CN109263885A - 一种涵道螺旋桨飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开提供了一种涵道螺旋桨飞行器，以涵道共轴双螺旋桨所构成的升力系统作为该飞行器的主升力面，用以克服自身结构和所挂载荷的重量。位于四周作为操纵面四个涵道螺旋桨，可以通过螺旋桨转速的差动实现对该飞行器偏航、俯仰和滚转的操纵。同时，它们也能够为该飞行器提供部分的升力。与现有的一些采用控制舵面进行控制的涵道风扇飞行器相比，其具有操纵简单可靠、操纵效率高及稳定性好等性能优点。

Description

一种涵道螺旋桨飞行器
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涵道螺旋桨飞行器。
背景技术
涵道类无人飞行器通常指的是那些以涵道风扇作为飞行器的主动力系统和机身结构主体的特殊飞行器，这类飞行器不但能够实现垂直起降，而且还具有良好的悬停性能。正是由于其特殊的机体构造，使其具有传统无人飞行器无法比拟的优势，这类无人飞行器不但重量轻，尺寸小，费用低，操纵方便，而且凭借自身紧凑的机体结构和自动飞行控制系统，通过挂载各种小型机载设备能够有效的完成各种复杂环境下的任务，这使其在军用、民用和科研等领域具有不可估量的应用价值。但是随着涵道类无人飞行器被逐渐地推广和使用，其在很多方面暴露出了问题，尤其在飞行控制系统和气动布局方面存在问题，飞行器的悬停和垂直起降均不够完美。
因此，研究出一种能够实现悬停、垂直起降和小速度前飞的涵道螺旋桨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，本发明利用涵道风扇系统的性能优点以涵道共轴双螺旋桨作为飞行器的主升力面，同时结合四旋翼飞行器的操纵优势，在主升力面周围布置四个涵道螺旋桨作为飞行器的操纵面，设计一种能够实现悬停，垂直起降和小速度前飞的涵道螺旋桨无人飞行器。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种涵道螺旋桨飞行器，包括：机架、涵道共轴双螺旋桨、涵道螺旋桨、涵道本体、动力系统、控制系统；
所述机架分为上层机架和下层机架，所述上层机架和所述下层机架均为十字型，所述上层机架和所述下层机架共轴，且在十字型的交叉处均设有支撑板，所述下层机架的尺寸大于所述上层机架，且所述上册机架和所述下层机架是通过固定件连接；
所述涵道共轴双螺旋桨包括上层螺旋桨和下层螺旋桨，均设置在所述支撑板上；
所述涵道螺旋桨包括前螺旋桨、后螺旋桨、左螺旋桨和右螺旋桨，所述涵道螺旋桨均设置于所述下层机架上；
所述涵道本体为圆筒形，所述涵道本体设置于所述下层机架上，所述涵道共轴双螺旋桨设置于所述涵道内；
所述动力系统与所述控制系统相连，从而控制飞行器的飞行。
采用上述技术方案的有益效果为：
本发明采用十字型机架，且十字型机架分为共轴的上层机架和下层机架，使得整个结构受力相对平衡，整体稳定，且结构相对简单，用材少，质量轻。
优选的，所述机架还包括空心管、夹板，所述空心管形成十字型结构构成机架的框架，所述夹板的一端夹住所述固定件，另一端夹住空心管。
优选的，所述涵道螺旋桨均设置于所述下层机架的空心管的末端。
优选的，所述涵道共轴双螺旋桨与所述涵道螺旋桨上的螺旋桨的翼型均为同一翼型，所述螺旋桨的截面形状为CLARK-Y螺旋桨的截面形状。
需要说明的是：LARK-Y 翼型最大相对厚度为 11.71%，最大相对厚度位于弦长的28.0%处；最大相对弯度为3.43%，最大相对弯度位于弦长的42.0%
处。翼型的前缘半径为弦长的 1.0714%。翼型尾缘的相对厚度为0.1199%。
优选的，所述涵道共轴双螺旋桨的上层螺旋桨设为正桨，所述下层螺旋桨设为反桨；所述涵道螺旋的前螺旋桨和后螺旋桨设为反桨，所述左螺旋桨和右螺旋桨设为正桨。
优选的，所述涵道本体的筒壁的截面为original涵道翼型。
优选的，所述涵道本体的筒壁上设有环形凹槽，所述上层螺旋桨在所述环形凹槽内转动，且所环形凹槽的下方设置有矩形镂空。
采用上述技术方案的有益效果为：
设有矩形镂空的涵道螺旋浆飞行器的涵道拉力较小，由于部分气流沿镂空区域进入涵道本体，使得涵道唇口的绕流减弱，因为气流分两部分进入涵道本体内，使得上下螺旋浆所产生的拉力均增大，且上下螺旋浆的拉力的增大量大于涵道拉力的减小量。
优选的，所述涵道螺旋桨飞行器的动力系统包括电机、电调和锂电池；所述电机采用无刷电机，所述电调用于控制电机的转速。
优选的，所述控制系统为开源的APM 飞控板。
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涵道螺旋桨飞行器，以涵道共轴双螺旋桨所构成的升力系统作为该飞行器的主升力面，用以克服自身结构和所挂载荷的重量。位于四周作为操纵面四个涵道螺旋桨，可以通过螺旋桨转速的差动实现对该飞行器偏航、俯仰和滚转的操纵。同时，它们也能够为该飞行器提供部分的升力。与现有的一些采用控制舵面进行控制的涵道风扇飞行器相比，其具有操纵简单可靠、操纵效率高及稳定性好等性能优点。
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附图为本发明一种涵道螺旋桨飞行器提供的整体结构示意图；
图2附图为本发明一种涵道螺旋桨飞行器提供的部分结构示意图；
其中，1-上层机架、2-下层机架、3-支撑板、4-固定件、5-上层螺旋桨、6-下层螺旋桨、7-前螺旋桨、8-后螺旋桨、9-左螺旋桨、10-右螺旋桨、11-涵道本体、12-夹板、13-环形凹槽、14-矩形镂空。
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。
本发明实施例公开了一种涵道螺旋桨飞行器，包括：机架、涵道共轴双螺旋桨、涵道螺旋桨、涵道本体11、动力系统、控制系统；
机架分为上层机架1和下层机架2，上层机架1和下层机架2均为十字型，上层机架1和下层机架2共轴，且在十字型的交叉处均设有支撑板3，下层机架2的尺寸大于上层机架1，且上册机架和下层机架2是通过固定件4连接；
涵道共轴双螺旋桨包括上层螺旋桨5和下层螺旋桨6，均设置在支撑板3上；
涵道螺旋桨包括前螺旋桨7、后螺旋桨8、左螺旋桨9和右螺旋桨10，涵道螺旋桨均设置于下层机架2上；
涵道本体11为圆筒形，涵道本体11设置于下层机架2上，涵道共轴双螺旋桨设置于涵道内；
动力系统与控制系统相连，从而控制飞行器的飞行。
本发明采用十字型机架，且十字型机架分为共轴的上层机架1和下层机架2，使得整个结构受力相对平衡，整体稳定，且结构相对简单，用材少，质量轻。
进一步地，机架还包括空心管、夹板12，空心管形成十字型结构构成机架的框架，夹板12的一端夹住固定件4，另一端夹住空心管。
进一步地，涵道螺旋桨均设置于下层机架2的空心管的末端。
进一步地，涵道共轴双螺旋桨与涵道螺旋桨上的螺旋桨的翼型均为同一翼型，螺旋桨的截面形状为CLARK-Y螺旋桨的截面形状。
需要说明的是：LARK-Y 翼型最大相对厚度为 11.71%，最大相对厚度位于弦长的28.0%处；最大相对弯度为3.43%，最大相对弯度位于弦长的42.0%
处。翼型的前缘半径为弦长的 1.0714%。翼型尾缘的相对厚度为0.1199%。
进一步地，涵道共轴双螺旋桨的上层螺旋桨5设为正桨，下层螺旋桨6设为反桨；涵道螺旋的前螺旋桨7和后螺旋桨8设为反桨，左螺旋桨9和右螺旋桨10设为正桨。
进一步地，涵道本体11的筒壁的截面为original涵道翼型。
进一步地，涵道本体11的筒壁上设有环形凹槽13，上层螺旋桨5在环形凹槽13内转动，且所环形凹槽13的下方设置有矩形镂空14。
设有矩形镂空14的涵道螺旋浆飞行器的涵道拉力较小，由于部分气流沿镂空区域进入涵道本体11，使得涵道唇口的绕流减弱，因为气流分两部分进入涵道本体11内，使得上下螺旋浆所产生的拉力均增大，且上下螺旋浆的拉力的增大量大于涵道拉力的减小量。
进一步地，涵道螺旋桨飞行器的动力系统包括电机、电调和锂电池；电机采用无刷电机，电调用于控制电机的转速。
进一步地，控制系统为开源的APM 飞控板。
本发明公开提供了一种涵道螺旋桨飞行器，以涵道共轴双螺旋桨所构成的升力系统作为该飞行器的主升力面，用以克服自身结构和所挂载荷的重量。位于四周作为操纵面四个涵道螺旋桨，可以通过螺旋桨转速的差动实现对该飞行器偏航、俯仰和滚转的操纵。同时，它们也能够为该飞行器提供部分的升力。与现有的一些采用控制舵面进行控制的涵道风扇飞行器相比，其具有操纵简单可靠、操纵效率高及稳定性好等性能优点。
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 (9)

1.一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，包括：机架、涵道共轴双螺旋桨、涵道螺旋桨、涵道本体（11）、动力系统、控制系统；
所述机架分为上层机架（1）和下层机架（2），所述上层机架（1）和所述下层机架（2）均为十字型，所述上层机架（1）和所述下层机架（2）共轴，且在十字型的交叉处均设有支撑板（3），所述下层机架（2）的尺寸大于所述上层机架（1），且所述上册机架和所述下层机架（2）是通过固定件（4）连接；所述涵道共轴双螺旋桨包括上层螺旋桨（5）和下层螺旋桨（6），均设置在所述支撑板（3）上；所述涵道螺旋桨包括前螺旋桨（7）、后螺旋桨（8）、左螺旋桨（9）和右螺旋桨（10），所述涵道螺旋桨均设置于所述下层机架（2）上；所述涵道本体（11）为圆筒形，所述涵道本体（11）设置于所述下层机架（2）上，所述涵道共轴双螺旋桨设置于所述涵道内；所述动力系统与所述控制系统相连，从而控制飞行器的飞行。
2.根据权利要求1所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述机架还包括空心管、夹板（12），所述空心管形成十字型结构构成机架的框架，所述夹板（12）的一端夹住所述固定件（4），另一端夹住空心管。
3.根据权利要求2所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述涵道螺旋桨均设置于所述下层机架（2）的空心管的末端。
4.根据权利要求1所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述涵道共轴双螺旋桨与所述涵道螺旋桨上的螺旋桨的翼型均为同一翼型，所述螺旋桨的截面形状为CLARK-Y螺旋桨的截面形状。
5.根据权利要求1所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述涵道共轴双螺旋桨的上层螺旋桨（5）设为正桨，所述下层螺旋桨（6）设为反桨；所述涵道螺旋的前螺旋桨（7）和后螺旋桨（8）设为反桨，所述左螺旋桨（9）和右螺旋桨（10）设为正桨。
6.根据权利要求1所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述涵道本体（11）的筒壁的截面为original涵道翼型。
7.根据权利要求6所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述涵道本体（11）的筒壁上设有环形凹槽（13），所述上层螺旋桨（5）在所述环形凹槽（13）内转动，且所环形凹槽（13）的下方设置有矩形镂空（14）。
8.根据权利要求1所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述涵道螺旋桨飞行器的动力系统包括电机、电调和锂电池；所述电机采用无刷电机，所述电调用于控制电机的转速。
9.根据权利要求1所述的一种涵道螺旋桨飞行器，其特征在于，所述控制系统为开源的APM 飞控板。
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