CN204507256U - 一种旋翼位于支撑臂下方的多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种旋翼位于旋翼支撑臂下方的多旋翼无人飞行器。该飞行器每条支撑臂安装一个电机和旋翼，由上至下安装顺序为支撑臂、电机、旋翼；支撑臂和电机通过多个螺钉连接和固定，旋翼套在电机轴上并通过固定螺帽紧固。目前的多旋翼无人飞行器，其旋翼普遍安装在支撑臂上方，飞行时在各部件及其连接件处产生不规则的拉应力，易造成连接件疲劳损伤或脱落。本实用新型提出的无人飞行器其旋翼产生的升力不会在连接件处产生拉应力，从而避免了连接件劳损和松脱。因旋翼下方没有机件阻挡气流，减小了能量损耗。此外，由于有支撑臂端盖的遮挡，相比旋翼及电机外露在上空的构造方式，受雨水影响小，提高了飞行器的安全性和可靠性。

Description

一种旋翼位于支撑臂下方的多旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及一种旋翼位于支撑臂下方的多旋翼无人飞行器，属无人机技术领域。

背景技术

多旋翼无人飞行器是一种具有稳定悬停能力及垂直起降的新型旋翼无人飞行器，相比传统旋翼直升机等设备，其机械结构简单、旋翼尺寸安全、自主控制性强， 已经成为新型小型无人机研究领域的热点之一。

现有多旋翼无人飞行器普遍采用中心对称分布的多个正反转向旋翼，由直流电源驱动电机带动旋翼而产生升力和扭矩， 实现飞行器的各向飞行和定点悬停。旋翼是实现动力驱动和方向控制的主要部件。飞行器的起飞及升降都是通过电机旋转带动旋翼转动向下挤压空气，从而获得向上的反作用力即升力。

专利号201310512470.1的《多旋翼无人飞行器》，公开了一种机身中心设置有中心涵道且旋翼在支撑臂上方的飞行器。

专利号201410117572.8的《多旋翼飞行器》，公开了一种多旋翼飞行器， 包括机架、 用于接收遥控器信号的接收板等，电机与接收板电连接，其旋翼位于电机及支撑臂之上。

专利号201410241181.7的《多旋翼无人机》，公开了一种多旋翼无人机，包括呈长条流线型的机身，旋翼的旋转平面位于电机及支持臂之上。

现有的多旋翼无人机中，旋翼的设计结构主要有两叶式、三叶式等，其材料主要为复合塑料。旋翼的安装位置几乎都是在电机和支撑臂的上方。此种安装方式符合直升机的桨叶在顶端的大众视觉习惯，但也存在一些问题。主要有：

（1）在飞行器起飞及升降时，升力对各部件及其连接件产生拉应力。特别是起飞和上升时，旋翼加速旋转，升力也急剧增大，从而使旋翼与电机、电机与支撑臂之间的连接件受到较大拉应力，容易造成部件脱落、材料疲劳损伤甚至损坏。

（2）支撑臂等固定部件会对旋翼旋转产生的向下的气流造成阻碍，增大能量损耗。

（3）降雨时，雨水容易从上方进入电机，容易引发电机故障，严重时会造成电机的损坏。

实用新型内容

本实用新型针对上述问题，提供了一种结构简单，方便、实用的旋翼安装方式。该安装方式不仅可改变连接件的受力方式从而避免连接件疲劳损伤或松脱，还可使向下气流不受机体影响从而减小能量损耗。此外，在阴雨天,雨水不易进入电机，提高了飞行器的可靠性和安全性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在飞行器的每条支撑臂下方安装一个电机和旋翼，在旋翼支撑臂端部的电机安装位由上至下安装电机、旋翼。旋翼支撑臂与机身为一体式结构，机身内装有多旋翼控制系统集成电路板、锂电池、传感器等器件。旋翼支撑臂和电机通过多个螺钉连接和固定，旋翼套在电机输出轴上并通过固定螺帽紧固。

电机底座有多个中心对称的螺孔，支撑臂底面电机安装位有相应的开孔，螺钉穿过支撑臂开孔拧入电机底座的螺孔，使支撑臂底面与电机底座接触并紧固。因电机安装在支撑臂下方，飞行时向上的升力推举旋翼和电机，使电机底座向上压紧支撑臂，螺钉不会产生应力，从而可避免螺钉反复受力造成疲劳损伤。

旋翼安装在电机输出轴的下端，电机轴端部有外螺纹，固定螺帽中间有内螺纹，通过螺纹配合将旋翼固定在电机输出轴上。固定螺帽和电机轴上螺纹的紧固方向与旋翼的旋转方向相反，在旋翼加速旋转时防止螺帽松脱。固定螺帽为复合塑料材质，为固定旋翼的主要受力件，由于旋翼在固定螺帽上方，旋翼转动时产生的升力使旋翼向上压紧电机，固定螺帽处不产生应力，避免了飞行过程中螺帽脱落。

本实用新型的有益效果是，避免了连接固定部件与活动部件之间的连接件因受应力产生疲劳损伤，避免紧固件受力松脱，从而提高了飞行器的可靠性和安全性。这种安装方式还可以避免支撑臂及旋翼护圈对高速向下的气流产生阻碍，从而减少能量损耗。此外，由于支撑臂的遮挡，减小了因雨水进入电机而损坏电机的风险。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是旋翼位于支撑臂下方的四旋翼飞行器三视图

图2是电机及旋翼的安装结构图

图3是电机及旋翼受力情况示意图

图1中，A小图为飞行器俯视图， B小图为仰视图， C小图为侧视图。C小图中：1.旋翼，2.旋翼支撑臂，3.电机，4.机身，5.固定螺帽。

图2中的D小图为支撑臂端部电机安装位的俯视图，E小图为电机的俯视图。图2中：6.螺钉，7.电机输出轴，8.固定垫片，9.支撑臂电机安装位的螺钉孔，10.穿线孔，11.电机底座螺孔。

图3中的F小图为所述旋翼安装方式中各部件的受力情况图， G小图为目前普遍采用的旋翼安装在支撑臂上方的受力情况图。F小图中：f.旋翼所受的向上的升力，f₁.旋翼对电机向上的压力，f₂.电机对支撑臂向上的压力。G小图中：f₃.电机对螺钉向上的拉应力，f₄.旋翼对固定螺帽向上的拉应力。

具体实施方式

原理分析

多旋翼无人飞行器通过旋翼叶片高速旋转对空气产生向下的压力，叶片受到空气的反作用力获得向上的升力，升力通过旋翼、电机、支撑臂等部件及各部件间的连接件传导至飞行器机身，使飞行器能够平稳的悬停在空中。旋翼转速越高，产生的升力也越大，当升力大于飞行器的重量时，飞行器加速上升。拟调节飞行器的高度时，可以通过遥控器或手机来改变电机的转速，从而改变旋翼的转速而改变升力的大小，控制飞行器上升或下降。

构造完整描述

本具体实施方式以四旋翼飞行器进行描述，其整体的构造及受力情况参见附图。

图1为旋翼位于支撑臂下方的四旋翼飞行器三视图，从图1中A小图可以得知，该飞行器的旋翼即螺旋桨叶片，位于旋翼支撑臂的下方，从B小图可知，桨叶安装在电机下方。C小图中，旋翼（1）为三叶式螺旋桨叶片，安装在电机（3）及固定螺帽（5）之间，电机（3）通过螺钉（6）固定在旋翼支撑臂（2）上，机身（4）连接四条旋翼支撑臂，机身内包含驱动与控制系统、电池、集成电路板等部件。固定螺帽（5）中间有内螺纹，与电机输出轴（7）端部的外螺纹配合用来紧固旋翼和电机。电机（3）底座通过四颗螺钉（6）固定在支撑臂（2）端部底面的电机安装位。当飞行器启动时，固定螺帽（5）与旋翼（1）在电机（3）的带动下一起旋转，旋转的桨叶往下挤压空气获得向上的升力。

图2为电机及旋翼的安装结构图。电机底座（E小图）有4个供螺钉（6）拧进的螺孔。支撑臂端部电机安装位（D小图）有四个开孔（9）,开孔位置与电机底座上的四个螺孔（11）位置对应。螺钉从支撑臂底面上方穿过开孔拧入电机底座的螺孔，连接和固定电机与支撑臂。固定垫片（8）用于电机输出轴（7）的固定。穿线孔（10）供电机电线接入到支撑臂内部的电路板。

图3为电机及旋翼受力情况示意图，F小图为所述的旋翼在支持臂下方的各部件受力情况图，图中：旋翼旋转产生向下的气流（F），桨叶受到向上的升力（f），升力（f）通过电机轴传导至电机，体现为旋翼对电机向上的压力（f₁）及电机对支撑臂向上的压力（f₂）。作为对比，G小图显示了旋翼安装在支撑臂上方时各部件的受力情况。这种旋翼安装方式中，桨叶所受到向上的升力分别对固定螺帽产生拉应力（f₄）、对固定螺钉产生拉应力（f₃），并且，在飞行器处于不同飞行姿态时，由于升力f的变化，f₃和f₄呈不规则变化。

Claims (3)

1.一种旋翼位于旋翼支撑臂下方的多旋翼无人飞行器，包括机身、旋翼支撑臂、电机、旋翼，其特征是：旋翼、电机及固定螺帽均安装于旋翼支撑臂下方。

2.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器，其特征是：电机安装在位于旋翼支撑臂端部底面的电机安装位，通过多个螺钉固定在旋翼支撑臂下方。

3.根据权利要求1所述的多旋翼无人飞行器，其特征是：旋翼穿过电机输出轴安装在电机下方，固定螺帽通过中间的螺孔与电机输出轴底端的外螺纹配合拧紧，将旋翼紧固在电机的下方。