CN111516443A - 一种中空轮多旋翼飞行车 - Google Patents

Abstract

本发明属于两栖飞行车技术领域，具体涉及一种中空轮多旋翼飞行车。本发明包括作为结构主体的具备旋翼的机体，其特征在于：本飞行车还包括地面行走组件，地面行走组件包括以动力源驱动从而带动机体沿地面行驶的中空轮，所述中空轮外形呈圆环轮状，中空轮的环腔构成可供旋翼安置的安置腔，且旋翼的转动轴线与中空轮转动轴线彼此相交。本发明不但能在较为复杂的地形实现地面行驶功能，同时还能够通过旋翼提供动力离地飞行，以翻越障碍或快速空中飞行；此外，本发明在地面行走与空中飞行时不需要进行两栖机构变换，飞行及地面行驶状态转换便捷合理，环境适应能力极强。

Description

一种中空轮多旋翼飞行车

技术领域

本发明属于两栖飞行车技术领域，具体涉及一种中空轮多旋翼飞行车。

背景技术

飞机能够跨越高山湖泊等地面障碍物，可以快速远距离飞行，是当今高效便捷的交通出行工具，其缺点是造价高，对起降环境要求高，需要专用机场，同时飞行时需要克服自身重量，能耗高。汽车出行方便，灵活性高，但容易受地形限制，只能在公路或相对平坦路面行驶，对复杂地形环境的适应能力尤其是翻越障碍的能力有限。如果能结合两者的优势，设计出既可在地面正常行驶，又可以短距离跨越，甚至是长距离翻越山脉、城镇等地面障碍，以便快速到达目的地的两栖交通工具，一直是人们追求的目标。目前，两栖车的设计相对普遍，如美国的Sokol A400、AirCar、SkyBike和Transition等设计的两栖汽车；或如中国专利CN103350624A公开的一种既可以在地面行驶又可以飞行的交通工具，其地面行驶结构与飞行结构是比较简单粗糙的叠加形式，没有充分有效合理的融合一体，并且螺旋桨不受保护；当飞行过程中，螺旋桨高速转动，一旦碰到障碍物或人容易，造成自身的损坏甚至危及驾驶者或周围人员的生命安全，不利于推广。上述现有技术，或多或少都存在两栖结构设计不合理，或需繁复机构实现两栖变换等诸多问题，从而给两栖技术的后续发展带来诸多阻碍。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种中空轮多旋翼飞行车，本发明不但能在较为复杂的地形实现地面行驶功能，同时还能够通过旋翼提供动力离地飞行，以翻越障碍或快速空中飞行；此外，本发明在地面行走与空中飞行时不需要进行两栖机构变换，飞行及地面行驶状态转换便捷合理，环境适应能力极强。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种中空轮多旋翼飞行车，包括作为结构主体的具备旋翼的机体，其特征在于：本飞行车还包括地面行走组件，地面行走组件包括以动力源驱动从而带动机体沿地面行驶的中空轮，所述中空轮外形呈圆环轮状，中空轮的环腔构成可供旋翼安置的安置腔，且旋翼的转动轴线与中空轮转动轴线彼此相交。

优选的，所述旋翼为四组且对称分置于机体的两侧处，以形成四翼飞行器布局；所述地面行走组件为对称分置于机体两侧的两组；每组地面行走组件均包括由机体一侧向外延伸的连接杆，连接杆顶端固接动力源及用于保持中空轮滚动方向的保持架，动力源的动力输出轴处布置轴线平行中空轮轴线的动力齿轮，所述动力齿轮与中空轮间构成轮齿啮合配合关系。

优选的，位于机体一侧处的两组中空轮共用一组保持架及动力源；所述保持架包括布置于中空轮两轮端处的两组与中空轮轴线垂直的侧板，两组侧板之间的用于夹持中空轮体的区域布置可扶持中空轮体及导向中空轮体滚动方向的轴承单元；所述动力源处动力齿轮位于两组中空轮之间以便同时啮合两组中空轮。

优选的，每组中空轮对应设置上轴承单元及下轴承单元以便进行扶持及导向，而每组轴承单元均包括位于中空轮环腔处的内侧轴承座以及配合于中空轮外环面处的外侧轴承座；所述轴承座包括一组定位轴以及同轴固定于定位轴上的两组导向轴承，同一组轴承单元处的两组轴承座处的导向轴承彼此配合从而双向夹持中空轮的轮面。

优选的，所述导向轴承的内端通过位于定位轴上的轴肩进行定位，而外端通过轴向依序布置的间隔套、侧板、紧固垫片及紧固螺钉进行定位。

优选的，所述中空轮外环面处凸设有啮合齿或凹设有配合齿槽或贯穿布置配合齿孔，以便于动力齿轮的轮齿间构成啮合配合。

优选的，所述中空轮包括沿径向由外而内依序布置的橡胶层及刚性保持层，从而形成横截面呈外宽内窄的“凸”字状的圆环轮体构造；“凸”字状横截面的中空轮的两肩部构成用于配合内侧轴承座的导向轴承的导向面。

优选的，所述动力源为驱动电机。

优选的，所述中空轮转动轴线垂直双叶式的旋翼的转动轴线，以使得双叶式的旋翼在静止状态时处于中空轮轮体所在面上；本飞行车还包括用于保持旋翼在静止状态时处于中空轮轮体所在面上的锁定组件；所述锁止组件包括锁止毛刷，所述锁止毛刷固定于保持架上且刷面指向旋翼所在方向；所述锁止毛刷的刷面高度高于旋翼处于静止状态下的翼面高度，且当旋翼工作并因气流而产生桨叶上翘动作和/或锁止毛刷因风压产生倒伏动作时，此时旋翼翼面的动作路径高于锁止毛刷的刷面高度。

优选的，锁止毛刷包括底座以及柔性刷毛，底座安装于旋翼下方，而柔性刷毛植于底座上且向上延伸至旋翼的桨叶面所在处；柔性刷毛沿旋翼的旋转方向上的布置宽度大于旋翼的与柔性刷毛配合处的桨叶宽度。

本发明的有益效果在于：

1)抛弃了构造复杂且使用不便的传统两栖车结构，转而在飞行组件的基础上，采用中空轮构造来形成地面行走组件的主体部分，并将旋翼自然的安置在中空轮的环腔内；这种旋翼在内而中空轮在外的布局方式，不仅确保了中空轮的正常滚动行进功能，同时，中空轮又能作为旋翼的外层保护结构而使用，从而避免地面复杂环境对旋翼可能产生的伤害性。更值得注意的是，由于中空轮采用环形轮体结构，实现了直径大、质量轻的目的，这使得本发明不仅具有很好的翻越障碍的能力，同时又能利用环形中空轮的自身弹性，起到了起落架的减震效果，尤为适用于本发明所需的复杂环境下的复数次的升降场合所使用。

2)实际使用时，机体可通过四翼或更多翼设计，从而形成多旋翼飞行器结构，旋翼的数目不会对本发明的实际应用产生影响。每组旋翼均应当布置在一组中空轮内，每组中空轮均通过独立的动力源如驱动电机等进行驱动，从而与旋翼所用能源间相互独立或者说彼此分离。上述驱动分离构造，可使得本发明在地面行走与空中飞行时不需要进行机构变换，即可简便而可靠的在地面行走时快速起飞、降落，构造上更为紧凑合理。

3)进一步的，对于各组地面行走组件而言，均布置于机体一侧且均分别包括一组动力源及一组保持架。一组驱动电机及一组保持架的搭配方式，可确保位于机体一侧的两组中空轮的协同动作功能。当动力源开始工作时，带动动力齿轮旋转，动力齿轮与两个中空轮啮合带动两个中空轮同向旋转，进而实现本发明的地面行驶目的。本发明的上述一带二结构，显著的降低了飞行车重量，提高了系统可靠性。实际布局时，动力齿轮直径显然远小于与中空轮直径，这也使得在啮合传动时，能具有较大的减速比，可直接依靠动力电机对中空轮驱动，与传统同轴减速驱动机构相比，本发明不需要减速机，可进一步减轻本发明的整体重量，以实现轻质化目的。

4)保持架的功能，关键在于“保持”二字，也即用于确保中空轮能以既定的滚动方向产生既定速度的行进功能。保持架一方面限定了中空轮位置，从而便于实现动力齿轮与中空轮的啮合效果；另一方面，保持架处设置上轴承单元及下轴承单元，起到了可靠扶持中空轮和导向中空轮行进方向的目的，一举多得。

5)中空轮为多层复合结构形成，以外层的橡胶层作为与地面的接触层，以刚性保持层如金属等来保持中空轮的整体弹性及轮状外形。而在动力齿轮啮合中空轮并驱使其行驶时，动力齿轮通过与贯穿橡胶层与刚性保持层而设置的配合齿孔，以起到动力传递功能，最终能始终确保中空轮的可控行驶目的。考虑到中空轮与动力齿轮的啮合性，在贯穿中空轮设置配合齿孔的基础上，还可对配合齿孔进行加固操作，也即在配合齿孔位置处增设刚性的啮合框架等，以提升动力的传递稳定性及可靠性。

6)作为本发明的另一个重点部分，本发明优选在采用(非双叶式也可以不用强调双叶式)的旋翼时，通过锁止毛刷来实现旋翼在静止状态时，能始终的严格处于中空轮轮体所在面上。换言之，通过刷面指向旋翼的锁止毛刷，在本发明处于飞行状态时，此时锁止毛刷因自身的柔软度和/或旋翼的相对柔度，旋翼会因气流而产生桨叶上翘动作和/或锁止毛刷会因旋翼的风压产生倒伏动作，此时旋翼翼面的动作路径高于锁止毛刷的刷面高度，也即旋翼的正常转动不会与锁止毛刷产生动作干涉。而当本发明处于地面行进状态时，旋翼逐渐减速，旋翼会因气流减小而逐渐桨叶下降和/或锁止毛刷会因旋翼的风压减小而逐渐回复挺直性，此时锁止毛刷开始逐渐干涉旋翼的旋转，直至旋翼被锁止毛刷止停并静止于锁止毛刷上。通过上述结构，本发明可在不添加额外动力的情况下实现启动时旋翼自动脱离锁止毛刷，旋翼停止时自动归位，不仅满足了大升力需求，又在地面行驶时有效的降低了的车体宽度，更能有效的实现了对旋翼的可靠保护，使得地面复杂环境所可能对脆弱旋翼产生的威胁性急剧降低，成效显著。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1的I部分局部放大图；

图3为地面行走组件的立体结构示意图；

图4为图3的正视图；

图5为图4的A-A向剖视示意图；

图6为图4的B-B向剖视示意图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-机体 11-旋翼

20-地面行走组件 21-动力源 21a-动力齿轮

22-中空轮 22a-配合齿孔 22b-橡胶层 22c-刚性保持层

23-连接杆 24-保持架 24a-侧板

24b-上轴承单元 24c-下轴承单元

a-定位轴 b-导向轴承 c-间隔套 d-紧固螺钉 e-紧固垫片

30-锁止毛刷 31-底座 32-柔性刷毛

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-6，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

需说明的是，本具体实施例是为了便于说明本发明的结构，因此以四翼飞行器来作为主体进行举例。实际使用时，可酌情对旋翼11数量进行增删，只需满足本发明所述构造及实现其所述功能即可。同时，本发明也不仅适用于无人机，有人机也极为适用。

本发明的具体实施例结构如图1-6所示，其主要结构包括包括四翼飞行器。四翼飞行器包括作为结构主体的位于中部的机体10、由机体10的两侧前后向外斜向延伸的四根固定杆以及位于固定杆端部的带有驱动源如驱动电机的独立的旋翼11构成。在图1中，其旋翼11为双桨叶构造。在四翼飞行器的左右两侧，如图1所示的对称状的布置地面行走组件20，以实现四翼飞行器的地面行进功能。

更具体而言，如图1-2所示的，机体10的左右两侧均外延有连接杆23，而连接杆23端部布置作为动力源21的动力电机。与此同时，连接杆23端部还固接有保持架24，保持架24包括两组彼此配合的侧板24a，以便双向的扶持中空轮22。同时，针对每组中空轮22，保持架24上还分别布置上轴承单元24b与下轴承单元24c，以实现对中空轮22的精准夹持及导向功能。上轴承单元24b与下轴承单元24c的外形参照图5所示，包括对称布置在定位轴a上的导向轴承b、间隔套c及紧固垫片e，并通过定位轴a上的紧固螺钉d搭配位移定位轴a上的轴肩来实现对应导向轴承b的位置固定功能。当各导向轴承b固定到位后，即可如图2-5所示的准确扶持及定位中空轮22位置。中空轮22外层为橡胶层22b，提供较好的抓地力，内层为刚性保持层22c；在如图6所示结构可看出，中空轮22整体横截面呈现“凸”字状，并通过其肩部形成的导向边结构来配合上述相应轴承单元处导向轴承b。

当动力源21也即动力电机开始带动动力齿轮21a转动时，由于动力齿轮21a如图1及图3所示的同时与同一个保持架24上的两个中空轮22啮合，也即动力齿轮21a可同时带动位于机体10同侧的两个中空轮22同向旋转，从而可实现机体10的地面行驶功能。考虑到中空轮22与动力齿轮21a的啮合性，在贯穿中空轮22设置配合齿孔22a的基础上，还可如图6所示的，对配合齿孔22a进行加固操作，也即在配合齿孔22a位置处增设刚性的啮合框架等加固结构，以提升动力的传递稳定性及可靠性。

当本发明在地面行驶时，且两侧地面行走组件20的速度、方向相同时，本发明可实现直行动作目的。当两侧地面行走组件20的速度、方向不同时，飞行车转向。由于地面行走组件20通过连接杆23与四翼飞行器相连，且四翼飞行器的旋翼11置于中空轮22的环腔内，同时旋翼11的桨叶展开直径小于中空轮22内径，因此可使得旋翼11旋转时能始终与中空轮22保持安全距离。

在上述结构的基础上，本发明还提供有一种用于始终保持旋翼11静止时处于指定位置处的锁止组件。锁止组件可使用电控结构来实现，也可使用物理构造来实现。当采用物理构造来实现时，可使用主动拦截结构来实现，如可主动伸缩的定位软杆等等，也可如本发明所述的采用被动拦截结构来实现。本发明优选采用锁止毛刷30来实现相对旋翼11的被动拦截功能。在图1-2所示结构中，锁止毛刷30包括底座31以及柔性刷毛32，柔性刷毛32植于底座31上。底座31安装于旋翼11的桨叶末端下方适当距离，柔性刷毛32的刷面高于旋翼11的桨叶面，且柔性刷毛32沿旋翼11的旋转方向上的布置宽度大于旋翼11的与柔性刷毛32配合处的桨叶宽度。实际工作时，每组旋翼11下方至少布置一组锁止毛刷30。优选的工作环境下，当旋翼11的桨叶启动并旋转时，产生升力，桨叶末端将向上弯曲，同时向下形成的气流将柔性刷毛32吹矮，使得桨叶与柔性刷毛32脱离。当旋翼11的桨叶停止旋转时，升力消失，桨叶末端将向下回位，同时向下形成的气流消失，柔性刷毛32回位；由于惯性，桨叶将与柔性刷毛32接触，在柔性刷毛32阻力的作用下，使桨叶定位于柔性刷毛32上，以保持旋翼11在静止状态下与中空轮22处于同一铅垂面上。

当然，以上为本发明的其中一种具体的实施例。实际操作时，对作为动力源21的动力电机的等同替换，如采用其他动力驱动构造等，以及将四翼飞行器改变为八翼飞行器等的旋翼11数目的简单变换，以及将保持架24采用如磁悬浮机构等常规扶持组件来等同实现，这类在阅读本发明的方案基础上所作出的常规性结构改变，均应当作为等同或相似设计而落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种中空轮多旋翼飞行车，包括作为结构主体的具备旋翼(11)的机体(10)，其特征在于：本飞行车还包括地面行走组件(20)，地面行走组件(20)包括以动力源(21)驱动从而带动机体(10)沿地面行驶的中空轮(22)，所述中空轮(22)外形呈圆环轮状，中空轮(22)的环腔构成可供旋翼(11)安置的安置腔，且旋翼(11)的转动轴线与中空轮(22)转动轴线彼此相交。

2.根据权利要求1所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：所述旋翼(11)为四组且对称分置于机体(10)的两侧处，以形成四翼飞行器布局；所述地面行走组件(20)为对称分置于机体(10)两侧的两组；每组地面行走组件(20)均包括由机体(10)一侧向外延伸的连接杆(23)，连接杆(23)顶端固接动力源(21)及用于保持中空轮(22)滚动方向的保持架(24)，动力源(21)的动力输出轴处布置轴线平行中空轮(22)轴线的动力齿轮(21a)，所述动力齿轮(21a)与中空轮(22)间构成轮齿啮合配合关系。

3.根据权利要求2所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：位于机体(10)一侧处的两组中空轮(22)共用一组保持架(24)及动力源(21)；所述保持架(24)包括布置于中空轮(22)两轮端处的两组与中空轮轴线垂直的侧板(24a)，两组侧板(24a)之间的用于夹持中空轮(22)体的区域布置可扶持中空轮(22)体及导向中空轮(22)体滚动方向的轴承单元；所述动力源(21)处动力齿轮(21a)位于两组中空轮(22)之间以便同时啮合两组中空轮(22)。

4.根据权利要求3所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：每组中空轮(22)对应设置上轴承单元(24b)及下轴承单元(24c)以便进行扶持及导向，而每组轴承单元均包括位于中空轮环腔处的内侧轴承座以及配合于中空轮外环面处的外侧轴承座；所述轴承座包括一组定位轴(a)以及同轴固定于定位轴(a)上的两组导向轴承(b)，同一组轴承单元处的两组轴承座处的导向轴承(b)彼此配合从而双向夹持中空轮(22)的轮面。

5.根据权利要求4所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：所述导向轴承(b)的内端通过位于定位轴(a)上的轴肩进行定位，而外端通过轴向依序布置的间隔套(c)、侧板(24a)、紧固垫片(e)及紧固螺钉(d)进行定位。

6.根据权利要求4或5所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：所述中空轮(22)外环面处凸设有啮合齿或凹设有配合齿槽或贯穿布置配合齿孔(22a)，以便于动力齿轮(21a)的轮齿间构成啮合配合。

7.根据权利要求6所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：所述中空轮(22)包括沿径向由外而内依序布置的橡胶层(22b)及刚性保持层(22c)，从而形成横截面呈外宽内窄的“凸”字状的圆环轮体构造；“凸”字状横截面的中空轮(22)的两肩部构成用于配合内侧轴承座的导向轴承(b)的导向面。

8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：所述动力源(21)为驱动电机。

9.根据权利要求2或3或4或5所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：所述中空轮(22)转动轴线垂直双叶式的旋翼(11)的转动轴线，以使得双叶式的旋翼(11)在静止状态时处于中空轮(22)轮体所在面上；本飞行车还包括用于保持旋翼(11)在静止状态时处于中空轮(22)轮体所在面上的锁定组件；所述锁止组件包括锁止毛刷(30)，所述锁止毛刷(30)固定于保持架(24)上且刷面指向旋翼(11)所在方向；所述锁止毛刷(30)的刷面高度高于旋翼(11)处于静止状态下的翼面高度，且当旋翼(11)工作并因气流而产生桨叶上翘动作和/或锁止毛刷(30)因风压产生倒伏动作时，此时旋翼(11)翼面的动作路径高于锁止毛刷(30)的刷面高度。

10.根据权利要求9所述的一种中空轮多旋翼飞行车，其特征在于：锁止毛刷(30)包括底座(31)以及柔性刷毛(32)，底座(31)安装于旋翼(11)下方，而柔性刷毛(32)植于底座(31)上且向上延伸至旋翼(11)的桨叶面所在处；柔性刷毛(32)沿旋翼(11)的旋转方向上的布置宽度大于旋翼(11)的与柔性刷毛(32)配合处的桨叶宽度。

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