CN108706103A - 一种碟形无人机 - Google Patents

Abstract

一种碟形无人机。涉及无人机技术领域，尤其涉及一种碟形无人机。结构精巧、抗风性能强、稳定性高、工作灵活、从而可完成持续监测。包括飞碟状的机体和动力装置，所述机体中心位置设有上、下贯通的中轴空腔，所述动力装置设在中轴空腔内，所述动力装置包括上离心机、下离心机、上动力电机和下动力电机，所述上动力电机和下动力电机用于驱使上离心机和下离心机共轴反转；所述机体的中部在水平方向上设有与中轴空腔连通的内涵道，在所述机体中部的外边的外侧设有一圈涵道式外环。本发明整体上具有结构精巧、抗风性能强、稳定性高、安全性高、效率高、工作灵活并且适应性广的优点。

Description

一种碟形无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种碟形无人机。

背景技术

当前城市的各个路口或主要公共区域均安置了摄像头，摄像头联网形成大型、综合性非常强的管理系统，可满足治安管理、城市管理、交通管理、应急指挥等需求，而且还兼顾灾难事故预警、安全生产监控等方面对图像监控的需求等。但是这些摄像头均固定安装在某个位置上，不能实现全方位监测，受安装位置限制都有死角，而且监测的区域有限，可见距离及视野也不可调，不能连续跟进监测关注的事物，关键时刻还有可能会被人为断电关闭或破坏。目前大都数摄像头都只是离地面5m以内，只能大致观察路面或场地内情形，不能监测楼顶，也不能主动实时监测火灾消防现场、不能跟进犯罪分子及其逃跑交通工具等。因此，为了实现实时监控，常通过无人机携带摄像装置进行实时监控。

目前可垂直起降的无人机主要是四旋翼（或称四轴）无人机，该类无人机可控性及便捷性特点非常突出，但抗风性差，当此类无人机垂直下降速度过快时，极容易进入涡环状态，从而导致无人机的机身抖动、摇晃、严重时操纵失控，在颠簸中无法控制的下降，最终坠地失事，稳定性较差；此外，现有技术中的无人机大多具有裸露在外的旋转件（如旋翼桨叶），当此类无人机在树林、建筑物之间飞行使用时，无人机将极易与周围障碍物发生碰撞从而造成旋转件损坏，严重的将导致操纵失控、从而坠地失事；另外，该类无人机目前绝大多数都是采用电池供电和电机驱动旋翼（或称为螺旋桨），每次留空时间基本都是十几分钟至半小时左右，电池能量消耗完毕就必须落地，重新换装电池，会导致工作不连续、换装电池耗时长。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种结构精巧、抗风性能强、稳定性高、工作灵活、从而可完成持续监测的碟形无人机。

本发明的技术方案是：包括飞碟状的机体和动力装置，所述机体中心位置设有上、下贯通的中轴空腔，所述动力装置设在中轴空腔内，所述动力装置包括上离心机、下离心机、上动力电机和下动力电机，所述上动力电机和下动力电机用于驱使上离心机和下离心机共轴反转；

所述机体的中部在水平方向上设有与中轴空腔连通的内涵道，在所述机体中部的外边的外侧设有一圈涵道式外环；

所述环形机翼水平设于内涵道内、且与机体固定连接，所述环形机翼的中轴空腔内固定连接有动力装置机架，所述上动力电机和下动力电机分别固定连接在动力装置支架的上表面和下表面上，所述环形机翼上还均布有至少三套襟翼装置，所述襟翼装置包括襟翼板和驱动电机，若干所述襟翼板铰接在环形机翼上，所述驱动电机固定设在环形机翼上，通过调节杆调节襟翼板与环形机翼的夹角。

所述机体包括上机罩和下机罩，所述上机罩和下机罩的中部开有通孔，所述通孔形成所述的中轴空腔，所述上机罩和下机罩之间留有间隙，所述间隙形成所述内涵道，所述环形机翼上还设有若干连接组件，所述连接组件包括三个连接杆，所述三个连接杆的一端均固定连接在环形机翼上、且另一端分别固定连接上机罩、涵道式外环和下机罩。

下机罩的下方还设有起落架，所述起落架包括若干竖杆及一对横杆，一对所述横杆相对设置，若干所述竖杆抵在下机罩和横杆之间。

所述涵道式外环的下方还固定连接有若干固定杆，若干所述固定杆远离涵道式外环的一端与所述横杆固定连接。

所述机体的下方还连接有任务设备架。

所述机体上还连接有电磁感应式无线充电接收端。

所述环形机翼的安装角在2-6°之间。

所述内涵道的内轮廓呈现先收缩再扩张外形布局，内涵道内弧线前缘点至后缘点连线与水平的中轴线夹角为3-8°，环形机翼设在内涵道从中间向外的1/3-2/3位置。

本发明具体工作时，通过上动力电机及下动力电机驱使上离心机和下离心机共轴反转，从而，空气从中轴空腔的上、下开口进入中轴空腔，产生离心式气流，离心式气流不间断的先流过环形机翼的前缘、再流过环形机翼的后缘，并最终在内涵道的出口喷出，这样，当环形机翼具有安装角时，环形机翼即可产生升力，从而无人机可垂直上升，此外，可通过控制上、下动力电机的转速以调整升力的大小；

通过驱动电机改变襟翼的安装角，可以达到调整升力、俯仰角、滚转角的目的；

无人机的偏航角则通过调整上、下离心机转速不一致来实现，此时反扭矩不平衡，从而反扭矩不能抵消，因此必然存在航向力矩，同时调整襟翼的安装角，让升力保持不变；

无人机的俯仰角则通过调整其中一个襟翼（在背向运动方向上的襟翼最优）的安装角来实现，具体来说，如图5所示，图中所示的箭头方向为运动方向，通过操纵襟翼的安装角，即可使得襟翼上方的空气阻力增强，从而上、下的空气阻力差可让无人机整机倾斜，即可调整无人机的俯仰角，这样，在保持垂直升力的同时，整个气动升力还有一个水平分力，从而实现水平移动；

无人机的滚转角则通过调整其中一对襟翼（垂直于运动方向上的一对襟翼最优）的安装角来实现，具体来说，如图6所示，通过操纵一对襟翼的安装角，即可让无人机整机倾斜，从而调整无人机的滚转角；

此外，由于设计有涵道式外环，因此本案在水平飞行时涵道外环能够防止前方来流从环形机翼后缘吹向前缘而抵消离心机在环形机翼上产生的从前缘至后缘（中轴空腔朝向内涵道）的气流，从而减小外界气流对飞行器内部气流的干扰，增强抗风性能，提高飞行器的稳定性和前飞速度；

由于本方案没有裸露在外的旋转件（如旋翼桨叶），不会发生旋转件碰触物体造成损毁的事故，因此，能够适应高密度建筑物群（城市、森林等）环境飞行，并且，由于没有外露的旋转件，不会发生旋转件击伤人员的事件。所以本方案相比传统的旋翼类飞行器具有更广阔的应用空间和更高的安全性；

本方案安装有电磁感应式无线充电接收端，飞行器电量将耗尽无法正常工作时可自动停靠在附近的电池充电口，通过电磁感应式无线充电接收端自主充电，充电完毕后可继续工作。该过程无需人员操纵更换电池，可大大提高飞行器的使用效率；

整体上具有结构精巧、抗风性能强、稳定性高、安全性高、效率高、工作灵活并且适应性广的优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图，

图2是本发明的爆炸图，

图3是环形机翼的结构示意图，

图4是本发明的立体示意图，

图5是本发明的工作原理图，

图6是本发明的使用状态图一，

图7是本发明的使用状态图二，

图8是本发明的优选实施方式；

图中10是中轴空腔，11是内涵道，12是上机罩，13是下机罩，

21是上离心机，22是下离心机，23是上动力电机，24是下动力电机，

3是涵道式外环，30是固定杆，

4是环形机翼，40是动力装置机架，41是襟翼板，42是驱动电机，43是连接杆，

50是竖杆，51是横杆，

6是任务设备架。

具体实施方式

本发明如图1-6所示，包括飞碟状的机体和动力装置，所述机体中心位置设有上、下贯通的中轴空腔10，所述动力装置设在中轴空腔10内，所述动力装置包括上离心机21、下离心机22、上动力电机23和下动力电机24，所述上离心机21连接在上动力电机23上方，所述下离心机22连接在下动力电机24下方，所述上动力电机23和下动力电机24用于驱使上离心机21和下离心机22共轴反转；

所述机体的中部在水平方向上设有与中轴空腔连通的内涵道11，在所述机体中部的外边的外侧设有一圈涵道式外环3；

所述环形机翼4水平设于内涵道11内、且与机体固定连接，所述环形机翼4的中轴空腔内固定连接有动力装置机架40，所述上动力电机23和下动力电机24分别固定连接在动力装置支架40的上表面和下表面上，所述环形机翼4上还均布有至少三套襟翼装置，所述襟翼装置包括襟翼板41和驱动电机42，若干所述襟翼板41铰接在环形机翼4上，所述驱动电机42固定设在环形机翼4上，通过调节杆调节襟翼板41与环形机翼4的夹角。（将驱动电机的转动输出转换为襟翼板的角度翻转动作，有多种技术措施，但均属于本领域技术人员能够实现的常规技术手段，本案不再赘述）具体工作时，通过上动力电机及下动力电机驱使上离心机和下离心机共轴反转，从而，空气从中轴空腔的上、下开口进入中轴空腔，产生离心式气流，离心式气流不间断的先流过环形机翼的前缘、再流过环形机翼的后缘，并最终在内涵道的出口喷出，这样，当环形机翼具有安装角时，环形机翼即可产生升力，从而无人机可竖直上升，此外，可通过控制上、下动力电机的转速以调整升力的大小；

通过驱动电机改变襟翼的安装角，可以达到调整升力、俯仰角、滚转角的目的；

无人机的偏航角则通过调整上、下离心机转速不一致来实现，此时反扭矩不平衡，从而反扭矩不能抵消，因此必然存在航向力矩，同时调整襟翼的安装角，让升力保持不变；

无人机的俯仰角则通过调整其中一个襟翼（在背向运动方向上的襟翼最优）的安装角来实现，具体来说，如图5所示，图中所示的箭头方向为运动方向，通过操纵襟翼的安装角，即可使得襟翼上方的空气阻力增强，从而上、下的空气阻力差可让无人机整机倾斜，即可调整无人机的俯仰角，这样，在保持垂直升力的同时，整个气动升力还有一个水平分力，从而实现水平移动；

无人机的滚转角则通过调整其中一对襟翼（垂直于运动方向上的一对襟翼最优）的安装角来实现，具体来说，如图6所示，通过操纵一对襟翼的安装角，即可让无人机整机倾斜，从而调整无人机的滚转角；

此外，由于设计有涵道式外环，因此本案在水平飞行时不会有前方来流逆向流过环形机翼，环形机翼始终具有空气从前缘至后缘（中轴空腔朝向内涵道）不间断流过，保持有升力，所以本案具有较强的稳定性；

由于本案没有裸露在外的旋转件（如旋翼桨叶），所以不怕在树林、建筑物之间飞行使用，进一步提高了本案的稳定性，使得本案可适用的环境更多、适应性广。

整体上具有结构精巧、抗风性能强、稳定性高、工作灵活并且适应性广的优点。

所述机体包括上机罩12和下机罩13，所述上机罩12和下机罩13的中部开有通孔，所述通孔形成中轴空腔10，所述上机罩12和下机罩12互相对称、且中间留有间隙，所述间隙形成内涵道11，所述环形机翼4上还设有若干连接组件，所述连接组件包括三个连接杆43，所述三个连接杆43的一端均固定连接在环形机翼4上、且另一端分别固定连接上机罩12、涵道式外环3和下机罩13。这样，即可将上机罩、环形机翼和下机罩连接为一整体。

下机罩13的下方还设有起落架，所述起落架包括若干竖杆50及一对横杆51，一对所述横杆51相对设置，若干所述竖杆50抵在下机罩13和横杆51之间。通过起落架可有效保证无人机降落的过程中机体不受磨损，延长了本案的使用寿命，且使得无人机降落后、处于静止状态时更稳定。

所述涵道式外环3的下方还固定连接有若干固定杆30，若干所述固定杆30远离涵道式外环3的一端与所述横杆51固定连接。通过固定杆可使得涵道式外环与横杆相对稳定，从而减轻了涵道式外环通过连接杆对环形机翼的作用力，进一步提高了本案的稳定性。

所述机体上还连接有任务设备架6。这样，无人机具体工作时可将所需携带的设备连接在任务设备架上，从而可根据实际情况以携带不同的设备，从而完成多种任务，提升了本案的适用性。

所述机体上还连接有电磁感应式无线充电接收端。这样，即可通过无线充电电磁发射区无接触但近距离地对无人机进行高效无线充电，避免了传统更换电池进行续航的繁琐操作。

所述环形机翼4的安装角在2-6°之间。这样可使得环形机翼可配合上、下离心机产生更稳定的升力，进一步提高本案的稳定性。

所述内涵道11的内轮廓呈现先收缩再扩张外形布局，内涵道11内弧线前缘点至后缘点连线与水平的中轴线夹角为3-8°，环形机翼4设在内涵道11从中间向外的1/3-2/3位置。涵道体可降低离心机外侧边缘尾流的能量损失，并可大幅降低气动噪声，提高无人机的使用安全性。离心机尾流进入内涵道后，由于受到涵道内侧形状的约束，先截面缩小再扩大，由伯努利定理可知，气流在涵道体的横截面尺寸最小处速度最大，这相当于机翼此时迎风速度最大，从而升力最大，即气动效率提高；

此外，尾流在内涵道内沿着涵道壁流动，在出口处如果扩散角大了会引起大范围气流分离，从而导致能量损失，反而降低气动效率。本案中内涵道内弧线前缘点至后缘点连线与水平的中轴线夹角为3-8°，可以有效控制尾流出涵道口时不容易气流分离，进一步提升了本案的稳定性。

Claims (8)

1.一种碟形无人机，包括飞碟状的机体和动力装置，其特征在于，所述机体中心位置设有上、下贯通的中轴空腔，所述动力装置设在中轴空腔内，所述动力装置包括上离心机、下离心机、上动力电机和下动力电机，所述上动力电机和下动力电机用于驱使上离心机和下离心机共轴反转；

所述机体的中部在水平方向上设有与中轴空腔连通的内涵道，在所述机体中部的外边的外侧设有一圈涵道式外环；

所述环形机翼水平设于内涵道内、且与机体固定连接，所述环形机翼的中轴空腔内固定连接有动力装置机架，所述上动力电机和下动力电机分别固定连接在动力装置支架的上表面和下表面上，所述环形机翼上还均布有至少三套襟翼装置，所述襟翼装置包括襟翼板和驱动电机，若干所述襟翼板铰接在环形机翼上，所述驱动电机固定设在环形机翼上，通过调节杆调节襟翼板与环形机翼的夹角。

2.根据权利要求1所述的一种碟形无人机，其特征在于，所述机体包括上机罩和下机罩，所述上机罩和下机罩的中部开有通孔，所述通孔形成所述的中轴空腔，所述上机罩和下机罩之间留有间隙，所述间隙形成所述内涵道，所述环形机翼上还设有若干连接组件，所述连接组件包括三个连接杆，所述三个连接杆的一端均固定连接在环形机翼上、且另一端分别固定连接上机罩、涵道式外环和下机罩。

3.根据权利要求2所述的一种碟形无人机，其特征在于，下机罩的下方还设有起落架，所述起落架包括若干竖杆及一对横杆，一对所述横杆相对设置，若干所述竖杆抵在下机罩和横杆之间。

4.根据权利要求3所述的一种碟形无人机，其特征在于，所述涵道式外环的下方还固定连接有若干固定杆，若干所述固定杆远离涵道式外环的一端与所述横杆固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种碟形无人机，其特征在于，所述机体的下方还连接有任务设备架。

6.根据权利要求1所述的一种碟形无人机，其特征在于，所述机体上还连接有电磁感应式无线充电接收端。

7.根据权利要求1所述的一种碟形无人机，其特征在于，所述环形机翼的安装角在2-6°之间。

8.根据权利2所述的一种碟形无人机，其特征在于，所述内涵道的内轮廓呈现先收缩再扩张外形布局，内涵道内弧线前缘点至后缘点连线与水平的中轴线夹角为3-8°，环形机翼设在内涵道从中间向外的1/3-2/3位置。