CN113428357A - 一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置 - Google Patents

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    • B64U10/10—Rotorcrafts

Abstract

本发明涉及一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，包括导流罩、连接机构、控制信号接收器和风速仪；所述导流罩设置在无人机的正上方，所述连接机构两端分别连接导流罩内顶部和无人机顶部，所述风速仪设置在无人机两侧旋翼底部，所述控制信号接收器设置在连接机构底部；所述导流罩包括罩体、充气阀和支撑结构；所述罩体由若干气囊呈网状连接而成；所述支撑结构均匀布置在罩体内侧的受力点上；所述充气阀设置在罩体内表面上部的一侧。本发明具有更优的飞行稳定性，特别是有风条件悬停工况；发明主体重量轻、收放速度快、收起后体积小等突出优势，可以在飞行过程中减少能耗、提高续航。

Description

一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置
技术领域
本发明涉无人机技术领域，尤其涉及一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置。
背景技术
无人机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机，它在军事和民用各个方面发挥着重要的作用。无人机的分类有多种，按应用分，军用无人机可分为侦察无人机、诱饵无人机、电子对抗无人机、军用通信中继无人机、无人战斗机以及靶机等；民用无人机则可分为监视用无人机、农业用无人机、气象检测无人机、地质勘探无人机以及测绘无人机等。其中，四旋翼无人机因具有悬停、垂直起降、多种姿态飞行、适应各种环境等优点，受到了人们的关注，并广泛应用于军事、农林和社会活动多个领域。现今四旋翼无人机面临的主要问题是续航能力不足以及在有风情况下飞行、悬停的稳定性、抗风能力，上述问题导致四旋翼无人机无法长时间、稳定工作。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，该装置设计合理、结构简单、可快速开合，有效解决四旋翼无人机难续航和稳定飞行的问题。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，包括导流罩、连接机构、控制信号接收器和风速仪；所述导流罩设置在无人机的正上方，所述连接机构两端分别连接导流罩内顶部和无人机顶部，所述风速仪设置在无人机两侧旋翼底部，所述控制信号接收器设置在连接机构底部；
所述导流罩包括罩体、充气阀和支撑结构；所述罩体由若干气囊呈网
状连接而成；所述支撑结构均匀布置在罩体内侧的受力点上；所述充气阀设置在罩体内表面上部的一侧。
进一步的，所述充气阀包括充气口、充气囊、弹簧和阀座；所述充气口设置在充气囊的顶端，所述阀座设置在充气囊的下方，所述弹簧设置在充气囊底部和阀座之间。
进一步的，所述支撑结构由骨架和弹力绳构成；所述骨架与导流罩内侧通过螺丝或粘结连接方式结合，所述弹力绳连接在骨架的两端之间。
进一步的，所述连接机构包括螺栓、快速卡扣、伸缩装置、螺丝、万向轴和螺纹；所述万向轴底端连接在伸缩装置的顶部，所述螺纹设置在万向轴底端表面，且所述万向轴底端两侧设置有螺丝，所述螺纹用于增加摩擦，配合螺丝起到固定万向轴方向的作用；所述螺栓设置在万向轴顶部，所述卡扣设置在伸缩装置底部；所述连接机构通过螺栓与导流罩内顶部固定连接，通过快速卡扣与无人机顶部连接。
进一步的，所述万向轴和伸缩装置具有内置芯片、信号接收器和电池；所述螺丝头部设置有信号接收器。
进一步的，所述导流罩为流线型结构，且由质量轻、密封性好的高分子材料制成。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明具有更优的飞行稳定性，特别是有风条件悬停工况；发明主体重量轻、收放速度快、收起后体积小等突出优势，可以在飞行过程中减少能耗、提高续航。本发明专利具有设计合理、响应速度快、生产方便、体积小等优点，可广泛推广使用。
附图说明
图1是本发明所提出的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置一个实施例的整体结构示意图；
图2是图1中连接机构的结构示意图；
图3是图2中伸缩装置的结构示意图；
图4是导流罩的结构示意图；
图5是图4中冲气囊的结构示意图；
图6是充气阀的结构示意图；
图7是本发明使用状态的效果示意图；
图8是本发明与无导流罩在有无侧风条件下的推进速度对照示意图。
其中，附图标记：1-导流罩；2-连接机构；3-风速仪；4-控制信号接收器；5-无人机；11-罩体；12-充气阀；13-气囊；14-支撑结构；121-充气口；122-充气囊；123-弹簧；124-阀座；21-螺栓；22-快速卡扣；23-伸缩装置；24-螺丝；25-万向轴；26-螺纹；27-连接座。
具体实施方式
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
参见附图1至7，给出了本发明所提出的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置的一个实施例的具体结构。所述装置包括导流罩1、连接机构2、风速仪3和控制信号接收器4；所述导流罩1连接在无人机5的正上方，所述连接机构2两端分别连接导流罩1内顶部和无人机5顶部，所述风速仪3安装在无人机5两侧旋翼底部，所述控制信号接收器4安装在连接机构2的底部。
所述导流罩1包括罩体11、充气阀12和支撑结构14；所述罩体1由若干气囊13呈网状连接而成；所述支撑结构14均匀布置在罩体11内侧的受力点上，所述支撑结构14由骨架和弹力绳构成；所述充气阀12固定安装在罩体11内表面上部的一侧；所述导流罩1整体呈流线型结构，且由质量轻、密封性好的高分子材料制成；所述充气阀12包括充气口121、充气囊122、弹簧123和阀座124；所述充气口121设置在充气囊122的顶端，所述阀座设置在充气囊122的下方，所述弹簧123连接在充气囊122底部和阀座14之间。所述导流罩1通过连接机构2连接在无人机5上，并通过风速仪3反馈，控制导流罩1打开或收起，所述风速仪3为热线测速，测量精度高、响应快，可以快速根据风切变调整导流罩1姿态，所述控制信号接收器4可以接受风速仪3的数据并根据设定的飞行条件进行自动调节，也可以与遥控器实现无线连接，通过遥控器进行远程操控，对于出现紧急情况，可以由操作员判断是否对导流罩实施收起或展开、调整角度等操作；并且所述导流罩1可以通过充放气进行收放，根据风速仪3反馈的风速决定是否展开装置本体，需要导流时，展开置于来流和无人机迎风侧，在不需要进行导流时，放气收至无人机5顶部；同时，在展开工作时可以根据风速仪3反馈的风速进行迎流角度的调整，以达到最佳的导流效果。其收放所需动力可以与无人机共用电池。
所述连接机构2包括螺栓21、快速卡扣22、伸缩装置23、螺丝24、万向轴25和螺纹26；所述万向轴25底端通过连接座27连接在伸缩装置23的顶部，所述螺纹26设置在万向轴底端表面，且所述万向轴25底端与连接座27的两侧之间设置有螺丝24，所述螺纹26用于增加摩擦，配合螺丝24起到固定万向轴25方向的作用；所述螺栓21固定连接在万向轴25的顶部，所述快速卡扣连接在伸缩装置23底部，所述伸缩装置23为伸缩杆结构；所述连接机构2通过螺栓21与导流罩内顶部固定连接，并通过快速卡扣22与无人机5顶部连接，可以方便快速的安装于无人机5顶部。
所述万向轴25和伸缩装置23具有内置芯片、信号接收器和电池；所述螺丝24头部设置有信号接收器。可以通过风速仪3反馈的数据或遥控器控制万向轴25的转动方向，从而调节无人机导流罩1的角度和方向，达成优化流场的目的。所述万向轴25两侧装有固定轴向的螺丝24，螺丝24头部装有信号接收器，可实现远端无线遥控，当导流罩1角度调整合适后，通过控制螺丝24自动向内部方向锁紧，压在转轴上，以达到在风速较大的外部环境下固定万向轴25方向的目的。
本发明的作用原理在于：无人机实际工况下，侧向的风会对无人机造成横向的力，当风向与无人机运动方向相反时，对无人机飞行形成额外的阻力，同时，频繁变化的风切变使无人机飞行稳定性下降，需要不断调整飞行姿态，增加了能耗。通过流线形导流罩调控无人机流场可以减少来流对无人机的直接冲击，利用康达效应，将来流通过导流罩导引，改变来流的方向和无人机受力方向，减少了无人机额外的阻力，同时导引来流进入无人机螺旋桨区域增加无人机螺旋桨进气量，提高了无人机的升力。
当有侧风的时候，通过风速仪3反馈，达到要求触发充气阀12充气后导流罩1展开，并根据来流调整导流罩1的角度；停止使用后，排出气体收起导流罩1，收回连接机构2主体。其适合大多数天气悬停工况保持稳定飞行状态，通过空气动力学实验，如图8所示，得到有无导流罩在有无侧风的情况下，无人机螺旋旋翼下推进速度变化。发现合适的导流罩可以提高推进速度，如图7所示工况，在有侧风情况导流罩角度调整，可以将推进速度从无导流罩情况2.3m/s提高到3.23m/s；同时，根据流场定性分析，无人机悬停和飞行状态的稳定性也明显提高。在无风情况，导流罩也将推进速度从无导流罩情况3.97m/s提高到4.03m/s，因此，如果可以使导流罩具有折叠收缩等变形功能，将可以在不收起装置的情况下进行工作。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，其特征在于：所述装置包括导流罩、连接机构、控制信号接收器和风速仪；所述导流罩设置在无人机的正上方，所述连接机构两端分别连接导流罩内顶部和无人机顶部，所述风速仪设置在无人机两侧旋翼底部，所述控制信号接收器设置在连接机构底部；
所述导流罩包括罩体、充气阀和支撑结构；所述罩体由若干气囊呈网状连接而成；所述支撑结构均匀布置在罩体内侧的受力点上；所述充气阀设置在罩体内表面上部的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，其特征在于：所述充气阀包括充气口、充气囊、弹簧和阀座；所述充气口设置在充气囊的顶端，所述阀座设置在充气囊的下方，所述弹簧设置在充气囊底部和阀座之间。
3.根据权利要求1所述的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，其特征在于：所述支撑结构由骨架和弹力绳构成；所述骨架与导流罩内侧通过螺丝或粘结连接方式结合，所述弹力绳连接在骨架的两端之间。
4.根据权利要求1所述的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，其特征在于：所述连接机构包括螺栓、快速卡扣、伸缩装置、螺丝、万向轴和螺纹；所述万向轴底端连接在伸缩装置的顶部，所述螺纹设置在万向轴底端表面，且所述万向轴底端两侧设置有螺丝，所述螺纹用于增加摩擦，配合螺丝起到固定万向轴方向的作用；所述螺栓设置在万向轴顶部，所述卡扣设置在伸缩装置底部；所述连接机构通过螺栓与导流罩内顶部固定连接，通过快速卡扣与无人机顶部连接。
5.根据权利要求4所述的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，其特征在于：所述万向轴和伸缩装置具有内置芯片、信号接收器和电池；所述螺丝头部设置有信号接收器。
6.根据权利要求1所述的一种提高四旋翼无人机抗风性能并优化流场的装置，其特征在于：所述导流罩为流线型结构，且由质量轻、密封性好的高分子材料制成。
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