CN108474656A - 用于无人驾驶飞行器的气压高度计的压力接头结构 - Google Patents

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Abstract

各个实施例包括：被配置为至少部分地使无人驾驶飞行器(UAV)的气压高度计暴露于该UAV上的某个位置处的大气压力的结构，其中在该位置，存在着减小的螺旋桨的下洗所产生的压力扰动。该结构可以包括近端部分，该近端部分被配置为包围UAV的电路板的气压高度计。该近端部分可以在气压高度计与第一环境空气压力之间形成至少局部屏障，第一环境空气压力在UAV的飞行期间被来自UAV的螺旋桨下洗扰动。此外，该结构还可以包括远离气压高度计延伸的远端部分，该远端部分被配置为将第二环境空气压力引导到气压高度计，与第一环境空气压力相比，第二环境空气压力在UAV的飞行期间被来自UAV的螺旋桨的下洗扰动的更少。

Description

用于无人驾驶飞行器的气压高度计的压力接头结构
相关申请
本申请要求享受2015年12月30日提交的、标题为“Pressure Tap Structures ForBarometric Altimeters For Unmanned Aerial Vehicles”的美国临时专利申请62/273,052的优先权，故以引用方式将其全部内容并入本文。
背景技术
无人驾驶飞行器(UAV)在许多民用、商业和娱乐用途方面变得越来越流行。为了降低成本和重量，用于控制UAV的电子设备通常集成到标准电路板或芯片组中。将航空电子设备、飞行传感器、存储器、通信和处理电路集成到一个集成封装中，可以简化UAV设计，同时实现航空电子设备与控制组件和算法的标准化。
发明内容
各个实施例包括用于使气压传感器(例如，气压高度计)暴露于不受由螺旋桨下洗产生的压力扰动的干扰的大气压力的一个或多个结构(特别是当靠近表面(例如，地面或着陆垫)时)。各种实施例包括具有近端部分的结构，该近端部分被配置为至少部分地包围UAV的电路板的气压高度计。该近端部分在气压高度计与第一环境空气压力之间形成至少局部屏障，所述第一环境空气压力在UAV的飞行期间被来自UAV的螺旋桨下洗扰动。该结构还包括远离气压高度计延伸的远端部分，该远端部分被配置为将第二环境空气压力引导到气压高度计，与第一空气压力相比，第二环境空气压力在UAV的飞行期间被来自UAV的螺旋桨的下洗扰动的更少。
在一些实施例中，所述近端部分可以形成在其中布置所述气压高度计的内腔。所述近端部分可以包括从所述近端部分的外部延伸到所述内腔中的孔径。所述远端部分可以包括具有第一管端和第二管端的管，其中，所述第一管端可以耦合到所述孔径端，所述第二管端可以包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。在一些实施例中，所述第二管端处的所述开口可以包括两个或更多个开口，其中所述两个或更多个开口中的每个开口沿着所述远端部分的不同分支进行布置，所述两个或更多个开口被配置为将所述管的内部暴露于所述第二环境空气压力。在一些实施例中，所述近端部分可以包括在所述电路板和所述远端部分之间形成气体密封的垫圈(即，当对UAV进行组装时)。
在一些实施例中，所述近端部分和所述远端部分可以一起形成具有第一烟筒端和第二烟筒端的刚性烟筒状结构。所述刚性烟筒状结构可以耦合到所述UAV的壳体或者形成所述UAV的壳体的一部分。所述第二烟筒端可以包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。在一些实施例中，所述近端部分可以包括在所述电路板与所述第一烟筒端之间形成密封的垫圈。在一些实施例中，所述第二烟筒端可以包括两个或更多个开口，其中所述两个或更多个开口中的每个开口沿着所述第二烟筒端的不同分支进行布置，其中，所述两个或更多个开口被配置为将所述刚性烟筒状结构的内部暴露于所述第二环境空气压力。在一些实施例中，所述远端部分可以延伸到所述UAV上的靠近所述UAV的螺旋桨的平面或者位于所述UAV的螺旋桨的平面处的高度。
在一些实施例中，所述结构可以包括：耦合到所述UAV的壳体或者形成所述UAV的壳体的一部分的竖管。所述竖管可以包括第一竖管端部和第二竖管端部。所述远端部分可以包括具有第一管端和第二管端的管。所述第一竖管端部可以耦合到所述近端部分。所述第一管端可以装配到所述第二竖管端部并与所述第二竖管端部密封。所述第二管端可以将所述管的内部暴露于所述第二环境空气压力。在一些实施例中，所述竖管和所述管中的至少一个可以分支通向两个或更多个分别的开口，其中所述两个或更多个分别的开口被配置为使所述竖管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
在一些实施例中，所述结构还可以包括：与所述近端部分分开的远程腔室。所述远程腔室可以包括使所述远程腔室暴露于所述第二环境空气压力的一个或多个通风口。所述远端部分可以将所述第二环境空气压力从所述远程腔室引导至所述近端部分。
在一些实施例中，可以将所述结构集成在UAV中和/或上。该UAV可以包括电路板、耦合到所述电路板的气压高度计、以及所述结构。
各种实施例包括一种制造所述一个或多个结构以便用于上面所概述的UAV的方法。所述一个或多个结构可以使气压传感器能够暴露于未受螺旋桨下洗所引起的压力扰动的干扰的大气压力(特别是当靠近表面时)。
附图说明
被并入本文并且构成本说明书一部分的附图，描绘了本发明的示例性实施例，并且连同上面给出的概括描述以及下面给出的详细描述一起来解释本发明的特征。
图1是示出适合于在各个实施例中使用的UAV的电气和电子组件的图。
图2是在着陆表面附近的常规UAV的示意性侧视图，其描绘了螺旋桨产生的压力扰动如何影响气压高度计。
图3A是根据各种实施例，示出耦合到气压高度计的柔性结构的UAV的示意性侧视图。
图3B是根据各种实施例，示出耦合到气压高度计的分支柔性结构的UAV的示意性侧视图。
图4A是根据各种实施例，示出耦合到气压高度计的UAV壳体中的刚性烟筒状结构的UAV的示意性侧视图。
图4B是根据各种实施例，示出耦合到气压高度计的UAV壳体中的分支刚性烟筒状结构的UAV的示意性侧视图。
图5是根据各种实施例，示出将一端上的气压高度计耦合到另一端上的管的竖管结构的UAV的示意性侧视图。
图6A是根据各种实施例，包括有围绕气压高度计的垫圈的电路板的横截面图。
图6B是根据各种实施例，示出其中布置有气压高度计的内腔的图6A的电路板的横截面图。
图6C是根据各种实施例，示出通过垫圈被密封到电路板的刚性烟筒状结构的图6A的电路板的横截面图。
图7是根据各种实施例，示出包括多个通风口的远程腔室的UAV的示意性侧视图，其中所述多个通风口被配置为将环境空气压力引导至气压高度计。
具体实施方式
现在参照附图来详细地描述各个实施例。在可以的地方，贯穿附图使用相同的附图标记来指代相同或者类似的部件。对于特定示例和实现的引用只是用于说明目的，而不是旨在限制权利要求的保护范围。
本文使用术语“无人驾驶飞行器”和“UAV”来指代可以不利用机载人类驾驶员的各种类型的飞行器中的一种。UAV可以包括机载计算设备，该机载计算设备被配置为在不具有例如来自人类操作员或远程计算设备的远程操作指令的情况下操作UAV(即，自主地)。替代地，机载计算设备可以被配置为利用远程操作指令或者针对存储在机载计算设备的存储器中的指令的更新，来操作UAV。UAV可以由为UAV提供推进力或举升力的一个或多个推进器进行推进。UAV可以由一种或多种类型的电源(诸如，电、化学、电化学或者其它功率储备)来供电，这些电源可以为推进单元、机载计算设备和/或其它机载部件供电。
各种实施例提供了以下的结构：将位于集成飞行控制电路板上的气压高度计(或者用于基于环境空气压力来测量高度的类似单元)暴露于UAV上的位置处的外部环境空气压力下，在该位置处环境空气压力不会受到UAV飞行期间的螺旋桨下洗的干扰，特别是在靠近表面飞行时(例如，着陆或起飞时)。
当UAV靠近表面时(例如，在着陆或起飞时)，依赖于螺旋桨进行升高的UAV(例如，四轴飞行器和多旋翼飞行器)可能经历旋翼下方的压力增加。具体而言，当UAV靠近飞行器下方的表面时，来自螺旋桨的下洗可能在UAV与表面之间的空间中被压缩，其导致在高度飞行期间观察不到的压力扰动。UAV离地面(例如，地面或着陆表面)越近，倾向于建立该压力扰动。另外，如果在表面附近存在侧壁，则这种压力扰动可能会加剧。
在靠近地面时来自螺旋桨的下洗的压力扰动可能产生控制问题，特别是在着陆(或起飞)时。UAV可以操作在“压力模式”下，其中UAV航空电子设备监测气压高度计的输出并相应地调整施加到旋翼电机的功率。当在压力模式下着陆和操作时，气压高度计的输出可以用于调整施加到旋翼电机的功率，以控制下降速率。如果气压高度计在测量UAV下方的气压或者至少低于旋翼平面的气压，则气压高度计可能会记录一个假气压，该假气压由于来自靠近表面的螺旋桨的下洗的压迫而变得更高。这种升高的压力可能被集成的航空电子设备/飞行控制系统内的处理器解释成低于实际的高度、下降率的虚假增加、或者二者。响应于这种错误的大气压力测量，飞行控制系统可能增加施加到旋翼电机的功率，以在不需要这种调整的情况下试图减慢下降速度和/或增加高度。这可能会导致UAV在着陆之前不久向上飞，出现反弹。然后，随着UAV的高度增加，压力扰动将随着螺旋桨下洗能够在UAV下方消散而减小。作为响应，飞行控制系统可以通过降低施加到旋翼电机的功率来响应，以增加下降速率并继续着陆过程。UAV的这种就在着陆之前下降然后弹起来的循环，可能会在着陆完成之前发生多次。出于类似的原因，起飞时或在地面附近飞行时，可能会对飞行控制产生类似的影响。
对于该问题的一种解决方案是将气压高度计定位在UAV上不会受到旋翼下洗所引起的压力扰动影响(或者受影响较小)的位置处。但是，该解决方案可能需要将气压高度计与集成的飞行控制电路板分开，或者基于压力扰动将集成飞行控制电路板放置在UAV上，这二者都不是所期望的。将气压高度计与集成的飞行控制电路板分开可能会增加UAV的重量、成本和复杂度，这是因为要将气压高度计视作为单独的部件。将集成的飞行控制电路板放置在UAV上以避免压力扰动，可能需要将电路板定位在部件可能受到损坏、潮湿或来自电动机或螺旋桨的振动的位置处，可能干扰UAV框架上的照相机或传感器布置，和/或需要额外的重量来用于电缆和电缆布线，这是因为这些部件被放置在与电源有一定距离处。
各种实施例通过提供使气压高度计暴露于UAV上的一个或多个远程位置(其从集成的飞行控制系统的电路板移除)处的空气压力的结构(其中在这些位置处，来自螺旋桨的下洗不会干扰环境空气压力)，解决了可能由于螺旋桨下洗压迫或反射离开附近表面引起的压力扰动所造成的控制问题。
在各种实施例中，所述结构可以是统一部分或者可以包括耦合在一起以形成该结构的一个或多个片段。因此，术语“结构”旨在包括由多个片段组成的结构。
在各种实施例中，所述结构可以包括近端部分和远端部分。该结构的近端部分可以被配置为包围被安装在电路板上的气压高度计，以便在气压高度计和气压高度计附近的气压之间形成屏障(在本文中有时称为“第一环境压力”)。该结构的远端部分可以被配置为将气压高度计流体地耦合到在各种飞行状况期间不会受到来自UAV的螺旋桨的下洗扰动(或者最小地受到扰动)的环境空气压力(在本文中有时称为“第二环境压力”)。
在各种实施例中，所述结构的近端部分可以包括形成内腔的高度计壳体，其中气压高度计被布置在该内腔中。该高度计壳体可以包括从近端部分的外部延伸到内腔中的孔径。该孔径可以包括用于与所述结构的另一片段的一个端部紧密配合和/或进行接收的突出凸缘、螺纹接头或类似结构，其中所述结构的另一片段包括所述结构的远端部分。所述结构的近端部分可以包括垫圈或类似结构，其被配置为在组装UAV时在电路板和所述结构之间形成气密封。
在各种实施例中，所述结构的远端部分可以包括长空心管、通道或软管状部件(为了引用简化起见，在本文中称为“管”)。该管可以是柔性的、半柔性的、刚性的或者其组合，以及可以具有实质上任何横截面形状。该管的第一端(即，第一管端)可以紧密靠近气压高度计进行固定。另外地或替代地，第一管端可以耦合到所述结构的近端部分中的孔径。该管的第二端(即，“第二管端”)可以包括位于UAV上的暴露于旋翼平面处或者附近的环境空气压力(即，第二环境空气压力)的开口。在一些实施例中，该管可以是分支的，使得第二管端包括用于使管的内部暴露于第二环境空气压力的两个或更多开口。在一些实施例中，所述结构的远端部分延伸到UAV上的某个高度，其达到、几乎达到或延伸超出UAV螺旋桨的平面(即，螺旋桨中的一个或多个螺旋桨旋转的平面)。
在一些实施例中，所述结构的远端部分可以作为刚性或半刚性通道、管道或管(为了便于引用起见，在本文中称为“烟筒状结构”)来集成到UAV的壳体中或者制成UAV的壳体的一部分。该烟筒状结构可以被布置在和被配置为：在第一烟筒端部处围绕气压高度计耦合到UAV集成的飞行控制电路板。在这些实施例中，该烟筒状结构可以包括位于UAV的壳体上的第二烟筒端，以便在气压高度计和UAV上的位置之间提供空气通道，其中在该位置处，减少和/或消除来自螺旋桨的下洗的压力扰动(即，第二环境压力)。在一些实施例中，该烟筒状结构可以具有提供两个或更多开口的分支结构，其中所述两个或更多开口将刚性烟筒状结构的内部暴露给第二环境空气压力。
各种实施例可以包括被配置为在所述结构的近端部分和远端部分的内部之间传送空气的附加沟道结构(在本文中称为“竖管”)。竖管的第一端(即，第一竖管端部)可以耦合到所述结构的近端部分，而竖管的第二端部(即，第二竖管端部)可以耦合到所述结构的远端部分。如此配置，所述竖管将暴露于第二环境空气压力的远端部分与围绕气压高度计的所述结构的近端部分之间的空气压力进行连通。所述竖管可以是刚性的、半刚性的、柔性的、半柔性的或者其组合。在一些实施例中，所述竖管结构可以耦合到或者形成UAV的壳体的一部分。在一些实施例中，所述竖管结构可以具有提供两个或更多开口的分支结构，其中这些开口将所述竖管结构的内部暴露于第二环境空气压力。
在一些实施例中，所述结构可以包括远离该结构的近端部分并耦合到该结构的远端部分的远侧的远程腔室。所述远程腔室可以由包括一个或多个通风口的外部壳体形成，所述一个或多个通风口使远程腔室暴露于UAV上的位置处的环境空气压力，在该位置处，在UAV的飞行期间，空气压力不会被来自UAV的螺旋桨的下洗扰动(即，第二环境空气压力)。所述结构的远程腔室片段可以被配置为经由该结构的远端部分，将空气压力从所述一个或多个通风口引导到该结构的近端部分。形成远程腔室的外部壳体可以是刚性的、半刚性的、半柔性的、柔性的或者其组合，以及可以实际上具有任何形状。在一些实施例中，形成远程腔室的外部壳体可以耦合到或者形成UAV的壳体的一部分。
各个实施例可以结合具有任何数量的推进源的各种各样的UAV中的任何一种来使用。适用于在各种实施例中使用的普通UAV配置是“四轴飞行器”配置。在示例性四轴飞行器配置中，四个水平配置的旋转提升螺旋桨和电机被固定在框架上。在本文所描述的示例中，使用四轴飞行器UAV配置只是用于说明目的；但是，UAV可以具有固定在框架上的任何数量的旋转提升螺旋桨和电机。该框架可以包括具有支撑推进电机、电源(例如电池)、负载紧固机构等等的着陆橇的框架结构。负载可以附接在UAV的框架结构平台下方的中心区域中，例如，由框架结构和电源或推进单元下面的橇所包围的区域。四轴飞行器式水平旋翼UAV可以沿任何畅通无阻的水平和垂直方向行进，也可以悬停在一个地方。
图1示出了根据各种实施例的UAV 100。参见图1，UAV 100包括具有螺旋桨101形式的四个水平配置的推进源(其提供旋转升力)、以及固定到框架105的推进电机102。框架105可以支撑用于部件或设备的壳体110、着陆支柱103和推进电机102、电力单元150(例如，电池)、负载紧固机构(负载紧固机构107)等等。
UAV 100的壳体110中的部件可以包括电路板120(例如，控制飞行控制系统)、射频(RF)收发器130、照相机140或者其它传感器或负载以及电力单元150。电路板120可以包括存储器121和全球定位系统(GPS)接收器和/或导航单元125，或者与存储器121和GPS接收器和/或导航单元125相耦合。电路板120可以包括一个或多个处理器122，这些处理器可以配置有处理器可执行指令以控制UAV 100的飞行和其它操作。电路板120还可以包括气压高度计123、陀螺仪和/或加速度计(“陀螺仪/加速度计”)127和航空电子部件129。在一些实施例中，电路板120可以被配置为集成的飞行控制电路板，后者包括将处理器122耦合到存储器121、气压高度计123、GPS和/或导航单元125、陀螺仪124和/或加速度计127以及航空电子部件129的一个或多个通信总线124。
在一些实施例中，电路板120可以耦合到负载紧固机构107和着陆传感器155。电路板120可以由电力单元150来供电。
电路板120的处理器122可以耦合到电机控制单元133，其中电机控制单元133被配置为对施加到驱动螺旋桨101的每个推进电机102的电力进行管理。处理器122可以配置有处理器可执行指令，以控制施加到每个推进电机102的电力，从而调节由每个螺旋桨101产生的推力以便控制飞行姿态、高度和速度。处理器122可以从导航单元125接收三维(例如，纬度、经度和高度)的位置信息，以及使用该数据来确定UAV 100的当前位置、高度和方位以及去往目的地的适当路线。
电路板120的处理器122可以耦合到并被配置为使用来自气压高度计123的信息来确定高度。气压高度计123可以是集成的传感器，其测量大气压力(基本上是气压计)，以及输出用于指示测量的大气压力或者与测量的大气压力成比例的信号。在一些实施例中，气压高度计123可以包括用于将大气压力转换为高度的电路，在该情况下，输出信号可以指示基于大气压力确定的高度或者与基于大气压力确定的高度成比例。为了便于描述起见，术语气压高度计通常用于指代气压计、压力传感器和/或高度计中的任何一个，其耦合到处理器122，并输出用于在某些操作模式下确定高度或者爬升或下降速率的信号。具体而言，处理器122可以配置有处理器可执行指令以执行某些机动操作，例如，在气压计模式下维持水平飞行、起飞和降落，其中使用来自气压高度计的输出(例如，1至3)作为用于确定高度的主要输入(例如，相对于GPS)。
在一些实施例中，导航单元125可以包括使得UAV 100能够使用GNSS信号进行导航的各种全球导航卫星系统(GNSS)接收器(例如，GPS接收器)中的任何接收器。替代地或另外地，导航单元125可以配备有无线电导航接收器，以接收来自无线电节点(例如，导航信标(如，甚高频(VHF)全向范围(VOR)信标)、Wi-Fi接入点、蜂窝网络站点、无线电台等等)的导航信标或其它信号。在一些实施例中，UAV 100可以使用替代的定位信号源(即，不同于GNSS、GPS等等)。因为UAV经常在低高度处飞行(例如，低于400英尺)，所以UAV可以使用耦合到天线131的RF收发器130，来扫描与诸如信标、Wi-Fi接入点、蓝牙信标、小型小区(如，微微小区或毫微微小区)等等之类的各种发射器相关联的本地无线电信号(例如，Wi-Fi信号、蓝牙信号、蜂窝信号等等)。在识别具有已知位置的发射器时，处理器122或者导航单元125中的处理器可以基于接收信号强度以及三个或更多发射器的已知位置，使用三边测量来确定UAV 100的位置。处理器122或者导航单元125中的处理器还可以使用额外的信息(例如，结合最后信任的GNSS位置的航位推算法、结合UAV起飞区的位置的航位推算法等等)来进行定位和导航。因此，在一些实施例中，UAV 100可以使用导航技术的组合进行导航，其中这些导航技术包括航位推算、基于相机的对UAV 100下方的地形特征的识别(例如，识别道路、地标、公路标志等等)等等，可以基于检测到的无线接入点的已知的位置，代替或者结合GNSS位置确定和三角测量或三边测量来使用这些技术。
耦合到处理器122的航空电子部件129可以被配置为提供与飞行控制相关信息(例如，姿态、空速，爬升和下降速率等)，处理器122可以使用这些信息来确定如何控制推进电机102。航空电子部件129可以例如经由一个或多个通信总线124，从气压高度计123和陀螺仪和/或加速度计127接收数据。航空电子部件129可以使用该信息来确定UAV 100的方位、姿态、旋转速率、爬升和下降速率、高度和加速度，其中这些信息可以用于确定应当如何控制推进电机102。在一些实施例中，航空电子部件129可以包括在处理器122内，例如包括在可执行软件指令中或者耦合到可编程处理器的专用电路中。
电路板120和/或处理器122可以被配置为经由RF收发器130，通过无线连接132(例如，蜂窝数据网络)与外部控制系统170(例如，服务器、信标、智能手机、平板电脑或者其它计算设备)通信。外部控制系统170可以提供飞行计划、直接飞行控制指令、导航数据以及可由处理器122使用以执行飞行计划的其它辅助。
虽然图1中将壳体110中的各种部件示出成分离的部件，但这些部件中的一些或全部(例如，电路板120、电机控制单元133、RF收发器130和其它单元)可以一起集成在单个设备或单元(例如，片上系统)中。
各种实施例包括至少部分地或完全地包围气压高度计123的结构180。结构180可以在UAV上的某个位置处，在气压高度计123和环境空气压力(即，第一环境空气压力)之间形成至少局部屏障(或者在一些实施例中为全屏障)，其中在该位置处，空气压力可能受到飞行期间来自UAV 100的螺旋桨101的下洗的扰动。结构180可以是包含气压高度计123，远离气压高度计123延伸的任何结构元件，其被配置为将UAV上的空气压力不受螺旋桨下洗(或者更少)扰动的位置处的未受扰动的环境空气压力(即，第二环境空气压力)引导到包围气压高度计123的结构的近端部分。因此，结构180在飞行期间使气压高度计123暴露于未受扰动的环境空气压力(即，第二环境空气压力)。
图2示出了可以由各种实施例解决的常规UAV系统中可能出现的问题。具体而言，当常规UAV 15靠近诸如着陆板、地面、建筑物等等之类的表面10时，来自螺旋桨101的下洗(其利用实线箭头来示出)在螺旋桨101和表面10之间的体积内建立。该效应导致螺旋桨101下方的区域相对于环境空气压力的高压20。在正常的飞行高度上可能不会观测到这种扰动飞行器周围的压力的效应，这是因为来自螺旋桨的下洗从常规UAV 15延伸离开。
在常规UAV 15中，当常规UAV 15靠近表面10时(例如，在起飞和着陆期间)，电路板120上的气压高度计123将经由壳体110内的通风口202暴露于高压20。这些通风口202可以是壳体110内的特定结构，其被提供为确保在飞行到一定高度期间壳体不会被加压或者作为壳体结构中的接缝和开口的结果。当靠近表面10时，将气压高度计123暴露于螺旋桨101产生的高压20可能导致气压高度计123确定虚假的、特别是较低的高度。当飞行控制器在使用来自气压高度计123的信号来控制高度时，虚假高度确定可能促使电路板120上的飞行控制系统增加用于推进电机102的电力，导致常规UAV 15就在其应该着陆之前突然爬升。
此外，图2还示出了在螺旋桨101上方空气压力也可能受到扰动，其中，在螺旋桨101上方可能形成低压区30(相对于未受扰动的环境空气压力)。此外，图2还示出了未受扰动的环境空气压力50的区域可能存在于常规UAV 15的部件上方，比如在被诸如壳体110之类的结构阻挡高压20的螺旋桨101之间的区域中。
图3A示出了实施一些实施例的UAV(例如，100)，其中，气压高度计123经由管或通道302形式的结构(即，180)耦合到围绕UAV 100的未受扰动环境空气压力区50。参见图1和图3A，在这些实施例中，管302可以耦合到电路板120以围绕气压高度计123形成相对气密的密封。管302使气压高度计123暴露于位于管302的远端的开口304处的未受扰动的环境空气压力50。通过将管302的远端置于UAV 100上的其中开口304处于未受扰动的环境空气压力50的区域中的位置上，气压高度计123较小或者不受当UAV 100靠近表面10时发生的高压20扰动影响。因此，当UAV 100在诸如起飞和着陆机动期间靠近表面10(例如，着陆垫)时，在飞行控制器在使用来自气压高度计123的信号来控制高度时，电路板120不太可能引起不必要的高度增加。
管302可以具有各种管状结构。使用柔性或半刚性的管302可以提供灵活性，以用于在壳体110之内或之外布置管302，并将远端的开口304放置在未扰动的环境空气压力50的区域中。这种灵活性可以使得管302能够在飞行测试之后进行重新定位，例如以解决观察到的着陆问题。但是，也可以实现其他结构(例如，刚性管)。
可以使用各种方法(其包括粘合剂、压缩配合、耦合到电路板上的垫圈或密封结构等等)将管302密封到电路板120上。
管302的开口304的位置可以根据UAV 100的结构而变化。可以预期的是，可以在与螺旋桨101的平面大致平行的位置处观察到未扰动环境空气压力50(通过虚线306来表示)。例如，图3A示出了在靠近螺旋桨101的平面的顶部附近，穿透壳体110的管302。
图3B示出了实施一些实施例的UAV(例如，100)，其中气压高度计123经由被分支以提供两个或更多开口304a、304b的管302，来耦合到未扰动的环境空气压力50的区域。参见图1、图3A和3B，在这些实施例中，管302可以分支成能布设到UAV 100上的不同位置的两个或更多段302a、302b。将两个或更多开口304a、304b提供给未受扰动的环境空气压力50，可以在管302和段302a、302b的布设和定位方面提供更大的灵活性，以及有助于减少开口304a、304b中的一个附近的局部压力扰动的影响。
图4A示出了实施一些实施例的UAV(例如，100)，其中气压高度计123经由烟筒状结构402形式的结构180来耦合到未受扰动的环境空气压力50的区域，其中该烟筒状结构402穿过壳体110的内部和外部之间。参见图1和图3A-4A，在这些实施例中，烟筒状结构402可以包括耦合到电路板120的近端部分，以围绕气压高度计123来形成相对气密的密封。烟筒状结构402使气压高度计123暴露于位于烟筒状结构402的远端部分的开口404处的未受扰动的环境空气压力50。通过将烟筒状结构402的远端部分定位在UAV 100上其中开口404处于未受扰动的环境空气压力50的区域中的位置处，气压高度计123较小或者不受当UAV 100靠近表面10时发生的高压20扰动影响(例如，在起飞和着陆期间)。因此，当UAV 100在诸如起飞和着陆期间靠近表面10(例如，着陆垫)时，在飞行控制器在使用来自气压高度计123的信号来控制高度时，电路板120上的飞行控制系统不太可能引起不必要的高度增加。
烟筒状结构402可以是各种刚性或半刚性结构，其可以是壳体110的部件。例如，烟筒状结构402可以形成在壳体110的盖406中或者耦合到壳体110的盖406，使得当组装UAV100并且附接盖406时，烟筒状结构402装配在气压高度计123上方。作为壳体110的一部分或者耦合到壳体110来形成烟筒状结构402，可以通过消除对柔性管进行重新定位的需要(如参照图3A所描述的)来简化UAV 100的组装。
再次参见图1和图3A-4A，在各种实施例中，包围气压高度计123的结构(例如，180)可以是单个整体形成的元件，也可以是由一个以上的片断形成的。最靠近气压高度计123的结构402的一端在本文中称为近端部分，而远离气压高度计123延伸的端部在本文中称为远端部分。但是，应当理解的是，近端部分和远端部分可以是根据各种实施例的一个整体片断或者被连接的分离片断。例如，可以认为烟筒状结构402是远端部分，可以使用垫圈401形式的近端部分，围绕电路板120上的气压高度计123对其进行密封，这些实施例的整体结构包括烟筒状结构402和垫圈401二者。因此，可以根据需要确定远端部分的尺寸和形状，以提供用于将压力引导至气压高度计123的单元。
垫圈401可以包括橡胶密封元件、粘合剂、压缩配合或者其它耦合/密封结构、或者其组合。垫圈401可以有助于与烟筒状结构402形成气密(或者基本上气密)的密封。例如，随着对壳体110进行组装(例如，当盖406被装配到壳体110上时)，垫圈401可以被配置为接纳烟筒状结构402的一端并围绕其形成密封。垫圈401可以由诸如橡胶或塑料之类的柔性材料来制成，以及被配置为当将结构402(例如，烟筒状结构402)压入垫圈401中时，形成围绕该结构的密封。参见图6A-6C，讨论关于根据各种实施例的垫圈401的另外细节。
图4B示出了实施一些实施例的UAV(例如，100)，其中，气压高度计123经由烟筒状结构402形式的结构(即，180)来耦合到未受扰动的环境空气压力50的区域，烟筒状结构402被分支以提供两个或更多个开口404a、404b。参见图1和图3A-4B，在这些实施例中，烟筒状结构402可以分支成可以在UAV 100上的不同位置上具有开口的两个或更多个段402a、402b。提供到未受扰动的环境空气压力的两个或更多个开口404a、404b，可以帮助减小在一个开口404a或404b附近的局部压力扰动效应。
图5示出了气压高度计123经由结构(例如，180)耦合到未受扰动的环境空气压力50的区域的一些实施例，其中所述结构由联接到竖管502的管506的组合来形成，转而竖管502通过垫圈401来耦合到电路板120。参见图1和图3A-5，在这些实施例中，竖管502可以耦合到或者形成为壳体110的一部分，并被定位成使得一端(即，第一竖管端部)在壳体110内围绕电路板120上的气压高度计123。竖管502的另一端(即，第二竖管端部)可以被配置为提供用于连接到管506的连接点504(例如，管接头)，其中管506可以被定位成使得管506中的开口508位于未受扰动的环境空气压力50的区域内。例如，可以将竖管502配置成肘关节，其在一个位置处穿过壳体110的壁并且具有下面的结构：使得当组装UAV 100时，一端围绕气压高度计123，通过垫圈401密封在电路板120上。
竖管502的一部分可以延伸穿过壳体110的壁以形成连接点504。管506可以在连接点504上滑动，经由压缩和/或密封(或胶)化合物来形成密封。转而，可以(例如，在组装期间或之后手动地)对管506进行布线，使得开口508暴露于未受扰动的环境空气压力50。
在一些实施例中，竖管502和/或管506可以是分支的，使得可以在UAV100上布置多个开口，从而通过UAV 100上的多个位置(它们中的一些不受螺旋桨101的下洗的扰动)，使气压高度计123暴露于未受扰动的环境空气压力50。如果竖管502是分支的，则每个分支可以耦合到管506的单独一个，其中的一些也可以是分支的。如果竖管502未进行分支，则竖管502可以耦合到分支的管506，类似于图3B中所示出的实施例。
图6A根据一些实施例，示出了耦合到电路板120并包围气压高度计123的垫圈401的示例。参见图1和图3A-6A，垫圈401可以构造成有助于在与垫圈的形状匹配的结构周围形成气密封的形状。例如，垫圈401可以包括：位于垫圈401的基部处的座部602和远离座部602延伸的唇部部分604。唇部部分604可以被定向成：使得与安装在垫圈401上并由垫圈401密封的结构内相比，当垫圈401外部的空气压力更大时，空气压力的差异导致唇部部分604增加密封力。替代地，可以使用其它垫圈和/或密封元件。
图6B根据一些实施例，示出了位于垫圈401上的替代竖管603。参见图1和图3A-6B，替代竖管603包括接触垫圈401的座部602的基部部分605。垫圈401的唇部部分604也围绕基部部分605的外部进行密封，以形成辅助密封。替代竖管603还包括被配置为与管506形成密封的管接头部分606。
图6C示出了通过与垫圈401紧密配合来包围气压高度计123的烟筒状结构402的细节。参见图1和图3A-6C，烟筒状结构402接触垫圈401的座部602以形成第一密封，而垫圈401的唇部部分604在烟筒状结构402的外部周围进行密封以形成辅助密封。
图7示出了实施一些实施例的UAV 100，其中气压高度计123经由结构(例如，180)来耦合到未受扰动的环境空气压力50的区域，其中该结构包括连接到壳体110中的远程腔室704(其包括一个或多个通风口708a、708b、708c)的竖管702。参见图1和图3A-7，远程腔室704可以通过诸如盖406和底板706之类的各种壳体结构来形成，并且定位在UAV 100上，使得所述一个或多个通风口708a、708b、708c将远程腔室704暴露于未受扰动的环境空气压力50。如此构造，远程腔室704内的空气可以具有与未受扰动的环境空气压力50一致的压力。
竖管702可以耦合到电路板120以在气压高度计123周围形成相对气密的密封。因此，竖管702可以转而将气压高度计123暴露于未受扰动的环境空气压力50(其通风到位于竖管702的远端处的远程腔室704)。
通过将远程腔室704的通风口708a、708b、708c布置在UAV 100上的其中每一个通向未受扰动的环境空气压力50的区域的位置上，气压高度计123可以仅部分地受到或者完全不受在UAV 100靠近表面10时(例如，起飞和着陆期间)发生的高压20扰动的影响。因此，当UAV 100在诸如起飞和着陆期间靠近表面10(例如，着陆垫)时，在飞行控制器在使用来自气压高度计123的信号来控制高度时，电路板120上的飞行控制系统不太可能引起不必要的高度增加。
竖管702可以具有各种刚性或半刚性结构，其可以是壳体110或远程腔室704的部件(例如，刚性地耦合到底板706)。例如，竖管702可以形成在底板706中或者耦合到底板706，使得当远程腔室704被组装在UAV100上时，竖管702被装配在气压高度计123上。使用作为远程腔室704的一部分或者耦合到远程腔室704的竖管702，可以简化UAV 100的组装。
可以使用各种方法(其包括耦合到电路板上的垫圈401或密封结构(如图6C中所示)、粘合剂、压缩配合等等)将竖管702密封在电路板120上的气压高度计123周围。
所示出和描述的各种实施例只是被提供成示例，以说明权利要求的各种特征。但是，关于任何给定实施例所示出和描述的特征并不一定限于相关联的实施例，可以与所示出和描述的其它实施例一起使用或者组合。此外，权利要求并不意图受到任何一个示例性实施例的限制。
上述的方法描述和处理流程图仅仅是用作为说明性例子给出的，而不是旨在要求或者隐含着必须以所给出的顺序来执行各个实施例的步骤。如本领域普通技术人员所应当理解的，可以以任何顺序来执行上述的实施例中的步骤顺序。诸如“随后”之类的词语，并不旨在限制这些步骤的顺序；这些词语仅仅只是用于引导读者遍历这些方法的描述。此外，任何对权利要求要素的单数引用(例如，使用冠词“一个(a)”、“某个(an)”或者“该(the)”)，不应被解释为将该要素限制为单数形式。
为使本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本发明，上面围绕所公开的实施例进行了描述。对于本领域普通技术人员来说，对这些实施例的各种修改将是显而易见的，并且，本文定义的总体原理也可以在不脱离权利要求的保护范围的基础上应用于某些实施例。因此，权利要求并不限于本文所示出的实施例，而是符合与权利要求语言和本文公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (30)

1.一种用于在无人驾驶飞行器(UAV)中使用的结构，所述结构包括：
近端部分，其被配置为至少部分地包围所述UAV的电路板的气压高度计，其中，所述近端部分在所述气压高度计与第一环境空气压力之间形成至少局部屏障，所述第一环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的螺旋桨的下洗扰动；以及
远端部分，其远离所述气压高度计延伸，其中，所述远端部分将第二环境空气压力引导到所述气压高度计，其中，与所述第一环境空气压力相比，所述第二环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的所述螺旋桨的所述下洗扰动的更少。
2.根据权利要求1所述的结构，
其中，所述近端部分形成在其中布置所述气压高度计的内腔，
其中，所述近端部分包括从所述近端部分的外部延伸到所述内腔中的孔径，
其中，所述远端部分包括具有第一管端和第二管端的管，以及
其中，所述第一管端耦合到所述孔径，并且所述第二管端包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。
3.根据权利要求2所述的结构，
其中，所述第二管端处的所述开口包括两个或更多个开口，所述两个或更多个开口中的每个开口沿着所述远端部分的不同分支进行布置，以及其中，所述两个或更多个开口将所述管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述近端部分包括在所述电路板和所述远端部分之间形成气体密封的垫圈。
5.根据权利要求1所述的结构，
其中，所述近端部分和所述远端部分一起形成具有第一烟筒端和第二烟筒端的刚性烟筒状结构，
其中，所述刚性烟筒状结构耦合到所述UAV的壳体或者形成所述UAV的壳体的一部分，以及
其中，所述第二烟筒端包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。
6.根据权利要求5所述的结构，其中，所述近端部分包括在所述电路板与所述第一烟筒端之间形成密封的垫圈。
7.根据权利要求5所述的结构，
其中，所述第二烟筒端包括两个或更多个开口，所述两个或更多个开口中的每个开口沿着所述第二烟筒端的不同分支进行布置，以及
其中，所述两个或更多个开口将所述刚性烟筒状结构的内部暴露于所述第二环境空气压力。
8.根据权利要求1所述的结构，还包括：
耦合到所述UAV的壳体或者形成所述UAV的壳体的一部分的竖管，
其中，所述竖管包括第一竖管端部和第二竖管端部，
其中，所述远端部分包括具有第一管端和第二管端的管，
其中，所述第一竖管端部耦合到所述近端部分，
其中，所述第一管端被装配到所述第二竖管端部并与所述第二竖管端部密封，以及
其中，所述第二管端将所述管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
9.根据权利要求8所述的结构，
其中，所述竖管和所述管中的至少一个分支通向两个或更多个分别的开口，以及
其中，所述两个或更多个分别的开口使所述竖管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
10.根据权利要求1所述的结构，其中，所述远端部分延伸到所述UAV上的靠近所述UAV的所述螺旋桨的平面或者位于所述UAV的所述螺旋桨的平面处的高度。
11.根据权利要求1所述的结构，还包括：
与所述近端部分分开的远程腔室，
其中，所述远程腔室包括使所述远程腔室暴露于所述第二环境空气压力的一个或多个通风口，以及
其中，所述远端部分将所述第二环境空气压力从所述远程腔室引导至所述近端部分。
12.一种无人驾驶飞行器(UAV)，包括：
电路板；
耦合到所述电路板的气压高度计；以及
一种结构，其包括：
近端部分，其被配置为至少部分地包围所述电路板的气压高度计，
其中，所述近端部分在所述气压高度计与第一环境空气压力之间形成至少局部屏障，所述第一环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的螺旋桨的下洗扰动；以及
远端部分，其远离所述气压高度计延伸，其中，所述远端部分将所述气压高度计流体地耦合到第二环境空气压力，与所述第一环境空气压力相比，所述第二环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的所述螺旋桨的所述下洗扰动的更少。
13.根据权利要求12所述的UAV，其中，所述近端部分形成在其中布置所述气压高度计的内腔，其中，所述近端部分包括从所述近端部分的外部延伸到所述内腔中的孔径，其中，所述远端部分包括具有第一管端和第二管端的管，以及其中，所述第一管端耦合到所述孔径，并且所述第二管端包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。
14.根据权利要求13所述的UAV，其中，所述第二管端处的所述开口包括两个或更多个开口，所述两个或更多个开口中的每个开口沿着所述远端部分的不同分支进行布置，以及其中，所述两个或更多个开口将所述管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
15.根据权利要求12所述的UAV，其中，所述近端部分包括在所述电路板和所述远端部分之间形成气体密封的垫圈。
16.根据权利要求12所述的UAV，其中，所述近端部分和所述远端部分一起形成具有第一烟筒端和第二烟筒端的刚性烟筒状结构，其中，所述刚性烟筒状结构耦合到所述UAV的壳体或者形成所述UAV的壳体的一部分，以及其中，所述第二烟筒端包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。
17.根据权利要求16所述的UAV，其中，所述近端部分包括在所述电路板与所述第一烟筒端之间形成密封的垫圈。
18.根据权利要求16所述的UAV，其中，所述第二烟筒端包括两个或更多个开口，所述两个或更多个开口中的每个开口沿着所述第二烟筒端的不同分支进行布置，以及其中，所述两个或更多个开口将所述刚性烟筒状结构的内部暴露于所述第二环境空气压力。
19.根据权利要求12所述的UAV，还包括：
耦合到所述UAV的壳体或者形成所述UAV的壳体的一部分的竖管，其中，所述竖管包括第一竖管端部和第二竖管端部，其中，所述远端部分包括具有第一管端和第二管端的管，其中，所述第一竖管端部耦合到所述近端部分，其中，所述第一管端被装配到所述第二竖管端部并与所述第二竖管端部密封，其中，所述第二管端将所述管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
20.根据权利要求19所述的UAV，其中，所述竖管和所述管中的至少一个分支通向两个或更多个分别的开口，以及其中，所述两个或更多个分别的开口使所述竖管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
21.根据权利要求12所述的UAV，其中，所述远端部分延伸到所述UAV上的达到所述UAV的螺旋桨的平面的高度。
22.根据权利要求12所述的UAV，还包括：
与所述近端部分分开的远程腔室，其中，所述远程腔室包括使所述远程腔室暴露于所述第二环境空气压力的一个或多个通风口，以及其中，所述远端部分将所述第二环境空气压力从所述远程腔室引导至所述近端部分。
23.一种用于在无人驾驶飞行器(UAV)上使用的结构，包括：
用于至少部分地包围所述UAV的电路板的气压高度计，以在所述气压高度计和第一环境空气压力之间形成至少局部屏障的单元，所述第一环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的螺旋桨的下洗扰动；以及
用于将第二环境空气压力引导到所述气压高度计的单元，与所述第一环境空气压力相比，所述第二环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的所述螺旋桨的所述下洗扰动的更少。
24.一种制造用于在无人驾驶飞行器(UAV)中使用的结构的方法，所述方法包括：
配置近端部分以至少部分地包围所述UAV的电路板的气压高度计，其中，所述近端部分被配置为在所述气压高度计和第一环境空气压力之间形成至少局部屏障，所述第一环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的螺旋桨的下洗扰动；以及
提供远离所述气压高度计延伸的远端部分，其中，所述远端部分被配置为将第二环境空气压力引导到所述气压高度计，其中，与所述第一环境空气压力相比，所述第二环境空气压力在所述UAV的飞行期间被来自所述UAV的所述螺旋桨的所述下洗扰动的更少。
25.根据权利要求24所述的方法，还包括：
配置所述近端部分以形成在其中布置所述气压高度计的内腔；
配置所述近端部分以包括从所述近端部分的外部延伸到所述内腔中的孔径；以及
配置所述远端部分以包括具有第一管端和第二管端的管，其中，所述第一管端耦合到所述孔径，以及所述第二管端包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。
26.根据权利要求24所述的方法，还包括：
配置所述近端部分和所述远端部分以形成具有第一烟筒端和第二烟筒端的刚性烟筒状结构，
其中，所述刚性烟筒状结构耦合到所述UAV的壳体或者形成所述UAV的壳体的一部分，以及
其中，所述第二烟筒端包括暴露于所述第二环境空气压力的开口。
27.根据权利要求24所述的方法，还包括：
形成所述UAV的壳体的一部分的竖管或者将所述UAV的壳体与竖管耦合，其中，所述竖管包括第一竖管端部和第二竖管端部；
配置所述远端部分以包括具有第一管端和第二管端的管；
将所述第一竖管端部耦合到所述近端部分；
将所述第一管端装配到所述第二竖管端部并将所述第一管端与所述第二竖管端部密封；以及
配置所述第二管端以将所述管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
28.根据权利要求27所述的方法，还包括：
在所述竖管和所述管中的至少一个里形成分支，其中，所述分支通向两个或更多个分别的开口，以及其中，所述两个或更多个分别的开口使所述竖管的内部暴露于所述第二环境空气压力。
29.根据权利要求24所述的方法，还包括：
配置所述远端部分以延伸到所述UAV上的靠近所述UAV的螺旋桨的平面或者位于所述UAV的螺旋桨的平面处的高度。
30.根据权利要求24所述的方法，还包括：
形成与所述近端部分分开的远程腔室，其中，将所述远程腔室形成为包括一个或多个通风口，所述一个或多个通风口使所述远程腔室暴露于所述第二环境空气压力；以及
配置所述远端部分以将所述第二环境空气压力从所述远程腔室引导至所述近端部分。
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