CN112093042A - 一种筒轴共轴反桨涵道飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，筒轴和涵道外筒均为圆筒状结构，涵道外筒套设在筒轴外周侧，涵道外筒内侧壁与筒轴外侧壁之间形成有环形空腔，第一齿圈通过第一轴承转动连接在筒轴外侧壁，第二齿圈通过第二轴承转动连接在筒轴外侧壁，驱动电机输出轴连接有换向器，换向器两个输出轴分别固定有第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与第一齿圈啮合传动，第二齿轮与第二齿圈啮合传动，第一齿圈的转动方向与第二齿圈的转动方向相反，第一轴承的外圈固定有多个上螺旋桨，第二轴承的外圈固定有多个下螺旋桨。效果：通过采用筒轴结合涵道和同轴反桨，解决以往飞行器不能普及的问题：价格贵、安全问题、起降场地问题、平衡问题、存放和搬运问题。

Description

一种筒轴共轴反桨涵道飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种筒轴共轴反桨涵道飞行器。

背景技术

现有的个人飞行器之所以不能像汽车那样普及，是因为存在很多问题；其中，固定翼个人飞行器目前虽然可以造得很轻、很便宜，但需要跑道起飞和降落；同时，固定翼个人飞行器伸展的机翼使飞行器体积较大，搬运和停放难度较大，以上原因导致固定翼个人飞行器很难普及。

鉴于固定翼个人飞行器存在普及的难度，很多人在考虑采用直升机类的个人飞行器实现普及；一般能够垂直起降的直升机类型个人飞行器虽然对起飞场地要求不高，但要靠螺旋桨克服地球对飞行器的引力，需要功率较高的动力引擎垂直拉起飞行器，较大的引擎、电池(油箱)会导致飞行器自重过大，相应的成本也较高，也限制了此类个人飞行器的普及；如果采用轻质材料减轻飞行器的重量，又会增加材料成本。

但总的来说，从对场地和存放的要求来说，直升机类型的个人飞行器在将来普及的可能性大一些，但目前在市场上推广的和正在研发的一些直升机个人飞行器也存在很多问题，也导致很难普及。

直升机类型的个人飞行器存在的问题概括如下：

1、存在严重的安全问题：高速旋转的螺旋桨裸露在外，一旦碰到人体或者障碍物，容易造成人员伤亡或者事故；特别是螺旋桨部署在飞行器下方或者侧面的飞行器，很容易伤人或者出事故；包括驾驶员(乘员)在内，一旦飞行器失控，驾驶员(乘员)很容易被螺旋桨划伤。

2、平衡问题：如果螺旋桨部署在飞行器的顶部，会增加飞行器的体积，同时向下的气流会对下部的机身产生下压的力量，降低机械效率；如果螺旋桨部署在飞行器中心的下方，飞行器的中心在螺旋桨之上，飞行器存在飞行平衡问题，特别是多引擎飞行器，一旦有个别引擎出现故障时，飞行器会失去平衡，就需要增加复杂的平衡稳定系统，从而增加了成本。

3、搬运和存放问题：虽然目前直升机形的个人飞行器的体积比固定翼型的要小很多，但体积依然很大。不管螺旋桨部署在顶部或者下部，支撑螺旋桨的支架一般都比较长，通常使飞行器的直径大于四米，重量普遍超过二百公斤，搬运和存放都成问题。

4、价格较贵：目前相对成熟的产品价格一般都在三十万元以上。

综上所述，目前的个人飞行器产品普遍存在的问题有：价格贵、安全问题、起降场地问题、平衡问题、存放和搬运问题。上述问题是阻碍直升机形个人飞行器普及的主要问题。

发明内容

为此，本发明提供一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，以解决现有技术中个人飞行器存在的安全性差、平衡性差、搬运存放困难以及制造成本较高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，包括筒轴、涵道外筒、驱动电机、换向器、第一轴承、第二轴承、第一齿圈、第二齿圈、第一齿轮、第二齿轮、多个上螺旋桨以及多个下螺旋桨；所述筒轴和所述涵道外筒均为圆筒状结构，所述涵道外筒套设在所述筒轴的外周侧，所述涵道外筒的内侧壁与所述筒轴的外侧壁之间形成有环形空腔，所述第一齿圈通过所述第一轴承转动连接在所述筒轴的外侧壁，所述第二齿圈通过所述第二轴承转动连接在所述筒轴的外侧壁，所述驱动电机的输出轴连接有所述换向器，所述换向器的两个输出轴分别固定有所述第一齿轮和所述第二齿轮，所述第一齿轮与所述第一齿圈啮合传动，所述第二齿轮与所述第二齿圈啮合传动，所述第一齿圈的转动方向与所述第二齿圈的转动方向相反，所述第一轴承的外圈固定有多个所述上螺旋桨，所述第二轴承的外圈固定有多个所述下螺旋桨。

进一步地，所述驱动电机为多个，每个所述驱动电机均通过所述换向器与所述第一齿轮及所述第二齿轮传动连接。

进一步地，多个所述驱动电机环形等间隔阵列设置在所述筒轴的内侧壁上。

进一步地，多个所述上螺旋桨环形等间隔阵列设置在所述第一轴承的外圈上，多个所述下螺旋桨环形等间隔阵列设置在所述第二轴承的外圈上。

进一步地，还包括支架和踏板，所述踏板间隔设置在所述筒轴的下方，所述踏板通过所述支架固定在所述筒轴的下端面上。

进一步地，还包括蓄电池，所述踏板内设置有所述蓄电池，所述蓄电池与所述驱动电机电连接。

进一步地，还包括多个支脚，多个所述支脚均匀设置在所述踏板的下端面。

进一步地，还包括万向轮，每个所述支脚的下端面均设置有所述万向轮。

进一步地，还包括连接板，所述涵道外筒的内侧壁通过多个所述连接板与所述筒轴的外侧壁固定连接。

进一步地，还包括换向螺旋桨，所述涵道外筒的外侧壁设置有多个所述换向螺旋桨，所述换向螺旋桨的轴线垂直于所述筒轴的轴线，所述换向螺旋桨与所述蓄电池电连接。

本发明具有如下优点：本发明通过采用筒轴，结合涵道和同轴反桨，解决了以往个人飞行器不能普及的五大问题：价格贵、安全问题、起降场地问题、平衡问题、存放和搬运问题；具体为：

1、解决了起降场地问题：本装置是直升机，只要一个几平米的地方就能起飞，不需要专门的跑道。

2、解决了安全问题：本装置采用涵道式布局，螺旋桨外的涵道筒起到安全防护作用，同时可以大幅提高机械效率。

3、解决了平衡问题：本装置螺旋桨的高度大约处在驾驶员(乘员)的胸部位置，也就是整机的重心在螺旋桨的下方，使飞行器不需要专门的平衡系统。只需要驾驶员(乘员)移动身体重心，就可以控制飞行器平衡：本装置采用同轴反桨的双螺旋桨，完全不同于目前流行的多螺旋桨无人机和个人飞行器，共轴反桨彼此抵消了反向扭矩；如果是电机驱动，可以把电池放在驾驶员(乘员)脚下或者小腿周围，使整机中心偏低，不需要专门的平衡系统，可以降低成本。

4、解决了成本问题：由于采用了筒轴设计，同时又采用了涵道和共轴反桨设计，不仅解决了布局问题、平衡问题、安全问题，还极大低提高了机械效率，同时降低了系统复杂度，使电机或者发动机的功率可以降低一半以上；电池的重量也可降低一半以上；采用外涵道和筒轴构成飞行器结构主体，基本不需要其他结构框架；以上措施大幅度降低了飞行器的成本。

5、解决了搬运和存放问题：可以把飞行器的直径(外涵道筒)控制在两米以内，如果采用高转速螺旋桨，涵道桶直径甚至可以缩小到一米五左右；本飞行器可以采用分体布局；上部的涵道螺旋桨部分高度可以控制在60厘米(0.6米)以内，下部是驾驶员(乘员)的脚踏板和电池组，体积可以控制在长宽都不超过60厘米，高度也不会超过一米；这样的体积可以进出家门、电梯门；重量也可以控制在100公斤以内，如果采用轻型材料，甚至可以控制在50公斤以内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一些实施例提供的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器的剖面图。

图2为本发明一些实施例提供的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器的俯视图。

图3为本发明一些实施例提供的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器的使用状态剖面图。

图4为本发明一些实施例提供的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器的使用状态俯视图。

图中：1、筒轴，2、涵道外筒，3、驱动电机，4、换向器，5、第一轴承，6、第二轴承，7、第一齿圈，8、第二齿圈，9、第一齿轮，10、第二齿轮，11、上螺旋桨，12、下螺旋桨，13、支架，14、踏板，15、支脚，16、连接板。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例中的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，包括筒轴1、涵道外筒2、驱动电机3、换向器4、第一轴承5、第二轴承6、第一齿圈7、第二齿圈8、第一齿轮9、第二齿轮10、多个上螺旋桨11以及多个下螺旋桨12；筒轴1和涵道外筒2均为圆筒状结构，涵道外筒2套设在筒轴1的外周侧，涵道外筒2的内侧壁与筒轴1的外侧壁之间形成有环形空腔，第一齿圈7通过第一轴承5转动连接在筒轴1的外侧壁，第二齿圈8通过第二轴承6转动连接在筒轴1的外侧壁，驱动电机3的输出轴连接有换向器4，换向器4的两个输出轴分别固定有第一齿轮9和第二齿轮10，第一齿轮9与第一齿圈7啮合传动，第二齿轮10与第二齿圈8啮合传动，第一齿圈7的转动方向与第二齿圈8的转动方向相反，第一轴承5的外圈固定有多个上螺旋桨11，第二轴承6的外圈固定有多个下螺旋桨12。

具体的，筒轴1位中空轴，也就是用一个类似圆筒的部件作为上螺旋桨11和下螺旋桨12的轴驾驶员(乘员)站立或者坐在筒轴1的中心进行驾驶，涵道外筒2与筒轴1形成大筒套小筒的双筒结构，上螺旋桨11和下螺旋桨12则通过轴承套在筒外；本飞行器采用共轴反桨布局的两幅螺旋桨，两幅螺旋桨在同一个筒轴1上旋转，方向相反，反向扭矩互相抵消；在上螺旋桨11和下螺旋桨12外再套一个大筒，形成涵道外筒2；涵道可以大幅度提高螺旋桨效率，同时，涵道外筒2把上螺旋桨11和下螺旋桨12包在内部，可以避免上螺旋桨11和下螺旋桨12伤人或者自身损伤，也增加了安全性。

例如，两幅桨上各有一个齿轮圈，两台及两台以上电机(油机)同时驱动两个转向相反的齿轮圈；为了安全可靠，建议采用两台或两台以上电机，互为备份；一旦有某台电机故障，其他电机依然可以驱动螺旋桨安全降落。

此外，第一齿圈7和第二齿圈8均为直齿圈或斜齿圈，对应的，第一齿轮9和第二齿轮10为直齿轮或斜齿轮，换向器4为齿轮换向器，其中，换向器4的输入轴与驱动电机3的输出轴固定连接，换向器4具有垂直方向的两个输出轴，两个换向器4的输出轴转动方向相反。

本实施例达到的技术效果为：本实施例通过采用筒轴1，结合涵道和同轴反桨，解决了以往个人飞行器不能普及的五大问题：价格贵、安全问题、起降场地问题、平衡问题、存放和搬运问题；具体为：

1、解决了起降场地问题：本装置是直升机，只要一个几平米的地方就能起飞，不需要专门的跑道。

2、解决了安全问题：本装置采用涵道式布局，螺旋桨外的涵道筒起到安全防护作用，同时可以大幅提高机械效率。

3、解决了平衡问题：本装置螺旋桨的高度大约处在驾驶员乘员的胸部位置，也就是整机的重心在螺旋桨的下方，使飞行器不需要专门的平衡系统。只需要驾驶员乘员移动身体重心，就可以控制飞行器平衡：本装置采用同轴反桨的双螺旋桨，完全不同于目前流行的多螺旋桨无人机和个人飞行器，共轴反桨彼此抵消了反向扭矩；如果是电机驱动，可以把电池放在驾驶员乘员脚下或者小腿周围，使整机中心偏低，不需要专门的平衡系统，可以降低成本。

4、解决了成本问题：由于采用了筒轴设计，同时又采用了涵道和共轴反桨设计，不仅解决了布局问题、平衡问题、安全问题，还极大低提高了机械效率，同时降低了系统复杂度，使电机或者发动机的功率可以降低一半以上；电池的重量也可降低一半以上；采用外涵道和筒轴构成飞行器结构主体，基本不需要其他结构框架；以上措施大幅度降低了飞行器的成本。

5、解决了搬运和存放问题：可以把飞行器的直径外涵道筒控制在两米以内，如果采用高转速螺旋桨，涵道桶直径甚至可以缩小到一米五左右；本飞行器可以采用分体布局；上部的涵道螺旋桨部分高度可以控制在60厘米0.6米以内，下部是驾驶员乘员的脚踏板和电池组，体积可以控制在长宽都不超过60厘米，高度也不会超过一米；这样的体积可以进出家门、电梯门；重量也可以控制在100公斤以内，如果采用轻型材料，甚至可以控制在50公斤以内。

实施例2

如图1至图4所示，本实施例中的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，包括实施例1中的全部技术特征，除此之外，驱动电机3为多个，每个驱动电机3均通过换向器4与第一齿轮9及第二齿轮10传动连接，实现了稳定的换向作用。

可选的，多个驱动电机3环形等间隔阵列设置在筒轴1的内侧壁上，例如，驱动电机3设置为三个，三个驱动电机3呈放射状分布在筒轴1的内侧壁上，相邻两个驱动电机3之间的夹角为120°，从而增强了飞行器的稳定性，避免其中部分驱动电机3失灵产生的不安全事故，显著提高了飞行的安全性。

可选的，多个上螺旋桨11环形等间隔阵列设置在第一轴承5的外圈上，多个下螺旋桨12环形等间隔阵列设置在第二轴承6的外圈上，通过上述设置，显著提高了飞行的稳定性。

实施例3

如图1至图4所示，本实施例中的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，包括实施例2中的全部技术特征，除此之外，还包括支架13和踏板14，踏板14间隔设置在筒轴1的下方，踏板14通过支架13固定在筒轴1的下端面上。

可选的，还包括蓄电池，踏板14内设置有蓄电池，蓄电池与驱动电机3电连接；此外，还可将蓄电池更换为油箱及发动机，通过将蓄电池或发动机及油箱设置在踏板14内，有效的降低了重心，增强了飞行过程的稳定性。

本实施例中的有益效果为：通过支架13和踏板14，实现了对人体稳定的支撑；通过设置蓄电池，提高了飞行器的续航能力，起到了环保节能的技术效果。

实施例4

如图1至图4所示，本实施例中的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，包括实施例3中的全部技术特征，除此之外，还包括多个支脚15，多个支脚15均匀设置在踏板14的下端面，通过设置多个支脚15，实现了对飞行器的支撑作用。

可选的，还包括万向轮，每个支脚15的下端面均设置有万向轮。

本实施例中的有益效果为：通过设置万向轮，提高了飞行器在地面上的可移动性能。

实施例5

如图1至图4所示，本实施例中的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，包括实施例4中的全部技术特征，除此之外，还包括连接板16，涵道外筒2的内侧壁通过多个连接板16与筒轴1的外侧壁固定连接。

可选的，还包括换向螺旋桨，涵道外筒2的外侧壁设置有多个换向螺旋桨，换向螺旋桨的轴线垂直于筒轴1的轴线，换向螺旋桨与蓄电池电连接。

本实施例中的有益效果为：通过设置连接板16，提高了筒轴1和涵道外筒2之间连接的稳定性；通过设置换向螺旋桨，实现了对方向的调整。

此外，当未设置换向螺旋桨，可通过人体的肢体倾斜制造偏转力，从而实现飞行器的换向。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，包括筒轴(1)、涵道外筒(2)、驱动电机(3)、换向器(4)、第一轴承(5)、第二轴承(6)、第一齿圈(7)、第二齿圈(8)、第一齿轮(9)、第二齿轮(10)、多个上螺旋桨(11)以及多个下螺旋桨(12)；所述筒轴(1)和所述涵道外筒(2)均为圆筒状结构，所述涵道外筒(2)套设在所述筒轴(1)的外周侧，所述涵道外筒(2)的内侧壁与所述筒轴(1)的外侧壁之间形成有环形空腔，所述第一齿圈(7)通过所述第一轴承(5)转动连接在所述筒轴(1)的外侧壁，所述第二齿圈(8)通过所述第二轴承(6)转动连接在所述筒轴(1)的外侧壁，所述驱动电机(3)的输出轴连接有所述换向器(4)，所述换向器(4)的两个输出轴分别固定有所述第一齿轮(9)和所述第二齿轮(10)，所述第一齿轮(9)与所述第一齿圈(7)啮合传动，所述第二齿轮(10)与所述第二齿圈(8)啮合传动，所述第一齿圈(7)的转动方向与所述第二齿圈(8)的转动方向相反，所述第一轴承(5)的外圈固定有多个所述上螺旋桨(11)，所述第二轴承(6)的外圈固定有多个所述下螺旋桨(12)。

2.根据权利要求1所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，所述驱动电机(3)为多个，每个所述驱动电机(3)均通过所述换向器(4)与所述第一齿轮(9)及所述第二齿轮(10)传动连接。

3.根据权利要求2所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，多个所述驱动电机(3)环形等间隔阵列设置在所述筒轴(1)的内侧壁上。

4.根据权利要求1所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，多个所述上螺旋桨(11)环形等间隔阵列设置在所述第一轴承(5)的外圈上，多个所述下螺旋桨(12)环形等间隔阵列设置在所述第二轴承(6)的外圈上。

5.根据权利要求1所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，还包括支架(13)和踏板(14)，所述踏板(14)间隔设置在所述筒轴(1)的下方，所述踏板(14)通过所述支架(13)固定在所述筒轴(1)的下端面上。

6.根据权利要求5所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，还包括蓄电池，所述踏板(14)内设置有所述蓄电池，所述蓄电池与所述驱动电机(3)电连接。

7.根据权利要求5所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，还包括多个支脚(15)，多个所述支脚(15)均匀设置在所述踏板(14)的下端面。

8.根据权利要求7所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，还包括万向轮，每个所述支脚(15)的下端面均设置有所述万向轮。

9.根据权利要求1所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，还包括连接板(16)，所述涵道外筒(2)的内侧壁通过多个所述连接板(16)与所述筒轴(1)的外侧壁固定连接。

10.根据权利要求6所述的一种筒轴共轴反桨涵道飞行器，其特征在于，还包括换向螺旋桨，所述涵道外筒(2)的外侧壁设置有多个所述换向螺旋桨，所述换向螺旋桨的轴线垂直于所述筒轴(1)的轴线，所述换向螺旋桨与所述蓄电池电连接。

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