CN205239904U - 多轴涵道风扇飞行器 - Google Patents

Abstract

公开了一种多轴涵道风扇飞行器，包括：主控模块；多个涵道风扇；以及多个连接杆，分别用于将所述主控模块与所述多个涵道风扇连接，其中，所述多个连接杆的各自的第一端与所述多个涵道风扇中的相应涵道风扇固定连接，各自的第二端与所述主控模块连接并且在所述主控模块的驱动下转动。该多轴涵道风扇飞行器可以实现灵活的姿态控制。

Description

多轴涵道风扇飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，具体涉及一种多轴涵道风扇飞行器。

背景技术

无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。其具有机动灵活、反应速度快、无人飞行，可精确控制以及操作要求低等优点。通过搭载各类传感器和拍摄设备，无人机可以执行影像拍摄和传输、高危地区探测功能。目前无人机已经在众多领域广泛应用。

现有技术的无人机大部分是采用开放式桨叶的多轴飞行器。参照图1，多轴飞行器包括通过连杆105连接至主控模块100的多个自由螺旋桨101。多个自由螺旋桨101为无人机提供升力。在调整飞行方向时，通过控制一对角线电机的转速，通过转速之间的力矩差来实现转向。螺旋桨的运动分解为水平运动和旋转运动。螺旋桨运动时主要存在的阻力有空气摩擦阻力、压差阻力、诱导阻力和干扰阻力等。桨叶因高速圆周运动使叶尖处速度最高，诱导阻力比较大，对外界气流产生冲击造成噪声大，从而导致动力效率低。

现有技术中的一种改进是涵道风扇(DuctedFan)式螺旋桨代替自由螺旋桨。涵道风扇指在自由螺旋桨的外围设置涵道的风扇系统。涵道风扇(DuctedFan)式螺旋桨由于叶尖处受涵道限制，冲击噪声减小，诱导阻力减少，而效率较高。由于涵道的环括作用，涵道风扇飞行器的结构紧凑、气动噪声低、使用安全性好，飞行速度和载重量都可以得到提高。

然而，现有技术的涵道风扇飞行器转向困难。由于涵道隔绝了相邻动力单元，因此，只能通过飞行器整体的倾斜姿态，产生倾斜姿态的水平分力推动飞行器转向。结果，涵道风扇飞行器的转向操控性差，功率效率低。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种实现姿态灵活控制的多轴涵道风扇飞行器。

根据本实用新型，提供一种多轴涵道风扇飞行器，包括：主控模块；多个涵道风扇；以及多个连接杆，分别用于将所述主控模块与所述多个涵道风扇连接，其中，所述多个连接杆的各自的第一端与所述多个涵道风扇中的相应涵道风扇固定连接，各自的第二端与所述主控模块连接并且在所述主控模块的驱动下转动。

优选地，所述多个涵道风扇中心呈中心对称分布，其中主控模块为对称中心。

优选地，所述多个涵道风扇中的至少两个涵道风扇设置在同一直线上，并且以所述直线为轴转动，从而产生推力和/或转矩。

优选地，所述多个涵道风扇中的每个涵道风扇包括：用于提供气流通道的涵道；以及位于所述涵道中心的电机，所述电机具有多个桨叶；其中，所述涵道围绕所述桨叶设置，所述电机与所述涵道的内壁固定连接。

优选地，采用十字梁实现所述电机与所述涵道的内壁固定连接。

优选地，所述主控模块包括分别与所述多个连接杆对应的多个附加电机，用于产生所述多个连接杆的转动。

优选地，所述飞行器为无人机或载人飞行器。

优选地，所述主控模块还包括用于控制所述多个电机和多个附加电机转动的控制器。

优选地，所述多个涵道风扇和所述多个连接杆的数量分别为四个。

优选地，所述连接杆穿过所述涵道壁固定连接所述电机，所述连接杆中设置有导线，用于提供所述电机和所述主控模块的电连接。

根据本实用新型的实施例的多轴涵道风扇飞行器利用由电机和桨叶组成的螺旋桨产生升力。进一步地，该涵道风扇飞行器利用连接杆的转动调整涵道风扇的方向，从而实现姿态和/或转向控制。

所述多轴涵道风扇飞行器增强了飞行器的续航时间和安全性以及载重量，通过涵道可以更加有效的提高噪音隔绝效率，使飞行器的飞行速度更快、更加安全，增加在复杂流场中的稳定性。可转动的连接杆使得飞行器的姿态控制更加灵活，转向更加方便。

附图说明

通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是现有技术的四轴自由螺旋桨无人机的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的涵道风扇飞行器的示意图；以及

图3a至3c分别为根据本实用新型实施例的涵道风扇飞行器前进、后退和左转的姿态示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本实用新型进行描述，但是本实用新型并不仅仅限于这些实施例。在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图2，本实用新型实施例的涵道风扇飞行器包括：主控模块100、多个涵道风扇110至140、多个可转动的连接杆150。

涵道风扇飞行器的多个涵道风扇中心呈中心对称对称分布，例如多个涵道风扇以主控模块100为中心对称分布。在该实施例中，以四轴飞行器为例，涵道风扇110和130位于第一直线上，涵道风扇120和140位于第二直线上，第一直线与第二直线彼此垂直。每个涵道风扇包括用于提供气流通道的涵道111、设置于涵道111内的螺旋桨式电机。电机包括定子113、转子112，以及设置在转子112上的多个桨叶114。电机设置于涵道的中心，并且通过十字梁115与涵道的内壁固定连接。

主控模块100通过多个连接杆150连接相应的涵道风扇。连接杆150的一端同涵道风扇固定连接，另一端连接主控模块100。主控模块100包括附加电机(图未示)，用于根据飞行控制的需要驱动连接杆150转动，从而将涵道风扇转动预定的角度，以调整飞行器的姿态和/或转向。例如，在连接杆的带动下，涵道风扇110和130以第一直线为轴转动，涵道风扇120和140以第二直线为轴转动。主控模块100还包括控制器(图未示)，所述控制器用于控制所述多个涵道风扇的电机和多个附加电机的转动。

在本实施例中，连接杆150还穿过涵道壁与电机的定子113固定连接，连接杆150为管状结构，管内设置有导线，用于提供电机和主控模块100的电连接。

根据该实施例的涵道风扇飞行器，在工作时，电机驱动桨叶114在涵道111内旋转。由于涵道的环括作用，涵道风扇飞行器的结构紧凑、气动噪声低、使用安全性好，飞行速度和载重量都可以得到提高。

该涵道风扇飞行器利用由电机的桨叶114组成的螺旋桨产生升力。进一步地，该涵道风扇飞行器利用连接杆150的转动调整涵道风扇的方向，从而实现姿态和/或转向控制。

如上文所述，现有技术的涵道风扇飞行器的主控模块和螺旋桨之间是固定连接，从而必须利用飞行器的整体倾斜控制转向。根据本实用新型的实施例的涵道风扇飞行器则利用连接杆的转动实现姿态和/或转向控制，从而无需飞行器的整体倾斜即可产生转向。

图3a至3c分别为根据本实用新型实施例的涵道风扇飞行器前进、后退和左转的姿态示意图。作为示例，位于第一直线上的涵道风扇130和110分别位于飞行方向的前端和后端，位于第二直线上的涵道风扇140和120分别位于飞行方向的左侧和右侧。在连接杆150的驱动下,涵道风扇130和110可以分别以第一直线为轴转动，涵道风扇140和120可以分别以第二直线为轴转动。

参照图3a，在涵道风扇飞行器前进时，涵道风扇130和110维持为水平状态，涵道风扇140和120在各自的连接杆150的驱动下分别后倾。涵道风扇130和110的作用力基本上全部用于提供升力，涵道风扇140和120的作用力的垂直分量用于提供升力，水平分量用于提供向前的推力。因而，涵道风扇110至140提供的总升力决定了飞行器的载重量，并且将飞行器维持在所需的高度，涵道风扇140和120提供的总推力决定了飞行器向前的飞行速度。

参照图3b，在涵道风扇飞行器后退时，涵道风扇130和110维持为水平状态，涵道风扇140和120在各自的连接杆150的驱动下分别前倾。涵道风扇130和110的作用力基本上全部用于提供升力，涵道风扇140和120的作用力的垂直分量用于提供升力，水平分量用于提供向后的推力。因而，涵道风扇110至140提供的总升力决定了飞行器的载重量，并且将飞行器维持在所需的高度，涵道风扇140和120提供的总推力决定了飞行器向后的飞行速度。

参照图3c，在涵道风扇飞行器前进的过程中,涵道风扇130和110维持为水平状态，涵道风扇140和120在各自的连接杆150的驱动下分别后倾。在前进过程中左转时，涵道风扇130在其连接杆150的驱动下右倾，涵道风扇110在其连接杆150的驱动下左倾。涵道风扇130和110的作用力的垂直分量用于提供升力，水平分量形成顺时钟的转矩(从飞行器的顶部观察时)，使得飞行器左转。涵道风扇140和120的作用力的垂直分量用于提供升力，水平分量用于提供向前的推力。因而，涵道风扇110至140提供的总升力决定了飞行器的载重量，并且将飞行器维持在所需的高度，涵道风扇130和110产生的转矩使得飞行器左转，涵道风扇140和120提供的总推力决定了飞行器向前的飞行速度。

本领域技术人员应当理解，本实用新型的多轴飞行器的涵道风扇数量不限于4个，飞行器可以是无人机也可以是载人飞行器。在涵道风扇的数量多于4个时，多个涵道风扇对称分布，至少两个涵道风扇设置在同一条直线上并且可以在连接杆的驱动下绕该直线旋转。位于同一条直线的涵道风扇在沿相同方向转动时产生推力，在沿相反方向转动时产生转矩，从而可以灵活高效地实现姿态和/或转向控制。

本实用新型的多轴涵道风扇飞行器，增强了飞行器的续航时间和安全性以及载重量，通过涵道可以更加有效的提高噪音隔绝效率，使飞行器的飞行速度更快、更加安全，增加在复杂流场中的稳定性。四个可转动的连接杆，使得飞行器的姿态控制更加灵活，转向更加方便。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域技术人员而言，本实用新型可以有各种改动和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多轴涵道风扇飞行器，其特征在于，包括：

主控模块；

多个涵道风扇；以及

多个连接杆，分别用于将所述主控模块与所述多个涵道风扇连接，

其中，所述多个连接杆的各自的第一端与所述多个涵道风扇中的相应涵道风扇固定连接，各自的第二端与所述主控模块连接并且在所述主控模块的驱动下转动。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述多个涵道风扇中心呈中心对称分布，其中主控模块为对称中心。

3.根据权利要求2所述的飞行器，其特征在于，所述多个涵道风扇中的至少两个涵道风扇设置在同一直线上，并且以所述直线为轴转动，从而产生推力和/或转矩。

4.根据权利要求2所述的飞行器，其特征在于，所述多个涵道风扇中的每个涵道风扇包括：

用于提供气流通道的涵道；以及

位于所述涵道中心的电机，所述电机具有多个桨叶；

其中，所述涵道围绕所述桨叶设置，所述电机与所述涵道的内壁固定连接。

5.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，采用十字梁实现所述电机与所述涵道的内壁固定连接。

6.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述主控模块包括分别与所述多个连接杆对应的多个附加电机，用于产生所述多个连接杆的转动。

7.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器为无人机或载人飞行器。

8.根据权利要求6所述的飞行器，其特征在于，所述主控模块还包括用于控制所述多个电机和多个附加电机转动的控制器。

9.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述多个涵道风扇和所述多个连接杆的数量分别为四个。

10.根据权利要求4所述的飞行器，其特征在于，所述连接杆穿过所述涵道壁固定连接所述电机，所述连接杆中设置有导线，用于提供所述电机和所述主控模块的电连接。