CN111942579A - 一种穿越机 - Google Patents

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李立
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周华
黄远
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Abstract

本发明涉及一种穿越机。穿越机包括机架、设置在机架上的动力装置，机架上设有供气流通过的涵道，涵道包括前涵道和后涵道；动力装置包括设置在前涵道内的前电机和设置在后涵道内的后电机，前电机和后电机上均装配有螺旋桨，前电机和后电机均设置在对应的电机固定座的下方，且前电机上的螺旋桨与后电机上的螺旋桨均处于同一水平面内或者前电机和后电机中，一个设置在对应的电机固定座的上方，另一个设置在对应电机固定座的下方，以使安装在前电机上的螺旋桨与安装在后电机上的螺旋桨在上下方向上具有高度差。穿越机在减轻自身重量的同时，提高了飞行的安全性和稳定性，同时涵道采用空气动力学优化设计，提高穿越机的飞行效率。

Description

一种穿越机
技术领域
本发明涉及竞速无人机技术领域，尤其涉及一种穿越机。
背景技术
无人机即“无人驾驶飞机”的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。如今，大型的无人机竞速比赛直播常常能吸引到上亿人次的电视和网络观看，无人机竞速运动的“浪潮”已经正式到来。
穿越机是无人机的一种，其飞行的最高时速可达到120km/h~230km/h，由于速度极快，通常应用在无人机竞速运动领域中。穿越机是航模三大类-固定翼、直升机、多旋翼中的多旋翼种类，多旋翼飞机以其低门槛易操作的特点，在航拍等运用场景下得到大发展，穿越机便脱胎于航拍运用，以其第一人称视角飞行（又称FPV）的临场感体验，在消费级的航模市场下风靡一时。穿越机有四个电机和四个螺旋桨，也叫四旋翼飞机。穿越机的四个电机和四个螺旋桨分别分布在四边形的四个角，四个电机轴距几何中心的距离相等，等对角的两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡，使穿越机不会向任何一个方向倾转；而四个电机一对正转，一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡，保证了穿越机航向的稳定。
授权公告号为CN206995855U的中国实用新型专利公开了一种穿越机，其包括外壳，外壳头部与尾部的底部四个角分别向下倾斜延伸有机身力臂，每支机身力臂末端安装有马达座，马达座中装有马达，马达输出轴上安装有十字形螺旋桨，马达座周边向上延伸有V型结构的两支撑臂，支撑臂末端专有螺旋桨保护圈，螺旋桨位于支撑臂上部及螺旋桨保护圈内。该穿越机在飞行时，四个螺旋桨均向下吹风，借助空气的推力实现飞行，但是在向下吹风时，会被V型结构的支撑臂阻挡，损失部分能量，进而穿越机的飞行效率受到损失，不利于穿越机的高速行驶。
发明内容
鉴于此，本发明的目的在于提供一种穿越机机架，以解决现有技术中的穿越机在飞行时飞行效率较低的技术问题。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种穿越机机架，定义穿越机的前进方向为前后方向，包括：
机架，沿前后方向延伸，机架上设有供气流通过的涵道，涵道包括沿左右方向对称分布在机架两侧的前涵道和后涵道；
动力装置，用于对穿越机提供飞行动力，包括沿左右方向对称分布在机架两侧的前电机和沿左右方向对称分布在机架两侧的后电机，前电机通过电机固定座固定在对应的前涵道内，后电机通过电机固定座固定在对应的后涵道内，前电机和后电机上均装配有螺旋桨，前电机与后电机呈“X”状布置；
所述前电机和后电机均设置在对应的电机固定座的下方，且前电机上的螺旋桨与后电机上的螺旋桨均处于同一水平面内；
或者前电机和后电机中，一个设置在对应的电机固定座的上方，另一个设置在对应的电机固定座的下方，以使安装在前电机上的螺旋桨与安装在后电机上的螺旋桨在上下方向上具有高度差。
上述技术方案的有益效果是：由于螺旋桨在旋转时均向下吹风，当前电机和后电机均设置在对应的电机固定座的下方，且前电机上的螺旋桨与后电机上的螺旋桨均处于同一水平面内时，螺旋桨向下吹得风不会受到电机固定座的阻挡，从而将该部分能量完全利用，不会出现能量损失，进而能够提高穿越机的飞行效率。当前电机和后电机的设置方向不同而使前电机上的螺旋桨与安装在后电机上的螺旋桨在上下方向上具有高度差时，虽然有部分螺旋桨向下吹得风受到对应电机固定座的阻挡，但是仍有部分螺旋桨向下吹的风不受阻挡，相比于所有螺旋桨向下吹的风均受到阻挡的情况，仍能够明显提高穿越机的飞行效率；另外，由于前电机上的螺旋桨与安装在后电机上的螺旋桨在上下方向上具有高度差，这样螺旋桨在旋转时，处于高处的螺旋桨与处于低处的螺旋桨与机架之间近似形成一个杠杆，各个电机在同转速的情况下，相比于所有螺旋桨均处于同一水平面，更容易使穿越机升起，进而增加穿越机的飞行速度，提高穿越机的飞行效率。
进一步的，所述前涵道与后涵道均为半开式涵道，并且各个前涵道与后涵道均相通。
有益效果：与完全封闭式的涵道相比，更有利于气流的通过，减少了气流阻力，并且各个涵道相通，使穿越机在飞行时更加流畅，提高了穿越机的飞行效率。
进一步的，前电机和后电机中，一个设置在对应的电机固定座的上方，另一个设置在对应的电机固定座的下方，所述机架上还设有防护网，防护网与电机固定座一一对应设置，防护网与电机固定座在同一个涵道处上下相对布置。
有益效果：防护网起到进一步的防护作用，采用防护网与电机固定座在同一个涵道处上下相对布置的形式，使穿越机的外观更炫酷，不易使人产生密集恐惧症。
进一步的，所述机架由碳纤维材质制成。
有益效果：采用碳纤维材料制成的机架，机身强度更高，重量更轻，有利于实现穿越机的快速行驶，从而提高穿越机的飞行效率。
进一步的，所述机架包括：
上机架，包括沿前后方向延伸的上骨架、沿左右方向对称分布在上骨架两侧且与上骨架一体成型的上涵道支撑环；
下机架，包括前后方向延伸的下骨架、沿左右方向对称分布在下骨架两侧且与下骨架一体成型的下涵道支撑环，下涵道支撑环与上涵道支撑环一一对应且同轴布置；
连接柱，包括骨架连接柱和支撑环连接柱，骨架连接柱用于将上骨架和下骨架连接在一起，支撑环连接柱用于将一一对应的两个上涵道支撑环和下涵道支撑环连接在一起，支撑环连接柱在一一对应的两个上涵道支撑环与下涵道支撑环之间设有至少两个且呈圆周分布，连接柱将上机架与下机架连接成一个整体；
一一对应的上涵道支撑环、下涵道支撑环以及设置在两个涵道支撑环之间的支撑环连接柱形成所述涵道；
涵道保护罩，设置在涵道处，用于形成涵道的涵道壁并使涵道形成半开式结构，所述防护网与涵道保护罩连接在一起。
有益效果：采用分体式的机架，便于各机架单独进行加工，制作工艺相对较为简单，且组装完成后有利于形成半开式的涵道，从而提高气流通过量，减小风阻，提高穿越机的飞行速度。
进一步的，所述涵道保护罩包括连接环和连接板，连接环与对应的涵道支撑环可拆连接在一起，连接板为与连接环一体成型的弧形板，且连接板的弧长小于连接环的周长，连接板用于形成所述涵道壁，所述防护网通过支撑环连接柱与连接环固定连接。
有益效果：涵道保护罩采用连接板和连接环一体成型的结构，便于涵道保护罩的安装，同时也会对涵道起到一定的保护作用。
进一步的，处于上骨架同一侧的各个上涵道支撑环一体连接，并且处于下骨架同一侧的各个下涵道支撑环一体连接。
有益效果：采用一体连接式结构，一方面能够保证整个机架的强度，便于制作，省去了各个部件间的装配过程，另一方面提高穿越机飞行的稳定性。
进一步的，所述涵道保护罩的外侧连接有防撞缓冲垫。
有益效果：防撞缓冲垫能够提高穿越机的耐撞性能，飞行过程中避免发生炸机的风险，整体提高穿越机的飞行安全性和稳定性。
进一步的，机架的处于机头的位置处设有摄像头安装部，摄像头安装部包括设置在上骨架与下骨架之间且在左右方向上对称布置的两块摄像头安装板，摄像头安装板套设在对应的骨架连接柱上，摄像头安装板上设有用于与摄像头铰接的连接孔，上骨架与下骨架在机头的对应位置处设有U形卡口，U形卡口用于在摄像头调整上下角度时对摄像头进行限位，所述连接孔处于U形卡口的后侧。
有益效果：摄像头的安装位置处于上骨架和下骨架之间，且位于U形卡口后侧，该处结构形成对摄像头的防护，同时在U形卡口的作用下，便于在一定范围内调整摄像头的角度。
进一步的，所述机架上设有多个减重穿线孔。
有益效果：减轻整个穿越机的重量，同时也便于穿越机上的控制系统中各个元器件间的接线布置。
附图说明
图1是本发明的穿越机的其中一个角度的立体效果图；
图2是本发明的穿越机的另外一个角度的立体效果图（省去防护网）；
图3是本发明的穿越机的俯视图；
图4是本发明的穿越机的仰视图；
图5是本发明的穿越机的上机架的结构示意图；
图6是本发明的穿越机的下机架的结构示意图；
图7是本发明的穿越机的涵道保护罩的结构示意图；
图8是本发明的穿越机的防撞缓冲垫的结构示意图；
图9是本发明的穿越机的防护网的结构示意图；
图10是本发明的穿越机上摄像头安装板的结构示意图；
图11是本发明的穿越机上天线安装架的结构示意图。
附图标记：1-上机架，2-下机架，3-上涵道支撑环，4-下涵道支撑环，5-前涵道，6-涵道保护罩，7-连接板，8-连接环，9-防撞缓冲垫，10-天线安装架，11-骨架连接柱，12-支撑环连接柱，13-防护网，14-固定圈，15-电机固定座，16-支杆，17-座体，18-减重穿线孔，19-摄像头安装板，20-连接孔，21-U形卡口，22-上骨架，23-下骨架，24-卡槽，25-前电机，26-后电机，27-后涵道，28-螺旋桨，29-摄像头，30摄像头保护罩，31-控制装置。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明的穿越机的具体实施例：
本发明的穿越机采用轻量化设计，坚固耐用，同时采用空气动力学原理对涵道进行优化设计，提高穿越机的飞行效率，同时采用防撞吸能设计使穿越机的飞行更加安全，适用于无人机竞速运动中。
定义穿越机的前进方向为前后方向，穿越机的升降方向为上下方向。如图1至图11所示，穿越机包括沿前后方向延伸的机架，机架上设有供气流通过的涵道、用于驱动穿越机飞行的动力装置、用于控制穿越机飞行的控制装置31以及对动力装置和控制装置进行供电的电池。其中，涵道包括沿左右方向对称分布在机架两侧的前涵道5和后涵道27，前涵道5设有两个，后涵道27也设有两个。动力装置包括提供动力的电机以及装配在电机上的螺旋桨28，本实施例中，螺旋桨28为三叶螺旋桨。以摄像机29安装的位置为穿越机的前侧，电机包括前电机25和后电机26。前电机25通过电机固定座15固定在对应的前涵道5内，后电机26通过电机固定座15固定在对应的后涵道27内，前电机25与后电机26呈“X”状布置，成对角布置的两个螺旋桨28旋向相同。
具体的，本实施例中，机架为分体式结构，包括相互平行的上机架1和下机架2以及设置在上机架1和下机架2之间用于将两者连接成一个整体的连接柱。上机架1和下机架2均采用高强度的碳纤维材料制成，不仅强度高，而且重量轻，有利于提高穿越机的飞行速度。如图5和图6所示，上机架1和下机架2上均设有多个减重穿线孔18，减重穿线孔18的形状有多种，如矩形、三角形、扇形等。减重穿线孔18能够减轻整个机身的重量，同时也供线缆通过。穿越机的控制装置31固定在上机架1和下机架2之间且靠近中部的位置处。
如图5所示，上机架1包括沿前后方向延伸的上骨架22以及沿左右方向对称分布在上骨架22两侧且与上骨架22一体成型的上涵道支撑环3。处于上骨架22同一侧的上涵道支撑环3设有两个，并且这两个上涵道支撑环3一体连接，从而保证上机架1的结构强度。上涵道支撑环3共有四个，分别形成上机架1的四个机臂。
如图6所示，下机架2包括沿前后方向延伸的下骨架23以及沿左右方向对称分布在下骨架23两侧且与下骨架23一体成型的下涵道支撑环4。结合图1，下涵道支撑环4与上涵道支撑环3一一对应并且同轴布置。处于下骨架23同一侧的各个下涵道支撑环4一体连接。下涵道支撑环4的结构和尺寸均与上涵道支撑环3相同，数量共有4个，分别形成下机架2的四个机臂。
如图1和图2所示，连接柱分为两类，分别为骨架连接柱11和支撑环连接柱12。其中，骨架连接柱11用于将上骨架22和下骨架23连接在一起，主要设置在上骨架22与下骨架23之间。支撑环连接柱12用于将一一对应的两个上涵道支撑环3和下涵道支撑环4连接在一起。本实施例中，设置在一一对应的两个上涵道支撑环3与下涵道支撑环4之间的支撑环连接柱12设有两个，并且且呈圆周分布。一一对应的上涵道支撑环3、下涵道支撑环4以及设置在两个涵道支撑环之间的支撑环连接柱12形成上述可供气流流通的涵道，处于前侧的两个涵道为前涵道5，处于后侧的两个涵道为后涵道27。本实施例中，各个涵道均相通，可供气流通过。
每个涵道处设有涵道保护罩6，如图7所示，涵道保护罩6包括连接环8和连接板7。其中，连接环8的尺寸与上涵道支撑环3的尺寸适配，连接板7为与连接环8一体成型的弧形板，但是连接板7的弧长小于连接环的周长。以其中一个涵道为例，在安装过程中，参考图1、图2和图3，连接环8与上涵道支撑环3或者下涵道支撑环4均通过支撑环连接柱12可拆固定在一起，连接板7扣在涵道内，并与两个支撑环连接柱12连接，从而形成涵道的涵道壁，由于连接板7不是一个完整的圆板，从而也使涵道为一个半开式结构，提高了气流的通过性。
本实施例中，与前涵道5一一对应的电机固定座15与下机架2一体成型，与后涵道27一一对应的电机固定座15与上机架1一体成型，即前电机25设置在对应的电机固定座的上方，后电机26设置在对应的电机固定座的下方，这样一来，安装在前电机25上的螺旋桨28与安装在后电机26上的螺旋桨在上下方向上具有高度差。这样螺旋桨28在旋转时，处于高处的螺旋桨与处于低处的螺旋桨与机架之间近似形成一个杠杆，各个电机在同转速的情况下，相比于所有螺旋桨均处于同一水平面，更容易使穿越机升起，进而增加穿越机的飞行速度，提高穿越机的飞行效率。
在连接板7的外侧设有与其形状适配的弧形的防撞缓冲垫9，其结构如图8所示，防撞缓冲垫9的两端均设有与支撑环连接柱12的形状适配的卡槽24。安装时，卡槽24顶靠在对应的支撑环连接柱外，同时与连接板7粘接，从而实现自身的固定。本实施例中，防撞缓冲垫9采用eva棉，降低穿越机在碰撞时的炸机风险率。
穿越机还包括与电机固定座15一一对应设置的防护网13，防护网13与电机固定座15在同一个涵道处上下相对布置。如图5或图6所示，电机固定座15包括座体17和均匀布置在座体17周向上的支杆16，座体17与对应的涵道支撑环同轴。如图9所示，防护网13呈蛛网状，防护网13的圆周方向上具有固定圈14，固定圈14通过对应的支撑环连接柱与连接环8固定装配在一起。无论从俯视或者是仰视来观察穿越机机架，在同一平面内均只能看到两个防护网13，这样一来就避免四个防护网13同时设置在整个机身的上侧或下侧，避免操作人员产生密集恐惧症；同时采用蛛网结构的防护网13，外观上更炫酷。
穿越机机架的处于机头的位置处设有摄像头安装部，在处于机尾的位置设置有天线安装架10（如图1、图2和11所示）。参考图1至图5，摄像头安装部包括设置在上骨架22与下骨架23之间且在左右方向上对称布置的两块摄像头安装板19，如图2和10所示，摄像头安装板19套设在对应的骨架连接柱11上，摄像头安装板19上设有用于与摄像头铰接的连接孔20。上骨架22与下骨架23在机头的对应位置处设有U形卡口21并且连接孔20处于U形卡口21的后侧。摄像头29的外部套设有摄像头保护罩30，能对摄像头29进行360°的保护。摄像头保护罩30通过铰接轴与两块摄像头安装板19铰接，从而可调整摄像头29的拍摄角度。在转动摄像头时，U形卡口21能够对摄像头保护罩30进行限位。天线安装架10采用TPU保护，有效防止炸机。
本发明的穿越机的机架的尺寸可根据实际具体使用情况进行相应设计。
本发明的穿越机在起飞时，与后电机装配在一起的螺旋桨在旋转而向下吹风时，不受电机固定座的阻挡，从而能够完全将该部分风能利用；虽然与前电机装配在一起的螺旋桨在旋转而向下吹风时，受到对应电机固定座的阻挡，但是相比于所有螺旋桨向下吹的风均受到阻挡的情况，仍能够明显提高穿越机的飞行效率。另外，本发明的穿越机采用半开式的涵道，在穿越机撞击到人而能避免螺旋桨伤到人的前提下，一方面能够减轻整个机架的重量，另一方面半开式的涵道与完全封闭式的涵道相比，更有利于气流的通过，减少了气流阻力，并且各个涵道相通，使穿越机在飞行时更加流畅，进一步提高了穿越机的飞行效率。
在其他实施例中，也可以不设置防护网。
在其他实施例中，上机架和下机架上涵道支撑环的数量可根据实际飞行需要设置2个或6个以上，个数需是2的倍数。
在其他实施例中，涵道保护罩的结构也可以仅包括连接板，此时连接板可以与机架一体成型加工。
以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种穿越机，定义穿越机的前进方向为前后方向，其特征在于，包括：
机架，沿前后方向延伸，机架上设有供气流通过的涵道，涵道包括沿左右方向对称分布在机架两侧的前涵道和后涵道；
动力装置，用于对穿越机提供飞行动力，包括沿左右方向对称分布在机架两侧的前电机和沿左右方向对称分布在机架两侧的后电机，前电机通过电机固定座固定在对应的前涵道内，后电机通过电机固定座固定在对应的后涵道内，前电机和后电机上均装配有螺旋桨，前电机与后电机呈“X”状布置；
所述前电机和后电机均设置在对应的电机固定座的下方，且前电机上的螺旋桨与后电机上的螺旋桨均处于同一水平面内；
或者前电机和后电机中，一个设置在对应的电机固定座的上方，另一个设置在对应的电机固定座的下方，以使安装在前电机上的螺旋桨与安装在后电机上的螺旋桨在上下方向上具有高度差。
2.根据权利要求1所述的穿越机，其特征在于，所述前涵道与后涵道均为半开式涵道，并且各个前涵道与后涵道均相通。
3.根据权利要求1所述的穿越机，其特征在于，前电机和后电机中，一个设置在对应的电机固定座的上方，另一个设置在对应的电机固定座的下方，所述机架上还设有防护网，防护网与电机固定座一一对应设置，防护网与电机固定座在同一个涵道处上下相对布置。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的穿越机，其特征在于，所述机架由碳纤维材质制成。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的穿越机，其特征在于，所述机架包括：
上机架，包括沿前后方向延伸的上骨架、沿左右方向对称分布在上骨架两侧且与上骨架一体成型的上涵道支撑环；
下机架，包括前后方向延伸的下骨架、沿左右方向对称分布在下骨架两侧且与下骨架一体成型的下涵道支撑环，下涵道支撑环与上涵道支撑环一一对应且同轴布置；
连接柱，包括骨架连接柱和支撑环连接柱，骨架连接柱用于将上骨架和下骨架连接在一起，支撑环连接柱用于将一一对应的两个上涵道支撑环和下涵道支撑环连接在一起，支撑环连接柱在一一对应的两个上涵道支撑环与下涵道支撑环之间设有至少两个且呈圆周分布，连接柱将上机架与下机架连接成一个整体；
一一对应的上涵道支撑环、下涵道支撑环以及设置在两个涵道支撑环之间的支撑环连接柱形成所述涵道；
涵道保护罩，设置在涵道处，用于形成涵道的涵道壁并使涵道形成半开式结构，所述防护网与涵道保护罩连接在一起。
6.根据权利要求5所述的穿越机，其特征在于，所述涵道保护罩包括连接环和连接板，连接环与对应的涵道支撑环可拆连接在一起，连接板为与连接环一体成型的弧形板，且连接板的弧长小于连接环的周长，连接板用于形成所述涵道壁，所述防护网通过支撑环连接柱与连接环固定连接。
7.根据权利要求5所述的穿越机，其特征在于，处于上骨架同一侧的各个上涵道支撑环一体连接，并且处于下骨架同一侧的各个下涵道支撑环一体连接。
8.根据权利要求5所述的穿越机，其特征在于，所述涵道保护罩的外侧连接有防撞缓冲垫。
9.根据权利要求5所述的穿越机，其特征在于，机架的处于机头的位置处设有摄像头安装部，摄像头安装部包括设置在上骨架与下骨架之间且在左右方向上对称布置的两块摄像头安装板，摄像头安装板套设在对应的骨架连接柱上，摄像头安装板上设有用于与摄像头铰接的连接孔，上骨架与下骨架在机头的对应位置处设有U形卡口，U形卡口用于在摄像头调整上下角度时对摄像头进行限位，所述连接孔处于U形卡口的后侧。
10.根据权利要求1-3任意一项所述的穿越机，其特征在于，所述机架上设有多个减重穿线孔。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113148128A (zh) * 2021-05-10 2021-07-23 南京工程学院 一种电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器

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CN113148128A (zh) * 2021-05-10 2021-07-23 南京工程学院 一种电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器
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