CN109263886A - 一种多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼飞行器，包括涵道、主旋翼以及若干副旋翼；主旋翼位于涵道内侧，副旋翼均匀分布在涵道的外围；主旋翼包括同轴设置的上螺旋桨、下螺旋桨和主驱动机构，主驱动机构位于涵道内侧中心位置，上螺旋桨和下螺旋桨分别通过支撑装置固定于主驱动机构的顶端和底端，并且转动方向相反；副旋翼包括副螺旋桨、机臂和副驱动机构，机臂一端与支撑装置连接，机臂另一端固定连接副驱动机构，并且副螺旋桨安装于副驱动机构的顶端。本发明公开的一种多旋翼飞行器结构简单，可根据具体情况对尺寸进行适当调节，提高飞行效率。

Description

一种多旋翼飞行器

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多旋翼飞行器。

背景技术

飞行器(flight vehicle)是由人类制造、能飞离地面、在空间飞行并由人来控制的在大气层内或大气层外空间飞行的器械飞行物，多旋翼飞行器也称为多轴飞行器，是直升机的一种，其机动性通过改变不同旋翼的扭力和转速来实现，被广泛应用于影视航拍、安全监控、农业植保和电力巡线等领域。

目前，多旋翼飞行器大多数为各个螺旋桨之间均匀分布，依靠旋翼产生的升力进行运动，但是尺寸较大；而共轴双桨的设计方式虽然具有较小的尺寸，但是飞行效率大大降低，并且增加了载重，无法很好的平衡飞行效率与飞行器尺寸之间的关系。

因此，如何提供一种机动性能好、尺寸合理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，本发明提供了一种多旋翼飞行器。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多旋翼飞行器，包括涵道、主旋翼以及若干副旋翼；所述主旋翼位于所述涵道内侧，所述副旋翼均匀分布在所述涵道的外围；

所述主旋翼包括同轴设置的上螺旋桨、下螺旋桨和主驱动机构，所述主驱动机构位于所述涵道内侧中心位置，所述上螺旋桨和所述下螺旋桨分别通过支撑装置固定于所述主驱动机构的顶端和底端，并且转动方向相反；从而在悬停时抵消扭矩和在机动飞行时控制飞行航向。

所述副旋翼包括副螺旋桨、机臂和副驱动机构，所述机臂一端与所述支撑装置连接，所述机臂另一端固定连接所述副驱动机构，并且所述副螺旋桨安装于所述副驱动机构的顶端。

本发明多旋翼飞行器的主升力由位于所述涵道内侧的所述上螺旋桨和所述下螺旋桨提供，位于所述涵道外围的副旋翼提供姿态控制力矩，实现飞行器前后、左右和旋转等机动飞行动作。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，相邻所述副旋翼之间设置有次旋翼，所述次旋翼包括次螺旋桨、连接臂和次驱动机构，所述连接臂一端与所述支撑装置连接，所述连接臂另一端固定连接所述次驱动机构，并且所述次螺旋桨安装于所述次驱动机构的顶端。

上述技术方案所能达到的有益效果为，次旋翼用于辅助副旋翼提供姿态控制力矩，并且也可以作为备用的副旋翼，在副旋翼发生故障时，启用次旋翼提供主要的姿态控制力矩，实现飞行器的多种飞行动作，更加安全可靠，稳定性大大提高。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，所述连接臂的长度大于所述机臂的长度。

上述技术方案所能达到的有益效果为，连接臂的长度大于机臂的长度，即次螺旋桨位于所述副螺旋桨的外侧，二者不处于同一个圆周面上，因此在一定程度上缩小了副螺旋桨展开时的外围尺寸，同时副螺旋桨与次螺旋桨同时处于工作状态时不会相互影响。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，所述机臂和所述连接臂均为两段式轴，两段式轴之间通过可折叠组件连接。

上述技术方案所能达到的有益效果为，在副旋翼单独作用就能精确控制飞行姿态时，可以将次旋翼的连接臂进行折叠置入涵道内侧，减小飞行器主体尺寸，提高飞行效率，避免对飞行视线的遮挡；另外在飞行器处于非运行状态时，同时将副旋翼和次旋翼进行折叠置入涵道内侧，减小占地面积。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，所述主驱动机构为燃油发动机或者电动机。

上述技术方案所能达到的技术效果为，在主驱动机构的顶端和底端分别安装上螺旋桨和下螺旋桨，提供飞机的主要升力，即飞行器的主要升力由燃油发动机或电动机驱动的主旋翼提供，当选择燃油发动机时可以大大提高飞行器的载重和航时。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，所述副驱动机构和所述次驱动机构均为电动机。

上述技术方案所能达到的技术效果为，飞行器的姿态控制力矩直接由电动机驱动的副旋翼和次旋翼提供，结构简单，相较传统的单旋翼直升机提高了安全性、可靠性和操作的便利性；其中副旋翼对飞行器进行姿态控制，并辅助主旋翼对升力进行精确调节，次旋翼作为备用姿态控制结构，辅助副旋翼对飞行姿态、飞行角度进行精确调节；进一步地，本发明的升力以及飞行姿态均设置为粗、细两级调节机制，不仅有利于提高燃油和电池的利用率，又有利于提高控制的精确度。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，每个电动机均与一个电子调速器匹配连接，电子调速器通过飞行控制系统的控制指令对螺旋桨的转速进行调节。

飞行控制系统集成了高精度的感应器元件，包括飞行姿态感知的陀螺仪、加速计、角速度计、气压计、GPS、指南针模块以及控制电路，通过高效的控制算法内核，能够精准的感应并计算出飞行器的飞行姿态等数据，再通过主控制单元实现精准定位悬停和自主平稳飞行。

上述技术方案所能达到的有益效果为：每个单独的电机均连接有一个电子调速器，飞行控制系统通过程序指令或者地面遥控指令，来控制电子调速器对单个螺旋桨的转速进行调节，实现飞行器的稳定悬停和向上下前后左右等多个方向的飞行及各种角度的旋转。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，电子调速器设置有锁定模式和控制模式，飞行器处于平稳状态后锁定模式开启，自动锁定转速；飞行器需要改变速度时，根据具体情况解除锁定，在控制模式下控制相应的螺旋桨进行调整。

上述技术方案所能达到的有益效果为：电子调速器的锁定模式可以保证飞行器在速度稳定之后的平稳运行，防止失控现象的发生，提高了运行的安全性能；控制模式根据系统指令对电子调速器进行相应控制，提高运行稳定程度。并且由于本发明是单个电动机对应单个电子调速器，所以可以根据具体情况对某一个特定的螺旋桨的速度进行调节。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，电子调速器的信号线处于断开状态时，电动机保持高速转动，不会出现传统的电调信号线断开时电机失压停转的现象。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，所述上螺旋桨、所述下螺旋桨、所述副螺旋桨以及所述次螺旋桨均为碳纤维材料。

上述技术方案所能达到的有益效果为：采用碳纤维为螺旋桨的主要材料，刚性较好，产生的振动和噪音较小，重量更轻、强度更大，并且碳纤维材质相较于其他材质控制响应比较迅速。

优选的，在上述一种多旋翼飞行器中，所述副螺旋桨的数量为2n，并且n≥2，所述副螺旋桨和所述次螺旋桨均以所述支撑装置的中心两两对称分布，呈对称位置的螺旋桨旋转方向相同，任意相邻副螺旋桨的旋转方向相反，任意相邻次螺旋桨的旋转方向相反。

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多旋翼飞行器，首先，主旋翼采用涵道式共轴双桨，不仅提高了气动效率，而且相互抵消反扭力矩，增大了升力；其次，燃油发动机或电动机直接驱动主旋翼工作，为飞行器提供主要升力，对飞行器的升力进行粗调；将电动机安装于机臂或连接臂的一端，并且与螺旋桨连接，可以直接通过电动机驱动副旋翼或者次旋翼旋转，省去减速齿轮等传动机构，结构简单紧凑，控制灵敏；另外将副旋翼和次旋翼设置为可折叠的，并且设置于不同圆周面，在不影响飞行效率的同时对尺寸进行了很好的调节设置。

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 附图为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2 附图为本发明实施例2的俯视结构示意图；

图3 附图为本发明的结构框架示意图。

在图中：

1为涵道、2为主旋翼、21为上螺旋桨、22为下螺旋桨、23为主驱动机构、24为支撑装置、3为副旋翼、31为副螺旋桨、32为机臂、33为副驱动机构、4为次旋翼、41为次螺旋桨、42为连接臂、43为次驱动机构、5为可折叠组件。

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。

本发明提供了一种多旋翼飞行器，包括：涵道1、主旋翼2以及若干副旋翼3；主旋翼2位于涵道1内侧，副旋翼3均匀分布在涵道1的外围；

主旋翼2包括同轴设置的上螺旋桨21、下螺旋桨22和主驱动机构23，主驱动机构23位于涵道1内侧中心位置，上螺旋桨21和下螺旋桨22分别通过支撑装置24固定于主驱动机构23的顶端和底端，并且转动方向相反；

副旋翼3包括副螺旋桨31、机臂32和副驱动机构33，机臂32一端与支撑装置24连接，机臂32另一端固定连接副驱动机构33，并且副螺旋桨31安装于副驱动机构33的顶端。

为了进一步优化上述技术方案，相邻副旋翼3之间设置有次旋翼4，次旋翼4包括次螺旋桨41、连接臂42和次驱动机构43，连接臂42一端与支撑装置24连接，连接臂42另一端固定连接次驱动机构43，并且次螺旋桨41安装于次驱动机构43的顶端。

为了进一步优化上述技术方案，连接臂42的长度大于机臂32的长度。

为了进一步优化上述技术方案，机臂32和连接臂42均为两段式轴，两段式轴之间通过可折叠组件5连接。

为了进一步优化上述技术方案，主驱动机构23为燃油发动机或者电动机。

为了进一步优化上述技术方案，副驱动机构33和次驱动机构43均为电动机。

为了进一步优化上述技术方案，每个电动机均与一个电子调速器匹配连接，电子调速器通过飞行控制系统的控制指令对螺旋桨的转速进行调节。

为了进一步优化上述技术方案，电子调速器设置有锁定模式和控制模式，飞行器处于平稳状态后锁定模式开启，自动锁定转速；飞行器需要改变速度时，根据具体情况解除锁定，在控制模式下进行相应调整。

为了进一步优化上述技术方案，电子调速器的信号线处于断开状态时，电动机保持高速转动。

为了进一步优化上述技术方案，上螺旋桨21、下螺旋桨22、副螺旋桨31以及次螺旋桨41均为碳纤维材料。

实施例1

参见附图1，主旋翼2设置于涵道1内侧，副旋翼3和次旋翼4位于涵道1外围，并且次旋翼4位于副旋翼3外围，二者不处于同一个圆周面上，因此在一定程度上缩小了副螺旋桨展开时的外围尺寸，同时副螺旋桨与次螺旋桨同时处于工作状态时不会相互影响；其中主旋翼2的主驱动机构23为燃油发动机，副旋翼3以及次旋翼4的驱动机构为电动机，

即飞行器的主要升力由燃油发动机驱动的主旋翼2提供，可以大大提高飞行器的载重和航时；由电动机驱动的副旋翼3提供飞行器的姿态控制力矩，对飞行器姿态进行控制，并辅助主旋翼2对升力进行精确调节；次旋翼4用于辅助副旋翼3提供姿态控制力矩，并且也可以作为备用的副旋翼，在副旋翼3发生故障时，启用次旋翼4提供主要的姿态控制力矩，实现飞行器的多种飞行动作，更加安全可靠，稳定性大大提高。本发明中飞行器的升力以及姿态控制均设置为粗、细两级调节机制，有利于提高电池和燃油的利用率，而且有利于提高飞行路线的精确程度。

分别通过支撑装置24固定于燃油发动机的顶端和底端的上螺旋桨21和下螺旋桨22，工作时转动方向相反，从而在悬停时抵消扭矩和在机动飞行时控制飞行航向。

副旋翼3的机臂32一端与支撑装置24连接，另一端固定连接副驱动机构33-电动机，并且电动机的顶端安装副螺旋桨31，其中副螺旋桨31设置有4个，以支撑装置为中心两两对称分布，相邻螺旋桨31的旋转方向相反。

次旋翼4的连接臂42一端与支撑装置24连接，另一端固定连接次驱动机构43-电动机，并且电动机的顶端安装次螺旋桨41，其中次螺旋桨41数量与副螺旋桨31数量相同，并且次旋翼4设置于相邻副旋翼3之间。

机臂32以及连接臂42均为两段轴式，通过可折叠组件连接，在非运行状态时可进行折叠，减小占地面积。

每个单独的电机均连接有一个电子调速器，飞行控制系统通过程序指令或者地面遥控指令，来控制电子调速器对单个螺旋桨的转速进行调节，实现飞行器的稳定悬停和向上下前后左右等多个方向的飞行及各种角度的旋转。

其中电子调速器设置有锁定模式和控制模式，飞行器处于平稳状态后锁定模式开启，自动锁定转速；飞行器需要改变速度时，根据具体情况解除锁定，在控制模式下控制相应的螺旋桨进行调整。

电子调速器的锁定模式可以保证飞行器在速度稳定之后的平稳运行，防止失控现象的发生，提高了运行的安全性能；控制模式根据系统指令对电子调速器进行相应控制，提高运行稳定程度，并且由于是单个电动机对应单个电子调速器，所以可以根据具体情况对某一个特定的螺旋桨的速度进行调节。

另外电子调速器的信号线处于断开状态时，电动机保持高速转动，不会出现传统的电调信号线断开时电机失压停转的现象。

实施例2

参见附图2，主旋翼2设置于涵道1内侧，副旋翼3位于涵道1外围；其中主旋翼2的主驱动机构23为燃油发动机，副旋翼3的副驱动机构33为电动机，

即飞行器的主要升力由燃油发动机驱动的主旋翼2提供，可以大大提高飞行器的载重和航时；由电动机驱动的副旋翼3提供飞行器的姿态控制力矩，对飞行器姿态进行控制，并辅助主旋翼2对升力进行精确调节，飞行器的升力设置为粗、细两级调节机制，有利于提高燃油和电池的利用率，而且有利于提高控制的精确度。

分别通过支撑装置24固定于燃油发动机的顶端和底端的上螺旋桨21和下螺旋桨22，工作时转动方向相反，从而在悬停时抵消扭矩和在机动飞行时控制飞行航向。

副旋翼3的机臂32一端与支撑装置24连接，另一端固定连接副驱动机构33-电动机，并且电动机的顶端安装副螺旋桨31，其中副螺旋桨31设置有4个，以支撑装置为中心两两对称分布，相邻螺旋桨31的旋转方向相反。

机臂32为两段轴式，通过可折叠组件连接，使副旋翼3在非运行状态时可进行折叠，减小占地面积。另外在本实施例中，通过副旋翼3即可对升力及飞行姿态进行准确调控，所以将次旋翼4处于折叠状态置于涵道内侧。

每个单独的电机均连接有一个电子调速器，飞行控制系统通过程序指令或者地面遥控指令，来控制电子调速器对单个副螺旋桨31的转速进行调节，实现飞行器的稳定悬停和向上下前后左右等多个方向的飞行及各种角度的旋转。

其中电子调速器设置有锁定模式和控制模式，飞行器处于平稳状态后锁定模式开启，自动锁定转速；飞行器需要改变速度时，根据具体情况解除锁定，在控制模式下控制相应的副螺旋桨31进行调整。

电子调速器的锁定模式可以保证飞行器在速度稳定之后的平稳运行，防止失控现象的发生，提高了运行的安全性能；控制模式根据系统指令对电子调速器进行相应控制，提高运行稳定程度，并且由于是单个电动机对应单个电子调速器，所以可以根据具体情况对某一个特定的螺旋桨的速度进行调节。

另外电子调速器的信号线处于断开状态时，电动机保持高速转动，不会出现传统的电调信号线断开时电机失压停转的现象。

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)

1.一种多旋翼飞行器，其特征在于，包括涵道（1）、主旋翼（2）以及若干副旋翼（3）；所述主旋翼（2）位于所述涵道（1）内侧，所述副旋翼（3）均匀分布在所述涵道（1）的外围；

所述主旋翼（2）包括同轴设置的上螺旋桨（21）、下螺旋桨（22）和主驱动机构（23），所述主驱动机构（23）位于所述涵道（1）内侧中心位置，所述上螺旋桨（21）和所述下螺旋桨（22）分别通过支撑装置（24）固定于所述主驱动机构（23）的顶端和底端，并且转动方向相反；

所述副旋翼（3）包括副螺旋桨（31）、机臂（32）和副驱动机构（33），所述机臂（32）一端与所述支撑装置（24）连接，所述机臂（32）另一端固定连接所述副驱动机构（33），并且所述副螺旋桨（31）安装于所述副驱动机构（33）的顶端。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，相邻所述副旋翼（3）之间设置有次旋翼（4），所述次旋翼（4）包括次螺旋桨（41）、连接臂（42）和次驱动机构（43），所述连接臂（42）一端与所述支撑装置（24）连接，所述连接臂（42）另一端固定连接所述次驱动机构（43），并且所述次螺旋桨（41）安装于所述次驱动机构（43）的顶端。

3.根据权利要求2所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述连接臂（42）的长度大于所述机臂（32）的长度。

4.根据权利要求2所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述机臂（32）和所述连接臂（42）均为两段式轴，两段式轴之间通过可折叠组件（5）连接。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述主驱动机构（23）为燃油发动机或者电动机。

6.根据权利要求2所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述副驱动机构（33）和所述次驱动机构（43）均为电动机。

7.根据权利要求5或6所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，每个电动机均与一个电子调速器匹配连接，电子调速器通过飞行控制系统的控制指令对螺旋桨的转速进行调节。

8.根据权利要求7所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，电子调速器设置有锁定模式和控制模式，飞行器处于平稳状态后锁定模式开启，自动锁定转速；飞行器需要改变速度时，根据具体情况解除锁定，在控制模式下进行相应调整。

9.根据权利要求7或8所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，电子调速器的信号线处于断开状态时，电动机保持高速转动。

10.根据权利要求2所述的一种多旋翼飞行器，其特征在于，所述上螺旋桨（21）、所述下螺旋桨（22）、所述副螺旋桨（31）以及所述次螺旋桨（41）均为碳纤维材料。