CN109018321A

CN109018321A - 从动旋翼飞行器

Info

Publication number: CN109018321A
Application number: CN201810720354.1A
Authority: CN
Inventors: 寇冠
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2018-12-18

Abstract

本发明提供了一种从动旋翼飞行器，包括机舱、以及多个与机舱转动连接的从动旋翼，每个从动旋翼上均设有主动旋翼电机、以及用于产生气流以驱动从动旋翼旋转的主动旋翼，主动旋翼与主动旋翼电机相连接，机舱上还设有用于调节航向的尾翼组件，尾翼组件包括与机舱固定连接的尾部电机、以及与尾部电机连接的尾部旋翼。本发明提供的从动旋翼飞行器，通过主动旋翼的旋转产生的气流推动从动旋翼旋转，从动旋翼在达到一定转速时，其阻力小于升力，使得其升阻比大于1，与普通旋翼相比其悬停时间增长、效率较高。

Description

从动旋翼飞行器

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，更具体地说，是涉及一种从动旋翼飞行器。

背景技术

无人机是利用无线电遥控设备控制操纵的不载人飞行器，广泛应用于航拍、自拍、快递运输、监测、观察、灾难救援等技术领域。从动旋翼飞行器是无人机的其中一种。目前，从动旋翼飞行器是通过旋翼旋转直接产生推力以克服飞行器的重力，实现飞行器的正常飞行，但是其悬停或者飞行时的升阻比等于1，导致其悬停时间较短，飞行器的效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从动旋翼飞行器，以解决现有技术中存在的飞行器的悬停时间短、效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种从动旋翼飞行器，包括机舱、以及多个与所述机舱转动连接的从动旋翼，每个所述从动旋翼上均设有主动旋翼电机、以及用于产生气流以驱动所述从动旋翼旋转的主动旋翼，所述主动旋翼与所述主动旋翼电机相连接，所述机舱上还设有用于调节航向的尾翼组件，所述尾翼组件包括与所述机舱固定连接的尾部电机、以及与所述尾部电机连接的尾部旋翼。

进一步地，所述主动旋翼的旋转轴与所述从动旋翼的旋转轴相垂直。

进一步地，所述从动旋翼包括与所述机舱连接的连接段、以及与所述连接段连接的半涵道，所述半涵道呈半圆形，所述主动旋翼电机固定于所述半涵道。

进一步地，所述连接段朝向远离所述机舱的方向折弯设置。

进一步地，还包括与所述主动旋翼电机电连接的导电滑环，所述导电滑环包括固定于所述机舱上的外轴，以及与所述外轴转动连接的内轴，所述从动旋翼固定于所述内轴。

进一步地，所述导电滑环上设有用于检测所述从动旋翼位置的角度传感器。

进一步地，所述机舱内设有控制板，所述控制板与所述导电滑环、所述尾部电机电连接。

进一步地，所述机舱内还设有蓄电池，所述蓄电池与所述控制板电连接。

进一步地，所述从动旋翼背向地面一侧设有太阳能电池板。

进一步地，所述尾翼组件的数量为多个且径向均匀分布于机舱上。

本发明提供的从动旋翼飞行器的有益效果在于：与现有技术相比，本发明从动旋翼飞行器通过设置与机舱转动连接的从动旋翼、以及设于从动旋翼上的主动旋翼，使得主动旋翼在主动旋翼电机的驱动下旋转并产生气流，气流的反向作用力推动从动旋翼旋转，当从动旋翼旋转到一定的速度时，从动旋翼产生的升力即可使该从动旋翼飞行器起飞，可通过调节主动旋翼电机的转速实现对从动旋翼转速的调节，从动旋翼在达到一定转速时，其阻力小于升力，使得其升阻比大于1，与普通旋翼相比其悬停时间增长、效率较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的从动旋翼飞行器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的从动旋翼飞行器的爆炸结构示意图；

图3为本发明实施例提供的从动旋翼和主动旋翼的装配图；

图4为本发明又一实施例提供的从动旋翼飞行器的结构示意图；

图5为本发明又一实施例提供的从动旋翼飞行器的结构示意图；

图6为本发明提供的从动旋翼飞行器的俯视图；

图7为本发明又一实施例提供的从动旋翼飞行器的俯视图。

其中，图中各附图标记：

100-旋翼组件；1-主动旋翼电机；2-主动旋翼；3-从动旋翼；31-连接段；311-第一水平段；312-倾斜段；313-第二水平段313；32-半涵道；33-延伸段；34-支架；4-导电滑环；41-内轴；42-外轴；43-转接平台；5-机舱；51-上壳；52-下壳；53-控制板；54-蓄电池；6-尾翼组件；61-尾部电机；62-尾部旋翼；7-脚架；8-太阳能电池板；9-机架。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请一并参阅图1至图3，现对本发明提供的从动旋翼飞行器进行说明。该从动旋翼飞行器，包括机舱5、从动旋翼3、主动旋翼电机1、主动旋翼2以及尾翼组件6。从动旋翼3的数量为多个，例如从动旋翼3的数量为4个、5个或者6个，径向均匀分布于机舱5上。各个从动旋翼3均与机舱5转动连接，各个从动旋翼3之间的相对位置固定。主动旋翼电机1设于从动旋翼3上，具体为每个从动旋翼3上均安装有一个主动旋翼电机1，主动旋翼2与主动旋翼电机1连接，主动旋翼电机1转动时，带动主动旋翼2转动，主动旋翼2旋转产生气流，气流的反向作用力推动从动旋翼3旋转，从动旋翼3旋转产生的升力使该从动旋翼飞行器起飞。具体地，各个从动旋翼3设于机舱5的顶部，各个从动旋翼3在水平面上旋转，主动旋翼2设于从动旋翼3的侧面，主动旋翼2在竖直平面上旋转，且每个主动旋翼2产生的气流方向相同，全部驱动从动旋翼3顺时针旋转，或者全部驱动从动旋翼3逆时针旋转。机舱5上还设有尾翼组件6，尾翼组件6用于控制偏航。尾翼组件6包括尾部电机61和尾部旋翼62，尾部电机61固定于机舱5，尾部旋翼62与尾部电机61连接且由尾部电机61驱动。在图1所示的实施例中，尾部旋翼62的数量为1个，且尾部旋翼62的旋转轴在水平面上设置。

本发明提供的从动旋翼飞行器，与现有技术相比，本发明从动旋翼飞行器通过设置与机舱5转动连接的从动旋翼3、以及设于从动旋翼3上的主动旋翼2，使得主动旋翼2在主动旋翼电机1的驱动下旋转并产生气流，气流的反向作用力推动从动旋翼3旋转，当从动旋翼3旋转到一定的速度时，从动旋翼3产生的升力即可使该从动旋翼飞行器起飞，可通过调节主动旋翼电机1的转速实现对从动旋翼3转速的调节，从动旋翼3在达到一定转速时，其阻力小于升力，使得其升阻比大于1，与普通旋翼相比其悬停时间增长、效率较高。

具体地，升阻比K是升力L和阻力F的比值，当匀速运动时，阻力F与拉力相等。假设此时单个旋翼的输入功率为P，产生的拉力为F，当有n个旋翼时，输入的功率则为nF，产生的拉力为nF，飞行器的重力为G，电池的能量为W。在现有技术的普通旋翼中，悬停所需要的升力L₁＝G，所需要的拉力F₁＝L₁＝G,所需要的功率P₁＝F₁P/F＝GP/F,所能悬停的时间t₁＝W/P₁＝WF/(GP)。在本发明提供的实施例中，从动旋翼3悬停所需要的升力L₂＝G，所需要的拉力F₂＝L₂/K＝G/K,所需要的功率P₂＝F₂P/F＝GP/(FK)。由此可知，本发明中的实施例与现有技术相比，两者的悬停时间比t₂/t₁＝K，K大于1，所以在相同电池的能量下，本发明中的实施例悬停时间较长。

请继续参阅图1至图3，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，主动旋翼2的旋转轴与从动旋翼3的旋转轴相垂直，使主动旋翼2旋转产生的气流推动力最大化地转化为对从动旋翼3的推力。具体地，主动旋翼2的旋转轴水平设置，其旋转平面为竖直平面，从动旋翼3的旋转轴竖直设置，其旋转平面为水平面。主动旋翼2旋转后产生水平方向上的推动力，从而推动从动旋翼3在水平面上旋转。

请参阅图3，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，从动旋翼3包括与机舱5连接的连接段31、以及与连接段31连接的半涵道32，半涵道32呈半圆形，主动旋翼电机1固定于半涵道32。在该实施例中，从动旋翼3的升力包括两部分，一部分为连接段31等平直旋翼对应空气流速产生的升力，另一部分为半涵道32内空气流速产生的升力，半涵道32的设置有利于提升从动旋翼3的升力。具体地，半涵道32的圆弧端部与连接段31相连接，半涵道32的另一端还可连接延伸段33，使得半涵道32设于从动机翼的中部。半涵道32朝向地面一侧凸起，半涵道32所在圆弧的曲率此处不作限定。可选地，半涵道32内设有支架34，支架34的两端分别连接于半涵道32的圆弧端部，主动旋翼电机1固定于支架34上，优选主动旋翼电机1固定于支架34的中心处。在其他优选实施例中，主动旋翼2的叶片在水平面上的投影位于半涵道32在水平面上的投影区域内，进一步提升半涵道32的升力。其中，主动旋翼2的叶片的长度小于半涵道32的半径。从动旋翼3的形状及结构可根据具体情况选定，此处不作限定。

请继续参阅图3，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，连接段31朝向远离机舱5的方向折弯设置。更具体地，连接段31包括与机舱5连接的第一水平段311、与第一水平段311连接的倾斜段312以及与倾斜段312连接的第二水平段313，第二水平段313的另一端连接于半涵道32。倾斜段312与第一水平段311及第二水平段313均呈钝角连接，在竖直方向上，第一水平段311的高度小于第二水平段313的高度，使连接段31朝向远离机舱5的方向折弯设置。折弯的连接段31可提升该从动旋翼飞行器飞行的稳定性。

请参阅图2，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，该从动旋翼飞行器还包括与主动旋翼电机1电连接的导电滑环4，导电滑环4包括固定于机舱5上的外轴42，以及与外轴42转动连接的内轴41，从动旋翼3固定于内轴41。从动旋翼3旋转时，带动导电滑环4的内轴41旋转，机舱5及导电滑环4的外周不动。更进一步地，内轴41的端部固定有转接平台43，各个旋翼均固定于转接平台43上。转接平台43内设有电连接内轴41的导线，且导线穿过连接部及支架34与电机电连接，从而实现内轴41与主动旋翼电机1的电连接。导电滑环4用于电连接主动旋翼电机1和机舱5内的控制板53，使控制板53能够控制主动旋翼电机1的转速。在另一实施例中，从动旋翼3可与外轴42固定连接，而机舱5与内轴41固定连接，此时，从动旋翼3的转动带动外轴42转动。在又一实施例中，为了同时实现从动旋翼3的转动和主动旋翼电机1与蓄电池54的电连接，也可采用以下方式代替导电滑环4：从动旋翼3的转动轴的一端固定于转接平台43上，另一端穿过机舱5并与蓄电池54固定连接，机舱5上设有与该转动轴转动连接的轴承。角度传感器安装于该轴承的外圈，用于检测该转动轴的转速。该转动轴为中空，与蓄电池54连接的电源线及与控制板53连接的电调信号线穿过该中空轴与主动旋翼电机1上的电调模块相连接。蓄电池54中设有无线充电模块，用于对控制板53供电，控制板53中设有无线通信模块，用于将电调控制信号传输至电调模块。如此，在从动旋翼3旋转时，蓄电池54同步旋转，可减小线路的电阻，延长系统的使用寿命。

请继续参阅图2，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，机舱5内设有控制板53，控制板53与导电滑环4、尾部电机61电连接。具体而言，控制板53与导电滑环4的内轴41电连接，使得控制板53通过内轴41、连接段31与主动旋翼电机1电连接，从而分别控制各个主动旋翼电机1的转速，改变半涵道32内的空气流速，单独改变各个从动旋翼3的升力。控制板53还与尾部电机61连接，控制尾部电机61的旋转速度，保证机舱5的平稳性。

请继续参阅图2，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，导电滑环4上设有用于检测从动旋翼3位置的角度传感器(图中未示出)。角度传感器可设于导电滑环4的外轴42或者内轴41上，根据从动旋翼3旋转的角度判断其位置。角度传感器与控制板53电连接，角度传感器检测各个从动机翼的位置，并将各个位置信号传送到控制板53，控制板53改变对应各个主动旋翼电机1的转速、改变各个半涵道32内的空气流速，从而改变从动旋翼3的升力，实现飞行器的俯仰、倾转等动作，使其向预定方向前进。

请继续参阅图2，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，从动旋翼3背向地面一侧设有太阳能电池板8，可接收太阳光的直射，将太阳能转换为电能。可选地，太阳能电池板8与控制板53电连接，直接为该从动旋翼飞行器提供动力。优选地，从动旋翼3呈片状，极大地提升了从动旋翼飞行器朝向天空一侧的面积，可以安装更多的太阳能电池板8，从而延长了该旋翼飞行器的续航时间。机舱5内可设蓄电池54，蓄电池54与控制板53电连接，蓄电池54还与太阳能电池板8电连接，接受阳光照射时，太阳能电池板8对蓄电池54进行充电，蓄电池54充电后能为主动旋翼电机1及尾部电机61提供动力。

作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，控制板53包括惯性测量模块、无线通信模块、电源管理模块、飞行控制模块、扩展接口模块。惯性测量模块用于测量该飞行器的三轴姿态角以及加速度，以便调整各电机的转速。无线通信模块用于与无线终端等电子设备通信，例如无线通信模块为蓝牙模块，该飞行器通过蓝牙模块与手机终端连接，实时传送飞行器拍摄到的图像。电源管理模块，与蓄电池54及太阳能电池板8电连接，可控制太阳能电池板8及蓄电池54的工作状态。例如，蓄电池54充满电时，关闭太阳能电池板8，延长太阳能电池板8的使用寿命；蓄电池54电量低于预设值时，将该飞行器调整至省电模式，延长续航时间。飞行控制模块，用于控制飞行器的飞行姿态、飞行速度和飞行方向，其与主动旋翼电机1及尾部电机61电连接，通过调节主动旋翼电机1及尾部电机61的转速实现对飞行器的飞行控制。扩展接口模块用于与外部进行电连接或者数据连接，扩展接口模块可包括与蓄电池54电连接并为蓄电池54充电的充电接口、用于数据传输的数据接口等。

请参阅图1及图4，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，尾翼组件6可为一个也可为多个，尾翼组件6的数量为多个时，径向均匀分布于机舱5上。在图1的实施例中，该飞行器包括一个尾翼组件6，通过旋转尾部旋翼62来控制偏航。在图4所示的实施例中，该飞行器包括两个尾翼组件6，分别设于机舱5的相对两侧，控制板53控制两个尾部电机61的转速，可产生扭矩，控制机舱5的方向，同时该扭矩还可同时提供使该飞行器前行的动力。在图1和图4的实施例中，尾部旋翼62的旋转轴均在水平面上设置。在图5所示的实施例中，尾翼组件6的数量也可为三个或者三个以上，径向均匀分布于机舱5上，且尾部旋翼62的旋转轴竖直设置，可与飞行器的飞行平面呈倾斜角设置或者呈90°设置，可以产生扭矩，控制机舱5的飞行方向，使飞行器实现俯仰、左右翻滚等动作。

请继续参阅图2，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，机舱5包括固定连接的上壳51和下壳52，上壳51和下壳52围合形成容纳腔，蓄电池54及控制板53均设于容纳腔内。具体地，导电滑环4的内轴41或者外轴42与上壳51固定连接，尾翼组件6与下壳52固定连接。下壳52的底部还设有脚架7，便于该从动旋翼飞行器的停放。

请参阅图6，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，主动旋翼电机1、主动旋翼2、从动旋翼3共同组成旋翼组件100，旋翼组件100中从动旋翼3的数量此处不作限定，旋翼组件100直接连接于机舱5上。

请参阅图7，作为本发明提供的从动旋翼飞行器的一种具体实施方式，与上述实施例的不同之处在于，机舱5上固定有机架9，机架9可为十字型机架、一字型机架等，机架9的具体结构此处不作限定，机架9的各端均固定有一个旋翼组件100。例如，机架9为十字型机架，十字型机架的四个端部均固定有一个旋翼组件。更具体地，每个旋翼组件100的转动轴与机架9所在的平面之间的夹角为90°或者呈锐角设置，该夹角的大小此处不作限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.从动旋翼飞行器，其特征在于：包括机舱、以及多个与所述机舱转动连接的从动旋翼，每个所述从动旋翼上均设有主动旋翼电机、以及用于产生气流以驱动所述从动旋翼旋转的主动旋翼，所述主动旋翼与所述主动旋翼电机相连接，所述机舱上还设有用于调节航向的尾翼组件，所述尾翼组件包括与所述机舱固定连接的尾部电机、以及与所述尾部电机连接的尾部旋翼。

2.如权利要求1所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述主动旋翼的旋转轴与所述从动旋翼的旋转轴相垂直。

3.如权利要求1所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述从动旋翼包括与所述机舱连接的连接段、以及与所述连接段连接的半涵道，所述半涵道呈半圆形，所述主动旋翼电机固定于所述半涵道。

4.如权利要求3所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述连接段朝向远离所述机舱的方向折弯设置。

5.如权利要求1所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：还包括与所述主动旋翼电机电连接的导电滑环，所述导电滑环包括固定于所述机舱上的外轴，以及与所述外轴转动连接的内轴，所述从动旋翼固定于所述内轴。

6.如权利要求5所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述导电滑环上设有用于检测所述从动旋翼位置的角度传感器。

7.如权利要求5所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述机舱内设有控制板，所述控制板与所述导电滑环、所述尾部电机电连接。

8.如权利要求7所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述机舱内还设有蓄电池，所述蓄电池与所述控制板电连接。

9.如权利要求1-8任一项所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述从动旋翼背向地面一侧设有太阳能电池板。

10.如权利要求1-8任一项所述的从动旋翼飞行器，其特征在于：所述尾翼组件的数量为多个且径向均匀分布于机舱上。