51上，舱门连接板65的另一侧设有铰链轴孔651，铰链轴孔651连接铰链轴622。
本发明在空载飞行时，参见图1，左舱门机构6和右舱门机构7分别通过舱门电机61来控制摆臂63，摆臂63向上拉动拉杆64，使得舱门处于关闭状态。
本发明在载物飞行时，参见图5，左舱门机构6和右舱门机构7分别通过舱门电机61来控制摆臂63，摆臂63带动拉杆64拉动舱门，舱门关闭，载物从飞行器上面的上支架4进入下舱体5里面。当需要进行投放时，舱门电机61上的摆臂63向下摆动，带动拉杆64推动舱门，促使舱门向下转动，此时，载物在自重的作用下从打开的舱门中顺利投放。
通过对本发明模型的实际测试，自重与载重比值可以达到1:1。具体测试过程是：飞行器全部设备安装完成后的自重在600g左右，测试载重为九个网球(每个在57g左右)，使用3S 1100mAh电池，考虑到避免损伤电池，测试时遥控器油门控制在75％左右，飞行前电池电压为12.7V，飞行4min后电压为11.6V。
以上内容并非对本发明的结构、形状作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种垂直起降的三轴飞行器，是三个带有驱动电机的螺旋桨和带有舱门机构的舱体，且具有运载功能的飞行器，其特征在于：包括第一螺旋桨(1)、第二螺旋桨(2)、第三螺旋桨(3)、上支架(4)和下舱体(5)；
所述上支架(4)外形为等腰三角形结构，呈水平方向布置，所述等腰三角形的顶角位置上侧面连接第一螺旋桨(1)，所述等腰三角形的两个底角位置上侧面分别连接第二螺旋桨(2)、第三螺旋桨(3)；所述上支架(4)的下侧面连接下仓体(5)；
所述下仓体(5)上设有对开的左舱门机构(6)和右舱门机构(7)，所述左舱门机构(6)和右舱门机构(7)均设有舱门电机，所述舱门电机控制舱门的开启和关闭；
所述第一螺旋桨(1)设有摆动机构，所述摆动机构形成升力矢量，继而控制飞行方向。
2.根据权利要求1所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述第一螺旋桨(1)的摆动机构设有主电机(11)、主电机座(12)、摆动电机(13)、转轴(14)和两块支架板(15)；所述主电机(11)上端连接螺旋桨，下端连接在主电机座(12)上方，所述摆动电机(13)下端连接在上支架(4)上，摆动电机(13)的输出端连接转轴(14)，转轴(14)通过两块支架板(15)连接在上支架(4)上，主电机座(12)与转轴(14)固定连接，摆动电机(13)通过转轴(14)带动主电机座(12)摆动，继而带动第一螺旋桨(1)摆动。
3.根据权利要求1所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述上支架(4)包括三角边框(41)、承重板(42)、顶角三角板(43)、两块边角三角板(44)和两块加强版(45)；所述三角边框(41)为等腰三角形结构，所述等腰三角形的顶角位置连接顶角三角板(43)，两个边角位置分别连接一个边角三角板(44)，边角三角板(44)的内侧连接加强版(45)；等腰三角形中垂线位置连接承重板(42)，所述承重板(42)设有三十个以上的减重圆孔的底板，底板的两侧设有与底板垂直的条状筋板。
4.根据权利要求1所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述下仓体(5)设有方边框(51)，所述方边框(51)与上支架(4)之间倾斜连接八根立板，所述八根立板分别是前右立板(52)、前中立板(53)、前左立板(54)、右中立板(55)、左中立板(56)、右后立板(57)、后中立板(58)和左后立板(59)。
5.根据权利要求1或4所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述左舱门机构(6)设有舱门电机(61)、左舱门(62)、摆臂(63)、拉杆(64)和三块舱门连接板(65)；所述舱门电机(61)连接在左中立板(56)的下端，舱门电机(61)的输出端连接摆臂(63)的一端，摆臂的另一端连接拉杆(64)的上端，拉杆(64)的下端连接左舱门(62)，所述左舱门(62)上设有铰链轴(622)，铰链轴(622)通过舱门连接板(65)连接在方边框(51)上，舱门电机(61)通过摆臂(63)、拉杆(64)带动左舱门(62)打开或闭合。
6.根据权利要求1所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述右舱门机构(7)的结构与左舱门机构(6)相同。
7.根据权利要求5所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述左舱门(62)还设有左舱门板(621)、铰链板(623)和支撑板(624)；所述左舱门板(621)为长方形板，且沿宽度方向的一侧连接铰链板(623)，铰链板(623)的中部连接支撑板(624)，所述支撑板(624)与拉杆(64)的下端连接。
8.根据权利要求5所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述摆臂(63)的一端设有电机轴孔(631)，另一端设有拉杆孔(632)，所述电机轴孔(631)与舱门电机(61)的输出轴连接，所述拉杆孔(632)与拉杆(64)的上端连接。
9.根据权利要求5所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述拉杆(64)设有带钩杆(641)和拉杆接头(642)，所述带钩杆(641)的一端设有S形钩头，另一端连接拉杆接头(642)。
10.根据权利要求5所述的一种垂直起降的三轴飞行器，其特征在于：所述舱门连接板(65)的一侧设有方形缺口，通过方形缺口定位连接在方边框(51)上，舱门连接板(65)的另一侧设有铰链轴孔(651)，铰链轴孔(651)连接铰链轴(622)。
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