CN205418095U - 油电混合动力多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种油电混合动力多旋翼飞行器，包括油电复合旋翼组件、机身支架、控制箱、电池组、油箱和起落架。油电复合旋翼组件由发动机旋翼和电机旋翼组成。发动机旋翼提供飞行器主要飞行动力，电机旋翼灵活调整油电复合旋翼组件升力变化。本实用新型的有益效果为：采用了多台燃油发动机做主要动力续航时间长，同时采用了电机旋翼灵活调整飞行姿态。发动机旋翼和电机旋翼可分别控制，互为备份动力，空中发生故障时可采用备份动力安全降落。

Description

油电混合动力多旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，特别是涉及一种油电混合动力多旋翼飞行器。

背景技术

多旋翼飞行器是一种结构简单、操控灵活、飞行姿态稳定的飞行器。一般常见的有三轴、四轴、六轴、八轴等不同种类。得益于近年来微机电、传感器技术的发展，多旋翼飞行器被广泛应用于航模、空中拍摄平台等领域。多旋翼飞行器通过各类传感器感知飞行状态，并通过微处理器向旋翼电机发出转速指令来调整飞行器的不同飞行姿态。

目前，多旋翼飞行器要想获得稳定的飞行姿态需要各类传感器准确感知飞行器状态，并通过微处理器向响应速度很快的旋翼电机发出转速指令来保持飞行状态稳定，这个过程需要各部件反应非常迅速，才能保持飞行器稳定。其中，传感器、处理器、电机都需要电池供电，特别是提供动力的电机耗电量最大。局限于目前电池技术发展水平，使用电池为动力的多旋翼飞行器普遍续航时间短、负载能力小，这大大限制了多旋翼飞行器的性能表现和应用领域。为解决多旋翼飞行器续航时间短的缺点，人们考虑通过燃料发动机作为动力。但燃料发动机与电机相比，最大的缺点就是响应速度慢，这无法满足迅速控制多旋翼飞行器飞行姿态的要求。除此之外，多旋翼飞行器在发生旋翼故障时，一般的结果就是造成飞行器的坠毁，若飞行器上的货物较贵重甚至于在飞行器上搭载乘客，将造成无法挽回的损失。

专利201410385532.1提出了一种油电混合动力油电混合动力多旋翼飞行器。这个方案采用了发动机通过传动机构将动力传导至多个主旋翼的方案。这个方案的弊端是1发动机相对来讲故障率较高，一旦发动机出现故障多个主旋翼都会失去动力，导致飞机主要动力损失，这对安全性有较高要求的飞行场合风险太大例如载人飞行器。2发动机动力通过传动机构传导至多个主旋翼不可避免的带来效率上的损失，不如直连效率高。3复杂的传动机构会占用机身空间，提高故障率。4如果是载人用途发动机占据机身中间位置不利于机舱位置安置，由于离乘客较近噪音，振动影响较大。5在一定机身体积的情况下数量较少发动机不利于提供较大动力，特别是城市载人飞行器要求尽量小的体积提供足够动力用于飞行。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种油电混合动力多旋翼飞行器以实现飞行器续航时间长、负载能力大、响应速度快、较高安全系数的效果。

本实用新型提供一种油电混合动力多旋翼飞行器，包括油电复合旋翼组件、机身支架、控制箱、电池箱、油箱和起落架，其特征在于：多组油电复合旋翼组件按旋翼旋转轴方向竖直分布安装于机身支架外端，所述油电复合旋翼组件包括至少一个发动机旋翼和至少一个电机旋翼，发动机旋翼由发动机及其连接的旋翼组成，电机旋翼由电机及其连接的旋翼组成，所有旋翼按照旋翼旋转轴方向同轴向或平行轴向连接。

进一步的，所述油电混合动力多旋翼飞行器还包括一个或多个姿态旋翼，每个姿态旋翼包括电机及其连接的旋翼，旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线不相交。

进一步的，所述油电混合动力多旋翼飞行器还包括多个姿态旋翼，每个姿态旋翼包括电机及其连接的旋翼，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线不相交，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向竖直安装于机身并与通过机身重心的铅垂线平行。

进一步的，所述油电混合动力多旋翼飞行器还包括多个姿态旋翼，每个姿态旋翼包括电机及其连接的旋翼，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线不相交，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线相交。

进一步的，所述油电混合动力多旋翼飞行器，多组发动机旋翼以每两个为一组采用转速相同方向相反的发动机相互抵消对机身扭矩。所述多组电机旋翼以每两个为一组采用转速相同方向相反的电机相互抵消对机身扭矩。

与现有技术相比，本实用新型的油电混合动力多旋翼飞行器具有以下特点和优点：

1、本实用新型的油电混合动力多旋翼飞行器，具备发动机动力的多旋翼飞行器的长续航、大负载能力，还具备电机动力的多旋翼飞行器的快速响应、灵活调整飞行器飞行姿态的特点。

2、本实用新型的油电混合动力多旋翼飞行器采用发动机和电机互为备份动力，在发动机部分或全部失效和电机部分失效后仍能保持对机身姿态的控制，安全系数较高。

3本实用新型的油电混合动力多旋翼飞行器采用多个发动机动力，发动机相对来讲属于故障率较高的部件，采用多个发动机时，在一个发动机出现故障，剩下发动机可以继续工作，这比一台发动机通过传动机构将动力传导至多个旋翼的方案更加安全，复杂的传动机构带来更多重量和故障率；多台发动机更有利于在更小的体积带来更大的动力；多台发动机分布于机身外端更有利于载人机舱安置于机身中间位置，并减小噪音与振动对乘客的影响。

结合附图阅读本实用新型的具体实施方式后，本实用新型的特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。

图1为本实用新型实施例1的一种油电混合动力多旋翼飞行器的立体图；

图2为本实用新型实施例2的一种油电混合动力多旋翼飞行器的立体图；

其中，

1、起落架，2、油箱，3、电池组，4、控制箱，5、机身支架，6、油电复合旋翼组件，61、电机旋翼，62、发动机旋翼，7、姿态旋翼。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型予以详细描述。

如图1所示，本实施例1提供一种油电混合动力多旋翼飞行器，在起落架1上装配连接有油箱2，油箱上装配连接有电池箱3，电池箱上装配连接有控制箱4，电池箱上装配连接有机身支架5，在机身支架5外侧均匀分布竖直安装有四个油电复合旋翼组件6。每个油电复合旋翼组件包括位于下部的由电机驱动的电机旋翼61和位于上部由发动机驱动的发动机旋翼62，电机旋翼61和发动机旋翼62同轴向固定连接。油箱2与驱动发动机旋翼62的发动机经输油管路连接，电池组3与驱动电机旋翼61的电机经导线电连接，实现了油电混合动力多旋翼飞行器上同时具备发动机旋翼62和电机旋翼61作为动力，具有发动机动力飞行器的长续航和大负载能力的性能，又具有电机动力飞行器的快速响应灵活调节飞行姿态的特性。在电池组3的上方装配连接有控制箱4，控制箱与电池组3电连接，并与驱动电机旋翼61的电机、驱动发动机旋翼62的发动机信号连接。通过控制箱4控制电机的转速和发动机油门以调节油电混合动力多旋翼飞行器的飞行姿态。四个发动机旋翼负责飞行器的主要动力源，续航时间长，负载能力大。但发动机响应速度较慢，只能粗略调整飞行姿态。精确调整飞行姿态由响应速度较快的电机旋翼负责。当一个发动机飞行中发生故障时，对向发动机立即停机，两个停机发动机同组的电机旋翼仍然可以很好控制飞行姿态，剩下的两组发动机旋翼则立即进入应急高速飞行模式以弥补损失动力，控制飞行器安全降落。当发动机飞行中发生故障全部失效，四个电机旋翼状态良好，此时飞行器相当于传统电动四轴飞行器，可以控制飞行器安全紧急降落。当一个电机失效其他部件状态良好时，失效电机对向电机可以控制机身旋转，并安全紧急降落。同理非对向两个电机同时失效其他部件状态良好，飞行器仍然可以有效控制飞行姿态并安全紧急降落。所以本实用新型油电混合动力多旋翼飞行器具有很高的安全性能。

如图2所示，本实施例2提供一种油电混合动力多旋翼飞行器，只采用了两个油电复合旋翼组件，成本和故障率较低。两个姿态旋翼7对称水平安装于机身支架。本实施例飞行器重心靠下，呈上轻下重分布。以两个油电复合旋翼6的方向为飞行器前进和后退方向，机身在这个方向竖直平面的旋转定义为机身俯仰，与其垂直竖直平面机身旋转定义为机身横滚。两个油电复合旋翼组件分别采用正桨与反桨，当飞行器悬停时，两个油电复合旋翼组件旋转方向相反升力相同互抵消对机身的扭矩。当两个油电复合旋翼组件一个增加转速，另一个减少转速时，飞行器会发生俯仰，从而产生水平分力驱动飞行器前进或后退。但这种转速的改变会对机身产生扭矩，导致机身旋转。此时控制箱通过传感器感知到这个旋转，并发出指令由两个姿态旋翼7产生大小相同但方向相反的拉力，两个力产生的扭矩会抵消油电复合旋翼组件对机身的扭矩，实现飞行器直线前进或后退。调整两个姿态旋翼7的拉力大小，但保持两个力大小一样但方向相反使其产生不同扭矩何以实现机身原地旋转功能。调整两个姿态旋翼7的拉力大小，使两个力的大小不一样，但两个力的差所产生的扭矩与油电复合旋翼组件给机身的扭矩保持平衡，可以实现飞行器横移功能。因为飞行器设置为上轻下重，类似钟摆，飞行器的横滚控制是通过重力作用自动平衡。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种油电混合动力多旋翼飞行器，包括油电复合旋翼组件、机身支架、控制箱、电池箱、油箱和起落架，其特征在于：多组油电复合旋翼组件按旋翼旋转轴方向竖直分布安装于机身支架外端，所述油电复合旋翼组件包括至少一个发动机旋翼和至少一个电机旋翼，发动机旋翼由发动机及其连接的旋翼组成，电机旋翼由电机及其连接的旋翼组成，所有旋翼按照旋翼旋转轴方向同轴向或平行轴向连接。

2.根据权利要求1所述的油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于：包括一个或多个姿态旋翼，每个姿态旋翼包括电机及其连接的旋翼，旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线不相交。

3.根据权利要求1所述的油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于：包括多个姿态旋翼，每个姿态旋翼包括电机及其连接的旋翼，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线不相交，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向竖直安装于机身并与通过机身重心的铅垂线平行。

4.根据权利要求1所述的油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于：包括多个姿态旋翼，每个姿态旋翼包括电机及其连接的旋翼，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线不相交，至少有一个姿态旋翼旋转轴方向水平安装于机身与通过机身重心的铅垂线相交。

5.根据权利要求1所述的油电混合动力多旋翼飞行器，其特征在于：所述发动机旋翼以每两个为一组采用转速相同方向相反的发动机相互抵消对机身扭矩；所述电机旋翼以每两个为一组采用转速相同方向相反的电机相互抵消对机身扭矩。