CN110481767B - 一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器及使用方法，它包括机身，所述机身的内部安装有传动机构，所述传动机构上安装有变螺距机构，所述传动机构与安装在机身上的动力装置配合相连，并提供飞行的动力。通过提高续航时间以提高无人机的作业时间提高作业效率；稳定性增强有助于提高飞行器的抗风性，使得飞行更加安全降低因环境因素造成的坠机事故；响应速度提高使得无人机更容易操控，更易在复杂环境下运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种四旋翼飞行器，尤其是一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器及使用方法。
背景技术
无人机已经发展了几年了，不过无人机的技术目前还有很多技术局限，无人机续航就是一大难题。现在约束无人机发展的最大要素是续航时刻与载荷量。处理这两个问题现在只要改变动力源，如选用燃油驱动的方法，将电机变为发动机，进而将电换成油。用传统的有用的方法来处理无人机载重与续航的瓶颈。燃油动力多旋翼无人机其选用多个发动机带动螺旋桨旋转来提供动力。依据其结构的不同，可将其分为两大类：燃油直驱多旋翼与燃油变距多旋翼。所谓油动直驱多旋翼，就是直接经过改动发动机的转速来操控无人机的姿势飞翔。其与电动多旋翼的驱动方法及原理是根本相同。燃油直驱多旋翼无人机有效的处理了无人机载重与续航的难题。不过处理了旧的问题，新的问题也会呈现，比如发动机寿命短、抗风性比较差、响应速度慢、振荡大，一起发动对飞控的影响也非常大，短时刻里飞翔可能不会呈现问题，但飞翔时刻一旦过长，其对飞控的影响就显得越来越显着，安全性有待考证。油动变距多旋翼不同于油动直驱多旋翼的地方便是其控制升力大小的方法。油动变距是通过改变桨的螺距来改变其升力的大小，其响应速度要比油动直驱改变油门的大小要快很多，抗风性强。同时，油动变距相比于油动直驱，对发动机的寿命不会减短，其转速一直恒定在发动机的最佳转速状态。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种续航时间长、稳定性强、响应速度快、便携的四旋翼飞行器。通过提高续航时间以提高无人机的作业时间提高作业效率；稳定性增强有助于提高飞行器的抗风性，使得飞行更加安全降低因环境因素造成的坠机事故；响应速度提高使得无人机更容易操控，更易在复杂环境下运行。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，它包括机身，所述机身的内部安装有传动机构，所述传动机构上安装有变螺距机构，所述传动机构与安装在机身上的动力装置配合相连，并提供飞行的动力。
所述机身包括底层板，所述底层板的顶部通过多根支撑立柱固定有一层板，所述传动机构安装在底层板和一层板之间；所述一层板的顶部支撑有二层板，所述二层板的顶部支撑有三层板；在二层板和三层板之间安装有用于控制无人机的飞控装置；所述底层板的四个顶角位置通过快拆折叠机构安装有悬臂，所述悬臂上安装有起落架机构，所述变螺距机构安装在悬臂的末端。
所述底层板上固定安装有动力装置的电池，并通过一层板作为电池护板，所述飞控装置包括无人机的MCU以及电控系统；所述三层板的顶部固定安装有GPS模块。
所述快拆折叠机构包括卡口支架，所述卡口支架设置在底层板的四个顶角位置，所述一层板与卡口支架相配合的四角加工有安装缺口；所述卡口支架上通过螺纹套管配合安装有悬臂，所述卡口支架的尾部通过铰链连接环与铰接在底层板上的固定铰链铰接，并能够90°旋转实现悬臂的折叠。
所述起落架机构包括安装在悬臂上固定环，所述固定环上铰接有支腿，所述支腿和悬臂之间安装有支腿连杆，在支腿的底部末端安装有缓冲球。
所述传动机构包括主动齿轮，所述主动齿轮安装在动力装置的无刷电机的输出轴上，所述主动齿轮同时与四个从动齿轮啮合传动，所述从动齿轮所在的齿轮轴上安装有小同步带轮，所述小同步带轮通过同步带与大同步带轮啮合并构成带轮传动；大同步带轮通过螺旋桨轴安装在铝连接头之间，实现将无刷电机的动力传动到四个螺旋桨轴，所述铝连接头上安装有用于对同步带夹紧导向的导向滑轮。
四组所述带轮传动中，其中的一个对角的两对带轮传动需将同步带扭转成“8字型”使得的小同步带轮与大同步带轮旋向相反。
所述变螺距机构包括舵机安装支架，所述舵机安装支架将标准舵机安装在快拆折叠机构的悬臂上，并靠近铝连接头所在的位置，所述标准舵机的舵臂上安装有球头螺柱，所述球头螺柱的顶端通过球头连杆杆端铰接有连杆，所述连杆的另一端与活动角件的侧壁铰接，所述活动角件的另一端与活动连接件铰接，所述活动连接件与传动机构的螺旋桨轴构成轴向滑动配合，所述活动连接件通过变距连杆与安装在螺旋桨变距转轴上的叶片连接件铰接，所述叶片连接件上安装有螺旋桨叶片，并通过变距连杆拉动叶片连接件带动螺旋桨叶片绕螺旋桨变距转轴转动，进而改变螺旋桨叶片的倾斜程度。
所述动力装置包括动力供应装置以及无刷电机；所述动力供应装置包括油电混合总成、多块电池以及启动器和控制器，所述油电混合总成采用上飞航空油电混合动力总成F2400作为四旋翼的动力源；油电混合总成通过汽油发动机带动发电机发电通过整流器后一部分用于直接驱动无刷电机旋转，多余的用于电池的充电，使用油电混合总成的无人机在执行飞行任务前不需对锂电池充电可以随时起飞。
任意一项所述基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器的折叠收纳使用方法，它包括以下步骤：
Step1：将飞行器停止运行降落在安全位置，关闭电源；
Step2：分别将飞行器四个螺旋桨叶片向内折，使其与悬臂相平行；
Step3：分别将飞行器四个悬臂上的螺纹套管旋松，将卡口支架向远离机身主体部分拉动使其脱离机身底层板的卡口，将悬臂向上掰动，使其绕铰链转动至竖直位置；
Step4：分别将飞行器四个悬臂上的起落架支腿收起，使其与悬臂平行；
Step5：行器折叠完成，收纳放入包中。
本发明有如下有益效果：
本发明续航时间长、稳定性强、响应速度快、便携性好。通过提高续航时间以提高无人机的作业时间提高作业效率；稳定性增强有助于提高飞行器的抗风性，使得飞行更加安全降低因环境因素造成的坠机事故；响应速度提高使得无人机更容易操控，更易在复杂环境下运行。可以通过挂载不同的执行装置用于执行不同的任务，用于执行城市发杂环境的小型快递的投放、输电线路的巡检、输电线路爆破除冰投放爆破装置等任务。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的整体结构图。
图2为本发明的机身结构图。
图3为本发明的传动机构结构图。
图4为本发明的变螺距机构结构图。
图5为本发明的折叠收纳后结构图。
图中：机身10、传动机构20、变螺距机构30、动力装置40；
底层板101、一层板102、二层板103、三层板104、铜柱105、卡口支架106、螺纹套管107、悬臂108、固定环109、支腿连杆110、支腿111、缓冲球112、固定铰链113、铰链连接环114；
主动齿轮201、从动齿轮202、小同步带轮203、齿轮轴204、同步带205、 U型支架206、导向滑轮轴207、铝连接头208、导向滑轮209、螺旋桨转轴210、大同步带轮211；
舵机安装支架301、标准舵机302、舵臂303、球头螺柱304、球头连杆杆端305、连杆306、活动角件307、活动连接件308、变距连杆309、螺旋桨变距转轴310、叶片连接件311、螺旋桨叶片312；
电池401、无刷电机402、油电混合总成403。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
参见图1-5，一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，它包括机身10，所述机身10的内部安装有传动机构20，所述传动机构20上安装有变螺距机构30，所述传动机构20与安装在机身10上的动力装置40配合相连，并提供飞行的动力。通过采用上述结构的变螺距四旋翼飞行器，其采用油电混合的工作模式，进而大大的提高了续航能力，通过采用变螺距机构30能够大大的提高飞行器的响应速度，使其更易在复杂环境下运行。而且上述的飞行器可以通过挂载不同的执行装置用于执行不同的任务，用于执行城市发杂环境的小型快递的投放、输电线路的巡检、输电线路爆破除冰投放爆破装置等任务。
进一步的，所述机身10包括底层板101，所述底层板101的顶部通过多根支撑立柱固定有一层板102，所述传动机构20安装在底层板101和一层板102之间；所述一层板102的顶部支撑有二层板103，所述二层板103的顶部支撑有三层板104；在二层板103和三层板104之间安装有用于控制无人机的飞控装置；所述底层板101的四个顶角位置通过快拆折叠机构安装有悬臂108，所述悬臂108上安装有起落架机构，所述变螺距机构30安装在悬臂108的末端。通过采用上述结构的机身10主要用于搭载整个飞行器的装置。
进一步的，所述底层板101上固定安装有动力装置40的电池401，并通过一层板102作为电池护板，所述飞控装置包括无人机的MCU以及电控系统；所述三层板104的顶部固定安装有GPS模块。通过上述的飞控装置主要用于控制飞行器的飞行。
进一步的，所述快拆折叠机构包括卡口支架106，所述卡口支架106设置在底层板101的四个顶角位置，所述一层板102与卡口支架106相配合的四角加工有安装缺口；所述卡口支架106上通过螺纹套管107配合安装有悬臂108，所述卡口支架106的尾部通过铰链连接环114与铰接在底层板101上的固定铰链113铰接，并能够90°旋转实现悬臂108的折叠。
进一步的，所述起落架机构包括安装在悬臂108上固定环109，所述固定环109上铰接有支腿111，所述支腿111和悬臂108之间安装有支腿连杆110，在支腿111的底部末端安装有缓冲球112。上述的起落架机构能够方便的折叠和收纳，而且通过上述的支腿111能够对整个飞机进行支撑，而且通过缓冲球112能够起到缓冲的目的。
进一步的，所述传动机构20包括主动齿轮201，所述主动齿轮201安装在动力装置40的无刷电机402的输出轴上，所述主动齿轮201同时与四个从动齿轮202啮合传动，所述从动齿轮202所在的齿轮轴204上安装有小同步带轮203，所述小同步带轮203通过同步带205与大同步带轮210啮合并构成带轮传动；大同步带轮211通过螺旋桨轴210安装在铝连接头208之间，实现将无刷电机402的动力传动到四个螺旋桨轴210，所述铝连接头208上安装有用于对同步带205夹紧导向的导向滑轮209。通过上述的传动机构20主要用于将动力装置40的动力传递给变螺距机构30，进而通过变螺距机构30实现飞行器的飞行动力。具体工作过程中，通过无刷电机402将驱动主动齿轮201，进而通过主动齿轮201带动同步带205，通过同步带205驱动小同步带轮203，再由小同步带轮203驱动螺旋桨轴210，并最终驱动变螺距机构30。
进一步的，四组所述带轮传动中，其中的一个对角的两对带轮传动需将同步带205扭转成“8字型”使得的小同步带轮203与大同步带轮211旋向相反。进行保证了飞行器相对角位置的两个螺旋桨转轴211能够反向转动最终保证其正常的飞行过程。
进一步的，所述变螺距机构30包括舵机安装支架301，所述舵机安装支架301将标准舵机302安装在快拆折叠机构的悬臂108上，并靠近铝连接头208所在的位置，所述标准舵机302的舵臂303上安装有球头螺柱304，所述球头螺柱304的顶端通过球头连杆杆端305铰接有连杆306，所述连杆306的另一端与活动角件307的侧壁铰接，所述活动角件307的另一端与活动连接件308铰接，所述活动连接件308与传动机构20的螺旋桨轴210构成轴向滑动配合，所述活动连接件308通过变距连杆309与安装在螺旋桨变距转轴310上的叶片连接件311铰接，所述叶片连接件311上安装有螺旋桨叶片312，并通过变距连杆309拉动叶片连接件311带动螺旋桨叶片312绕螺旋桨变距转轴310转动，进而改变螺旋桨叶片312的倾斜程度。通过调节舵机从而达到改变螺距的目的，提高飞行器的响应速度。
进一步的，所述动力装置40包括动力供应装置以及无刷电机402；所述动力供应装置包括油电混合总成403、多块电池401以及启动器和控制器，所述油电混合总成403采用上飞航空油电混合动力总成F2400作为四旋翼的动力源；油电混合总成403通过汽油发动机带动发电机发电通过整流器后一部分用于直接驱动无刷电机402旋转，多余的用于电池401的充电，使用油电混合总成403的无人机在执行飞行任务前不需对锂电池充电可以随时起飞。
进一步的，所述电池401采用4000mah的6S锂电池，无刷电机402选择中山枭鹰动力EA系列无刷电机EA60KV170。
实施例2：
任意一项所述基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器的折叠收纳使用方法，它包括以下步骤：
Step1：将飞行器停止运行降落在安全位置，关闭电源；
Step2：分别将飞行器四个螺旋桨叶片312向内折，使其与悬臂108相平行；
Step3：分别将飞行器四个悬臂上的螺纹套管107旋松，将卡口支架106向远离机身主体部分拉动使其脱离机身底层板101的卡口，将悬臂108向上掰动，使其绕铰链转动至竖直位置；
Step4：分别将飞行器四个悬臂上的起落架支腿111收起，使其与悬臂平行；
Step5：行器折叠完成，收纳放入包中。
Claims (7)
1.一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，其特征在于：它包括机身（10），所述机身（10）的内部安装有传动机构（20），所述传动机构（20）上安装有变螺距机构（30），所述传动机构（20）与安装在机身（10）上的动力装置（40）配合相连，并提供飞行的动力；
所述机身（10）包括底层板（101），所述底层板（101）的顶部通过多根支撑立柱固定有一层板（102），所述传动机构（20）安装在底层板（101）和一层板（102）之间；所述一层板（102）的顶部支撑有二层板（103），所述二层板（103）的顶部支撑有三层板（104）；在二层板（103）和三层板（104）之间安装有用于控制无人机的飞控装置；所述底层板（101）的四个顶角位置通过快拆折叠机构安装有悬臂（108），所述悬臂（108）上安装有起落架机构，所述变螺距机构（30）安装在悬臂（108）的末端；
所述底层板（101）上固定安装有动力装置（40）的电池（401），并通过一层板（102）作为电池护板，所述飞控装置包括无人机的MCU以及电控系统；所述三层板（104）的顶部固定安装有GPS模块；
所述变螺距机构（30）包括舵机安装支架（301），所述舵机安装支架（301）将标准舵机（302）安装在快拆折叠机构的悬臂（108）上，并靠近铝连接头（208）所在的位置，所述标准舵机（302）的舵臂（303）上安装有球头螺柱（304），所述球头螺柱（304）的顶端通过球头连杆杆端（305）铰接有连杆（306），所述连杆（306）的另一端与活动角件（307）的侧壁铰接，所述活动角件（307）的另一端与活动连接件（308）铰接，所述活动连接件（308）与传动机构（20）的螺旋桨轴（210）构成轴向滑动配合，所述活动连接件（308）通过变距连杆（309）与安装在螺旋桨变距转轴（310）上的叶片连接件（311）铰接，所述叶片连接件（311）上安装有螺旋桨叶片（312），并通过变距连杆（309）拉动叶片连接件（311）带动螺旋桨叶片（312）绕螺旋桨变距转轴（310）转动，进而改变螺旋桨叶片（312）的倾斜程度。
2.根据权利要求1所述一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，其特征在于：所述快拆折叠机构包括卡口支架（106），所述卡口支架（106）设置在底层板（101）的四个顶角位置，所述一层板（102）与卡口支架（106）相配合的四角加工有安装缺口；所述卡口支架（106）上通过螺纹套管（107）配合安装有悬臂（108），所述卡口支架（106）的尾部通过铰链连接环（114）与铰接在底层板（101）上的固定铰链（113）铰接，并能够90°旋转实现悬臂（108）的折叠。
3.根据权利要求1所述一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，其特征在于：所述起落架机构包括安装在悬臂（108）上固定环（109），所述固定环（109）上铰接有支腿（111），所述支腿（111）和悬臂（108）之间安装有支腿连杆（110），在支腿（111）的底部末端安装有缓冲球（112）。
4.根据权利要求1所述一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，其特征在于：所述传动机构（20）包括主动齿轮（201），所述主动齿轮（201）安装在动力装置（40）的无刷电机（402）的输出轴上，所述主动齿轮（201）同时与四个从动齿轮（202）啮合传动，所述从动齿轮（202）所在的齿轮轴（204）上安装有小同步带轮（203），所述小同步带轮（203）通过同步带（205）与大同步带轮（211 ）啮合并构成带轮传动；大同步带轮（211）通过螺旋桨轴（210）安装在铝连接头（208）之间，实现将无刷电机（402）的动力传动到四个螺旋桨轴（210），所述铝连接头（208）上安装有用于对同步带（205）夹紧导向的导向滑轮（209）。
5.根据权利要求4所述一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，其特征在于：四组所述带轮传动中，其中的一个对角的两对带轮传动需将同步带（205）扭转成“8字型”使得的小同步带轮（203）与大同步带轮（211）旋向相反。
6.根据权利要求1所述一种基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器，其特征在于：所述动力装置（40）包括动力供应装置以及无刷电机（402）；所述动力供应装置包括油电混合总成（403）、多块电池（401）以及启动器和控制器，所述油电混合总成（403）采用上飞航空油电混合动力总成F2400作为四旋翼的动力源；油电混合总成（403）通过汽油发动机带动发电机发电通过整流器后一部分用于直接驱动无刷电机（402）旋转，多余的用于电池（401）的充电，使用油电混合总成（403）的无人机在执行飞行任务前不需对锂电池充电可以随时起飞。
7.权利要求1-6任意一项所述基于油电混合动力的可折叠变螺距四旋翼飞行器的折叠收纳使用方法，其特征在于它包括以下步骤：
Step1：将飞行器停止运行降落在安全位置，关闭电源；
Step2：分别将飞行器四个螺旋桨叶片（312）向内折，使其与悬臂（108）相平行；
Step3：分别将飞行器四个悬臂上的螺纹套管（107）旋松，将卡口支架（106）向远离机身主体部分拉动使其脱离机身底层板（101）的卡口，将悬臂（108）向上掰动，使其绕铰链转动至竖直位置；
Step4：分别将飞行器四个悬臂上的起落架支腿（111）收起，使其与悬臂平行；
Step5：行器折叠完成，收纳放入包中。
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