CN110155312B - 一种多旋翼载人飞行器的电池仓及包含该电池仓的载人飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多旋翼载人飞行器的电池仓，电池仓包括上层可翻盖盖板、骨架上层边缘基板、分电模块、田字型金属骨架、电池模组、飞控模块和下层基板，上层可翻盖盖板和骨架上层边缘基板设置在田字型金属骨架上表面，下层基板固定在田字型金属骨架下表面，四者围成四象限的内部空间，四组电池模组分别固定安装在每个象限的内部空间，每组电池模组对应的上层可翻盖盖板上固定安装两个分电模块，每个分电模块上设置有导电铜排，上层可翻盖盖板与田字型金属骨架的两侧可转动连接，当上层可翻盖盖板翻下后，导电铜排即可与分电模块上的导电铜排连通；飞控模块固定在下层基板的下表面。该电池仓结构牢固，操作便捷，维护方便。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种多旋翼载人飞行器的电池仓及包含该电池仓的载人飞行器。
背景技术
多旋翼载人飞行器在低空交通领域有广阔的应用前景。现有的多旋翼载人飞行器以动力能源形式为依据，主要分为电驱动和油电混合驱动。电驱多旋翼载人飞行器具有清洁环保、维护方便等优势。电驱多旋翼飞行器的整机架构与电池仓布局密不可分，现有的架构方案以座舱与桨平面的相对位置为依据，主要分为两类：一类是座舱在电池仓以上，电池仓包裹在主框架内，主框架与安装有升力组件(电机和螺旋桨)的机臂相连，以CN205311899U为代表；另一类是座舱在电池仓以下，电池仓与主框架设计一起，同样的，主框架与安装有升力组件的机臂相连，以CN 206750136U为代表。在第一类整机架构中，座舱布局在电池仓以上，优点是机动性能和操控性能好，缺点是存在很大的致命性安全隐患，比如空中射桨时可能会直击座舱，在桨叶转速失控时乘客不便逃生。在第二类架构中，座舱布局在电池仓以下，优点是飞机姿态稳定性好，安全等级高，缺点是电池的取放不够便捷，结构设计难度较大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种多旋翼载人飞行器的电池仓及包含该电池仓的载人飞行器，该飞行器力学性能好、长航时、载重大、安全性更好。
本发明的目的通过如下的技术方案来实现：
一种多旋翼载人飞行器的电池仓，其特征在于，所述的电池仓包括上层可翻盖盖板、骨架上层边缘基板、分电模块、田字型金属骨架、电池模组、飞控模块和下层基板，所述的上层可翻盖盖板和所述的骨架上层边缘基板设置在所述的田字型金属骨架上表面，所述的下层基板固定在所述的田字型金属骨架下表面，所述的上层可翻盖盖板、骨架上层边缘基板、田字型金属骨架和下层基板围成四象限的内部空间，四组电池模组分别固定安装在每个象限的内部空间，每组电池模组对应的上层可翻盖盖板上固定安装两个分电模块，每个分电模块上设置有导电铜排，上层可翻盖盖板与田字型金属骨架的两侧可转动连接，当上层可翻盖盖板翻下后，导电铜排即可与分电模块上的导电铜排连通；所述的飞控模块固定在下层基板的下表面。
进一步地，所述的田字型金属骨架由铝合金、镁铝合金或碳钢制成。
进一步地，所述的上层边缘基板和下层基板均由碳纤维复合材料制成。
进一步地，所述的田字型金属骨架由外围一圈的骨架侧板、骨架纵梁、骨架横梁和十字架组成，各部件间均为可拆卸连接。
进一步地，所述的骨架侧板的内侧面均匀设置若干骨架挂耳，用于连接座舱。
进一步地，所述的骨架侧板和十字架的内侧面上还设置若干个电池安装位。
一种多旋翼载人飞行器，其特征在于，该飞行器包括上述的的电池仓，所述的飞行器还包括动力模块、电池仓、座舱和起落架四部分，所述的动力模块与所述的电池仓直接相连，且两者布置在同一高度，形成一个飞行平台；所述的座舱固定在所述的电池仓下方，所述的起落架安装在所述的座舱底部。
本发明的有益效果如下：
本发明的多旋翼载人飞行器的电池仓采用田字型金属骨架，使得电池仓的整体结构牢固，刚强度高，通过上层可翻盖盖板使得电池模组25的取放更方便，飞控模块固定在下层基板的下表面，方便检修；且该电池仓可直接与动力模块相连，缩短动力线缆的长度。
附图说明
图1是本发明的多旋翼载人飞行器的整机结构示意图；
图2是本发明的多旋翼载人飞行器的整机结构侧视图；
图3是机臂向下折叠后的结构示意图；
图4是电池仓的结构示意图；
图5是电池仓在电池盖板打开后的状态示意图；
图6是电池仓田字型骨架的结构示意图；
图中，1-动力模块，2-电池仓，3-座舱，4-起落架，11-动力组件，12-机臂组件，21-上层可翻盖盖板，22-骨架上层边缘基板，23-分电模块，24-田字型金属骨架，25-电池模组，26-飞控模块，27-下层基板，31-座椅，111-电机座，112-电机，113-电调，114-螺旋桨，121-机臂管，122-Y型连接件，241-骨架侧板，242-骨架纵梁，243-骨架横梁，244-十字架，245-骨架挂耳，246-电池安装位
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，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。
如图1所示，多旋翼载人飞行器包括动力模块1、电池仓2、座舱3和起落架4四部分，动力模块1与电池仓2直接相连，在布局上位于同一高度，形成一个飞行平台；座舱3位于电池仓2的下方，起落架4安装在座舱3的下方。这样的整机布局使得桨平面位于座舱的上方，避免了潜在的桨叶射出带来的伤害；同时，这可以使得整机重心低于桨平面，有利于飞行姿态的稳定；另外，这还可以缩短动力线缆的长度，具有模块化设计和维修方便等优点。
如图1和2所示，动力模块1有四个，分别固定在电池仓2的四个直角处，动力模块1包括动力组件11和机臂组件12，机臂组件12包括Y型连接件122以及连接在Y型连接件122两个分叉上的两个机臂管121，每个机臂管121的端部固定一套动力组件11，动力组件11包括电机座111、电机112、电调113和螺旋桨114，电机座111固定在机臂管121的端部，电机座111内部安装电调113，电机座111的上下端面分别安装一电机112，每个电机112带动一个螺旋桨114，从而配置成八轴十六桨的形式。通过在每一组动力组件11末端采用了上下共轴安装两套电机螺旋桨的形式，使得在飞行器的有限设计尺寸范围内带来航时和载重的较大提升，同时做到了动力系统的安全冗余。
为了便于飞行器的收纳和运输，如图3所示，Y型连接件122的两个分叉上连接的两个机臂管121相对于Y型连接件122可向下折叠。在机臂展开时飞行器处于飞行状态，在机臂向下折叠时飞行器处于收纳状态，折叠后整机尺寸大大缩小，便于在地面的包装运输。两个机臂管121之间的夹角与整机轴距、机臂长度、桨叶直径等设计参数相关，优选角度45°≤α≤135°。为了保持刚强度，同时兼顾轻量化要求，机臂管121由碳纤维复合材料制成。
本发明的飞行器的电池仓2与动力模块1和座舱3直接相连，它不仅需要承担动力模块1产生的巨大弯矩，而且还受承受电池的自重和座舱及乘客的重量，同时还需满足飞行器设计的轻量化要求，同时兼顾操作便捷性。
如图4-6所示，电池仓2包括上层可翻盖盖板21、骨架上层边缘基板22、分电模块23、田字型金属骨架24、电池模组25、飞控模块26和下层基板27，上层可翻盖盖板21和骨架上层边缘基板22设置在田字型金属骨架24上表面，下层基板27固定在所述的田字型金属骨架22下表面，上层可翻盖盖板21、骨架上层边缘基板22、田字型金属骨架24和下层基板27围成四象限的内部空间，四组电池模组23分别固定安装在每个象限的内部空间，每组电池模组23对应的上层可翻盖盖板21上固定安装两个分电模块23，每个分电模块上设置有导电铜排，上层可翻盖盖板21与田字型金属骨架24的两侧通过合页可转动连接，当上层可翻盖盖板21翻下后，导电铜排即可与分电模块23上的导电铜排通过螺钉连通，进行电池模组25与外部电机的导电汇流；飞控模块26固定在下层基板27的下表面，便于从座舱3中对其进行检修。
本发明的电池仓2的上层边缘基板22、下层基板27和田字型金属骨架24均参与受力，需承担动力模块1产生的巨大弯矩、电池的自重、座舱及乘客的重量，具备一定的刚强度，同时又要满足飞行器轻量化的要求，因此，田字型金属骨架24由铝合金、镁铝合金、碳钢等制成，上层边缘基板22、下层基板27采用碳纤维复合材料制成。上层可翻盖盖板21的设计也便于电池模组25的取放。
田字型金属骨架24由外围一圈的骨架侧板241、骨架纵梁242、骨架横梁243和十字架244组成，采用拆分部件的形式，为了便于固定安装下方的座舱3，骨架侧板241的内侧面上均匀设置若干个骨架挂耳245，从而将座舱3和乘客的重量均匀地分布田字型金属骨架22上，同时座舱3本身的机舱结构也可对电池仓2进行刚度加强；为了便于固定电池模组25，骨架侧板241的内表面和十字架244侧面若干个电池安装位246，防止电池模组25在飞行器飞行过程中发生晃动。
座舱3内安装座椅，座舱3的顶面即为电池仓2的下表面，起落架4对称安装在座舱3的两侧。
在本发明的实施过程中，结构设计结合有限元仿真分析，对电池仓2在受力情况下进行刚强度的仿真。结合有限元分析的结果，设计时可将材料尽量堆积在受力较大的部分和关键的能量传递路径上，对剩下的部位做掏空处理，以达到轻量化的目标。
本发明在多旋翼载人飞行器的动力架构和结构布局上实现上长航时和大载重的兼容，同时又具有到一定的安全性能和姿态稳定性能；在结构设计上通过Y型折叠机臂+田字型金属骨架的结构设计，兼容了结构紧凑性和力学性能的要求，同时做到模块化布局，维修简便，具有很高的工程实现价值。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多旋翼载人飞行器的电池仓，其特征在于，所述的电池仓（2）包括上层可翻盖盖板（21）、骨架上层边缘基板（22）、分电模块（23）、田字型金属骨架（24）、电池模组（25）、飞控模块（26）和下层基板（27）；所述的上层可翻盖盖板（21）和所述的骨架上层边缘基板（22）设置在所述的田字型金属骨架（24）上表面，所述的下层基板（27）固定在所述的田字型金属骨架（24）下表面，所述的上层可翻盖盖板（21）、骨架上层边缘基板（22）、田字型金属骨架（24）和下层基板（27）围成四象限的内部空间，四组电池模组（25）分别固定安装在每个象限的内部空间，每组电池模组（25）对应的上层可翻盖盖板（21）上固定安装两个分电模块（23），每个分电模块上设置有导电铜排，上层可翻盖盖板（21）与田字型金属骨架（24）的两侧可转动连接，当上层可翻盖盖板（21）翻下后，导电铜排即可与分电模块（23）上的导电铜排连通；所述的飞控模块（26）固定在下层基板（27）的下表面；
所述的田字型金属骨架（24）由铝合金、镁铝合金或碳钢制成；
所述的田字型金属骨架（24）由外围一圈的骨架侧板（241）、骨架纵梁（242）、骨架横梁（243）和十字架（244）组成，各部件间均为可拆卸连接；
所述的骨架侧板（241）的内侧面均匀设置若干骨架挂耳（245），用于连接座舱（3）；
所述的骨架侧板（241）和十字架（244）的内侧面上还设置若干个电池安装位（246）。
2.根据权利要求1所述的多旋翼载人飞行器的电池仓，其特征在于，所述的上层边缘基板（22）和下层基板（27）均由碳纤维复合材料制成。
3.一种多旋翼载人飞行器，其特征在于，该飞行器包括权利要求1-2中任一项的电池仓，所述的飞行器还包括动力模块（1）、电池仓（2）、座舱（3）和起落架（4）四部分，所述的动力模块（1）与所述的电池仓（2）直接相连，且两者布置在同一高度，形成一个飞行平台；所述的座舱（3）固定在所述的电池仓（2）下方，所述的起落架（4）安装在所述的座舱（3）底部。
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| GR01 | Patent grant | ||
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