CN111071438A - 一种双涵道载人飞行器 - Google Patents

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    • B64C27/20—Rotorcraft characterised by having shrouded rotors, e.g. flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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Abstract

本发明设计飞行器技术领域，公开了一种双涵道载人飞行器，包括由机身蒙皮和机身框架围合成的机舱，机身框架内设有两个并列设置的涵道，涵道上下贯穿机身框架，涵道的边缘与机身蒙皮结合为一体；两个涵道内部均安装有旋翼及驱动其转动的电机；机舱内部设有载人舱，载人舱位于机舱的中部，两个涵道分别位于载人舱两侧，载人舱内安装有飞行器控制系统；机舱底部设有起落架。本发明涉及的双涵道载人飞行器，基于涵道风扇升力系统，采用双涵道串联式布局形式，稳定性强、垂直升降性能好，可以实现了前飞和侧飞等动作，可应用于高层火灾救援、给养运输、人员救助、反恐作战等方面，在军用和民用领域都有广阔的应用前景。

Description

一种双涵道载人飞行器
技术领域
本发明涉及载人飞行器技术领域，特别是指一种双涵道载人飞行器。
背景技术
现代无人机已经被广泛应用于农业植保、电力巡线、抢险救灾等方面，但由于固定翼无人机无法垂直起降，受空间限制，而多旋翼无人机又存在载重小，安全性差等缺点，因此无人机在应用场合受限。
例如，在消防领域，高层建筑消防一直是世界消防的瓶颈，世界上最高消防云梯112米，造价2000万元。但是，中国乃至世界，目前超越112米的高层建筑比比皆是，一旦超越112米高的建筑发生火灾，几乎还没有任何好的灭火与救援措施。何况，并不是所有的城市能够有能力购买这么昂贵的云梯长期存放。
我们现在的载人直升飞机及其他无人机由于螺旋桨的长度超越机身，也无法靠近建筑近距离灭火及救援，否则，螺旋桨会被建筑墙壁打坏，影响直升机及其他无人机的稳定，甚至机毁人亡。所以，直升飞机及普通螺旋桨无人机不能直接参与高层建筑的灭火。
因此，对于具备垂直起降性能且安全性好的飞行器需求非常迫切。
发明内容
本发明提出一种双涵道载人飞行器，解决了现有技术中载人直升飞机及其他无人机垂直起降性和安全性差的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种双涵道载人飞行器，包括机身框架，所述机身框架外侧安装有机身蒙皮，所述机身蒙皮将所述机身框架内部围合成为机舱，所述机身框架内设有两个并列设置的涵道，所述涵道上下贯穿所述机身框架，所述涵道的边缘与所述机身蒙皮结合为一体；所述两个涵道内部均安装有旋翼及驱动其转动的电机；所述机舱内部设有载人舱，所述载人舱位于所述机舱的中部，所述两个涵道分别位于所述载人舱两侧，所述载人舱内安装有所述飞行器的控制系统；所述机舱底部设有起落架。
作为优选的技术方案，所述机舱的形状是两侧采用与所述涵道形状相适应的弧形，中部通过平直的线条连接所述机舱两侧的弧形。
作为优选的技术方案，所述机舱的外边缘由内至外逐渐变窄。
作为优选的技术方案，所述起落架分别对称设置于所述机舱左下方和右下方。
作为优选的技术方案，所述机舱顶部设有所述载人舱的进舱口，所述机舱的两侧设有侧舱口。
作为优选的技术方案，所述载人舱外侧的机舱中设有大容量的储物舱。
作为优选的技术方案，所述飞行器控制系统包括APM2.6飞控板，所述APM2.6飞控板的PWM输出端与所述旋翼电机电连接。
本发明的有益效果在于：本发明涉及的双涵道载人飞行器，基于涵道风扇升力系统，采用双涵道串联式布局形式，稳定性强、垂直升降性能好，可以实现了前飞和侧飞等动作，可应用于高层火灾救援、给养运输、人员救助、反恐作战等方面，在军用和民用领域都有广阔的应用前景。
双涵道飞行器与传统的飞行器的优越性在于：
1.是具有优异的气动效率，相同桨盘载荷条件下，发动机功耗可降低一半；
2.具备垂直起降性能，可灵活实现悬停、并能实现悬停、侧飞等机动飞行。
3.气动效率高，留空时间更长。优化后最大巡航高度6000m。
4.安全性好，涵道将旋翼包裹，耐坠撞性能优异；操作安全，对周围人员和设备零伤害。
5.噪声低，涵道有效消除桨涡干扰，屏蔽螺旋桨噪声。
6.旋翼尺寸小，起降所需场地面积只相当于直升飞机10％。
7.使用维护成本更低，减轻用户的经济成本。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例结构示意图；
图2为图1的仰视图；
图3为本发明实施例的内部结构示意图；
图中，1-机舱；11-机身框架；12-机身蒙皮；101-进舱口；102-侧舱口；2-涵道；3-旋翼；4-起落架。
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，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1和图2所示，一种双涵道载人飞行器，包括机身框架11，机身框架11外侧安装有机身蒙皮12，机身蒙皮12将机身框架11内部围合成为机舱1，机身框架11内设有两个并列设置的涵道2，涵道2上下贯穿机身框架11，涵道2的边缘与机身蒙皮12结合为一体；两个涵道2内部均安装有旋翼3及驱动其转动的电机。
机舱1内部设有载人舱，载人舱位于机舱1的中部，两个涵道2分别位于载人舱两侧，载人舱内安装有飞行器控制系统；载人舱外侧的机舱1中设有大容量的储物舱。
机舱1顶部设有载人舱的进舱口101，机舱1的两侧设有侧舱口102。机舱1底部设有起落架4，为了保证飞行器的起降稳定性，起落架4分别对称设置于机舱1左下方和右下方。
为了优化机身外形，增大机舱的容量，机舱1的两侧为与涵道2形状相适应的弧形，中部通过平直的线条连接机舱1两侧的弧形。
为减小侧飞和前飞时外部气流对机身产生的空气阻力，减轻周围气流对飞行器的干扰，提升飞行器的抗风性能，机舱1的外边缘由内至外逐渐变窄，使机舱1边缘便于呈锥形。
飞行器控制系统包括APM2.6飞控板，APM2.6飞控板的PWM输出端与旋翼3电机电连接。
APM2.6飞控板上集成有主控芯片、PPM解码芯片、惯性测量单元、GPS导航模块、三轴磁力计模块、速度传感器、压力传感器、AD芯片、电源电路和接口电路。
主控芯片采用Atmega1280/2560芯片。
PPM解码芯片采用Atmega168/328，负责监视模式通道的pwm信号监测，以便在手动模式和其他模式之间进行切换，提高系统安全。
惯性测量单元，采用三轴陀螺和三轴加速度计芯片MPU-6000，测量三轴角速度，三轴加速度，配合三轴磁力计或gps测得方向数据进行校正，实现方向余弦算法，计算出飞机姿态。
三轴磁力计模块，采用HMC5843/5883模块，用于测量飞机当前的航向。
速度传感器用于测速，压力传感器用于测量空气压力。
AD芯片用于将惯性测量单元、压力传感器输出的模拟电压转换成数字量，以供后续计算。
本发明所涉及的双涵道飞行器的设计原理基于涵道风扇(Ducted Fan)，指在自由螺旋桨的外围设置涵道的一种推进装置。
涵道风扇螺旋桨的优点：由于叶尖处受涵道限制，冲击噪声减小。诱导阻力减少，而效率较高。在同样功率消耗下，涵道风扇较同样直径的孤立螺旋桨,会产生更大的推力。同时由于涵道的环括作用，其结构紧凑、气动噪声低、使用安全性好，因此作为一种推力或升力装置，被应用于飞行器设计当中。
本发明基于双涵道的结构设计，通过涵道数值模拟与多学科设计优化计算、涵道测力试验、动力学及控制系统建模与仿真等工作，并经过多轮试验，最终研制出了原理验证样机，并实现了稳定飞行和多个飞行任务试飞，验证了双涵道飞行器的技术可行性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双涵道载人飞行器，包括机身框架，所述机身框架外侧安装有机身蒙皮，所述机身蒙皮将所述机身框架内部围合成为机舱，其特征在于：所述机身框架内设有两个并列设置的涵道，所述涵道上下贯穿所述机身框架，所述涵道的边缘与所述机身蒙皮结合为一体；所述两个涵道内部均安装有旋翼及驱动其转动的电机；所述机舱内部设有载人舱，所述载人舱位于所述机舱的中部，所述两个涵道分别位于所述载人舱两侧，所述载人舱内安装有所述飞行器的控制系统；所述机舱底部设有起落架。
2.如权利要求1所述的一种双涵道载人飞行器，其特征在于：所述机舱的形状是两侧采用与所述涵道形状相适应的弧形，中部通过平直的线条连接所述机舱两侧的弧形。
3.如权利要求1所述的一种双涵道载人飞行器，其特征在于：所述机舱的外边缘由内至外逐渐变窄。
4.如权利要求1所述的一种双涵道载人飞行器，其特征在于：所述起落架分别对称设置于所述机舱左下方和右下方。
5.如权利要求1所述的一种双涵道载人飞行器，其特征在于：所述机舱顶部设有所述载人舱的进舱口，所述机舱的两侧设有侧舱口。
6.如权利要求1所述的一种双涵道载人飞行器，其特征在于：所述载人舱外侧的机舱中设有大容量的储物舱。
7.如权利要求1所述的一种双涵道载人飞行器，其特征在于：所述飞行器控制系统包括APM2.6飞控板，所述APM2.6飞控板的PWM输出端与所述旋翼电机电连接。
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