CN110077580A - 一种航行器 - Google Patents

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王慧
张军红
邢蓉
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    • B64C11/16—Blades
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Abstract

本申请属于异体飞行器设计领域，特别涉及一种航行器，包含机体、控制器、驱动器、能源装置和螺旋桨，控制器和能源装置安装于机体内，螺旋桨通过驱动器与机体相连，所述螺旋桨包含驱动轴、桨轴和桨棒，桨轴与驱动轴固连，在驱动轴上沿圆周方向均布，桨棒为回转体，表面具有螺旋沟槽，桨棒数量与桨轴相对应，套于桨轴上。本申请的航行器，其螺旋桨包括带螺旋沟槽和/或螺旋凸起特征的桨棒，使用遇到气流时自动旋转，进一步利用马格努斯效应产生推力，采用桨棒极大降低对所触及人或物的杀伤力，同时采用桨棒会降低旋转时的自激振荡带来的噪声；本申请结构简单、安全、可靠，在运输、航拍、潜航和竞技术体育运动中具有非常广阔的应用前景。

Description

一种航行器
技术领域
本申请属于异体飞行器设计领域，特别涉及一种航行器。
背景技术
当前航行器大多以螺旋桨做为推进益，螺旋桨是靠桨叶在空气或水中旋转，桨发动机转动功率转化为推进力的装置。在常规设计中，我们一般选用螺旋式叶片均布于转轴上，在转轴转动时，流体与桨叶之间发生相互作用力。
但叶片式的螺旋桨目前存在两方面的弊端，一方面是高速旋转的薄片式叶片会对其接触到的物体产生非常可怕的“杀伤力”，对接触到的物体伤害是毁灭性的，尤其是当前航模飞机、旋翼无人机等飞机大量使用，安全方面已经成为一个不得不重视的问题；另一方面，高速旋转的薄片式叶片会产生很大的噪音，是城市噪声污染的一个来源。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种航行器。
本申请公开了一种航行器，包含机体、控制器、驱动器、能源装置和螺旋桨，控制器和能源装置安装于机体内，螺旋桨通过驱动器与机体相连，所述螺旋桨包含驱动轴、桨轴和桨棒，桨轴与驱动轴固连，在驱动轴上沿圆周方向均布，桨棒为回转体，表面具有螺旋沟槽，桨棒数量与桨轴相对应，套于桨轴上。
根据本申请的至少一个实施方式，所述桨棒为圆柱体。
根据本申请的至少一个实施方式，所述桨棒为台锥体，且细端位于接近驱动轴的位置。
根据本申请的至少一个实施方式，所述桨棒为多个圆柱体和台锥体的组合体。
根据本申请的至少一个实施方式，所述桨棒表面具有螺旋凸起。
根据本申请的至少一个实施方式，所述桨棒与桨轴通过轴承配合。
根据本申请的至少一个实施方式，所述桨轴与桨棒的数量大于或等于两个。
根据本申请的至少一个实施方式，所述桨棒上的螺旋沟槽和凸台特征的螺距沿远离驱动轴方向逐渐增加。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的航行器，其螺旋桨包括带螺旋沟槽和/或螺旋凸起特征的桨棒，使用遇到气流时自动旋转，进一步利用马格努斯效应产生推力，采用桨棒极大降低对所触及人或物的杀伤力，同时采用桨棒会降低旋转时的自激振荡带来的噪声；本申请结构简单、安全、可靠，在运输、航拍、潜航和竞技术体育运动中具有非常广阔的应用前景。
附图说明
图1是本申请航行器采用圆柱体桨棒螺旋桨的结构原理图；
图2是本申请航行器采用台锥体桨棒螺旋桨的结构原理图；
图3是本申请航行器的圆柱体桨棒螺旋桨的结构原理图；
图4是本申请航行器的台锥体桨棒螺旋桨的结构原理图
其中：
1-驱动轴；2-桨轴；3-桨棒，4-机体。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。
首先需要说明的是，马格努斯效应是流体力学当中的一种普遍现象，一个物体在流体中转动，会受到一个特殊的流体力，其科学的解释为：当一个旋转物体的旋转角速度矢量与物体的飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平面相垂直的方向上将产生一个横向力。例如旋转的乒乓球运动轨迹会发生漂移，足球场上的香蕉球效应等。参照马格努斯效应原理，本申请提供一种航行器，螺旋桨无薄叶片结构特征，其旋转时不会对所触及到的人或物产生割裂性的伤害，同时在其高速旋转时，自身振动和桨尖音爆产生的噪声远低于薄片式结构产生的噪声，能够桨叶片噪声降低至1/3。
下面结合附图1-图4对本申请的航行器进一步详细说明。
实施例一：
本实施例为一种四旋翼航行器，包含机体4、控制器、驱动器、能源装置和螺旋桨，机体为正方形框架结构，控制器中有陀螺仪、加速度计、地磁感应、气压传感器、超声波传感器、光流传感器、GPS模块以及控制电路，通过控制器调整航行器的驱动器输出功率，实现对航行器的姿态控制。能源装置为锂电池，控制器和能源装置安装于机体4的框架结构内，驱动器为电机，安装于机体的正方形框架的四个角部，电机输出轴和螺旋桨驱动轴1相连，
螺旋桨包含驱动轴1、桨轴2和桨棒3，桨轴2与驱动轴1固连，在驱动轴1上沿圆周方向均布，桨棒3为回转体，表面具有螺旋沟槽特征，桨棒3数量为两个，桨轴2数量为两个，桨棒套于桨轴2上。
进一步地，桨棒3可以为圆柱体。
进一步地，桨棒3表面还可以具有螺旋凸起特征，有助于进一步增加桨棒3绕桨轴2自转的动力。
进一步地，桨棒3与桨轴2通过轴承配合。
驱动轴1带动桨轴2和桨棒3绕驱动轴1转动时，气流流过桨棒3表面的螺旋沟槽和螺旋凸起，从面带动桨棒3绕桨轴1自转，桨棒3自转后，由于马格努斯效应，桨棒3会产生沿驱动轴1轴向的气动力，进一步对航行器产生拉力或升力。
桨棒3上的螺旋沟槽和凸台特征的螺距沿远离转轴1方向逐渐增加。由于桨棒3在驱动轴1的带动下旋转时，远离驱动轴1一端表面流过的气流速度更大，减少沟槽和凸台的数量，有助于获得更大的马格努斯效应力，提高螺旋桨的拉力，进一步提高飞机的承载能力。
实施例二：
本实施例为一种三旋翼航行器，包含机体4、控制器、驱动器、能源装置和螺旋桨，机体为三角形框架结构，控制器中有陀螺仪、加速度计、地磁感应、气压传感器、超声波传感器、光流传感器、GPS模块以及控制电路，通过控制器调整航行器的驱动器输出功率，实现对航行器的姿态控制。能源装置为锂电池，控制器和能源装置安装于机体4的框架结构内，驱动器为电机，安装于机体的正方形框架的四个角部，电机输出轴和螺旋桨驱动轴1相连。
螺旋桨包含驱动轴1、桨轴2和桨棒3，桨轴2与驱动轴1固连，在驱动轴1上沿圆周方向均布，桨棒3为回转体，表面具有螺旋沟槽特征，桨棒3数量为三个，桨轴2数量为三个，桨棒套于桨轴2上。
桨棒3为台锥体，且细端位于接近驱动轴1的位置。在相同的自转速度下，桨棒3的直径越大，表面线速度越大，能够获得的马格努斯效应力越大，同时表面的螺旋沟槽特征能够产生的自转力矩越大。
进一步地，桨棒3表面具有螺旋凸起特征，有助于进一步增加桨棒3绕桨轴2自转的动力。
进一步地，桨棒3与桨轴2通过轴承配合。
驱动轴1带动桨轴2和桨棒3绕驱动轴1转动时，气流流过桨棒3表面的螺旋沟槽和螺旋凸起，从面带动桨棒3绕桨轴1自转，桨棒3自转后，由于马格努斯效应，桨棒3会产生沿驱动轴1轴向的气动力，进一步对航行器产生拉力或升力。
桨棒3上的螺旋沟槽和凸台特征的螺距沿远离转轴1方向逐渐增加。由于桨棒3在驱动轴1的带动下旋转时，远离驱动轴1一端表面流过的气流速度更大，减少沟槽和凸台的数量，有助于获得更大的马格努斯效应力，提高螺旋桨的拉力，进一步提高航行器的运载能力。
综上所述，本申请的航行器，其螺旋桨包括带螺旋沟槽和/或螺旋凸起特征的桨棒，使用遇到气流时自动旋转，进一步利用马格努斯效应产生推力，采用桨棒极大降低对所触及人或物的杀伤力，同时采用桨棒会降低旋转时的自激振荡带来的噪声；本申请结构简单、安全、可靠，在运输、航拍、潜航和竞技术体育运动中具有非常广阔的应用前景。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种航行器，其特征在于：包含机体(4)、控制器、驱动器、能源装置和螺旋桨，控制器和能源装置安装于机体(4)内，螺旋桨通过驱动器与机体(4)相连，所述螺旋桨包含驱动轴(1)、桨轴(2)和桨棒(3)，桨轴(2)与驱动轴(1)固连，在驱动轴(1)上沿圆周方向均布，桨棒(3)为回转体，表面具有螺旋沟槽，桨棒(3)数量与桨轴(2)相对应，套于桨轴(2)上。
2.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述桨棒(3)为圆柱体。
3.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述桨棒(3)为台锥体，且细端位于接近驱动轴(1)的位置。
4.根据权利要求1所述的航行器，其特征在于，所述桨棒(3)为多个圆柱体和台锥体的组合体。
5.根据权利要求1-4任一项所述的航行器，其特征在于，所述桨棒(3)表面具有螺旋凸起。
6.根据权利要求5所述的航行器，其特征在于，所述桨棒(3)与桨轴(2)通过轴承配合。
7.根据权利要求6所述的航行器，其特征在于，所述桨轴(2)与桨棒(3)的数量大于或等于两个。
8.根据权利要求7所述的航行器，其特征在于，所述桨棒(3)上的螺旋沟槽和凸台特征的螺距沿远离驱动轴(1)方向逐渐增加。
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