CN111634411A - 一种具有无人机类型的旋转翼的飞行装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有无人机类型的旋转翼(3)的飞行装置(1)，该飞行装置包括形成转子(2)的中央底盘，从该转子(2)径向向外延伸的至少一个叶片(4)围绕转子(2)旋转；每个叶片(4)在其自由端(4a)设置有电动推进螺旋桨(5)，使得叶片(4)能够围绕转子(2)转动，从而使飞行装置(1)起飞/飞行；其特征在于，至少一个叶片(4)包括局部具有至少一个中空内部壳体的内部结构(4c)，该至少一个中空内部壳体具有至少一个与叶片(4)的电动推进螺旋桨(5)连接的电池(7)。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括至少一个叶片的无人机旋翼飞行装置，该叶片装配有容纳电池的由蜂窝状泡沫材料制成的内部区域。本发明尤其适用于无人侦察机及视频或图像航拍装置，还适用于民用无人机和军用无人机。
背景技术
电机驱动无人机均有关于电池位置的主要问题。此外，无论是由铅或镍镉(NiCd)、水合镍金属(NiMH)还是锂电池制成，这些电池都是其设计的主要元素。
迄今为止，锂基电池是无人机中使用最多的电池，因为与其他技术相比，它们提供了更长的飞行时间并具有更轻的重量。这些电池重新组合成所谓的“电池组”，通常位于无人机内部或下方。该电池组可以由多个电池排列组成。这些电池焊接在一起并被固定在外部机械外壳中。这样的机械外壳课采用多种形式，例如可热收缩的护套，或塑料或金属外壳。
在无人机领域，所有无人机制造商均需要解决的主要问题是最大化飞行时间，因为短的飞行时间意味着对其使用的严格限制。最大化飞行时间主要是通过选择具有最高能量/重量比的电池技术来实现的。
遗憾的是，由于电池组的机械外壳的重量，现代无人机的能量/重量比大大降低。
发明内容
本发明旨在通过一种完全创新、简单、可靠和有效的方法来弥补这些缺点。
为此，根据第一方面，本发明涉及一种具有无人机类型的旋转翼的飞行装置，包括形成转子的中央底盘；从所述转子径向向外延伸的至少一个叶片围绕所述转子旋转；每个所述叶片在其自由端设置有电动推进螺旋桨，使得所述叶片能够围绕所述转子转动，从而使所述飞行装置起飞/飞行；其特征在于，所述至少一个叶片包括局部具有至少一个中空内部壳体的内部结构，所述至少一个中空内部壳体具有至少一个与所述叶片的所述电动推进螺旋桨连接的电池。
由此，能量/重量比得到了充分优化，且没有损失无人机的效率(易于驾驶)，而且在发生碰撞时可以更好地保护电池。
本发明可根据以下实施例及其变体予以实施，这些实施例及其变体将被单独实施或根据任何技术上可行的组合来实施。
在特定实施例中，所述内部结构由蜂窝状泡沫材料制成。
有利地，所述叶片包括刚性外部结构，其覆盖由蜂窝状泡沫材料制成的所述内部结构。
优选地，所述刚性外部结构由复合树脂纤维，例如环氧碳纤维制成。
因此，由复合纤维(例如碳纤维+环氧树脂)制成的外壳提供抗拉伸性，而低密度的泡沫材料则提供抗压碎性能。这两种材料的组合可以使叶片的重量变轻且承载能力变强，从而使叶片在具有大的体积的同时保持很轻的重量。
在一些实施例中，所述叶片整体由蜂窝状泡沫材料制成。
特别地，所述蜂窝状泡沫材料为发泡聚丙烯(EPP)。
优选地，每个所述中空内部壳体被布置在紧靠所述叶片的一端和/或另一端。
优选地，每个所述中空内部壳体具有所述电池/所述电芯的确切形状，从而将所述电池/所述电芯强行放置在所述中空内部壳体中。
因此，不需要容纳壳体或其他昂贵、沉重且复杂的设备，电池即可被固定。
优选地，每个所述中空内部壳体在所述叶片模制过程中被制造，而不需要去除材料。
可选地，每个中空的内部壳体通过热丝工具切割所述蜂窝状泡沫材料制得。
在特定实施例中，所述飞行装置包括至少两个轴向叠加且沿相反方向旋转的所述转子。
有利地，每个所述电池/所述电芯为锂离子类型，并且具有圆柱形状，从而有利于其集成到所述叶片中。
附图说明
根据以下描述，本发明的其他优点、目的和特征将会变得显而易见，这些描述旨在解释而非限制本发明的范围，其中：
图1是本发明的无人机的立体图。
图2是图1中无人机的叶片的剖视图。
图3是图2的变体的剖视图。
图4是图2和3的替代实施例的纵向截面图。
图5是图2和3的另一替代实施例的纵向截面图。
图6示出了图1至图4的替代实施例。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的无人机1的第一实施例。
无人机1通常包括中心转子2，旋转叶片3围绕该中心转子2的轴线(垂直)XX’旋转。该旋转叶片3由在该转子2的两侧对称延伸的两个异型叶片4形成。
每个叶片4在其自由端4a处设置有具有轴线YY’的螺旋桨5，该螺旋桨5基本垂直于相应叶片4的径向伸长方向。这些螺旋桨5均由电机6提供动力，以使该叶片4围绕该转子2旋转，从而使该无人机1垂直起飞、然后飞行。
每个叶片4在其各自的螺旋桨5附近包含电池7(在图1中以虚线示出)，该电池7向每个电机6供应电能。
更具体地，如图2的剖视图所示，每个叶片4包括外部刚性结构4b，例如，其由复合树脂，例如碳纤维、凯芙拉纤维(Kevlar)或玻璃增强的环氧树脂构成，该外部刚性结构4b包围蜂窝状发泡材料4c，如低密度发泡聚丙烯泡沫材料。
不同材料的“外壳”和“内芯”的组合使得可以同时获得轻巧且耐久的叶片4(无人机1)。
根据本发明的特别创新的特征，在该发泡聚丙烯泡沫材料4c中设置有中空内部壳体8，以容纳该电池7或电池组7。
每个中空内部壳体8是在模制过程中被制造的，因此无需从每个该叶片4中去除蜂窝状发泡材料4c；或者随后去除材料，例如通过借助热丝工具切割。
根据图3所示的替代实施例，每个叶片4整体由蜂窝状泡沫材料4c制成，其密度略高于图1和2的实施例中的叶片的密度，从而在保持足够轻重量的同时形成更坚固的叶片4。
以与上述相同的方式，每个中空内部壳体8是在模制过程中被制成的而无需去除任何材料；或者如上所述通过随后去除材料而制成。
在这两个实施例中，每个中空内部壳体8具有与其所容纳的电池7完全相同的形状，从而用力将该电池插入到且被很好地保持在位置上。具有圆形截面的圆柱形状可用于将该电池7简单有效地安装在叶片4中。
图4示出了该叶片4的纵向截面图，该叶片4中容纳有第一电池组的三个电芯7a和第二电池组的三个电芯7b，该第一电池组的三个电芯7a放置在靠近该螺旋桨5的中空壳体8a中，该第二电池组的三个电芯7b放置在靠近该转子2的第二外壳8b中。该解决方案可以向无人机提供更多的电能(例如，使用功率更大的电机)，或相比于单个中空内部壳体8的解决方案，该解决方案提供更小型的但具有同等功率的电池。
图5示出了更复杂的变体，其中该叶片4具有靠近该螺旋桨5的第一壳体8a，以容纳与图4电池组相似的具有三个电芯7a的第一电池组和线性内部致动器10，例如具有杆11和基板12的圆筒，以支撑负载(未示出)，该负载可在该致动器10的作用下沿着该叶片纵向移动。
可选地，该叶片4包括用于容纳该致动器10的中空壳体8a，该致动器的可动杆11连接该电池7(直接连接或通过可移除的连接系统连接)。因此，该电池7可沿该叶片4线性移动，以改变该叶片4的惯性中心。这动态地重新平衡了该转子的质心，以使该叶片的惯性中心与旋转中心重合，并避免了该无人机受到不适当的振动。
第二壳体8b位于该转子2附近，以容纳与图4电池组相似的第二电池组的三个电芯7b。此外，镜头可见的照相机15插入到靠近该转子2的第三壳体8c中。如上述实施例所述，每个壳体8a、8b和8c由蜂窝状泡沫材料4c制成。
还可以在其他壳体中加入其他附件，例如速度/加速度传感器、陀螺仪或全球定位系统，例如GPS。
在图6所示的替代实施例中，该无人机1包括两个叠加且沿相反方向旋转的转子2，每个转子包括五个叶片4，这些叶片以规则的方式围绕每个中心转子2。
在图6所示的实施例中，线性致动器可用于使一个转子的所有电池组向外移动，以增加其惯性，而使另一转子上的所有电池组向内移动，以减小其惯性。即使两个转子都以相同的速度旋转，这样的惯性差也能为无人机提供陀螺仪稳定性。
其中一个或两个转子2的叶片组4可装配有电池7，该电池7集成在其内部结构的中空内部壳体8中，该中空内部壳体由蜂窝状泡沫材料4c制成。同样，如图4和5所示，可设想将电池组插入到在每个由该蜂窝状泡沫塑料4c制成的叶片4的两端形成的两个中空内部壳体8a/8b中。
本发明具有以下优点：
由于使用了叶片的现有内部结构，因此电池的机械外壳无需额外的重量。
泡沫材料吸收了冲击，因此可防止电池受到冲击。
电池因强制配合地插入而被牢固地保持在固定的位置。
电池的安装非常简单、快捷，而无需任何工具。
应当理解，仅以举例说明的方式详细描述本发明目的，而不对本发明构成限制，等同的技术方案也应落入在本发明的范围内。
因此，只要该电池或电芯能被集成到设置在该蜂窝状泡沫材料4c中的中空内部壳体8中，该电池或电芯可具有任意形状。
该蜂窝状泡沫材料4c(聚合物基材)的类型及其密度将根据无人机的大小(直径和叶片数)、用途、所需的最终重量、叶片刚度及电池的数量和尺寸/重量来选择。
无需给所有叶片4都配备电池7/电池组7a/7b。仅一个叶片4在中空内部壳体8中包含电池7(例如图1所示的无人机中)，而另一个相对的叶片可包含一定的重量以平衡该转子2。
Claims (14)
1.一种具有无人机类型的旋转翼(3)的飞行装置(1)，包括形成转子(2)的中央底盘，从所述转子(2)径向向外延伸的至少一个叶片(4)围绕所述转子旋转(2)；每个所述叶片(4)在其自由端(4a)设置有电动推进螺旋桨(5)，使得所述叶片(4)能够围绕所述转子(2)转动，从而使所述飞行装置(1)起飞/飞行；其特征在于，所述至少一个叶片(4)包括局部具有至少一个中空内部壳体(8；8a；8b；8c)的内部结构(4c)，所述至少一个中空内部壳体(8；8a；8b；8c)具有至少一个与所述叶片(4)的所述电动推进螺旋桨(5)连接的电池(7)或电芯(7a；7b)。
2.根据权利要求1所述的飞行装置(1)，其特征在于，所述内部结构(4c)由蜂窝状泡沫材料制成。
3.根据权利要求2所述的飞行装置(1)，其特征在于，所述叶片(4)包括刚性外部结构(4b)，其覆盖由蜂窝状泡沫材料制成的所述内部结构(4c)。
4.根据权利要求3所述的飞行装置(1)，其特征在于，所述刚性外部结构(4b)由复合树脂纤维，例如环氧碳纤维制成。
5.根据权利要求2所述的飞行装置(1)，其特征在于，所述叶片(4)整体由蜂窝状泡沫材料(4c)制成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，所述蜂窝状泡沫材料(4c)为发泡聚丙烯(EPP)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，每个所述中空内部壳体(8；8a；8b；8c)被布置在紧靠所述叶片(4)的一端和/或另一端。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，每个所述中空内部壳体(8；8a；8b)具有所述电池(7)/所述电芯(7a；7b)的确切形状，从而将所述电池(7)/所述电芯(7a；7b)强行放置在所述中空内部壳体(8；8a；8b)中。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，每个所述中空内部壳体(8；8a；8b；8c)在所述叶片(4)模制过程中被制造，而不需要去除材料。
10.根据权利要求1至8中的任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，每个中空的内部壳体(8；8a；8b；8c)通过热丝工具切割所述蜂窝状泡沫材料(4c)制得。
11.根据前述权利要求中任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，所述飞行装置包括至少两个轴向叠加且沿相反方向旋转的所述转子(2)。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，每个所述电池(7)/所述电芯(7a，7b)为锂离子类型，并且具有圆柱形状。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的飞行装置(1)，其特征在于，所述叶片(4)在所述内部结构(4c)的所述壳体(8；8a；8b；8c)中还包括至少一个附件(10；15)，所述附件(10；15)包括筒式线性致动器(10)、照相机(15)、速度/加速度传感器、陀螺仪和地理定位系统。
14.根据权利要求13所述的飞行装置(1)，其特征在于，第一转子(2)的所有所述叶片的所述线性致动器(10)径向向外推动所述电池，以增加所述第一转子的惯性；第二转子(3)的所有所述叶片的线性致动器(10)径向向内拉动所述电池，以减小所述第二转子(3)的惯性，从而在两个转子(3)之间产生惯性差，以便为无人机提供陀螺仪稳定性。
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| FR3096960A1 (fr) | 2020-12-11 |
| FR3096960B1 (fr) | 2021-06-18 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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