CN109263874A - 一种油电混合动力多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油电混合动力多旋翼飞行器，包括：机身、通过转轴安装于所述机身两侧的固定翼和主升力螺旋桨，用于驱动所述固定翼倾转以及所述主升力螺旋桨的燃油发动机，其中，所述主升力螺旋桨对称设置于所述机身两侧，且通过传动轴套管安装有第一辅助螺旋桨；还包括：辅助控制系统，所述辅助控制系统包括若干电机驱动的第二辅助螺旋桨；所述第二辅助螺旋桨通过支杆连接所述机身；且所述第二辅助螺旋桨对称安装于所述机身两侧。本发明提供的油电混合动力多旋翼飞行器在很大程度上延长了续航时间，为多旋翼飞行器的发展奠定了坚实的基础。

Description

一种油电混合动力多旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，更具体的说是涉及一种油电混合动力多旋翼飞行器。

背景技术

多旋翼飞行器是由多组动力系统组成的飞行平台，一般常见的有四旋翼、六旋翼、八旋翼甚至更多旋翼组成。多旋翼机械结构非常简单，动力系统只需要电机直接连桨就可以。多旋翼飞行器也是目前比较热销的一款消费级无人机。

传统多旋翼飞行器采用多个电机驱动螺旋桨提供飞行所需拉力，在飞控系统的支持下通过飞行器姿态的倾斜进行前后左右飞行，因为没有传统直升机的传动及机械操纵机构，因此具有结构简单、操纵简单、可靠性高等优点。

但是，因为采用了电机作为动力源且目前电池的能量密度较低，因此电驱动多轴飞行器的巡航时间很短，一般不超过半小时，从而大大限制了电动多旋翼飞行器的应用。

因此，如何提供一种续航时间长的多旋翼飞行器是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种油电混合动力多旋翼飞行器，在很大程度上延长了续航时间，为多旋翼飞行器的发展奠定了坚实的基础。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种油电混合动力多旋翼飞行器，包括：机身、通过转轴安装于所述机身两侧的固定翼和主升力螺旋桨，用于驱动所述固定翼倾转以及所述主升力螺旋桨的燃油发动机，其中，所述主升力螺旋桨对称设置于所述机身两侧，且通过传动轴套管安装有第一辅助螺旋桨；

还包括：辅助控制系统，所述辅助控制系统包括若干电机驱动的第二辅助螺旋桨；所述第二辅助螺旋桨通过支杆连接所述机身；且所述第二辅助螺旋桨对称安装于所述机身两侧。

优选的，所述第二辅助螺旋桨至少包括4个，且其数量为偶数。

优选的，所述第二辅助螺旋桨包括8个，且8个所述第二辅助螺旋桨两两对称分布在所述机身两侧，且对角布置的两个所述第二辅助螺旋桨旋转方向相同，且一组对角布置的两个所述第二辅助螺旋桨旋转方向与另一组对角布置的两个所述第二辅助螺旋桨旋转方向相反。

优选的，还包括：控制模块；所述控制模块包括：三轴陀螺仪、三轴加速传感器和用于识别重心状态数据的重心测量单元以及综合处理模块；所述综合处理模块基于所述三轴陀螺仪、所述三轴加速传感器和所述重心测量单元的数据计算飞行器的飞行状态，并生成控制指令，发送给电机驱动器，所述电机驱动器通过所述电机与所述第二辅助螺旋桨电连接。

优选的，还包括：起落架；所述起落架安装于所述机身底部。

优选的，所述起落架包括：壳体，所述壳体内安装有电机二，所述电机二的底部连接有螺杆，所述壳体底部开口处固定有螺母，所述螺杆穿过所述螺母伸出所述壳体，所述螺杆的底部设置有可绕所述螺杆转动的底座，且所述壳体外侧底部安装有测距传感器。

优选的，所述测距传感器与所述综合处理模块相连。

优选的，所述转轴通过轴承支撑在所述机身上。

优选的，还包括：电子调速器；所述电子调速器与所述综合处理模块相连，且所述电子调速器包括锁定模式和控制模式两种运行模式。

优选的，还包括：依次相连的高度检测器、控制器和滑翔器；所述滑翔器收容于所述机身内，当所述高度检测器检测到高度小于200米时，通过所述控制器打开所述滑翔器。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种油电混合动力多旋翼飞行器，其固定翼能够实现倾转，提高了飞行器的机动性，且配合油电混合动力实现飞行，续航时间得到了有效保证，很大程度上提高了多旋翼飞行器的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种油电混合动力多旋翼飞行器的结构示意图。

图2附图为本发明提供的一种油电混合动力多旋翼飞行器中起落架的结构示意图。

图3附图为本发明提供的控制模块的示意图。

图4附图为本发明提供的滑翔器的原理图。

其中，各部件表示：

1、机身，2、转轴，3、固定翼，4、主升力螺旋桨，5、传动轴套管，6、第一辅助螺旋桨，7、第二辅助螺旋桨，8、支杆，9、控制模块，91、三轴陀螺仪，92、三轴加速传感器，93、重心测量单元，94、综合处理模块，10、电机驱动器，11、起落架，111、壳体，112、电机二，113、螺杆，114、螺母，115、底座，116、测距传感器，12、电子调速器，21、高度检测器，22、控制器，23、滑翔器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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没有做出创造性劳动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。

一种油电混合动力多旋翼飞行器，包括：机身1、通过转轴2安装于机身1两侧的的固定翼3和主升力螺旋桨4，用于驱动固定翼3倾转以及主升力螺旋桨4的燃油发动机，其中，主升力螺旋桨4对称设置于机身1两侧，且通过传动轴套管5安装有第一辅助螺旋桨6；

还包括：辅助控制系统，辅助控制系统包括若干电机驱动的第二辅助螺旋桨7；第二辅助螺旋桨7通过支杆8连接机身1；且第二辅助螺旋桨7对称安装于机身1两侧。

在多旋翼飞行器两侧设置固定翼，固定翼通过转轴设置在机身的两侧，固定翼倾转时，其攻角发生改变。当飞行器起飞时，通过逐渐增加所有旋翼的转速来增加升力，使飞行器垂直起飞，同时通过控制固定翼的倾转角度来调整固定翼的攻角以使其阻力最小。当飞行器巡航时，通过控制固定翼的倾转角度来调整固定翼的攻角以使其升阻比最大。同时，依靠燃油发动机驱动主升力螺旋桨，为飞行提供主要拉力，并采用电机驱动周围第一辅助螺旋桨和第二辅助螺旋桨进行姿态控制和微调，即通过两套动力系统分别进行控制。

因此，综上所述，在本发明提供的油电混合动力多旋翼飞行器中，通过倾转的固定翼以及两套动力系统进行飞行控制，相对于现有技术当中的多旋翼飞行器，巡航效率高，航程和续航时间更长，而且整体结构十分简单，极大的提高了多旋翼飞行器的实用性，为多旋翼飞行器的发展奠定了坚实的基础。

为了进一步优化上述技术方案，第二辅助螺旋桨7至少包括4个，且其数量为偶数。

在这里需要进行说明的是，本发明提供的第一辅助螺旋桨的个数同样为偶数，且对称分布在机身两侧的传动轴套管上。而且第一辅助螺旋桨的动力可以由为主升力螺旋桨提供动力的燃油发动机提供，也可以通过电机进行控制，甚至在一个技术方案中可以同时利用燃油发动机和电机来为第一辅助螺旋桨提供动力。

例如：优选的，采用电机为第一辅助螺旋桨提供动力，但是当检测到电池电量低于50%的时候，采用燃油发动机为第一辅助螺旋桨提供动力。且其他混合动力的技术方案，只要合理同样可以作为本发明的具体实施方式，这里不再一一论述。

为了进一步优化上述技术方案，第二辅助螺旋桨7包括8个，且8个第二辅助螺旋桨7两两对称分布在机身1两侧，且对角布置的两个第二辅助螺旋桨7旋转方向相同，且一组对角布置的两个第二辅助螺旋桨7旋转方向与另一组对角布置的两个第二辅助螺旋桨7旋转方向相反。

这里需要说明的是，第二辅助螺旋桨的数量不限于这里所说的8个，第二辅助螺旋桨的数量可以是4个，6个，8个，10个……依次类推。这里同样不再一一论述。

例如：第二辅助螺旋桨的数量可以为4个，其中两个第二辅助螺旋桨位于机身的左侧，另外两个第二辅助螺旋桨位于机身的右侧，且4个第二辅助螺旋桨相对于多旋翼飞行器均对称分布。另外，其中两个第二辅助螺旋桨设置于多旋翼飞行器重心的前侧，另外两个第二辅助螺旋桨设置于多旋翼飞行器重心的后侧。总之，本发明所提供的多个第二辅助螺旋桨对称设置，控制方式较细致。如果想要进一步提高控制精度，可以选择在机身的两侧设置更多个第二辅助螺旋桨。

此外，还需要进行说明的是，第二辅助螺旋桨这些旋翼的安装方式可以通过支臂支撑在机身两侧，而且各个第二辅助螺旋桨的转速可以单独进行控制，具体控制方式为现有技术中常用的控制方式，这里不再做具体介绍。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：控制模块9；控制模块9包括：三轴陀螺仪91、三轴加速传感器92和用于识别重心状态数据的重心测量单元93以及综合处理模块94；综合处理模块94基于三轴陀螺仪91、三轴加速传感器92和重心测量单元93的数据计算飞行器的飞行状态，并生成控制指令，发送给电机驱动器10，电机驱动器10通过所述电机与第二辅助螺旋桨7电连接。

本发明提供的油电混合动力多旋翼飞行器通过控制模块采集多旋翼飞行器起飞前后的水平状态信息和重心位置信息，并反馈到相应的调整机构以调整飞行器处于水平状态，并反馈到相应的调整机构上，例如可以通过调节第二辅助螺旋桨的转速不同来调节飞行器的飞行姿态，以调整多旋翼飞行器处于水平的飞行状态，且重心处于理想的范围内，保证多旋翼飞行器在复杂环境和/或复杂工作状态下能以理想状态起飞，提升多旋翼飞行器的起飞质量，减少因起飞状态不理想而造成的多旋翼飞行器的损坏。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：起落架11；起落架11安装于机身1底部。

为了进一步优化上述技术方案，起落架11包括：壳体111，壳体111内安装有电机二112，电机二112的底部连接有螺杆113，壳体111底部开口处固定有螺母114，螺杆113穿过螺母114伸出壳体111，螺杆113的底部设置有可绕螺杆113转动的底座115，且壳体111外侧底部安装有测距传感器116。

在起落架中都安装一个伸缩支柱作为飞行器支架，在伸缩支柱内安装电机和螺杆，在伸缩支柱下端安装测距传感器，通过获取测距传感器的数据获得当前伸缩支柱距离地面的高度，进而启动电机二快速调节各个螺杆的长度，以通过螺杆的长短来补偿高低不平的地面，使得多旋翼飞行器降落状态处于水平态，降落的降落过程更加稳定。

为了精确控制电机二的转动从而带动螺杆移动的距离，电机二采用步进电机或者伺服电机，电机二转动时可带动螺杆转动，螺杆转动实际上是螺杆相对于壳体的伸缩，即调整了起落架的高度，达到起落架伸缩的目的。

具体的，壳体内壁上设置有两根固定滑杆，固定滑杆固定在壳体的内壁上，这两根固定滑杆刚好卡在电机底座的两个凹槽内，限制了电机的只能沿着壳体方向上下移动。

此外，还需要说明的是，底座与螺杆底端是活动连接的，可以根据地面的角度进行适应调整。且底座的面积要大于螺杆的面积，可大幅降低落地时对地面的压强，防止陷入松软的地面。

为了进一步优化上述技术方案，测距传感器115与综合处理模块94相连。

在具体实现时，可以将测距传感器检测到的数据传输给综合处理模块进行处理，并根据相应数据向电机驱动器发出控制指令，以控制多旋翼飞行器的降落过程。

此外，本发明实施例还具体公开了一种多旋翼飞行器起落架控制方法，包括以下步骤：

步骤一、将单片机初始化；

步骤二、单片机依此读取每组超声波测距传感器数据，得出每个起落架距离地面的距离；

步骤三、单片机计算每组距离的平均值；

步骤四、当每组距离的平均值大于50cm则不启动降落程序，回到步骤二；当每组距离的平均值小于等于50cm则启动降落程序，单片机继续计算各个起落架离地面的距离与平均值之差，得出移动螺杆需要移动的距离；

步骤五、判断距离是否小于5cm，如果小于5cm则停机飞行器平稳落地，否则执行步骤六；

步骤六、各个电机驱动器驱动与其相对应的电机转动相对应数据量，继续重复步骤二至六，直到多旋翼飞行器平稳落地。

通过上述起落架并配合相应的起落架的控制方法，能够有效控制多旋翼飞行器平稳落地，整体运行更加安全、可靠，能够减少多旋翼飞行器的机体损坏，从而延长多旋翼飞行器的使用寿命，节约经济成本。

为了进一步优化上述技术方案，转轴2通过轴承支撑在机身1上。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：电子调速器12；电子调速器12与综合处理模块94相连，且电子调速器94包括锁定模式和控制模式两种运行模式。

其中，需要说明的是，起飞后可以调整电子调速器进入锁定模式，自动锁定转速，也可以在需要时解锁锁定模式，进入控制模式。具体模式，根据多旋翼飞行器的使用情况进行调整。

为了进一步优化上述技术方案，还包括：依次相连的高度检测器21、控制器22和滑翔器23；滑翔器23收容于机身1内，当高度检测器21检测到高度小于200米时，通过控制器22打开滑翔器23。

由于降落伞在200米以下起不到作用，因此，可在多旋翼飞行器上安装滑翔器。当检测到要降落时，启动高度检测器检测当前多旋翼飞行器距离地面的高度，如果小于200米，则通过控制器打开滑翔器，以保证多旋翼飞行器的降落安全，减少多旋翼飞行器的机体损坏，从而延长多旋翼飞行器的使用寿命，节约经济成本。

下面具体说明本发明实施例公开的一种油电混合动力多旋翼飞行器的工作原理和具体控制方法。

燃油发动机带动主升力螺旋桨旋转，同时，周围的第二辅助螺旋桨也以一定速度旋转，从而带动整个多旋翼飞行器缓慢的上升。在上升的过程中，周围的第二辅助螺旋桨通过增大或者减小转速的方法调节拉力，进行辅助上升速度的控制。当需要由上升状态变为悬停状态时，主升力螺旋桨转速固定，并通过周围的第二辅助螺旋桨的拉力大小调节进行悬停稳定。当需要下降着陆时，主升力螺旋桨拉力逐渐减小，飞行器下降，周围的第二辅助螺旋桨也通过增大或减小转速的方法调节第二辅助螺旋桨的拉力，进行辅助下降速度的控制，保证飞行器下降过程的平稳，直至飞行器着陆。

在上升、悬停和下降的过程中，周围的第一辅助螺旋桨和第二辅助螺旋桨除了辅助进行上升、下降速度的控制外，还进行飞行器姿态的控制，从而赋予飞行器垂直方向以外的飞行能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，包括：机身（1）、通过转轴（2）安装于所述机身（1）两侧的固定翼（3）和主升力螺旋桨（4），用于驱动所述固定翼（3）倾转以及所述主升力螺旋桨（4）的燃油发动机，其中，所述主升力螺旋桨（4）对称设置于所述机身（1）两侧，且通过传动轴套管（5）安装有第一辅助螺旋桨（6）；

还包括：辅助控制系统，所述辅助控制系统包括若干电机驱动的第二辅助螺旋桨（7）；所述第二辅助螺旋桨（7）通过支杆（8）连接所述机身（1）；且所述第二辅助螺旋桨（7）对称安装于所述机身（1）两侧。

2.根据权利要求1所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，所述第二辅助螺旋桨（7）至少包括4个，且其数量为偶数。

3.根据权利要求1所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，所述第二辅助螺旋桨（7）包括8个，且8个所述第二辅助螺旋桨（7）两两对称分布在所述机身（1）两侧，且对角布置的两个所述第二辅助螺旋桨（7）旋转方向相同，且一组对角布置的两个所述第二辅助螺旋桨（7）旋转方向与另一组对角布置的两个所述第二辅助螺旋桨（7）旋转方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，还包括：控制模块（9）；所述控制模块（9）包括：三轴陀螺仪（91）、三轴加速传感器（92）和用于识别重心状态数据的重心测量单元（93）以及综合处理模块（94）；所述综合处理模块（94）基于所述三轴陀螺仪（91）、所述三轴加速传感器（92）和所述重心测量单元（93）的数据计算飞行器的飞行状态，并生成控制指令，发送给电机驱动器（10），所述电机驱动器（10）通过所述电机与所述第二辅助螺旋桨（7）电连接。

5.根据权利要求4任意一项所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，还包括：起落架（11）；所述起落架（11）安装于所述机身（1）底部。

6.根据权利要求5所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，所述起落架（11）包括：壳体（111），所述壳体（111）内安装有电机二（112），所述电机二（112）的底部连接有螺杆（113），所述壳体（111）底部开口处固定有螺母（114），所述螺杆（113）穿过所述螺母（114）伸出所述壳体（111），所述螺杆（113）的底部设置有可绕所述螺杆（113）转动的底座（115），且所述壳体（111）外侧底部安装有测距传感器（116）。

7.根据权利要求6所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，所述测距传感器（115）与所述综合处理模块（94）相连。

8.根据权利要求1所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，所述转轴（2）通过轴承支撑在所述机身（1）上。

9.根据权利要求4所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，还包括：电子调速器（12）；所述电子调速器（12）与所述综合处理模块（94）相连，且所述电子调速器（94）包括锁定模式和控制模式两种运行模式。

10.根据权利要求9所述的一种油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于，还包括：依次相连的高度检测器（21）、控制器（22）和滑翔器（23）；所述滑翔器（23）收容于所述机身（1）内，当所述高度检测器（21）检测到高度小于200米时，通过所述控制器（22）打开所述滑翔器（23）。