CN107826247A - 一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其机身为椭圆形状，机身的长轴方向上安装主涵道动力系统，提供主要的起飞和悬浮动力，短轴方向上安装辅助涵道动力系统是可以在机身内部的旋转电机的带动下实现±90度旋转的，当辅助动力的推力与主动力一致时，辅助主动力的起飞和悬浮，当辅助动力的推力与主动力垂直时，提供飞行器前飞或空中低速倒飞动力，控制辅助动力的两个涵道风扇转速不同产生转速差则起到偏航作用；另外机身的短轴方向上还安装具有一定翼展的固定机翼，可以为整个机身提供一定量的升力，减少主动力的耗电量，在相同速度相比其它四旋翼要省电，提高续航能力；本发明的结构设计合理，飞行操作机动灵活且控制简单。

Description

一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器
技术领域
本发明涉及航空飞行器技术领域，具体涉及一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器。
背景技术
四旋翼飞行器也称为四旋翼直升机，是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形交叉的飞行器，可以搭配微型相机录制空中视频。
四旋翼飞行器具有灵活性高，稳定性好等优点，因此四旋翼无人机在民用和军事领域具有广阔的应用前景。可用来环境监测、情报搜集、高层建筑实时监控、协助和救助、电影拍摄和气象调查以及为未来的空中移动式无线电信号塔搭建打下一定的基础等。总而言之，社会对四旋翼无人飞行器应用将会越来越广。
虽然四旋翼飞行器有着很多的优点，受到很多人群的关注，但是四旋翼无人飞行器本身也存在一些问题：飞行速度慢、续航时间短、前飞和转向时需要倾转机身、同时倾斜飞行影响抗风能力和飞行性能，在一定程度上制约和影响了其推广使用。
发明内容
为了克服以上缺点，本发明提供一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，该无人飞行器不仅能够克服四旋翼飞行速度慢、续航时间短、前飞和转向时不需要倾转机身以提高该飞行器飞行时的抗风性能和飞行稳定性。
本发明通过以下技术方案实现的：
一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其特征在于，包括机身、固定机翼、起落架、主涵道旋翼动力系统和辅助涵道旋翼动力系统；
所述机身为椭圆状结构，所述机身包括上部和下部，所述上部为截面呈矩形的板体结构，所述下部为截面呈L型的板体结构，所述上部与所述下部之间通过螺栓实现固定连接；所述起落架为两个，所述起落架安装在所述机身的下部两端，所述起落架对称设置在所述机身的长轴线上；所述固定机翼安装在所述机身的两侧，且所述固定机翼位于所述机身的短轴线上；
所述主涵道旋翼动力系统包括主涵道支撑杆、主电机、主涵道、主动力涵道风扇和主电机安装盒；所述主涵道支撑杆为两个，所述主涵道支撑杆分别固定安装在所述机身的长轴两侧，所述主涵道支撑杆为中空的十字型结构，且所述主涵道支撑杆的其中两根杆位于所述机身的长轴线方向，所述主电机安装盒为圆桶状结构，所述主电机安装盒分别安装在所述主涵道支撑杆的中心处，所述主电机安装在所述主电机安装盒内，所述主电机的电机轴垂直于所述机身设置且朝向所述机身的上端面；所述主涵道为圆桶状结构，所述主涵道上设有主连接杆，所述主连接杆固定在所述主涵道外侧面的中间位置且与所述主涵道呈垂直设置关系，所述主涵道通过所述主连接杆固定在所述机身上，所述主涵道的内侧面的一端固定安装在所述主涵道支撑杆的端部，所述主动力涵道风扇安装在所述主电机的电机轴上且位于所述主涵道的内部；
所述辅助涵道旋翼动力系统包括辅助涵道支撑杆、辅助电机、辅助涵道、辅助涵道风扇、旋转电机、电机安装夹板和辅助电机安装盒；所述电机安装夹板为两块，所述电机安装夹板固定安装在所述机架的内部中心位置且与所述上部为垂直设置关系；所述旋转电机安装在所述电机安装夹板内并通过所述机架夹板固定在所述机架内，所述旋转电机的轴向与所述固定机翼的延展方向相同，所述旋转电机为双轴伸电机，所述旋转电机的两根轴的末端分别固定安装有联轴器，所述联轴器的另一端分别固定连接有辅助动力转轴，所述辅助动力转轴的端部贯穿所述固定机翼，所述辅助动力转轴的端部分别固定安装所述辅助涵道，所述辅助涵道为圆桶状结构，所述辅助动力转轴位于所述辅助涵道的中间位置且与所述辅助涵道的外侧面为垂直设置关系，所述辅助涵道支撑杆固定安装在所述辅助涵道的内侧面的一端，所述辅助涵道支撑杆为中空的十字型结构，所述辅助涵道支撑杆的其中两根杆与所述辅助动力转轴为水平设置关系，所述辅助电机安装盒为圆桶状结构，所述辅助电机安装盒固定安装在所述辅助涵道支撑杆的中心处，所述辅助电机安装在所述辅助电机安装盒内，所述辅助电机的电机轴垂直于所述辅助涵道支撑杆所在的平面，所述辅助涵道风扇安装在所述辅助电机的电机轴上且位于所述辅助涵道的内部；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述主电机为同一控制系统控制；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述辅助电机为两个独立的控制系统控制；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述旋转电机为单独的控制系统控制；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述旋转电机的电机轴旋转角度为±90度。
工作原理：当飞行器起飞或进行空中悬停时，两个辅助涵道风扇在旋转电机的旋转控制下保持与主涵道风扇在同一平面，使辅助涵道旋翼动力系统与主涵道旋翼动力系统的推力一致均为向下时，为该飞行器起飞或悬停状态提供辅助动力；当两个辅助涵道风扇在旋转电机的旋转控制下旋转90度与主涵道风扇为垂直状态时，辅助涵道旋翼动力系统提供水平动力，可以进行空中前飞或空中低速倒飞；两个辅助涵道风扇为独立动力控制，在推力为水平方向情况下，单独控制两个辅助风扇使转速不同通过产生的转速差形成偏航力偶，在机身不倾斜的情况下就可以进行偏航。
本发明具有以下突出效果：
本发明的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，包括机身、固定机翼、起落架、主涵道旋翼动力系统和辅助涵道旋翼动力系统，椭圆机身的长轴方向上安装的主涵道动力系统，提供主要的起飞和悬浮动力，机身的短轴方向上安装的辅助涵道动力系统是可以在机身内部的旋转电机的带动下实现±90度旋转的，当辅助动力的推力与主动力一致时，辅助主动力的起飞和悬浮，而当辅助动力的推力与主动力垂直时，提供飞行器前飞或空中低速倒飞动力，此时若控制辅助动力的两个涵道风扇转速不同产生转速差则起到偏航作用；另外固定机翼安装在于机身的短轴方向上，固定机翼也有一定的翼展，可以为整个机身提供一定量的升力，减少主涵道动力系统的主电机耗电量，在相同速度相比其它四旋翼情况下要省电，可以提高续航能力；本发明的结构设计合理，飞行操作机动灵活且控制简单。
附图说明
图1 本发明主视示意图。
图2 本发明俯视示意图。
图3 本发明在图2中的A处局部放大图。
图4 本发明辅助涵道动力系统的推力向下时示意图。
图5 本发明辅助涵道动力系统的推力水平时示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，以便对本发明的构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果有更进一步的了解，需要说明的是，对这些实施方式的说明是示意性的，并不构成对本发明的具体限定。
如图的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其特征在于，包括机身10、固定机翼20、起落架30、主涵道旋翼动力系统40和辅助涵道旋翼动力系统50；
所述机身10为椭圆状结构，所述机身10包括上部11和下部12，所述上部11为截面呈矩形的板体结构，所述下部12为截面呈L型的板体结构，所述上部与所述下部之间通过螺栓13实现固定连接；所述起落架30为两个，所述起落架30安装在所述机身10的下部两端，所述起落架30对称设置在所述机身10的长轴线上；所述固定机翼20安装在所述机身10的两侧，且所述固定机翼20位于所述机身10的短轴线上；
所述主涵道旋翼动力系统40包括主涵道支撑杆41、主电机42、主涵道43、主动力涵道风扇44和主电机安装盒45；所述主涵道支撑杆41为两个，所述主涵道支撑杆41分别固定安装在所述机身10的长轴两侧，所述主涵道支撑杆41为中空的十字型结构，且所述主涵道支撑杆41的其中两根杆位于所述机身10的长轴线方向，所述主电机安装盒45为圆桶状结构，所述主电机安装盒45分别安装在所述主涵道支撑杆41的中心处，所述主电机42安装在所述主电机安装盒45内，所述主电机42的电机轴垂直于所述机身10设置且朝向所述机身10的上端面；所述主涵道43为圆桶状结构，所述主涵道43上设有主连接杆46，所述主连接杆46固定在所述主涵道43外侧面的中间位置且与所述主涵道43呈垂直设置关系，所述主涵道43通过所述主连接杆46固定在所述机身10上，所述主涵道43的内侧面的一端固定安装在所述主涵道支撑杆41的端部，所述主动力涵道风扇44安装在所述主电机42的电机轴上且位于所述主涵道43的内部；
所述辅助涵道旋翼动力系统50包括辅助涵道支撑杆51、辅助电机52、辅助涵道53、辅助涵道风扇54、旋转电机55、电机安装夹板58和辅助电机安装盒59；所述电机安装夹板58为两块，所述电机安装夹板58固定安装在所述机架10的内部中心位置且与所述上部11为垂直设置关系；所述旋转电机55安装在所述电机安装夹板58内并通过所述机架夹板58固定在所述机架10内，所述旋转电机55的电机轴方向与所述固定机翼20的延展方向相同，所述旋转电机55为双轴伸电机，所述旋转电机55的两根轴的末端分别固定安装有联轴器56，所述联轴器56的另一端分别固定连接有辅助动力转轴57，所述辅助动力转轴57的端部贯穿所述固定机翼20，所述辅助动力转轴57的端部分别固定安装所述辅助涵道53，所述辅助涵道53为圆桶状结构，所述辅助动力转轴57位于所述辅助涵道的中间位置且与所述辅助涵道53的外侧面为垂直设置关系，所述辅助涵道支撑杆51固定安装在所述辅助涵道53的内侧面的一端，所述辅助涵道支撑杆51为中空的十字型结构，所述辅助涵道支撑杆51的其中两根杆与所述辅助动力转轴57为水平设置关系，所述辅助电机安装盒59为圆桶状结构，所述辅助电机安装盒59固定安装在所述辅助涵道支撑杆51的中心处，所述辅助电机52安装在所述辅助电机安装盒59内，所述辅助电机52的电机轴垂直于所述辅助涵道支撑杆51所在的平面，所述辅助涵道风扇54安装在所述辅助电机52的电机轴上且位于所述辅助涵道53的内部；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述主电机42为同一控制系统控制；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述辅助电机52为两个独立的控制系统控制；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述旋转电机56为单独的控制系统控制；
上述一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其中，所述旋转电机56的电机轴旋转角度为±90度。
以上所述的固定连接方式如无特殊说明，均为采用传统的焊接或螺栓、螺母等紧固件实现固定连接。
工作原理：当飞行器起飞或进行空中悬停时，两个辅助涵道风扇在旋转电机的旋转控制下保持与主涵道风扇在同一平面，使辅助涵道旋翼动力系统与主涵道旋翼动力系统的推力一致均为向下时，为该飞行器起飞或悬停状态提供辅助动力；当两个辅助涵道风扇在旋转电机的旋转控制下旋转90度与主涵道风扇为垂直状态时，辅助涵道旋翼动力系统提供水平动力，可以进行空中前飞或空中低速倒飞；两个辅助涵道风扇为独立动力控制，在推力为水平方向情况下，单独控制两个辅助风扇使转速不同通过产生的转速差形成偏航力偶，在机身不倾斜的情况下就可以进行偏航。
本发明具有以下突出效果：
本发明的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，包括机身、固定机翼、起落架、主涵道旋翼动力系统和辅助涵道旋翼动力系统，椭圆机身的长轴方向上安装的主涵道动力系统，提供主要的起飞和悬浮动力，机身的短轴方向上安装的辅助涵道动力系统是可以在机身内部的旋转电机的带动下实现±90度旋转的，当辅助动力的推力与主动力一致时，辅助主动力的起飞和悬浮，而当辅助动力的推力与主动力垂直时，提供飞行器前飞或空中低速倒飞动力，此时若控制辅助动力的两个涵道风扇转速不同产生转速差则起到偏航作用；另外固定机翼安装在于机身的短轴方向上，固定机翼也有一定的翼展，可以为整个机身提供一定量的升力，减少主涵道动力系统的主电机耗电量，在相同速度相比其它四旋翼情况下要省电，可以提高续航能力；本发明的结构设计合理，飞行操作机动灵活且控制简单。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其特征在于，包括机身、固定机翼、起落架、主涵道旋翼动力系统和辅助涵道旋翼动力系统；
所述机身为椭圆状结构，所述机身包括上部和下部，所述上部为截面呈矩形的板体结构，所述下部为截面呈L型的板体结构，所述上部与所述下部之间通过螺栓实现固定连接；所述起落架为两个，所述起落架安装在所述机身的下部两端，所述起落架对称设置在所述机身的长轴线上；所述固定机翼安装在所述机身的两侧，且所述固定机翼位于所述机身的短轴线上；
所述主涵道旋翼动力系统包括主涵道支撑杆、主电机、主涵道、主动力涵道风扇和主电机安装盒；所述主涵道支撑杆为两个，所述主涵道支撑杆分别固定安装在所述机身的长轴两侧，所述主涵道支撑杆为中空的十字型结构，且所述主涵道支撑杆的其中两根杆位于所述机身的长轴线方向，所述主电机安装盒为圆桶状结构，所述主电机安装盒分别安装在所述主涵道支撑杆的中心处，所述主电机安装在所述主电机安装盒内，所述主电机的电机轴垂直于所述机身设置且朝向所述机身的上端面；所述主涵道为圆桶状结构，所述主涵道上设有主连接杆，所述主连接杆固定在所述主涵道外侧面的中间位置且与所述主涵道呈垂直设置关系，所述主涵道通过所述主连接杆固定在所述机身上，所述主涵道的内侧面的一端固定安装在所述主涵道支撑杆的端部，所述主动力涵道风扇安装在所述主电机的电机轴上且位于所述主涵道的内部；
所述辅助涵道旋翼动力系统包括辅助涵道支撑杆、辅助电机、辅助涵道、辅助涵道风扇、旋转电机、电机安装夹板和辅助电机安装盒；所述电机安装夹板为两块，所述电机安装夹板固定安装在所述机架的内部中心位置且与所述上部为垂直设置关系；所述旋转电机安装在所述电机安装夹板内并通过所述机架夹板固定在所述机架内，所述旋转电机的轴向与所述固定机翼的延展方向相同，所述旋转电机为双轴伸电机，所述旋转电机的两根轴的末端分别固定安装有联轴器，所述联轴器的另一端分别固定连接有辅助动力转轴，所述辅助动力转轴的端部贯穿所述固定机翼，所述辅助动力转轴的端部分别固定安装所述辅助涵道，所述辅助涵道为圆桶状结构，所述辅助动力转轴位于所述辅助涵道的中间位置且与所述辅助涵道的外侧面为垂直设置关系，所述辅助涵道支撑杆固定安装在所述辅助涵道的内侧面的一端，所述辅助涵道支撑杆为中空的十字型结构，所述辅助涵道支撑杆的其中两根杆与所述辅助动力转轴为水平设置关系，所述辅助电机安装盒为圆桶状结构，所述辅助电机安装盒固定安装在所述辅助涵道支撑杆的中心处，所述辅助电机安装在所述辅助电机安装盒内，所述辅助电机的电机轴垂直于所述辅助涵道支撑杆所在的平面，所述辅助涵道风扇安装在所述辅助电机的电机轴上且位于所述辅助涵道的内部。
2.根据权利要求1所述的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其特征在于，所述主电机为同一控制系统控制。
3.根据权利要求1所述的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其特征在于所述辅助电机为两个独立的控制系统控制。
4.根据权利要求1所述的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其特征在于所述旋转电机为单独的控制系统控制。
5.根据权利要求1所述的一种带固定机翼两倾转涵道四旋翼无人飞行器，其特征在于，所述旋转电机的电机轴旋转角度为±90度。
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