CN107826242A - 涵道式多旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种涵道式多旋翼无人机，涉及无人机技术领域，以解决现有无人机机械效率低、工作噪音大、操控复杂的技术问题。本发明所述涵道式多旋翼无人机，包括：上下分布的半球形货仓和半球形动力设备仓，及环绕设置在二者外围的碟形翼面，碟形翼面沿周向均匀分布有多个垂直设置的螺旋桨涵道孔，每个螺旋桨涵道孔中设置有涵道式风扇螺旋桨，半球形动力设备仓的下方设置有起落架，起落架固定有推力涡扇；涵道式风扇螺旋桨的桨叶一端无缝固定在桨叶轮毂上、另一端无缝固定在螺旋桨加固圈上；推力涡扇的涡扇叶片内侧与叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与涵道外壳的内侧壁无缝连接，涡扇叶片沿叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端。

Description

涵道式多旋翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种涵道式多旋翼无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。

具体地，无人机主要可以包括：机体，以及螺旋桨和推力涡扇。其中，螺旋桨是指靠桨叶在空气或水中旋转，将发动机转动功率转化为推进力的装置，可有两个或较多的叶与毂相连，叶的向后一面为螺旋面或近似于螺旋面的一种推进器；推力涡扇的原理是将吸入的空气通过涵道叶片加速向后并高速喷出，产生推力。

目前，现有技术中的螺旋桨主要包括：毂，所述毂上装有桨叶，且所述毂连接有电机，从而所述电机能够驱动所述毂转动，进而带动所述桨叶作周向旋转。

本申请发明人意识到，现有的无人机进行工作时，螺旋桨的桨叶高速旋转，其中的无效阻力较大，且空气工质在强大的离心力作用下容易发生外溢，并且桨叶的末端容易产生涡流，因此现有的无人机机械效率较低、工作噪音较大。

此外，现有无人机主要通过同时调节多个螺旋桨转速的方式产生分力，以实现前、后、左、右、上、下的运动。这种操控方式，一则操控较为复杂，二则也是以牺牲一部分有效载荷为代价的。

为解决以上技术问题，本申请发明人发明了此涵道式多旋翼无人机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涵道式多旋翼无人机，以解决现有的无人机机械效率较低、工作噪音较大、操控较复杂的技术问题。

本发明提供一种涵道式多旋翼无人机，包括：上下分布的半球形货仓和半球形动力设备仓，以及环绕设置在所述半球形货仓和所述半球形动力设备仓外围的碟形翼面，所述碟形翼面沿自身周向均匀分布有多个垂直设置的螺旋桨涵道孔，每个所述螺旋桨涵道孔中设置有一个涵道式风扇螺旋桨，所述半球形动力设备仓的下方设置有起落架，所述起落架固定有推力涡扇；所述涵道式风扇螺旋桨包括：桨叶轮毂、螺旋桨加固圈和多个桨叶，每个所述桨叶的一端无缝固定在所述桨叶轮毂上、另一端无缝固定在所述螺旋桨加固圈上；所述推力涡扇包括：叶片轮毂、涵道外壳和多个涡扇叶片，每个所述涡扇叶片的内侧与所述叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与所述涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个所述涡扇叶片沿所述叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端。

实际应用时，所述起落架通过水平面旋转轴与所述半球形动力设备仓连接。

其中，多个所述涵道式风扇螺旋桨包括有十个，且相邻的两个所述涵道式风扇螺旋桨相对旋转。

具体地，所述推力涡扇设置有两个，且两个所述推力涡扇相对旋转。

进一步地，所述半球形货仓上设有货仓门。

更进一步地，所述半球形动力设备仓上设有设备仓门。

实际应用时，所述起落架设有四个支脚，且四个所述支脚成矩阵形式分布；每个所述支脚呈“厂”字型结构，两两相连呈“几”字型结构。

其中，所述起落架的顶部设有圆形环、腰部设有横梁，所述圆形环和所述横梁用于对所述起落架进行加固。

具体地，所述半球形货仓的顶部设有信号接收天线。

相对于现有技术，本发明所述的涵道式多旋翼无人机具有以下优势：

本发明提供的涵道式多旋翼无人机中，包括：上下分布的半球形货仓和半球形动力设备仓，以及环绕设置在半球形货仓和半球形动力设备仓外围的碟形翼面，碟形翼面沿自身周向均匀分布有多个垂直设置的螺旋桨涵道孔，每个螺旋桨涵道孔中设置有一个涵道式风扇螺旋桨，半球形动力设备仓的下方设置有起落架，起落架固定有推力涡扇；其中，涵道式风扇螺旋桨包括：桨叶轮毂、螺旋桨加固圈和多个桨叶，每个桨叶的一端无缝固定在桨叶轮毂上、另一端无缝固定在螺旋桨加固圈上；其中，推力涡扇包括：叶片轮毂、涵道外壳和多个涡扇叶片，每个涡扇叶片的内侧与叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个涡扇叶片沿叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端。由此分析可知，本发明提供的涵道式多旋翼无人机中，由于桨叶的一端无缝固定在桨叶轮毂上、另一端无缝固定在螺旋桨加固圈上，因此能够形成完全封闭的涵道，从而空气在其中高速旋转时不存在额外的无效阻力，空气工质在强大的离心力作用下也不会发生外溢，涡扇叶片的末端也无从产生涡流或激波；并且涡扇叶片的内侧与叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个涡扇叶片沿叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端，能够形成一个完全封闭的螺旋形空腔，从而空气在其中高速旋转时不存在额外的无效阻力，空气工质在强大的离心力作用下也不会发生外溢，涡扇叶片的末端也无从产生涡流或激波，进而能够有效提高机械效率，并且能够最大限度地降低桨叶震动，从而达到减少桨叶疲劳、降低工作噪音的目的。此外，本发明提供的涵道式多旋翼无人机中，碟形翼面能够最大限度地减少无人机在水平方向的运动阻力，同时无人机在高速巡航时，碟形翼面在一定程度上能够起到固定翼的作用，从而产生一定的升力，进而进一步减少能耗，提高机械效率；并且，半球形货仓和半球形动力设备仓能够最大限度地减少无人机在水平以及垂直各方向的运动阻力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的设计附图。

图1为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中涵道式风扇螺旋桨的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中涵道式风扇螺旋桨的部分结构示意图；

图5为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中涵道式风扇螺旋桨的部分结构示意图；

图6为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中推力涡扇的结构示意图。

图中：1－螺旋桨涵道孔；2－螺旋桨驱动电机；3－半球形货仓；4－信号接收天线；5－货仓门；6－碟形翼面；7－设备仓门；8－推力涡扇；9－起落架；10－水平面旋转轴；11－半球形动力设备仓；12－直流电机；13－螺旋桨固定臂；14－螺旋桨加固圈；15－桨叶；16－桨叶轮毂；17－穿轴孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不需要做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机的结构示意图；图2为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机的俯视结构示意图；图3为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中涵道式风扇螺旋桨的结构示意图；图4为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中涵道式风扇螺旋桨的部分结构示意图；图5为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中涵道式风扇螺旋桨的部分结构示意图；图6为本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中推力涡扇的结构示意图。

如图1－图6所示，本发明实施例提供一种涵道式多旋翼无人机，包括：上下分布的半球形货仓3和半球形动力设备仓11，以及环绕设置在半球形货仓3和半球形动力设备仓11外围的碟形翼面6，碟形翼面6沿自身周向均匀分布有多个垂直设置的螺旋桨涵道孔1，每个螺旋桨涵道孔1中设置有一个涵道式风扇螺旋桨，半球形动力设备仓11的下方设置有起落架9，起落架9固定有推力涡扇8；涵道式风扇螺旋桨包括：桨叶轮毂16、螺旋桨加固圈14和多个桨叶15，每个桨叶15的一端无缝固定在桨叶轮毂16上、另一端无缝固定在螺旋桨加固圈14上；推力涡扇8包括：叶片轮毂、涵道外壳和多个涡扇叶片，每个涡扇叶片的内侧与叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个涡扇叶片沿叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端。

相对于现有技术，本发明实施例所述的涵道式多旋翼无人机具有以下优势：

本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中，如图1－图6所示，包括：上下分布的半球形货仓3和半球形动力设备仓11，以及环绕设置在半球形货仓3和半球形动力设备仓11外围的碟形翼面6，碟形翼面6沿自身周向均匀分布有多个垂直设置的螺旋桨涵道孔1，每个螺旋桨涵道孔1中设置有一个涵道式风扇螺旋桨，半球形动力设备仓11的下方设置有起落架9，起落架9固定有推力涡扇8；其中，涵道式风扇螺旋桨包括：桨叶轮毂16、螺旋桨加固圈14和多个桨叶15，每个桨叶15的一端无缝固定在桨叶轮毂16上、另一端无缝固定在螺旋桨加固圈14上；其中，推力涡扇8包括：叶片轮毂、涵道外壳和多个涡扇叶片，每个涡扇叶片的内侧与叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个涡扇叶片沿叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端。由此分析可知，本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中，由于桨叶15的一端无缝固定在桨叶轮毂16上、另一端无缝固定在螺旋桨加固圈14上，因此能够形成完全封闭的涵道，从而空气在其中高速旋转时不存在额外的无效阻力，空气工质在强大的离心力作用下也不会发生外溢，桨叶15的末端也无从产生涡流或激波；并且涡扇叶片的内侧与叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个涡扇叶片沿叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端，能够形成一个完全封闭的螺旋形空腔，从而空气在其中高速旋转时不存在额外的无效阻力，空气工质在强大的离心力作用下也不会发生外溢，涡扇叶片的末端也无从产生涡流或激波，进而能够有效提高机械效率，并且能够最大限度地降低桨叶15震动，从而达到减少桨叶15疲劳、降低工作噪音的目的。此外，本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中，碟形翼面6能够最大限度地减少无人机在水平方向的运动阻力，同时无人机在高速巡航时，碟形翼面6在一定程度上能够起到固定翼的作用，从而产生一定的升力，进而进一步减少能耗，提高机械效率；并且，半球形货仓3和半球形动力设备仓11能够最大限度地减少无人机在水平以及垂直各方向的运动阻力。

此处需要补充说明的是，本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机中，涵道式风扇螺旋桨的桨叶轮毂16沿轴向开设有穿轴孔17，该穿轴孔17可以连接螺旋桨驱动电机2，并且该螺旋桨驱动电机2可以为直流电机12；此外，上述桨叶15优选为矩形桨叶，数量优选为20片或以上，桨叶15的一端无缝固定在桨叶轮毂16上，其法线正对桨叶轮毂16的轴心，攻角为45°(也可以为其他角度)、另一端无缝固定在螺旋桨加固圈14上；为了提高涵道式风扇螺旋桨的强度，桨叶轮毂16还可以连接有螺旋桨固定臂13，该螺旋桨固定臂13的一端与桨叶轮毂16连接、另一端固定在碟形翼面6上。

实际应用时，上述起落架9可以通过水平面旋转轴10与半球形动力设备仓11连接；该水平面旋转轴10可360°旋转，从而带动推力涡扇8整体旋转，进而能够轻松实现无人机转向，极大地简化了飞行控制难度，同时极大地提高了无人机的安全性。

其中，如图2所示，多个涵道式风扇螺旋桨可以包括有10个，且相邻的两个涵道式风扇螺旋桨相对旋转，从而能够有效地抵消彼此产生的扭矩。该涵道式多旋翼无人机的起降以及垂直方向的运动，可以依靠10个涵道式风扇螺旋桨提供动力，起飞通过增加螺旋桨的转速来实现，降落通过减少螺旋桨的转速来实现；并且，桨叶15和螺旋桨驱动电机2隐藏在涵道之内，从而能够最大限度地减少无人机在水平方向的运动阻力。

具体地，如图1所示，上述推力涡扇8可以设置有2个，且2个推力涡扇8相对旋转，从而能够有效地抵消彼此产生的扭矩。该涵道式多旋翼无人机水平方向的运动，可以依靠2个推力涡扇8提供动力；水平方向的转向，可以通过水平面旋转轴10带动推力涡扇8整体旋转来实现；并且，水平面旋转轴10可360°旋转。

进一步地，如图1所示，上述半球形货仓3上可以设有货仓门5，从而便于装卸货物；并且，半球形货仓3位于碟形翼面6上方正中位置，底部固定在碟形翼面6上。

更进一步地，如图1所示，上述半球形动力设备仓11上可以设有设备仓门7，从而便于安装和维修设备；并且，半球形动力设备仓11位于碟形翼面6下部正中位置，顶部固定在碟形翼面6上。

实际应用时，如图1所示，上述起落架9可以设有4个支脚，且4个支脚成矩阵形式分布；具体地，每个支脚呈“厂”字型结构，两两相连呈“几”字型结构；并且，“厂”字型的一端与水平面旋转轴10固定连接。

其中，上述起落架9的顶部可以设有圆形环、腰部可以设有横梁，从而通过圆形环和横梁对起落架9起到加固的作用。

具体地，上述半球形货仓3的顶部可以设有信号接收天线4。

此处需要补充说明的是，本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机为燃油式内燃机，通过发电设备、整流设备为整个设备提供动力，因此极大地提高了无人机的续航能力；并且，该涵道式多旋翼无人机可以配备有多种无线导航设备。

此外，由于10个涵道式风扇螺旋桨和2个推力涡扇均隐藏在涵道内，因此无人机与外物发生撞击时，能够最大限度地降低对无人机以及外物的损伤；同时，由于涵道式多旋翼无人机最大限度地采取了对称设计，因此货仓在空载或满载时，无人机均不需要额外配平。并且，涵道式多旋翼无人机的所有设备及货物均处于外壳保护之下，因此极大地提高了无人机全天候飞行的可能性。

本发明实施例提供的涵道式多旋翼无人机的涵道式风扇螺旋桨主要具有以下优势：

1、由于桨叶一端固定在桨叶轮毂上、一端固定在螺旋桨加固圈上，因此极大地提高了该螺旋桨的结构强度，从而能够将桨叶轮毂、桨叶和螺旋桨加固圈尽可能地轻量化，如采用高强度复合材料，以及采用3D打印技术一次成型；

2、由于桨叶轮毂、桨叶和螺旋桨加固圈共同组成了一个坚固的整体，因此能够尽可能多地设置桨叶，从而降低螺旋桨的转速，进而降低螺旋桨的工作噪音；

3、由于桨叶轮毂、桨叶和螺旋桨加固圈共同组成了一个坚固的整体，因此该螺旋桨在高速旋转时，能够最大限度地降低桨叶震动，从而减少桨叶疲劳、降低工作噪音。

4、由于桨叶轮毂、桨叶和螺旋桨加固圈共同组成了多个完全封闭的小涵道，螺旋桨在作高速运动时，空气工质在强大的离心力作用下不会发生外溢，桨叶末端也不会出现涡流或激波，因此可极大地提高机械效率、降低工作噪音。

以上所述仅为本发明的最佳实施例而已，并不用以限制本发明的其它设计方案；凡在本发明的设计理念和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涵道式多旋翼无人机，其特征在于，包括：上下分布的半球形货仓和半球形动力设备仓，以及环绕设置在所述半球形货仓和所述半球形动力设备仓外围的碟形翼面，所述碟形翼面沿自身周向均匀分布有多个垂直设置的螺旋桨涵道孔，每个所述螺旋桨涵道孔中设置有一个涵道式风扇螺旋桨，所述半球形动力设备仓的下方设置有起落架，所述起落架固定有推力涡扇；

所述涵道式风扇螺旋桨包括：桨叶轮毂、螺旋桨加固圈和多个桨叶，每个所述桨叶的一端无缝固定在所述桨叶轮毂上、另一端无缝固定在所述螺旋桨加固圈上；

所述推力涡扇包括：叶片轮毂、涵道外壳和多个涡扇叶片，每个所述涡扇叶片的内侧与所述叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与所述涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个所述涡扇叶片沿所述叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端。

2.根据权利要求1所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，所述起落架通过水平面旋转轴与所述半球形动力设备仓连接。

3.根据权利要求1或2所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，多个所述涵道式风扇螺旋桨包括有10个，且相邻的两个所述涵道式风扇螺旋桨相对旋转。

4.根据权利要求1或2所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，所述推力涡扇设置有两个，且两个所述推力涡扇相对旋转。

5.根据权利要求1所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，所述半球形货仓上设有货仓门。

6.根据权利要求1或5所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，所述半球形动力设备仓上设有设备仓门。

7.根据权利要求1所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，所述起落架设有4个支脚，且4个所述支脚成矩阵形式分布；每个所述支脚呈“厂”字型结构，两两相连呈“几”字型结构。

8.根据权利要求7所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，所述起落架的顶部设有圆形环、腰部设有横梁，所述圆形环和所述横梁用于对所述起落架进行加固。

9.根据权利要求1所述的涵道式多旋翼无人机，其特征在于，所述半球形货仓的顶部设有信号接收天线。

10.一种涵道式多旋翼无人机，其特征在于，包括：上下分布的半球形货仓和半球形动力设备仓，以及环绕设置在所述半球形货仓和所述半球形动力设备仓外围的碟形翼面，所述碟形翼面沿自身周向均匀分布有多个垂直设置的螺旋桨涵道孔，每个所述螺旋桨涵道孔中设置有一个涵道式风扇螺旋桨，所述半球形动力设备仓的下方通过水平面旋转轴设置有起落架，所述起落架固定有推力涡扇，且所述半球形货仓的顶部设有信号接收天线；

所述涵道式风扇螺旋桨包括：桨叶轮毂、螺旋桨加固圈和多个桨叶，每个所述桨叶的一端无缝固定在所述桨叶轮毂上、另一端无缝固定在所述螺旋桨加固圈上；

所述推力涡扇包括：叶片轮毂、涵道外壳和多个涡扇叶片，每个所述涡扇叶片的内侧与所述叶片轮毂的外侧壁无缝连接、外侧与所述涵道外壳的内侧壁无缝连接，且每个所述涡扇叶片沿所述叶片轮毂的轴向方向的一端螺旋延伸至另一端。