CN206623639U - 一种设有倾转旋翼的飞行汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种设有倾转旋翼的飞行汽车包括车架、车桥、悬架、车轮和动力系统，其车桥上还设有四个倾转旋翼机构，每两个倾转旋翼机构组成一对，分别分布在飞行汽车的前后两端，每个倾转旋翼机构都设有上下对称分布且旋转方向相反两个螺旋桨，螺旋桨通过可相对车桥进行转动的旋翼轴连接在倾转旋翼机构的旋翼传动机构上，本实用新型结合了四轴飞行器，倾转旋翼技术以及双螺旋桨设计使得在飞行的过程中可以一直保持车身的水平稳定。

Description

一种设有倾转旋翼的飞行汽车

技术领域

本实用新型涉及一种飞行器，具体涉及一种设有倾转旋翼的飞行汽车。

背景技术

嵌入式技术的发展使得四轴飞行器日渐成熟，而近几年，各种无人机纷纷面市为未来空中汽车的实现提供了大量研究基础。现有四轴飞行器普遍存在稳定性问题，其水平稳定性不足的原因多数是因为采用单个螺旋桨。四轴飞行器往往通过控制各个螺旋桨的旋转速度，从四个方向的上升速度上控制整个飞行器的平衡，因此在调整平衡过程中四个方向螺旋桨的旋转速度可能存在差异，而因此所造成飞行器整体各个方向上受到的扭力矩也有所不同，若应用于飞行汽车上，则可能造成车内乘客感觉车子在朝不同方向晃动。

另一方面，飞行器在飞行过程中需要改变方向，现有飞行器多通过调整不同螺旋桨的速度，基于重力与推进力合力让飞行器机身处于不同倾斜状态来使其朝不同方向飞行，而当需要加速度较高时，倾角也将较大，若应用于飞行汽车上，则可能造成乘客有俯冲与后仰等感觉，使用体验大打折扣。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有四轴飞行器飞行时不能时刻保持机身水平稳定的不足，提供一种基于双螺旋桨及倾转旋翼技术，保证飞行过程中具有较高稳定性的飞行汽车。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：

一种设有倾转旋翼的飞行汽车，包括车架、车桥、悬架、车轮和动力系统，车桥通过悬架与车架连接，其车桥上还设有四个倾转旋翼机构，每两个倾转旋翼机构组成一对，分别分布在飞行汽车的前后两端，每个倾转旋翼机构都设有上下对称分布且旋转方向相反两个螺旋桨，螺旋桨通过可相对车桥进行转动的旋翼轴连接在倾转旋翼机构的旋翼传动机构上，每个倾转旋翼机构内螺旋桨带来的反向扭矩可相互抵消，提升了飞行汽车的稳定性。

较佳的，飞行汽车还包括控制汽车转向的转向轮扇，转向轮扇固定在车桥正中，利用转向轮扇旋转过程中产生的反向扭矩牵引汽车在空中进行旋转。

较佳的，倾转旋翼机构包括外壳、第一电机、第一输出轴、旋翼传动机构、两个旋翼轴和两个螺旋桨，第一电机固定连接在外壳上，第一电机通过第一输出轴连接旋翼传动机构，螺旋桨分别通过一旋翼轴连接旋翼传动机构，第一电机通过旋翼传动机构同步控制两个螺旋桨转动。

较佳的，旋翼传动机构包括至少三个相互啮合的锥形齿轮，锥形齿轮包括一个主动轮和两个从动轮，主动轮与第一输出轴固定连接，从动轮与旋翼轴固定连接。

较佳的，锥形齿轮通过固定架与轴承进行固定安装，两个从动轮的锥面相对，主动轮设置在两个从动轮之间并同时与两个从动轮啮合，主动轮通过两端的轮齿带动两个从动轮分别朝不同方向旋转。

较佳的，倾转旋翼机构通过一固定在外壳外表面上的轴连接一带动外壳转动的第一飞轮，轴的中段通过轴承与车桥的固定架进行活动连接，第一飞轮经轴带动倾转旋翼机构转动。

较佳的，第一飞轮通过连杆连接倾转调节机构，由连接倾转调节机构统一对所有倾转旋翼机构的旋翼轴进行联动控制。

较佳的，倾转调节机构包括第二电机、飞轮传动机构以及第二飞轮，第二电机经飞轮传动机构驱动第二飞轮，第一飞轮和第二飞轮通过连杆连接。

采用上述方案后，由于本实用新型结合了四轴飞行器，倾转旋翼技术以及双螺旋桨设计使得在飞行的过程中可以一直保持车身的水平稳定，具体的：

1．采用双螺旋桨设计可将每个倾转旋翼机构螺旋桨旋转时给飞行汽车所带来的反向扭矩在内部就实现相互抵消，避免了因倾转旋翼机构间反向扭矩不同而造成飞行器内部的震荡；

2．采用倾转旋翼技术可以在车桥保持水平状态下让飞行器进行上升、下降、加速、减速等运行操作，提升飞行汽车飞行过程中的稳定性体验；

3．采用同一倾转调节机构对所有的旋翼轴进行联动控制，保持各旋翼轴时刻平行，可以进一步避免各旋翼轴方向不同而使得扭矩不平衡影响飞行汽车稳定性。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型俯视图；

图3是倾转旋翼机构示意图；

图4是倾转旋翼机构与车桥连接示意图；

图5是倾转调节机构示意图；

图6是倾转调节机构与倾转旋翼机构连接示意图；

图7是本实用新型垂直起降的飞行原理图；

图8是本实用新型水平直线飞行原理图；

图9是本实用新型的机械运动简图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。

本实用新型所揭示的是一种设有倾转旋翼的飞行汽车，如图1-9所示，为本实用新型的较佳实施例，该飞行汽车包括车架、车桥、悬架、车轮和动力系统，其中，车桥通过悬架与车架连接，车架可选择周边式车架，飞行汽车可以同现有汽车一样在陆地上通过车轮快速行驶。同时，如图1-2所示，车桥上还设有四个倾转旋翼机构1及控制汽车转向的转向轮扇9，利用汽车动力系统中的电控单元直接控制四个倾转旋翼机构1的电机转动，实现汽车克服重力在空中运行；电控单元还可通过控制车桥上的电机及结合套，实现汽车空中或地面两种运行状态间的快速切换，并由转向轮扇9完成空中飞行过程中的方向控制。

具体的，如图2所示，飞行汽车的每两个倾转旋翼机构1组成一对，分别分布在飞行汽车的前后两端，如图3所示，每个倾转旋翼机构1均包括外壳11、第一电机12、第一输出轴13、旋翼传动机构3、两个旋翼轴14和两个螺旋桨15。其中，第一电机12固定连接在外壳11上，第一电机12通过第一输出轴13连接旋翼传动机构3。两个螺旋桨15上下对称分布且旋转方向相反，每个螺旋桨15分别通过一旋翼轴14连接在倾转旋翼机构1的旋翼传动机构3上。旋翼传动机构3包括至少三个相互啮合的锥形齿轮，锥形齿轮包括一个主动轮31和两个从动轮32，主动轮31与第一输出轴13固定连接，从动轮32与旋翼轴14固定连接。锥形齿轮通过固定架与轴承进行固定安装，两个从动轮32的锥面相对，主动轮31设置在两个从动轮32之间并同时与两个从动轮32啮合。显然，主动轮31可以带动两个从动轮32朝着不同方向转动，通过旋翼传动机构3同步控制两个螺旋桨15的转动，使两螺旋桨的旋转方向相反，进而使两螺旋桨15旋转时给飞行汽车所带来的反向扭矩能相互抵消，提升汽车飞行稳定性。

为进一步保证车身运行稳定，设计旋翼轴14可相对车桥进行转动，如图4所示，倾转旋翼机构1通过一固定在外壳11外表面上的轴4连接一第一飞轮5，轴4的中段通过轴承6与车桥的固定架41进行活动连接。第一飞轮5可带动外壳3转动，进而带动旋翼轴14相对车桥进行转动，该控制方式有别于现有将飞行器整体进行倾斜，旋翼轴14的转动可以保证飞行汽车在车桥保持水平的前提下进行加减速控制。如图5-6所示，第一飞轮5通过连杆7连接倾转调节机构8。倾转调节机构8包括第二电机81、飞轮传动机构82以及第二飞轮87，第二电机81经飞轮传动机构82驱动第二飞轮87，具体的，飞轮传动机构82包括调节主动轮83和调节从动轮84，第二电机81可以通过一单向传递离合器85带动调节主动轮83转动，主动轮83通过驱动固定在第二驱动轴86上的从动轮84，带动固定在第二驱动轴86两端的两个第二飞轮87同步转动。由于每个倾转旋翼机构1的第一飞轮5均和第二飞轮87通过连杆7连接，因此倾转调节机构8可同步调节所有的倾转旋翼机构1。倾转旋翼机构1由同一倾转调节机构8进行联动控制，所有的旋翼轴14时刻保持平行，可以进一步避免各旋翼轴14方向不同而使得扭矩不平衡影响飞行汽车稳定性。

运行时，如图7所示，可以实现飞行汽车的垂直起飞，四个倾转旋翼机构同时产生相同的竖直向上大小为F的推力，通过控制F大小实现飞行汽车的垂直升降，当4*F > G 时汽车克服重力垂直上升，当4F = G时汽车悬停在空中，当4*F < G 时汽车垂直下降（G为汽车的整车重力）。

如图8所示，可以实现飞行汽车的加速/减速运行，通过改变旋翼轴与水平车桥间的夹角，让四个倾转旋翼机构同时产生相同的与水平方向呈一定夹角a的推力F。将该力沿着飞行汽车水平运动方向与竖直方向分解，得到方向沿汽车水平运行方向大小为F1的力，以及方向沿竖直方向大小为F2的力。通过控制夹角a和推力F进一步控制飞行汽车的空中运行。例如，当F方向为汽车前进方向斜上方时，可控制F2让其在前进过程中改变飞行高度，当F2 < G时汽车倾斜向下飞行，当F2 = G时汽车等高度水平飞行，当F2 > G 时汽车倾斜向上飞行；控制F1让其在飞行过程中改变飞行速度，当F1 > Fw 时汽车加速向前飞行，当F1 =Fw 时汽车匀速飞行，当F1 < Fw 时汽车减速飞行（Fw为汽车前进方向的风阻）。

而飞行汽车在空中的转向主要通过转向轮扇来控制其方向，转向轮扇往往固定在车桥正中，利用转向轮扇所产生的反向扭力矩来控制汽车在空中进行稳定转向。当转向轮扇顺时针转动时，产生逆时针方向的反扭矩，在此扭矩的作用下车身就完成了向左侧的转向，当转向轮扇逆时针旋转时，就会产生顺时针方向的方扭矩，在此力矩作用下车身完成向右侧的转向。

此外，飞行汽车还可以通过电控单元控制结合套2实现其在陆地行驶与在空中飞行两种状态的切换。如图9所示，输入轴21与大功率电机直接连接，大功率电机的输出动力从输入轴21输入，结合套2正常状态下处于中间位置，通过偏离中间位置可以分别开启不同的运行模式。当汽车需要在陆地上行驶时，电控单元控制关闭第一电机、第二电机，同时将结合套2与左侧结合，电控单元控制大功率电机通电，电机动力就经过第一齿轮组22由输入轴21传递到第一轴23上，第一轴23与汽车减速器相连，动力经减速器传到轮间差速器，最后传到车轮驱动汽车前进。当汽车在空中运行时，电控单元通过直接控制第一电机、第二电机驱动汽车空中运动，而当需要转弯时，电控单元控制结合套2与右侧结合，电控单元控制大功率电机通电，电机动力就经过第二齿轮组24由输入轴21传递到第二轴25上，再由第三齿轮组26传递到第三轴27上，最后经由固定在轴27上的第四齿轮28传递到第五齿轮29，并带动转向轮扇转动。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。

Claims (8)

1.一种设有倾转旋翼的飞行汽车，包括车架、车桥、悬架、车轮和动力系统，车桥通过悬架与车架连接，其特征在于：所述车桥上设有四个倾转旋翼机构，每两个所述倾转旋翼机构组成一对，分别分布在飞行汽车的前后两端，每个所述倾转旋翼机构都设有上下对称分布且旋转方向相反两个螺旋桨，所述螺旋桨通过可相对车桥进行转动的旋翼轴连接在所述倾转旋翼机构的旋翼传动机构上。

2.根据权利要求1所述的一种设有倾转旋翼的飞行汽车，其特征在于：飞行汽车还包括控制汽车转向的转向轮扇，所述转向轮扇固定在所述车桥正中。

3.根据权利要求1所述的一种设有倾转旋翼的飞行汽车，其特征在于：所述倾转旋翼机构包括外壳、第一电机、第一输出轴、旋翼传动机构、两个旋翼轴和两个螺旋桨，所述第一电机固定连接在所述外壳上，所述第一电机通过第一输出轴连接旋翼传动机构，所述螺旋桨分别通过一旋翼轴连接旋翼传动机构。

4.根据权利要求3所述的一种设有倾转旋翼的飞行汽车，其特征在于：所述旋翼传动机构包括至少三个相互啮合的锥形齿轮，所述锥形齿轮包括一个主动轮和两个从动轮，所述主动轮与所述第一输出轴固定连接，所述从动轮与所述旋翼轴固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种设有倾转旋翼的飞行汽车，其特征在于：所述锥形齿轮通过固定架与轴承进行固定安装，两个所述从动轮的锥面相对，主动轮设置在两个所述从动轮之间并同时与两个从动轮啮合。

6.根据权利要求3所述的一种设有倾转旋翼的飞行汽车，其特征在于：所述倾转旋翼机构通过一固定在所述外壳外表面上的轴连接一带动所述外壳转动的第一飞轮，所述轴的中段通过轴承与车桥的固定架进行活动连接。

7.根据权利要求6所述的一种设有倾转旋翼的飞行汽车，其特征在于：所述第一飞轮通过连杆连接倾转调节机构。

8.根据权利要求7所述的一种设有倾转旋翼的飞行汽车，其特征在于：所述倾转调节机构包括第二电机、飞轮传动机构以及第二飞轮，所述第二电机经飞轮传动机构驱动第二飞轮，所述第一飞轮和第二飞轮通过连杆连接。