一种共轴倾转旋翼飞行器及其组合的薄膜类飞行器
技术领域
本发明属于旋翼飞行器技术领域,尤其涉及一种共轴倾转旋翼飞行器及其组合的薄膜类飞行器。
背景技术
近年来,共轴双旋翼无人机被广泛应用于军事和民用领域。和常规无人机相比,共轴双旋翼无人机具有负载能力强、悬停效率高、续航时间长和结构紧凑等优点,已广泛应用于诸多场景,如情报收集、军事打击、引导与摧毁、电子干扰与对抗、快递运输、气象探测、人工降雨、地质勘探、抢险救灾、髙空拍摄、电力巡检等,具有广泛的应用前景。
专利CN107117300B是一种基于共轴多旋翼姿态调整的无人飞行器。该发明整机采用共轴多旋翼设计,调整旋翼相对转速可以对机身产生不同的反扭矩控制机身的自传,螺旋桨的轴线方向可以相对于机身框架产生俯仰角使机身重心移动、重力相对于机芯产生调整力矩改变螺旋桨轴线方向进而调整飞行器运动方向。
专利CN203199178U是一种单涵道共轴旋翼/螺旋桨碟形飞行器,该新型中碟形飞行器的姿态控制即前飞、后飞、左飞和右飞,由周期性 改变旋翼的桨距来实现。
以上技术都是在一定范围内产生力和力矩来实现飞行器的运动与姿态控制,不能进行全方位的姿态调整。
地球上各地气候不同的根本原因,是地表接受到的太阳辐射能量的不均匀性、因而产生了大气的流动.热量和水分又随着环流从一地向另一地输送,使不同地方的热力差异趋于均匀。热量不均产生气体流动,而流体的速度会随流管变细而加速,因而可以通过控制流场通道改变流体流速。这方面的大气控制研究还稍微缺乏。但可以通过调整温度和流动通道来实现对大气流动的调整与控制。
利用重心移动和舵面控制以及相应的变距技术都是在飞行器的竖直方向不进行较大改变的情况下进行的运动与姿态调整。飞行器在竖直轴线方向姿态运动角度不受限制,但在水平前后左右方向的姿态会受到一定限制,因为要保证飞行器总体向上的推力。因而,飞行器的姿态就不能够进行全方位变化。
发明内容
为了解决上述已有技术存在的不足,本发明提出一种共轴倾转旋翼飞行器及其组合的薄膜类飞行器,利用共轴双旋翼的特性组合形成的薄膜类飞行器来实现对大气流动的控制。本发明的具体技术方案如下:
一种共轴倾转旋翼飞行器,包括涵道机体、环机体、第一旋翼、第二旋翼、导向叶片、三轴动量轮,其中,
所述涵道机体内部自上而下设置所述第一旋翼、所述第二旋翼和所述导向叶片;
所述环机体位于所述涵道机体的外部,在所述环机体上布置用于固定旋转电机的固定座,所述环机体通过旋转电机驱动所述涵道机体绕固定旋转电机固定座轴线旋转;
所述第一旋翼逆时针旋转,所述第二旋翼顺时针旋转,所述导向叶片绕所述涵道机体的中心轴线呈发散状排布,控制经过所述第一旋翼和所述第二旋翼的气流方向,最终实现推力沿所述涵道机体轴向分布;
所述三轴动量轮为环形形状,与所述涵道机体固连,能够产生力矩调整共轴倾转旋翼飞行器的姿态。
进一步地,所述涵道机体内部沿中心轴线由下而上设置两个驱动电机固定座,分别用于固定第一驱动电机和第二驱动电机,每个驱动电机固定座通过连接梁与所述涵道机体固连;
所述第一旋翼与所述第一驱动电机固连,所述第一驱动电机驱动所述第一旋翼旋转产生推力;所述第二旋翼与所述第二驱动电机固连,所述第二驱动电机驱动所述第二旋翼旋转产生推力,同时改变气流方向。
进一步地,所述环机体为环形旋成体,沿所述环机体周向依次间隔90度布置四个用于固定旋转电机的固定座,其中,用于固定两个第一旋转电机的旋转电机固定座布置在所述环机体内侧,与所述涵道机体的外壳中部呈180度布置的两个旋转电机固定座配合,用于固定两个第二旋转电机的旋转电机固定座布置在所述环机体外侧,所述第一旋转电机和所述第二旋转电机间隔布置;
所述第一旋转电机安装在所述环机体内侧的旋转电机固定座与所述涵道机体外壳上的旋转电机固定座上,所述环机体通过所述第一旋转电机驱动所述涵道机体绕固定所述第一旋转电机的旋转电机固定座轴线旋转。
进一步地,所述三轴动量轮中间通过所述第一旋翼的转轴,与固定所述第一驱动电机的驱动电机固定座固连,进而与所述涵道机体固连。
进一步地,所述涵道机体为球状旋成体,中心轴线为竖直轴线,内部绕中心轴线周向布置多个纵向隔框,配合环形梁固连纵向隔框,所述涵道机体的外壳剖面为类翼型形状,中下部的厚度大于上部的厚度,并布置有减重孔。
进一步地,所述涵道机体内侧中部周向均匀布置高密度电池,并联输出作为能源供给。
进一步地,所述涵道机体内侧中部与所述高密度电池一起均匀排布的控制器,为共轴倾转旋翼飞行器的飞行控制系统。
进一步地,所述涵道机体的纵向隔框和梁的表面设置一层蒙皮,在所述涵道机体的机体表面的蒙皮外再设置一层多孔壁板。
一种多个共轴倾转旋翼飞行器组合的薄膜类飞行器,包括至少两个所述的共轴倾转旋翼飞行器,还包括外机体、起降连接支架和薄膜,其中,
所述外机体为环形旋成体,内部呈180度布置两个旋转电机固定座,所述第二旋转电机安装在所述环机体外侧的旋转电机固定座与所述外机体内部的旋转电机固定座上,所述外机体通过所述第二旋转电机驱动所述环机体绕固定所述第二旋转电机的旋转电机固定座轴线旋转;
所述起降连接支架在所述外机体外侧沿周向依次间隔90度均匀布置,上下对称,共八组,每个所述起降连接支架通过斜梁与外机体固连,末端设置缓冲点进行各个共轴倾转旋翼飞行器的组合连接;上下对称的所述起降连接支架之间布置膜连接装置,用于所述薄膜与共轴倾转旋翼飞行器的连接,所述膜连接装置之间设置用于薄膜回收存储的膜收放装置;
所述薄膜由基体层进行横竖编织保证强度,由所述基体层内部的电路层控制膜层功能,再在所述基体层外部附着可控的透光层;
以四个所述共轴倾转旋翼飞行器为端点,将所述薄膜布置在其中形成薄膜类飞行器单元,将所述薄膜类飞行器单元阵列即构成薄膜类飞行器;在地面起降时,所述薄膜收进所述膜收放装置中,所述共轴倾转旋翼飞行器通过所述起降连接支架组合;在空中作业时,所述薄膜与所述共轴倾转旋翼飞行器分离部署进行展开,通过每个所述共轴倾转旋翼飞行器位置的变化实现整个薄膜类飞行器的形状变化,以此完成特定任务。
进一步地,所述外机体内部为与所述涵道机体内部相同的纵向隔框和梁的结构,肋上布置减重孔。
本发明的有益效果在于:
1.本发明的共轴倾转旋翼飞行器能够进行全方位的运动与移动;
2.本发明的薄膜类飞行器由多个共轴倾转旋翼飞行器组合而成,旋翼间由薄膜构成,共轴倾转旋翼飞行器为节点改变薄膜类飞行器的形状。
3.本发明能够通过改变膜的透光率实现大气流动,通过改变膜的形状实现流速调节。在回收时,膜收进共轴倾转旋翼飞行器中,共轴倾转旋翼飞行器组合回收。通过此种设计,可以实现对大气的控制调节,对城市热岛,农业干旱,污染飘散等问题的解决提供新方案。
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,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点,附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制,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,可以根据这些附图获得其他的附图。其中:
图1为本发明的共轴倾转旋翼飞行器立体示意图。
图2为本发明的共轴倾转旋翼飞行器的涵道机体和环机体的剖面立体示意图。
图3为本发明的共轴倾转旋翼飞行器的半剖立体示意图。
图4为本发明的薄膜类飞行器的薄膜微观立体示意图。
图5为本发明的薄膜类飞行器的多个共轴倾转旋翼飞行器组合示意图。
图6为本发明的薄膜类飞行器收放时共轴倾转旋翼飞行器排布示意图。
图中:1-基体层,2-电路层,3-透光层,4-涵道机体,5-环机体,6-外机体,7-第一旋翼,8-第二旋翼,9-第一驱动电机,10-第二驱动电机,11-导向叶片,12-起降连接支架,13-第一旋转电机,14-第二旋转电机,15-高密度电池,16-控制器,17-三轴动量轮,18-膜连接装置,19-膜收放装置。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示,一种共轴倾转旋翼飞行器,包括涵道机体4、环机体5、第一旋翼7、第二旋翼8、导向叶片11、三轴动量轮17,其中,
涵道机体4内部自上而下设置第一旋翼7、第二旋翼8和导向叶片11;
环机体5位于涵道机体4的外部,在环机体5上布置用于固定旋转电机的固定座,环机体5通过旋转电机驱动涵道机体4绕固定旋转电机固定座轴线旋转;
第一旋翼7逆时针旋转,第二旋翼8顺时针旋转,导向叶片11绕涵道机体4的中心轴线呈发散状排布,控制经过第一旋翼7和第二旋翼8的气流方向,能够降低气流旋转性,最终实现推力沿涵道机体4轴向分布;
三轴动量轮17为环形形状,与涵道机体4固连,能够产生力矩调整共轴倾转旋翼飞行器的姿态。
在一些实施方式中,涵道机体4内部沿中心轴线由下而上设置两个驱动电机固定座,分别用于固定第一驱动电机9和第二驱动电机10,每个驱动电机固定座通过连接梁与涵道机体4固连;
第一旋翼7与第一驱动电机9固连,第一驱动电机9驱动第一旋翼7旋转产生推力;第二旋翼8与第二驱动电机10固连,第二驱动电机10驱动第二旋翼8旋转产生推力,同时改变气流方向。
在一些实施方式中,环机体5为环形旋成体,沿环机体5周向依次间隔90度布置四个用于固定旋转电机的固定座,其中,用于固定两个第一旋转电机13的旋转电机固定座布置在环机体5内侧,与涵道机体4的外壳中部呈180度布置的两个旋转电机固定座配合,用于固定两个第二旋转电机14的旋转电机固定座布置在环机体5外侧,第一旋转电机13和第二旋转电机14间隔布置;
第一旋转电机13安装在环机体5内侧的旋转电机固定座与涵道机体4外壳上的旋转电机固定座上,环机体5通过第一旋转电机13驱动涵道机体4绕固定第一旋转电机13的旋转电机固定座轴线旋转。
在一些实施方式中,三轴动量轮17中间通过第一旋翼7的转轴,与固定第一驱动电机9的驱动电机固定座固连,进而与涵道机体4固连。
在一些实施方式中,涵道机体4为球状旋成体,中心轴线为竖直轴线,内部绕中心轴线周向布置多个纵向隔框,配合环形梁固连纵向隔框,涵道机体4的外壳剖面为类翼型形状,中下部的厚度大于上部的厚度,并布置有减重孔。
在一些实施方式中,涵道机体4内侧中部周向均匀布置高密度电池15,并联输出作为能源供给。
较佳地,高密度电池15为六组,呈60°间隔布置。
在一些实施方式中,涵道机体4内侧中部与高密度电池15一起均匀排布的控制器16,为共轴倾转旋翼飞行器的飞行控制系统。
在一些实施方式中,涵道机体4的纵向隔框和梁的表面设置一层蒙皮,用于进行飞行器的坠撞缓冲保护,在涵道机体4的机体表面的蒙皮外再设置一层多孔壁板。
下面介绍共轴倾转旋翼飞行器的运动过程。
共轴倾转旋翼飞行器的运动由控制器16发出信号,高密度电池15驱动第一驱动电机9和第二驱动电机10工作,产生推力运动,由高密度电池15驱动第一旋转电机13和第二旋转电机14以及三轴动量轮17进行姿态调整,实现共轴倾转旋翼飞行器的全方位运动:
(1)垂直运动:第一旋转电机13和第二旋转电机14锁死,保持涵道机体4、环机体5和外机体6固连;高密度电池15驱动第一驱动电机9和第二驱动电机10,涵道机体4呈竖直姿态,气体依次通过第一旋翼7、第二旋翼8和导向叶片11产生向上推力,推力与重力大小不同,实现共轴倾转旋翼飞行器的上下垂直运动。
(2)水平运动:三轴动量轮17工作,调整涵道机体4姿态使得涵道机体4中心轴线倾斜,机头朝向水平前进方向,同时第一旋转电机13和第二旋转电机14工作,调整环机体5和外机体6的姿态,使其保持之前姿态,高密度电池15驱动第一驱动电机9和第二驱动电机10,涵道机体4呈竖直姿态,气体依次通过第一旋翼7、第二旋翼8和导向叶片11产生斜向上推力,推力一部分克服重力,另一部分实现水平推力,实现共轴倾转旋翼飞行器的水平运动。
(3)姿态调整:第一旋转电机13和第二旋转电机14工作,调整环机体5和外机体6的姿态,同时三轴动量轮17工作保持涵道机体4的姿态不变,实现外机体6的姿态变化。
通过以上三种运动模式,能够进行矢量运动合成,使得共轴倾转旋翼飞行器具有全方位飞机运动功能。
一种多个共轴倾转旋翼飞行器组合的薄膜类飞行器,包括至少两个共轴倾转旋翼飞行器,还包括外机体6、起降连接支架12和薄膜,其中,
外机体6为环形旋成体,周长大于涵道机体4的周长,内部呈180度布置两个旋转电机固定座,第二旋转电机14安装在环机体5外侧的旋转电机固定座与外机体6内部的旋转电机固定座上,外机体6通过第二旋转电机14驱动环机体5绕固定第二旋转电机14的旋转电机固定座轴线旋转;
起降连接支架12在外机体6外侧沿周向依次间隔90度均匀布置,上下对称,共八组,每个起降连接支架12通过斜梁与外机体6固连,末端设置缓冲点进行各个共轴倾转旋翼飞行器的组合连接;上下对称的起降连接支架12之间布置膜连接装置18,用于薄膜与共轴倾转旋翼飞行器的连接,膜连接装置18之间设置用于薄膜回收存储的膜收放装置19;
薄膜由基体层1进行横竖编织保证强度,由基体层1内部的电路层2控制膜层功能,再在基体层1外部附着可控的透光层3;薄膜是有一定强度同时又有特定功能的膜层,其微观由基体层进行横竖编织保证强度,由基体层1内部的电路层2控制膜层功能,再在基体层外部附着可控的透光层3。在宏观上,其具有一般膜具有的柔软性,同时有一定耐挤压性和抗拉伸性。
以四个共轴倾转旋翼飞行器为端点,将薄膜布置在其中形成薄膜类飞行器单元,将薄膜类飞行器单元阵列即构成薄膜类飞行器;在地面起降时,薄膜收进膜收放装置19中,共轴倾转旋翼飞行器通过起降连接支架12组合;在空中作业时,薄膜与共轴倾转旋翼飞行器分离部署进行展开,通过每个共轴倾转旋翼飞行器位置的变化实现整个薄膜类飞行器的形状变化,以此完成特定任务。
在一些实施方式中,外机体6内部为与涵道机体4内部相同的纵向隔框和梁的结构,肋上布置减重孔以便减轻机体重量。
薄膜类飞行器可以根据任务要求实现不同数量共轴倾转旋翼飞行器和薄膜的组网,能够变薄膜透光率实现区域温度的调节,也可以改变薄膜形状形成大气走廊,实现空中气流的调节。
下面介绍薄膜类飞行器的工作过程,薄膜类飞行器由薄膜和多个共轴倾转旋翼飞行器组合而成,通过共轴倾转旋翼飞行器控制薄膜的收放和形状与功能,实现薄膜飞行器对大气流动的控制:
(1)起降运动:多个共轴倾转旋翼飞行器通过起降连接支架12组合在一起,为一个长方形,长宽高方向各有多个共轴倾转旋翼飞行器,薄膜收放在膜收放装置19中,从地面场地起飞到一定高度后,共轴倾转旋翼飞行器通过姿态运动展开,使得飞行器高度变为一个共轴倾转旋翼飞行器的长度,实现三维到二维的展开,同时,膜连接装置18逐步控制薄膜的展开,最终实现在空中薄膜飞行器的完全展开。任务结束后,按照展开的逆流程进行折叠,恢复为起飞的长方体形状,并降落回预定区域。
(2)气流控制运动:薄膜类飞行器控制薄膜透光层,实现薄膜下的太阳辐射改变,进而改变薄膜下的温度。若辐射很小,则温度下降;若辐射较大,有地面反辐射,透光层3能够控制实现地面辐射的阻隔,温度上升。通过改变区域温差实现大气流动。多个共轴倾转旋翼飞行器根据经纬度位置和高度不同实现整体薄膜飞行器的形状变化,形成多条不同的大气流管,进而控制流动大气的速度,实现气流控制。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、 “上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中,术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的,不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以上,除非另有明确的限定。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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。