CN204452928U - 一种复合式控制多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种复合式控制多旋翼飞行器，包过主旋翼、副旋翼、前旋翼、机体装置、齿轮传动机构、电机马达装置、蝶形转盘、径向力臂。所述机体装置的内部和蝶形转盘的内部均有相互啮合的齿轮机构，驱动机体装置内部的马达可带动蝶形转盘绕机体装置360度旋转，蝶形转盘通过径向力臂带动前旋翼和多个副旋翼同步进行转动，从而可控制飞行器的方向；所述主旋翼与副旋翼旋向相反，三个副旋翼均匀分布在同一平面的圆周上，前旋翼分布在其中两副旋翼的对角线上。本实用新型的有益效果：采用了旋翼与机械相结合的控制方式，克服了现役旋翼飞行器通过改变旋翼相对转速的大小来控制方向的方式，可使飞行器转弯时机身不会侧倾。

Description

一种复合式控制多旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及到一种旋翼飞行器，尤其涉及到一种复合式控制多旋翼飞行器。

背景技术

旋翼飞行器是一种结构简单，机动灵活性高，可垂直起降的无人飞行器，具有极大的军用和民用价值，尤其是当今旋翼机被广泛用于低空航拍、喷洒农药等用处。我们正是利用这种高机动性和悬停作用来实现一般飞行器所不能实现的动作和任务，但一般常规旋翼机的布局为十字架形布局或正方形式布局，其四个旋翼桨叶的大小相同且前后左右两两对称分布，这种布局虽然在一定程度上可以实现大多数动作，但其左右偏航的操纵是通过改变旋翼转速大小来控制的，这样转速大的两旋翼势必会使机身产生一个倾斜的力矩，这个力矩会使机身往旋翼速度小的方向倾斜，经常性的控制方向意味着需要经常性的倾斜机身。经常性的更换倾斜平面对于需要在正常巡航状态下平面拍摄的无人机来说并不能使其达到很高的拍摄要求，若旋翼机发展到载人飞行器时本身狭小的空间经常性的侧倾会给驾驶员造成疲劳驾驶和眩晕；其次，飞行器前进的动力也必须来自于机身侧倾时旋翼产生的水平分力，这就意味着当飞行器处于水平飞行时是没有前进动力的，只能处于悬停状态。本实用新型通过一种旋翼和机械相结合的控制方式解决上述问题，通过在常规四旋翼的基础上加上前旋翼可以使飞行器具有前进方向的动力，前旋翼和三个副旋翼通过径向力臂连接于蝶形转盘，蝶形转盘内开有凹槽并加工有转盘齿轮，驱动机体装置内的小齿轮带动转盘齿轮转动从而带动蝶形转盘转动，蝶形转盘通过径向力臂带动前旋翼和三个个副旋翼同步进行转动，蝶形转盘、径向力臂、副旋翼、前旋翼是作为一个刚体结构绕飞行器中心线转动的，由于飞行器的前进方向完全由前旋翼决定故可通过控制前旋翼的方向来控制整架飞行器的方向。其次主旋翼与副旋翼旋向相反可中和飞行器的总力矩，主副旋翼高低搭配的方式也使飞行器具有一定的抗风能力。

中国专利授权公告号为CN 203005746 U公开了一种复合式多旋翼飞行器，虽然采用了主副旋翼的力矩中和布局方式，但其航向的改变依然是通过改变旋翼速度大小来控制的，其机身依然需要侧倾。

中国专利授权公告号为CN 203094441 U公开了一种改进型四旋翼飞行器，其驱动方式与常规四旋翼飞行器并无本质区别，没有安装前旋翼和蝶形转盘，更无机械驱动的方式，依然需要侧倾机身。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种复合式控制多旋翼飞行器，为了克服常规四旋翼机在改变航向和巡航时需要通过倾斜机身产生一个侧倾的分力来控制方向和航速而设计的；经常性的倾斜机身会使航拍飞行器拍摄的画面不清晰产生晃动，本实用新型不需要通过控制旋翼转速的大小来控制方向，也无需侧倾机身产生分力，只需机械的转动蝶形转盘来控制前旋翼的方向，使机身永远处于水平的飞行状态下。

本实用新型是这样来实现的，一种复合式控制多旋翼飞行器，主要包括主旋翼，前旋翼，副旋翼，电机马达装置，径向力臂，蝶形转盘，主驱动轴，机体装置，连杆，起落架和安装在机体装置内部的齿轮传动机构；其特征在于：所述机体装置通过连杆连接起落架，机体装置位于蝶形转盘的正下方使飞行器的重心为飞行器的几何中心；所述蝶形转盘圆周均匀分布设有四个径向力臂，四个径向力臂连接四个电机马达装置，四个电机马达装置分别连接三个副旋翼和一个前旋翼；所述三个副旋翼均匀分布在同一圆周平面内，三个副旋翼旋向相同；所述主旋翼和主驱动轴连接，主驱动轴连接机体装置，主旋翼的高度要高于三个副旋翼的高度，主旋翼的旋向与三个副旋翼的旋向相反；所述前旋翼布置在副旋翼和之间的对角线上，控制前旋翼的方向就可以控制整架飞行器的方向。

进一步的，所述蝶形转盘中间开有圆形孔，蝶形转盘的内部设有转盘齿轮、加工有转盘凹槽和在蝶形转盘内部的圆周上加工有环形凹槽，所述转盘齿轮啮合小齿轮传动，小齿轮由小马达通过小驱动轴带动整个蝶形转盘360度旋转，小齿轮能在转盘凹槽内滑动，蝶形转盘内部设有环形凹槽，环形凹槽嵌套机体装置上的四个销，蝶形转盘可在机体装置上360度旋转；所述蝶形转盘，径向力臂，电机马达装置，前旋翼和三个副旋翼是作为一个整体在运动的，是一个刚体结构，均由小齿轮带动蝶形转盘从而带动整体一起运动。

进一步的，所述机体装置外部加工有四个对称的销，销嵌套在环形凹槽内，机体装置的内部安装有大马达、主驱动轴、小马达、小驱动轴和小齿轮，大马达和主驱动轴用于提供主旋翼的动力，小马达和小驱动轴用于提供小齿轮的动力，同时小齿轮嵌套在转盘凹槽内。

本实用新型的优点是：不需要通过控制旋翼转速的大小来控制方向，也无需侧倾机身产生分力，只需机械的转动蝶形转盘来控制前旋翼的方向，使机身永远处于水平的飞行状态下，采用了旋翼与机械相结合的控制方式，克服了现役旋翼飞行器通过改变旋翼相对转速的大小来控制方向的方式，可使飞行器转弯时机身不会侧倾；解决了的技术问题是齿轮传动机构的设计、蝶形转盘和机体装置的配合以及转动时各旋翼之间的气流干扰问题。

附图说明

图1为本实用新型飞行器的总体结构示意图。

图2为本实用新型蝶形转盘内部结构和齿轮传动机构示意图。

图3为本实用新型机体装置及内部结构示意图。

图4为本实用新型机体装置与蝶形转盘装配的剖视图。

图5为本实用新型机体装置与蝶形转盘装配后的总体图。

图中各标记的名称为：1主旋翼；2前旋翼；3、4、5副旋翼；6电机马达装置；7、19、20、21径向力臂；8碟形转盘；9主驱动轴；10机体装置；11连杆；12起落架；13小齿轮；14转盘齿轮；15圆形孔；16转盘凹槽；17小驱动轴；18小马达；22环形凹槽；23销；24大马达。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，该飞行器的整体结构包过主旋翼1，一个前旋翼2，独立驱动的三个副旋翼3、4、5，电机马达装置6，径向力臂7，蝶形转盘8，主驱动轴9，机体装置10，连杆11，起落架12，以及安装在机体装置内部的齿轮传动机构。其特点是，所述机体装置10通过连杆11连接于起落架12，机体装置10位于蝶形转盘8的正下方从而使飞行器的重心为飞行器的几何中心；所述三个副旋翼3、4、5均匀分布在同一圆周平面内，且三个副旋翼旋向相同；所述主旋翼1由主驱动轴9驱动，主旋翼的高度要高于三个副旋翼的高度，这样的布局方式是为了使主旋翼的气动中心高于飞行器的重心，使飞行器在重力作用下有一个自动恢复平衡的力矩，主旋翼1的旋向与三个副旋翼3、4、5的旋向相反可以中和飞行器的总力矩；所述前旋翼2布置在副旋翼3和5之间的对角线上，前旋翼2类似于螺旋桨式飞机的前螺旋桨产生向前的拉力，所以控制前旋翼的方向就可以控制整架飞行器的方向。

     如图2所示，所述蝶形转盘8圆周均匀分布有三个副旋翼的径向力臂19、20、21，在径向力臂19和20之间的对角线上分布有前旋翼的径向力臂7，上述四个径向力臂均连接于各自的电机马达装置6，电机马达装置分别驱动各自的副旋翼和前旋翼（如图1所示三个副旋翼和一个前旋翼的电机马达装置统称为电机马达装置6）；所述蝶形转盘8中间开有圆形孔15，开圆形孔的目的是为了使主驱动轴9的通过；所述蝶形转盘8的内部加工有转盘齿轮14、转盘凹槽16以及在蝶形转盘8内部的圆周上加工有环形凹槽22，加工转盘齿轮14的目的是为了啮合小齿轮13的传动，转盘齿轮14是由铣刀铣出来的所以蝶形转盘8和转盘齿轮14是作为一个刚体结构一起运动的，小齿轮13由小马达18通过小驱动轴17带动从而带动整个蝶形转盘360度旋转，加工转盘凹槽16是为了使小齿轮13能在转盘凹槽16内滑动，在蝶形转盘内部加工有环形凹槽22的目地是为了嵌套机体装置10上的四个销23（如图3所示），使机体装置10和蝶形转盘8装配在一起，从而使蝶形转盘8可在机体装置10上360度旋转；所述蝶形转盘8，径向力臂7、19、20、21，四个电机马达装置6，四个旋翼2、3、4、5是作为一个整体在运动的，是一个刚体结构，均由小齿轮13带动蝶形转盘8从而带动整体一起运动。

如图3所示，所述机体装置10外部加工有四个对称的销23，销23可以嵌套在环形凹槽22的里面，加工销的目的是为了让机体装置10和蝶形转盘8装配在一起，让蝶形转盘8只有绕自身轴线旋转的一个自由度；所述机体装置10的内部安装有大马达24、主驱动轴9、小马达18、小驱动轴17、小齿轮13，大马达24和主驱动轴9用于提供主旋翼1的动力，小马达18和小驱动轴17用于提供小齿轮13的动力，同时小齿轮13嵌套在转盘凹槽16内。

如图4所示，该图为机体装置10上加工的销23与蝶形转盘8内部加工的环形凹槽22的装配剖视图，所述销23嵌套在环形凹槽22里面，这里22只是环形凹槽的正剖视图；所述15为蝶形转盘8上加工出的圆形孔，主驱动轴9通过圆形孔伸出机体装置外。

如图5所示，该图为机体装置10与蝶形转盘8的总体装配图，所述机体装置10内的小齿轮13会带动蝶形转盘8在机体上方360度旋转，蝶形转盘带动四个径向力臂7、19、20、21一起做刚体旋转，因为径向力臂7控制前旋翼的方向，所以蝶形转盘8的转动可以控制飞行器的方向，这样整架飞行器可以在水平面内任意转向而无需侧倾机身来实现转弯性能。

Claims (3)

1.一种复合式控制多旋翼飞行器，主要包括主旋翼，前旋翼，副旋翼，电机马达装置，径向力臂，蝶形转盘，主驱动轴，机体装置，连杆，起落架和安装在机体装置内部的齿轮传动机构；其特征在于：所述机体装置通过连杆连接起落架，机体装置位于蝶形转盘的正下方使飞行器的重心为飞行器的几何中心；所述蝶形转盘圆周均匀分布设有四个径向力臂，四个径向力臂连接四个电机马达装置，四个电机马达装置分别连接三个副旋翼和一个前旋翼；所述三个副旋翼均匀分布在同一圆周平面内，三个副旋翼旋向相同；所述主旋翼和主驱动轴连接，主驱动轴连接机体装置，主旋翼的高度要高于三个副旋翼的高度，主旋翼的旋向与三个副旋翼的旋向相反；所述前旋翼布置在副旋翼和之间的对角线上，控制前旋翼的方向就可以控制整架飞行器的方向。

2.根据权利要求1所述的一种复合式控制多旋翼飞行器，其特征在于：所述蝶形转盘中间开有圆形孔，蝶形转盘的内部设有转盘齿轮、加工有转盘凹槽和在蝶形转盘内部的圆周上加工有环形凹槽，所述转盘齿轮啮合小齿轮传动，小齿轮由小马达通过小驱动轴带动整个蝶形转盘360度旋转，小齿轮能在转盘凹槽内滑动，蝶形转盘内部设有环形凹槽，环形凹槽嵌套机体装置上的四个销，蝶形转盘可在机体装置上360度旋转；所述蝶形转盘，径向力臂，电机马达装置，前旋翼和三个副旋翼是作为一个整体在运动的，是一个刚体结构，均由小齿轮带动蝶形转盘从而带动整体一起运动。

3.根据权利要求1或2所述的一种复合式控制多旋翼飞行器，其特征在于：所述机体装置外部加工有四个对称的销，销嵌套在环形凹槽内，机体装置的内部安装有大马达、主驱动轴、小马达、小驱动轴和小齿轮，大马达和主驱动轴用于提供主旋翼的动力，小马达和小驱动轴用于提供小齿轮的动力，同时小齿轮嵌套在转盘凹槽内。