CN205554585U - 一种基于控制射流方向运动的多发动机飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，包括机身和安装在机身上的动力系统、导流系统、运动控制系统、姿态传感器、飞控系统以及计算机；动力系统相对于机身的朝向保持不变并且产生垂直向下的射流，计算机根据姿态传感器探测的飞行姿态数据，通过飞控系统控制动力系统的射流输出功率；导流系统安装于动力系统的射流方向上并且相对于机身的朝向可调，计算机通过运动控制系统控制导流系统的朝向。本实用新型由动力系统的射流输出配合导流系统的倾转共同实现飞行器的飞行姿态变化，飞行过程中动力系统的方向保持不变，机身可始终保持水平，结构简单、控制灵活，适合实际应用。

Description

一种基于控制射流方向运动的多发动机飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器，具体涉及一种基于控制射流方向运动的多发动机飞行器。

背景技术

传统飞行器的转向方式，是通过改变动力系统的输出功率，使得各动力系统之间形成升力或扭矩来实现。期间需要由飞控系统进行精确计算，效率不高，不易实时应付复杂多变的飞行环境。更严重的问题是会使飞行器机身倾斜，不利于在飞行器上搭载录像设备以及载人操控。

目前有一些较先进的飞行器设计方案，通过改变各动力系统的轴向来使飞行器悬停、平移、左转、右转，可以令飞行器的机身在飞行过程中始终保持水平，克服传统飞行器的在转向时机身倾斜的缺陷。但是要改变动力系统的轴向实际上是很困难的，对于功率的要求很高，将消耗大量的能量，并且需要对动力系统的结构重新进行设计，以使其满足可以转向的要求，实现难度较大，无法满足消费级飞行器大规模生产与推广应用的需求。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型公开了一种基于控制射流方向运动的多发动机飞行器。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，包括机身和安装在其上的动力系统、导流系统、运动控制系统、姿态传感器、飞控系统以及计算机；所述动力系统相对于机身的朝向保持不变并且产生垂直向下的射流，所述导流系统安装于动力系统的射流方向上并且相对于机身的朝向可调；所述计算机分别与所述姿态传感器、飞控系统、运动控制系统相连接，飞控系统与动力系统相连接，运动控制系统与导流系统相连接；计算机接收姿态传感器的数据，通过飞控系统控制动力系统的射流输出功率，并通过运动控制系统控制导流系统的朝向。

进一步的，所述动力系统和导流系统均具有多个，两者数量相等，一个动力系统和一个导流系统对应为一组，每组中的动力系统和导流系统可连接安装，也可分离安装。

进一步的，所述动力系统包括但不限于电动机、内燃机或喷气机。

进一步的，所述导流系统包括但不限于导流板或矢量喷口。

进一步的，所述运动控制系统的传动方式包括但不限于机械结构传动或电动传动。

进一步的，所述运动控制系统与导流系统的一种结构组成为：

所述运动控制系统包括连接在机身上向外伸出的机臂末端的万向球头关节轴承，所述万向球头关节轴承通过转轴与导流系统连接；至少两个固定座安装在所述万向球头关节轴承与机臂之间，至少两根推杆分别通过活动铰链连接在所述固定座与转轴的侧壁之间；所述每根推杆包括多段分推杆，各段分推杆之间相互套接并可相对伸缩；

所述导流系统为导流板，包括四块呈十字布置的分导流板，所述四块分导流板可以一体成型后安装在所述运动控制系统的转轴上，也可以分别成90度安装在所述运动控制系统的转轴上。

进一步的，所述运动控制系统与导流系统的另一种结构组成为：

所述运动控制系统包括两根呈十字布置的转轴，所述两根转轴的端部分别通过轴承安装在所述导流系统的筒体中；

所述导流系统包括一个连接在机身上向外伸出的机臂末端的筒体，所述筒体内安装有上下两个支架，动力系统安装在所述两个支架之间；四块叶片分别安装在所述呈十字布置的转轴的四条支路上。

本实用新型的有益技术效果是：

本实用新型通过采用上述的技术方案，当飞行器需要悬停、前进、后退、刹车、左平移、右平移、左转、右转动作时，飞行器驾驶员只需分别控制各运动控制系统，或者由计算机自动控制各运动控制系统，由各运动控制系统带动各导流系统倾转，通过各导流系统的朝向对各动力系统形成的射流分布进行导向来实现。而在此过程中，各动力系统仅由飞控系统控制其输出功率的大小，使各动力系统对机身的向上的推进力基本相等，以保持机身始终为水平状态，而各动力系统的朝向相对于机身始终是保持不变的。综上来说，即由动力系统的射流输出，配合导流板的倾转变向，来共同实现飞行器的飞行姿态变化，并同时保证飞行器机身的平衡。本实用新型的结构简单、控制灵活，易于制造与维护，非常适用于在旋翼飞行器、无人机、载人飞行器中大规模的安装使用。

本实用新型的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型实施例1在前进、后退时的状态图。

图2是本实用新型实施例1在左平移、右平移时的状态图。

图3是本实用新型实施例1在右旋转时的状态图。

图4是本实用新型实施例1在左旋转时的状态图。

图5是本实用新型实施例1的导流系统和运动控制系统的部件图。

图6是图5的局部放大图。

图7是本实用新型实施例1的导流系统和运动控制系统与动力系统一体化的结构图。

图8是图7的局部放大图。

图9是本实用新型实施例2的结构示意图。

图10是本实用新型实施例2的导流系统和运动控制系统的部件图。

图11是图10去掉部分零件后的视图。

图12是本实用新型的移动和转向控制电路原理图。

图13是本实用新型的平衡控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

【实施例1】

如图1至图4所示，本实施例中的飞行器为旋翼飞行器。当然，也可以为其他类型的飞行器，但必须是多动力系统的飞行器。本实用新型的旋翼飞行器包括机身1，机身1下部有支脚，机身1上安装有向外伸出的机臂2。机臂2的数量至少为三个，他们相对于机身1的中轴线所在的垂直平面，位置对称的安装在机身1上。在本实施例中机臂2有四个，他们互相垂直，间隔角度为90度安装。

机臂2的末端安装有运动控制系统3。运动控制系统3的上方安装有动力系统4。在本实施例中，动力系统4上方安装有螺旋桨，由动力系统4带动螺旋桨转动。动力系统可以为电动机、内燃机或喷气动力系统。

如图5和图6所示，在本实施例中，运动控制系统3的下方安装的导流系统为导流板5，导流板5包括四块呈十字连接的分导流板，分导流板的下端具有斜角。四块分导流板可以一体成型后再安装在运动控制系统3的转轴上，也可以分别直接安装到运动控制系统3的转轴上。

如图5和图6所示，在本实施例中，运动控制系统3的组成如下：包括连接在机臂2末端的一个万向球头关节轴承6，万向球头关节轴承6通过一根转轴7与导流板5连接。两个固定座8安装在万向球头关节轴承6与机臂2之间，两根推杆9分别通过活动铰链连接在固定座8与转轴7的侧壁之间。每根推杆9包括两段分推杆，两段分推杆之间相互套接，并可相对伸缩。

如图7和图8所示，动力系统4和导流板5可两两连接安装在一起；也可以不连接分离安装。但必须保证导流板5处于动力系统4的射流方向上。

本实用新型的工作原理如下：

动力系统4仅由飞控系统控制其输出量，但相对于机身1的朝向保持不变。导流板5由人工操作或计算机通过运动控制系统3控制其转向，即其相对于机身1的朝向可调。

运动控制系统3控制导流板5的方向，使导流板5在运动控制系统3所在的水平面之下的空间中自由转动。运动控制系统3的转向可由机械、电动、气动液压等多种传动方式。运动控制系统3可以直接由飞行器驾驶员的操作手柄控制。

导流板5在初始状态是垂直于机身1平面的。当需要使飞行器悬停时，使各导流板5都处于垂直状态；当需要使飞行器前、后、左、右平移时，使各导流板5都以倾斜角度相同的朝向平移方向倾斜；当需要使飞行器左转向、右转向时，使各导流板5朝向不同的方向倾斜，各导流板整体形成顺时针、逆时针旋转朝向。

图1是飞行器的前进和后退飞行姿态示意图。当导流板5按照图1中箭头的方向变动倾斜方向时，飞行器处于前进或者后退的姿态。

图2是飞行器的左平移和右平移飞行姿态示意图。当导流板5按照图2中箭头的方向变动倾斜方向时，飞行器处于左平移或者右平移的姿态。

图3是飞行器的右旋转飞行姿态示意图。导流板5分别朝不同的方向倾斜，各导流板5的倾斜方向可在图3中看到。各导流板5共同作用，整体形成图3中箭头的方向所示的顺时针旋转方向。

图4是飞行器的左旋转飞行姿态示意图。导流板5分别朝不同的方向倾斜，各导流板5的倾斜方向可在图4中看到。各导流板5共同作用，整体形成图4中箭头的方向所示的逆时针旋转方向。

【实施例2】

如图9、图10、图11所示，在本实施例中，导流系统为导流板和筒体的组合，包括一个连接在机臂2末端的筒体10，筒体10内安装有上下两个支架11，动力系统4安装在上下两个支架11之间。运动控制系统包括两根呈十字布置的转轴12，两根转轴12的端部分别通过轴承安装在筒体10中，可以受控转动。导流系统还包括四块叶片13，四块叶片13分别安装在呈十字布置的转轴12的四条支路上。从而可以通过控制转轴12的转动改变叶片13的朝向。本实施例中筒体10的作用是让射流更集中，减少流失率。

上述实施例1、实施例2只是给出了两种运动控制系统和导流系统的可能的结构，本实用新型可采用的运动控制系统和导流系统的结构并不限于此两例，例如导流系统也可采用矢量喷口的形式。

本实用新型的控制框图由图12和图13给出。

如图12所示，本实用新型的飞行器在需要调整飞行状态时，由计算机或人工通过运动控制系统控制导流板倾斜，通过导流板的朝向对动力系统的射流进行导向，射流可分解为垂直方向上的分解力和水平方向上的分解力。水平方向上的分解力实现了对飞行器的前进、后进、悬停、左平移、右平移、左旋转、右旋转调整。而垂直方向上的分解力需保持相等，或者不完全相等但均处于允许的偏差范围内，这样所有的动力系统对机身的向上的推进力是基本相等的，保持机身始终为平衡状态。

如图13所示，机身的平衡控制，是通过飞行器上安装的姿态传感器(如陀螺仪、加速度传感器等)，姿态传感器在飞行过程中不断探测飞行器的飞行姿态，然后将探测到数据发送给计算机。经过计算机对飞行姿态数据的计算后输出控制信号给飞控系统，飞控系统根据控制信号来控制各动力系统的输出功率，使各动力系统的纵向分解力相等或者均处于允许的偏差范围内。并通过反馈回路，通过姿态传感器将经过调整后的飞行姿态再次发送给计算机，由计算机不断重复进行上述计算及控制过程对飞行姿态进行修正，实现机身的平衡。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，其特征在于：包括机身和安装在其上的动力系统、导流系统、运动控制系统、姿态传感器、飞控系统以及计算机；所述动力系统相对于机身的朝向保持不变并且产生垂直向下的射流，所述导流系统安装于动力系统的射流方向上并且相对于机身的朝向可调；所述计算机分别与所述姿态传感器、飞控系统、运动控制系统相连接，飞控系统与动力系统相连接，运动控制系统与导流系统相连接；计算机接收姿态传感器的数据，通过飞控系统控制动力系统的射流输出功率，并通过运动控制系统控制导流系统的朝向。

2.根据权利要求1所述的基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，其特征在于：所述动力系统和导流系统均具有多个，两者数量相等，一个动力系统和一个导流系统对应为一组，每组中的动力系统和导流系统可连接安装，也可分离安装。

3.根据权利要求1所述的基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，其特征在于：所述动力系统包括但不限于电动机、内燃机或喷气机。

4.根据权利要求1所述的基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，其特征在于：所述导流系统包括但不限于导流板或矢量喷口。

5.根据权利要求1所述的基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，其特征在于：所述运动控制系统的传动方式包括但不限于机械结构传动或电动传动。

6.根据权利要求1所述的基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，其特征在于，所述运动控制系统与导流系统的一种结构组成为：

所述运动控制系统包括连接在机身上向外伸出的机臂末端的万向球头关节轴承，所述万向球头关节轴承通过转轴与导流系统连接；至少两个固定座安装在所述万向球头关节轴承与机臂之间，至少两根推杆分别通过活动铰链连接在所述固定座与转轴的侧壁之间；所述每根推杆包括多段分推杆，各段分推杆之间相互套接并可相对伸缩；

所述导流系统为导流板，包括四块呈十字布置的分导流板，所述四块分导流板可以一体成型后安装在所述运动控制系统的转轴上，也可以分别成90度安装在所述运动控制系统的转轴上。

7.根据权利要求1所述的基于控制射流方向运动的多发动机飞行器，其特征在于，所述运动控制系统与导流系统的另一种结构组成为：

所述运动控制系统包括两根呈十字布置的转轴，所述两根转轴的端部分别通过轴承安装在所述导流系统的筒体中；

所述导流系统包括一个连接在机身上向外伸出的机臂末端的筒体，所述筒体内安装有上下两个支架，动力系统安装在所述两个支架之间；四块叶片分别安装在所述呈十字布置的转轴的四条支路上。