CN206265280U - 一种无舵面结构的飞艇 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于飞行器技术领域，具体涉及一种无舵面结构的飞艇，包括艇体，艇体两侧对称设有矢量推进装置，每个矢量推进装置均包括y轴转杆、z轴转杆和固定于艇体上的第一驱动装置，第一驱动装置用于驱动y轴转杆沿自身的中心轴线转动，且y轴转杆的中心轴线与艇体长度方向上的中心线垂直；y轴转杆上固定安装有第二驱动装置，第二驱动装置的输出轴的中心轴线与y轴转杆的中心轴线垂直；z轴转杆垂直固定于第二驱动装置的输出轴上，z轴转杆远离第二驱动装置的端部上安装有动力推进器。本实用新型的有益效果是：增加了矢量推力，推力控制灵活；无舵面的结构简单；可实现在悬停时或速度很小时前飞、退飞、原地上升、原地下降、原地转弯等动作。

Description

一种无舵面结构的飞艇

技术领域

本实用新型属于飞行器技术领域，具体涉及一种无舵面结构的飞艇。

背景技术

飞艇是一种轻于空气的飞行器，一般由艇体、推进装置、舵面及艇仓构成。其中推进装置为飞艇提供前向的推力，通过控制舵面可以改变飞艇的状态，实现在前进中左旋、右旋、上升、下降等基本动作。传统飞艇的推进装置只能提供向前的推力，行进过程中需积累一定速度舵面才能起到控制作用，所以上升、下降、转弯时都需要较长的滑行距离，因此传统飞艇只能在较大的空旷的空间飞行，不适合在有限的小型空间内飞行。但由于飞艇的安全性(氦气密度小于空气密度，氦气飞艇不会因为电子设备失控而从高空坠落；艇囊为柔性材料，碰撞时产生的破坏性较小)，因此研究适合于室内飞行的飞艇很有必要。

一种更为详细的理解：传统飞艇设计中采用纵向推进装置，推进装置只能产生向前的推力，推动飞艇前进。该推进系统唯一能改变的是通过改变螺旋桨转速来改变推进力的大小。舵面分为升降舵和方向舵。和固定翼的舵面一样，只有气流流过舵面并且达到一定速度时时舵面才能起到控制作用。因此飞艇必须在前行过程中并且达到一定的速度才能够改变飞行状态，若无外界因素影响只在原地悬停则舵面无效。这就使得传统飞艇必须在前进过程中上升、下降、左旋、右旋，而不能在悬停时或速度很小时做出上述动作，因此传统飞艇无法低速机动飞行，也无法迅速空中刹车。若在大型体育场馆、会议室等使用飞艇，就会出现不能及时上升、下降、转弯等造成飞艇与墙壁等进行碰撞，造成危险。因此传统飞艇只有在较大的空间内才能实现上升、下降、左旋、右旋等动作，这就使得传统飞艇的机动性较低，不能够在有限的室内空间内完成各种动作。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种增加了矢量推力，推力控制灵活的；结构简单的；可实现在悬停时或速度很小时前飞、退飞、原地上升、原地下降、原地转弯等动作，机动性好的无舵面结构的飞艇。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无舵面结构的飞艇，其包括艇体，艇体两侧对称设有矢量推进装置，每个矢量推进装置均包括y轴转杆、z轴转杆和固定于艇体上的第一驱动装置，第一驱动装置用于驱动y轴转杆沿自身的中心轴线转动，且y轴转杆的中心轴线与艇体长度方向上的中心线垂直；y轴转杆上固定安装有第二驱动装置，第二驱动装置的输出轴的中心轴线与y轴转杆的中心轴线垂直；z轴转杆垂直固定于第二驱动装置的输出轴上，z轴转杆远离第二驱动装置的端部上安装有动力推进器。

本实用新型的飞艇设计中，引入了多维度的矢量推进装置，以飞艇前向为x轴正方向，艇体右侧为y轴正方向，垂直艇体向上为z轴正方向。该矢量推进装置中，动力推进器可绕y轴360度旋转，可在艇体的一侧，绕z轴180度旋转；同时可通过改变螺旋桨转速来改变推力的大小。通过对左右两个推进系统及飞艇整体的物理建模，可得到各种操作下的推力输出方式，比如飞艇需要原地上升时，只需两套矢量推进装置全部向上，推力向下，螺旋桨旋转产生向上的升力，则飞艇可原地上升；飞艇需要左旋时，左侧推力向前，右侧推力向后，反作用力即可对艇体产生左旋效果；反之，下降和右旋同理。这样就使得飞艇能够在一个狭小的空间内完成各种动作。而且为螺旋桨配备的涵道能够有效防止螺旋桨在飞艇运动过程中与其他物体碰撞发生危险。

本实用新型使用矢量推进装置的无舵面飞艇，推进装置为飞艇提供矢量推力，使飞艇能够在矢量推力的推动下，在悬停时或速度很小时，完成上升、下降、左旋、右旋等动作，甚至可实现退飞。这样一来就减少了传统飞艇在运动过程中必须伴随前行的弊端，在狭小空间内应用飞艇成为可能。

本实用新型优点在于：

1)为飞艇增加了矢量推力，可将推力直接反应在飞艇运动状态的变化上，控制灵活。

2)无舵面结构，在原安装舵面的艇体部位无需做额外加固，艇体结构较传统飞艇结构简单。

3)使用矢量推进装置的无舵面飞艇可实现在悬停时或速度很小时，前飞、急刹、退飞、原地上升、原地下降、原地转弯等传统飞艇不能够实现的动作，机动性好。

4)由于矢量推进装置的存在，无需像传统飞艇一样使用舵面控制飞艇姿态，从而改变运动状态，使得使用矢量推进装置的无舵面飞艇在完成各种动作时，无姿态上的变化，是一种更加稳定的飞行平台，无论用于室内，还是室外的航空拍摄、安全巡视等功能都更容易实现，尤其适用于体育馆、会议室、电影院等公共场所。

具体地，动力推进器为安装于z轴转杆中的无刷舵机驱动的螺旋桨；采用无刷舵机为动力，无刷电子调速器可对无刷舵机的转速进行调节，以及刹车功能。使用模型遥控器对上述设备进行控制，即可完成在地面上控制飞艇的各种动作。这样就可以在大型室内场所控制飞艇，来进行航空拍摄、信号中继等功能，且也可以用于室外。

优选地，艇体材料为pvc，且内充氦气；质量轻盈，材质柔软，碰撞时产生的破坏性较小。目前市场上最流行的是层压材料。其结构由：防老化层-胶粘层-阻气层-胶粘层-编织式载荷承载层-胶粘层压制而成的。防老化层最好的材料就是PVF(聚氟乙烯)其综合性能都很优良。阻气层的材料分两类：涂层材料和薄膜材料。涂层材料中的丁基性能很优良，薄膜材料中的尼龙.莎纶综合性能都很好。编织式载荷承载层：涤纶。

相比传统材料，本实用新型的飞艇蒙皮材料为pvc，强度高，临界空间飞艇的艇囊体积能做的更大，能携带更多有效载荷；重量轻，材料密度小会使飞艇净浮力不易丧失，甚至可升到平流层高度；环境性(耐候性)好，可适用于平流层上的环境恶劣、昼夜温差、超强紫外线辐射、高辐射、高臭氧，本实用新型的蒙皮材料适应这些特殊复杂环境。此外，材料为pvc还带来其它有益性能如抗皱折性、为保持飞艇外型所需的抗蠕变性能、缝合工艺性、易于修补性等。氦气渗漏性能强，不论飞艇采用氢气或氦气为浮升气体，都需长期工作，渗漏性能显得十分非常重要。如果使用氢气则浮空气体时，由于氢气分子比氦气分子更小，对材料阻渗漏性能要求会更高。

具体地，第一驱动装置包括安装于艇体内的支架和安装于支架上的电机，电机的输出轴通过皮带和皮带轮传动连接y轴转杆；通过皮带和皮带轮传动可实现调速的功能。

进一步地，第一驱动装置、第二驱动装置和无刷舵机的动力来源为锂聚合物电池，安全性能好、厚度小、重量轻、容量大。

进一步地，z轴转杆通过第二驱动装置的输出轴铰接于y轴转杆上；并且由于第二驱动装置固定安装于y轴转杆上，因此该结构紧凑，减小了矢量推进装置的体积，进一步减小了飞艇的体积，便于飞艇室内飞行。

本实用新型的一种无舵面结构的飞艇的有益效果是：

1)为飞艇增加了矢量推力，可将推力直接反应在飞艇运动状态的变化上，控制灵活。

2)无舵面结构，在原安装舵面的艇体部位无需做额外加固，艇体结构较传统飞艇结构简单。

3)使用矢量推进装置的无舵面飞艇可实现在悬停时或速度很小时，前飞、急刹、退飞、原地上升、原地下降、原地转弯等传统飞艇不能够实现的动作，机动性好。

4)由于矢量推进装置的存在，无需像传统飞艇一样使用舵面控制飞艇姿态，从而改变运动状态，使得使用矢量推进装置的无舵面飞艇在完成各种动作时，无姿态上的变化，是一种更加稳定的飞行平台，无论用于室内的航空拍摄、安全巡视等功能都更容易实现，尤其适用于体育馆、会议室、电影院等公共场所。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型的一种无舵面结构的飞艇的左视图；

图2是本实用新型的一种无舵面结构的飞艇的主视图；

图3是本实用新型的一种无舵面结构的飞艇的矢量推进装置的三维示意图；

图4是本实用新型的一种无舵面结构的飞艇的矢量推进装置的主视图；

图5是本实用新型的一种无舵面结构的飞艇的矢量推进装置的俯视图。

其中:1.艇体；2.y轴转杆；3.z轴转杆；4.第一驱动装置，401.支架，402.电机；5.第二驱动装置；6.动力推进器。

具体实施方式

现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。

如图1-图5所示的本实用新型的一种无舵面结构的飞艇的具体实施例，其包括艇体1，艇体1两侧对称设有矢量推进装置，每个矢量推进装置均包括y轴转杆2、z轴转杆3和固定于艇体1上的第一驱动装置4，第一驱动装置4用于驱动y轴转杆2沿自身的中心轴线转动，且y轴转杆2的中心轴线与艇体1长度方向上的中心线垂直；y轴转杆2上固定安装有第二驱动装置5，第二驱动装置5的输出轴的中心轴线与y轴转杆2的中心轴线垂直；z轴转杆3垂直固定于第二驱动装置5的输出轴上，z轴转杆3远离第二驱动装置5的端部上安装有动力推进器6。

本实施例的飞艇设计中，引入了多维度的矢量推进装置，以飞艇前向为x轴正方向，艇体右侧为y轴正方向，垂直艇体向上为z轴正方向。该矢量推进装置中，动力推进器6可绕y轴360度旋转，可在艇体的一侧，绕z轴180度旋转；同时可通过改变螺旋桨转速来改变推力的大小。通过对左右两个推进系统及飞艇整体的物理建模，可得到各种操作下的推力输出方式，比如飞艇需要原地上升时，只需两套矢量推进装置全部向上，推力向下，螺旋桨旋转产生向上的升力，则飞艇可原地上升；飞艇需要左旋时，左侧推力向前，右侧推力向后，反作用力即可对艇体产生左旋效果；反之，下降和右旋同理。这样就使得飞艇能够在一个狭小的空间内完成各种动作。而且为螺旋桨配备的涵道能够有效防止螺旋桨在飞艇运动过程中与其他物体碰撞发生危险。

本实施例使用矢量推进装置的无舵面飞艇，推进装置为飞艇提供矢量推力，使飞艇能够在矢量推力的推动下，在悬停时或速度很小时，完成上升、下降、左旋、右旋等动作，甚至可实现退飞。这样一来就减少了传统飞艇在运动过程中必须伴随前行的弊端，在狭小空间内应用飞艇成为可能。

本实施例优点在于：

1)为飞艇增加了矢量推力，可将推力直接反应在飞艇运动状态的变化上，控制灵活。

2)无舵面结构，在原安装舵面的艇体部位无需做额外加固，艇体结构较传统飞艇结构简单。

3)使用矢量推进装置的无舵面飞艇可实现在悬停时或速度很小时，前飞、急刹、退飞、原地上升、原地下降、原地转弯等传统飞艇不能够实现的动作，机动性好。

4)由于矢量推进装置的存在，无需像传统飞艇一样使用舵面控制飞艇姿态，从而改变运动状态，使得使用矢量推进装置的无舵面飞艇在完成各种动作时，无姿态上的变化，是一种更加稳定的飞行平台，无论用于室内，还是室外的航空拍摄、安全巡视等功能都更容易实现，尤其适用于体育馆、会议室、电影院等公共场所。

具体地，动力推进器6为安装于z轴转杆3中的无刷舵机驱动的螺旋桨；采用无刷舵机为动力，无刷电子调速器可对无刷舵机的转速进行调节，以及刹车功能。使用模型遥控器对上述设备进行控制，即可完成在地面上控制飞艇的各种动作。这样就可以在大型室内场所控制飞艇，来进行航空拍摄、信号中继等功能，且也可以用于室外。

优选地，艇体1材料为pvc，且内充氦气；质量轻盈，材质柔软，碰撞时产生的破坏性较小。目前市场上最流行的是层压材料。其结构由：防老化层-胶粘层-阻气层-胶粘层-编织式载荷承载层-胶粘层压制而成的。防老化层最好的材料就是PVF(聚氟乙烯)其综合性能都很优良。阻气层的材料分两类：涂层材料和薄膜材料。涂层材料中的丁基性能很优良，薄膜材料中的尼龙.莎纶综合性能都很好。编织式载荷承载层：涤纶。

相比传统材料，本实施例的飞艇蒙皮材料为pvc，强度高，临界空间飞艇的艇囊体积能做的更大，能携带更多有效载荷；重量轻，材料密度小会使飞艇净浮力不易丧失，甚至可升到平流层高度；环境性(耐候性)好，可适用于平流层上的环境恶劣、昼夜温差、超强紫外线辐射、高辐射、高臭氧，本实施例的蒙皮材料适应这些特殊复杂环境。此外，材料为pvc还带来其它有益性能如抗皱折性、为保持飞艇外型所需的抗蠕变性能、缝合工艺性、易于修补性等。氦气渗漏性能强，不论飞艇采用氢气或氦气为浮升气体，都需长期工作，渗漏性能显得十分非常重要。如果使用氢气则浮空气体时，由于氢气分子比氦气分子更小，对材料阻渗漏性能要求会更高。

具体地，第一驱动装置4包括安装于艇体1内的支架401和安装于支架401上的电机402，电机402的输出轴通过皮带和皮带轮传动连接y轴转杆2；通过皮带和皮带轮传动可实现调速的功能。

进一步地，第一驱动装置4、第二驱动装置5和无刷舵机的动力来源为锂聚合物电池，安全性能好、厚度小、重量轻、容量大。

进一步地，z轴转杆3通过第二驱动装置5的输出轴铰接于y轴转杆2上；并且由于第二驱动装置5固定安装于y轴转杆2上，因此该结构紧凑，减小了矢量推进装置的体积，进一步减小了飞艇的体积，便于飞艇室内飞行。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。由本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种无舵面结构的飞艇，其特征在于：包括艇体(1)，所述艇体(1)两侧对称设有矢量推进装置，每个矢量推进装置均包括y轴转杆(2)、z轴转杆(3)和固定于艇体(1)上的第一驱动装置(4)，所述第一驱动装置(4)用于驱动y轴转杆(2)沿自身的中心轴线转动，且y轴转杆(2)的中心轴线与艇体(1)长度方向上的中心线垂直；所述y轴转杆(2)上固定安装有第二驱动装置(5)，所述第二驱动装置(5)的输出轴的中心轴线与y轴转杆(2)的中心轴线垂直；所述z轴转杆(3)垂直固定于第二驱动装置(5)的输出轴上，所述z轴转杆(3)远离第二驱动装置(5)的端部上安装有动力推进器(6)。

2.根据权利要求1所述的一种无舵面结构的飞艇，其特征在于：所述动力推进器(6)为安装于z轴转杆(3)中的无刷舵机驱动的螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的一种无舵面结构的飞艇，其特征在于：所述艇体(1)材料为pvc，且内充氦气。

4.根据权利要求1所述的一种无舵面结构的飞艇，其特征在于：所述第一驱动装置(4)包括安装于艇体(1)内的支架(401)和安装于支架(401)上的电机(402)，所述电机(402)的输出轴通过皮带和皮带轮传动连接y轴转杆(2)。

5.根据权利要求2所述的一种无舵面结构的飞艇，其特征在于：所述第一驱动装置(4)、第二驱动装置(5)和无刷舵机的动力来源为锂聚合物电池。

6.根据权利要求1或4所述的一种无舵面结构的飞艇，其特征在于：所述z轴转杆(3)通过第二驱动装置(5)的输出轴铰接于y轴转杆(2)上。