CN107813926A - 可倾转旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

公开了一种可倾转旋翼飞行器。所述可倾转旋翼飞行器包括：囊体，其具有上表面和下表面，所述囊体包括中间区域与环绕该中间区域的周边区域，所述囊体的周边区域包括从所述上表面贯穿至所述下表面的多个涵道，所述涵道包括使所述囊体密封的侧壁；支撑装置，所述支撑装置固定在所述囊体的所述涵道内；旋翼，所述旋翼与所述支撑装置转动连接。该可倾转旋翼飞行器的囊体充入密度小于空气的气体，使囊体具有向上升力，使得在飞行器悬停过程中，旋翼提供的为维持飞行器在竖直方向平衡的升力减小，节省能源从而延长飞行器的悬停及续航时间；水平运动时，旋翼做功全部用于为所述可倾转旋翼飞行器提供水平，使飞行器具有更快的飞行速度。

Description

可倾转旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，更具体地，涉及一种可倾转旋翼飞行器。

背景技术

无人机飞行器具有广泛的应用，例如，将无人机飞行器用于城市安防边境巡逻、赛事直播、智能放牧、摄影娱乐等。

目前旋翼无人机的续航时间远低于固定翼无人机，为了保留无人机的悬停功能，同时提高其续航时间，不少人通过结合旋翼无人机与固定翼无人机的特点，研制可垂直起降的类固定翼无人机，例如，现有技术的一种新型可倾转旋翼垂直起降飞机，水平运动过程中其固定翼能提供升力以抵消部分机身自重，但悬停时，机身重量主要通过螺旋桨提供的升力来平衡，无法保证其长时间的悬停；现有技术中涉及的一种具有翼膜的可倾转旋翼的四旋翼飞行器，它是通过翼膜在水平运动过程中提供升力来延长航时，但悬停时，也主要依靠四个螺旋桨来提供升力。

综上，现有技术中即使通过结合旋翼无人机与固定翼无人机得到的飞行器，其悬停时间仍不尽如人意。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种可倾转旋翼飞行器，该可倾转旋翼飞行器的悬停及续航时间更长，飞行速度更快。

根据本发明提供一种可倾转旋翼飞行器，包括：囊体，所述囊体具有上表面和下表面，包括中间区域与环绕该中间区域的周边区域，所述囊体的周边区域包括从所述上表面贯穿至所述下表面的多个涵道，所述涵道包括使所述囊体密封的侧壁；支撑装置，所述支撑装置固定在所述囊体的所述涵道内；旋翼，所述旋翼与所述支撑装置转动连接。

优选地，所述囊体的所述上表面为流线型的锥面。

优选地，所述涵道横截面为圆形，所述涵道的圆形截面直径大于所述涵道的长度。

优选地，所述多个涵道关于所述囊体的中心轴呈对称布置。

优选地，所述支撑装置为多个倾转轴，所述多个倾转轴中的每一个对应固定在多个所述涵道中的每一个内。

优选地，多个所述倾转轴的轴线平行布置。

优选地，所述旋翼的旋转轴线垂直于所述倾转轴的轴线。

优选地，所述旋翼包括：支架，所述支架与所述支撑装置转动连接；电机，所述电机固定在所述支架上；螺旋桨，所述螺旋桨与所述电机连接，所述电机可驱动所述螺旋桨转动。

优选地，所述可倾转旋翼飞行器还包括：起降垫，所述起降垫固定在所述囊体的下表面。

优选地，所述起降垫包括：充气空间，所述充气空间内部充有密度小于空气的气体；承重空间，所述承重空间用于装载器件，所述器件包括电池及航电设备。

根据本发明的可倾转旋翼飞行器，其囊体充入密度小于空气的气体，使囊体具有向上升力，该囊体提供的升力可以抵消掉部分飞行器总重力，使得在飞行器悬停过程中，旋翼提供的为维持飞行器在竖直方向平衡的升力减小，节省能源从而延长飞行器的悬停及续航时间。在飞行器作水平运动时，由于囊体上表面鼓起，其能产生定升力，使得在竖直方向无需旋翼提供额外升力就能保证飞行器竖直方向上的平衡，此时通过调整旋翼的倾转方向，使旋翼产生的推力与飞行方向一致，使飞行器具有更快的飞行速度。具有涵道的囊体使得旋翼的螺旋桨及电机受到涵道的保护，提高可倾转旋翼飞行器的稳定性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第一飞行状态的正视图。

图2示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第一飞行状态的侧视图。

图3示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第一飞行状态的俯视图。

图4示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第一飞行状态的仰视图。

图5示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第一飞行状态的截面图。

图6示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第二飞行状态的正视图。

图7示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第二飞行状态的侧视图。

图8示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第二飞行状态的俯视图。

图9示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的第二飞行状态的仰视图。

图中，100，可倾转旋翼飞行器；110，囊体；111，涵道；120，倾转轴；130，旋翼；131，支架；132，电机；133，螺旋桨；140，起降垫。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A与B直接邻接。

图1至图5示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器的正视图、侧视图、俯视图、仰视图以及截面图，其中，图3中的线AA示出截面图的截取位置。所述可倾转旋翼飞行器100包括囊体110、多个倾转轴120以及多个旋翼130。

其中，所述囊体110为斗笠形的回转体，其回转中心轴线垂直于地平面，所述囊体110为流线型的上表面和平滑的下表面所组成的腔体，所述囊体110包括中间区域与环绕该中间区域的周边区域，所述囊体110上表面的中心区域高于周边区域，使得所述囊体110的所述上表面为流线型的锥面。在所述囊体110的内部充入密度比空气小的气体，例如，氢气或氦气，使得所述囊体110受到向上的浮力，从而为所述可倾转旋翼飞行器100提供向上的升力，所述囊体110提供的浮力的大小可根据充入所述囊体110中的气体的种类和量作调整。所述囊体110的气动外形设计，即具有流线型锥形上表面的囊体110的设计，使得所述囊体110在水平运动时具有类似于固定翼在空气中运动时产生的升力。囊体110的材料通常选用高强度的柔性材料，例如，选用高强聚乙烯纤维、聚芳酯纤维等。

囊体110的周边区域包括从所述上表面贯穿至所述下表面的多个涵道111，其中，所述涵道111包括使所述囊体110密封的侧壁，使得所述涵道111贯穿所述囊体110的上、下两个表面的同时不破坏所述囊体110的气密性。优选的，本实施例中的可倾转旋翼飞行器100包括四个涵道111，四个所述涵道111位于所述囊体110的周边时，其关于所述斗笠形囊体110的中心轴呈对称布置，使得所述囊体110受力均衡，更容易平衡。所述涵道111轴向截面为圆形，并且所述涵道111的圆形截面直径大于所述涵道111的轴向长度，以便其内安装的旋翼130在调整倾转角度之后可以从所述囊体110的上表面和下表面部分露出。可以理解的是，所述涵道111的数量不限于四个，但作为优选的实施例，四个所述涵道111可以保证所述可倾转旋翼飞行器100起降、飞行以及在空中进行姿态调整时更稳定。

倾转轴120用于所述旋翼130的连接以及对所述旋翼130上各部件的支撑，其包括相对的两端，所述相对的两端分别固定在所述涵道111内的所述侧壁上，并且所述倾转轴120平行于地平面布置。优选的，所述多个倾转轴120的数量对应于所述多个涵道的数量，并且每一个倾转轴120对应设置在一个涵道111中，本实施例中，多个所述倾转轴111的轴线相互平行布置。在后续的实施例中，为了方便描述本发明的方案，以4个倾转轴以及4个涵道为具体例子，本领域的技术人员应当理解，对于其他数量的倾转轴以及涵道，均在本发明的保护范围之内。

旋翼130包括：支架131、电机132以及螺旋桨133，其中，所述支架131与所述倾转轴120之间转动连接，例如，所述支架131与所述倾转轴120通过轴承连接，并加装转动驱动装置，使得所述支架131在所述驱动装置的驱动下能绕所述倾转轴120转动或者倾转各种角度。所述电机132固定在所述支架131上，本实施例中的所述支架131为圆筒与位于所述圆筒内的十字架组合而成，所述电机132固定在所述支架131的十字架中心上。所述螺旋桨133与所述电机132连接，所述电机132可驱动所述螺旋桨133转动。所述多个旋翼130的数量对应于所述多个涵道111的数量，例如设置数量为4，并且每一个旋翼130对应连接在一个涵道111内的所述倾转轴120上，优选的，所述旋翼130的旋转轴线垂直于所述倾转轴120的轴线。

本实施例中的可倾转旋翼飞行器100还包括起降垫140，所述起降垫可选用囊体110材料制成，其包括充气空间和承重空间。其中，所述充气空间内部充有密度小于空气的气体，例如，氢气或氦气，在所述可倾转旋翼飞行器100起降过程中，所述起降垫140可起到缓冲的作用，使所述可倾转旋翼飞行器100的起降更加稳定。所述承重空间用于装载器件，所述器件例如是包括电池及航电设备，为所述可倾转旋翼飞行器100提供能源及控制。

可以理解的是，本实施例的可倾转旋翼飞行器100中，所述倾转轴120为一种主要用于所述旋翼130的连接以及对所述旋翼130上各部件支撑的支撑装置，所述支撑装置不限于采用本实施例中倾转轴120的轴状结构，还可以是其他结构的支撑装置，例如，刚性的十字架、管状结构等。

本实施例中的可倾转旋翼飞行器100在起飞时，其处于第一飞行状态，即所述四个涵道111内的所述旋翼130的旋转轴线垂直于地平面的状态，请参照图1至图5，图1至图5示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器100的第一飞行状态的正视图、侧视图、俯视图、仰视图以及截面图，其中图3中的线AA示出截面图的截取位置。如前所述，所述囊体110提供的浮力的大小可根据充入所述囊体110中的气体的种类和量作调整，本实施例中的所述囊体110中的低密度气体(密度小于空气的气体)提供的升力基本与所述可倾转旋翼飞行器100总重持平，起飞时，通过调整所述旋翼130的倾转角度，使得所述四个旋翼130的旋转轴线垂直于地平面，所述电机132驱动所述螺旋桨133转动而使所述旋翼130为所述可倾转旋翼飞行器100提供升力，由于低密度气体提供的升力基本与所述可倾转旋翼飞行器100总重持平，所以所述旋翼130做功提供的升力仅少部分用于平衡机身总重，大部分用于所述可倾转旋翼飞行器100的爬高。因此，在起飞及爬高阶段，有利于减少电源系统对电机的输出，达到节能的效果。

本实施例中的可倾转旋翼飞行器100在悬停时，其仍然处于第一飞行状态，即所述四个涵道111内的所述旋翼130的旋转轴线垂直于地平面的状态。参照图1至图5，由于所述囊体110提供的浮力略小于所述可倾转旋翼飞行器100总重，所以所述旋翼130仅需要提供少量的升力来维持所述可倾转旋翼飞行器100竖直方向的平衡，从而达到减少能耗、提高航时的目的。

本实施例中的可倾转旋翼飞行器100在水平运动时，其处于第二飞行状态，即所述四个涵道111内的所述旋翼130的旋转轴线平行于地平面的状态，请参照图6至图9，图6至图9示出根据本发明具体实施例的可倾转旋翼飞行器100的第二飞行状态的正视图、侧视图、俯视图、以及仰视图。所述可倾转旋翼飞行器100水平运动时，其囊体110具有的型面设计为其提供气动升力，在竖直方向和囊体110提供的浮力共同与所述可倾转旋翼飞行器100总重平衡。此时，调整所述旋翼130的倾转角度，使得所述旋翼130从所述囊体110的上表面和下表面部分露出，并且优选地，所述四个旋翼130的旋转轴线平行于地平面，使得所述旋翼130为所述可倾转旋翼飞行器100提供水平推力，在竖直方向上，所述可倾转旋翼飞行器100不再需要所述旋翼130提供升力，所述四个旋翼130做功可全部用于为所述可倾转旋翼飞行器100提供水平运动的推力，使得所述可倾转旋翼飞行器100的飞行速度更快，续航时间更长。

本实施例中的可倾转旋翼飞行器100在运动过程中需要作姿态调整时，可以调整所述四个旋翼130的倾转角和转速，从而实现转向、侧倾等姿态的调整。

本实施例中的可倾转旋翼飞行器100在降落时，其又变为第一飞行状态，即所述四个涵道111内的所述旋翼130的旋转轴线垂直于地平面的状态，可以根据降落需要，调整所述四个旋翼130的转速，使可倾转旋翼飞行器100总重大于所述囊体110提供的浮力及所述旋翼130产生的升力之和，从而实现所述可倾转旋翼飞行器100的降落。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种可倾转旋翼飞行器，其特征在于，包括：

囊体，所述囊体具有上表面和下表面，所述囊体包括中间区域与环绕该中间区域的周边区域，所述囊体的周边区域包括从所述上表面贯穿至所述下表面的多个涵道，所述涵道包括使所述囊体密封的侧壁；

支撑装置，所述支撑装置固定在所述囊体的所述涵道内；

旋翼，所述旋翼与所述支撑装置转动连接。

2.根据权利要求1所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，所述囊体的所述上表面为流线型的锥面。

3.根据权利要求1所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，所述涵道横截面为圆形，所述涵道的圆形横截面直径大于所述涵道的长度。

4.根据权利要求1所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，所述多个涵道关于所述囊体的中心轴呈对称布置。

5.根据权利要求4所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，所述支撑装置为多个倾转轴，所述多个倾转轴中的每一个对应固定在多个所述涵道中的每一个内。

6.根据权利要求5所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，多个所述倾转轴的轴线平行布置。

7.根据权利要求6所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼的旋转轴线垂直于所述倾转轴的轴线。

8.根据权利要求1所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，所述旋翼包括：

支架，所述支架与所述支撑装置转动连接；

电机，所述电机固定在所述支架上；

螺旋桨，所述螺旋桨与所述电机连接，所述电机可驱动所述螺旋桨转动。

9.根据权利要求1所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，还包括：

起降垫，所述起降垫固定在所述囊体的下表面。

10.根据权利要求9所述的可倾转旋翼飞行器，其特征在于，所述起降垫包括：

充气空间，所述充气空间内部充有密度小于空气的气体；

承重空间，所述承重空间用于装载器件，所述器件包括电池及航电设备。