CN207450246U - 多涵道无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无人飞行器领域，公开了一种多涵道无人飞行器。使得多涵道飞行器在安装大容量电池的同时保持良好的飞行性能。本实用新型中，包括N个涵道，设置在各个涵道内的桨叶，与桨叶物理连接并驱动桨叶的电机，与各电机电连接并驱动电机的电池，其中N为大于2的整数，涵道之间设置有连接筋，用于物理连接各涵道；连接筋的中央设置有电池安装结构，用于固定电池；电池的三维尺寸为L、H和W，其中L>H>W；电池安装结构中固定的电池在与各桨叶的旋转轴垂直的平面上的投影面积为L×W。

Description

多涵道无人飞行器

技术领域

本申请涉及无人飞行器领域，特别涉及多涵道无人飞行器技术。

背景技术

多旋翼的无人机技术发展迅速，为了降低无人机旋翼伤人的可能性，提高多旋翼无人机的安全性，可以将桨叶设置在涵道中，由此形成多涵道无人机。

授权公告号为CN205854486U的实用新型专利公开了一种四旋翼可折叠无人机，该无人机包括：动力机构、中心连接件、支撑臂、位于中心连接件内的电池、位于中心连接件底部的起落架，所述中心连接件由上中心连接板和下中心连接板通过销板和销固定连接构成，所述中心连接件的四个凸起处分别连接支撑臂的一端，所述支撑臂的另一端连接动力机构；所述动力机构包括涵道风扇、设置在涵道风扇内的桨叶、与桨叶连接的电机。

从该实用新型的说明书附图1可以看出，电池位于中心连接件中，电池的体积相对于整个无人机来说是很小的。

本申请的发明人发现，实际应用中经常要求无人机体积尽量小，同时续航时间尽量长，这就要求搭载一块大电池，而大电池显然无法像上述实用新型那样安装中心连接件中。在无人机的整体结构中如何放置大容量电池而又能使无人机结构紧凑就成为急需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种多涵道无人飞行器，使得多涵道飞行器在安装大容量电池的同时保持良好的飞行性能和尽量小的体积。

为了解决上述问题，本申请公开了一种多涵道无人飞行器，包括N个涵道，设置在各个涵道内的桨叶，与桨叶物理连接并驱动桨叶的电机，与各该电机电连接并驱动该电机的电池，其中N为大于2的整数，该涵道之间设置有连接筋，用于物理连接各该涵道；

该连接筋的中央设置有电池安装结构，用于固定该电池；该电池的三维尺寸为L、H和W，其中L>H>W；

该电池安装结构中固定的电池在与各该桨叶的旋转轴垂直的平面上的投影面积为L×W。

在一优选例中，N＝4。

在一优选例中，该电池固定在涵道之间，电池的两侧各有两个涵道。

在一优选例中，相邻的该涵道之间设置有弧形连接筋。

在一优选例中，该弧形连接筋为弹性材料。

在一优选例中，相邻的该涵道之间还设置有"一"字型连接筋。

在一优选例中，该4个涵道之间以"X"型连接筋连接。

在一优选例中，每个该涵道中设置有涵道十字加强筋。

在一优选例中，每个该涵道中的两个十字加强筋和该"X"型连接筋构成一个大型的"X"型筋结构。

在一优选例中，还包括，摄像头，机壳和天线，均连接在以下部件之一或其任意组合上：该涵道、该"一"字型连接筋，该"X"型连接筋连接，该电池安装结构。

本申请实施方式与现有技术相比，至少具有以下区别和效果：

电池垂直放置，可以使得多涵道飞行器便于安装大容量的电池而不影响飞行性能，整体结构更为紧凑。

进一步地，以弧形连接筋相邻的涵道，使得飞行器框架抗撞击强度增强，冲击力经过弧线臂时被充分分解，支架受撞击损坏风险得到解决或降低。

进一步地，弧形连接筋采用弹性材料，或采用弹性结构，能够承受一定的撞击挤压而不断裂，提高了整个飞行器的抗冲击性能。

进一步地，涵道内设置十字加强筋，当支架受撞击时，4根筋坚固连接，力值被充分分解，连接部位不易受损，支架涵道部位损坏率大大降低

进一步地，每个涵道中的两个十字加强筋和中央"X"型连接筋构成一个大型的X型纵横筋结构，使得整个可以有更好的抗冲击效果。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和实施方式中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个实施方式中公开了特征A+B+C，在另一个实施方式中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1为本申请实施方式中多涵道无人飞行器立体图；

图2为本申请实施方式中多涵道无人飞行器机体框架俯视图；

图3为本申请实施方式中涵道受到冲击时弧形连接筋的变化演示图；

图4为本申请实施方式中多涵道无人飞行器机体框架立体图；

图5为本申请实施方式中图4中I部位的细节放大图；

图6是本申请实施方式中多涵道无人飞行器机体框架右视图；

图7是本申请实施方式中电池水平放置的示意图；

图8是本申请实施方式中电池竖直放置的示意图；

图9是本申请实施方式中电池插入的示意图；

图10是本申请实施方式中多涵道无人飞行器俯视图；

图11是本申请实施方式中多涵道无人飞行器仰视图；

图12是本申请实施方式中多涵道无人飞行器后视图；

图13是本申请实施方式中多涵道无人飞行器右视图。

10：机体框架

11：涵道

111：桨叶

112：涵道十字加强筋

113：电机

114：电机安装结构

12：弧形连接筋

13：电池安装结构

14：“X”型连接筋

15：“一”字型连接筋

20：摄像头

30：天线

40：机壳

50：电池

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

下面概要说明本申请的部分创新点

本申请将多涵道无人飞行器的电池竖直放置，电池被固定在涵道之间，电池的两侧各有两个涵道，这样可以容纳比较大容量的电池而使得整个多涵道无人飞行器依然保持紧凑的结构，续航时间增加，可完成更多飞行姿态动作。竖直放置是指从俯视图上看，只能看到电池最短和最长的两个维度。

本申请还提供了一种抗冲击能力比较强的多涵道无人飞行器机体框架结构,主要是指各个涵道之间和涵道之内的各种加强筋连接筋所组成的特定的机体框架结构。具体而言，在相邻涵道之间增加弧线型连接筋，支架抗撞击强度增强，冲击力经过弧线臂时，力值被充分分解，支架受撞击损坏风险得到解决或降低；弧线型曲臂连接，还有弹性功能，能够承受一定的撞击挤压而不断裂(如图3演示说明，具体参数见本申请后文中的力学分析报告)。该机体框架中的各种纵横筋分布有序，所有的筋形成特定的网式连接，当支架受撞击时，冲击力被传递分解，连接部位不易受损，支架及机身损坏率降低。涵道内设置涵道十字加强筋，当支架受撞击时，4根加强筋坚固连接，力值被充分分解，连接部位不易受损，支架涵道部位损坏率大大降低。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本申请一种实施方式中的多涵道无人飞行器，图1所展示的姿态是该无人飞行器正常飞行时的姿态，即摄像头在上，电池在下，四个风扇的旋转轴接近于垂直状态。当然多涵道无人飞行器也可以有其他的飞行姿态，例如可以采用摄像头在下电池在上的姿态，或者有一定倾斜角度的飞行姿态等等，具体可以根据用户需要进行飞行姿态控制。本申请下文的描述中，如果没有特别的说明，基本是基于摄像头在上、电池在下、四个风扇的旋转轴垂直于地面的姿态进行描述的。

该多涵道无人飞行器包括：

一个机体框架10和固定在该机体框架10上的其他零部件(如摄像头，机壳、PCB线路板、电池、和天线等等)。机体框架10的结构如图2(俯视图)和图6(右视图)所示。

在机体框架10中有4个涵道11，每个涵道11中分别设置有一个桨叶111，和与桨叶111连接并驱动桨叶111的电机113。各电机113电连接并驱动电机113的电池50。

在机体框架10的中央部位设置有电池安装结构13，以及连接电池安装结构13和4个涵道11的“X”型连接筋14。“X”型连接筋14用于机身加固和承载电池。

电池50是竖直放置的(如图8所示)。具体地说，令电池的三维尺寸为L(长)、H(高)和W(宽)，其中L>H>W；竖直放置的情况下，电池安装结构中固定的电池在与各桨叶的旋转轴垂直的平面上的投影面积为L×W。电池垂直放置，可以使得多涵道飞行器便于安装大容量的电池，整体结构更为紧凑。其中，各个桨叶绕着自身的旋转轴旋转，N个桨叶的旋转轴是相互平行的。与N个桨叶的旋转轴垂直的平面就是图2中所示的平面，或者说是在无人飞行器正常飞行姿态下水平面上的投影。从图8可以看出电池固定在涵道之间，电池的两侧各有两个涵道。电池的插入参见图9。

电池安装结构13的底部是高于电机安装结构114的底部的(如图6所示)，这样可以依靠4个电机安装结构114实现起落架的功能。

优选地，相邻的涵道11之间分别设置有弧形连接筋12(图2中共有4个)和“一”字型连接筋15(图2中共有4个)。其中，弧形连接筋12使得支架抗撞击强度增强，冲击力经过弧线臂时，力值被充分分解，支架受撞击损坏风险得到解决或降低；该弧线型曲臂连接有弹性功能，能够承受一定的撞击挤压而不断裂，图3演示了涵道受到冲击时弧形连接筋的变化。“一”字型连接筋15用于相邻涵道11的连接和加固，并且还承载飞行器的其他零部件，例如PCB板、机壳等等。

优选地，每个涵道11中设置有涵道十字加强筋112。涵道十字加强筋112包括互相垂直的4条加强筋，“X”型连接筋14也包括4条互相垂直的连接筋。在涵道内设置十字加强筋，当支架受撞击时，4根筋坚固连接，力值被充分分解，连接部位不易受损，支架涵道部位损坏率大大降低。

优选地，每个涵道中的两条十字加强筋112和中央“X”型连接筋14构成一个大型的X型纵横筋结构，或者说，相对的两个涵道中十字加强筋112的两条加强筋和中央“X”型连接筋14中的两个连接筋在一个直线上，这样可以有更好的抗冲击效果。通过如图2所示的这种有序分布的纵横筋，所有的筋形成网式连接，当支架受撞击时，冲击力被传递分解，连接部位不易受损，支架及机身损坏率降低。

优选地，在涵道十字加强筋112中，加强筋对应于风扇的位置，加强筋口部具有迎风角，以减小加强筋所带来的空气阻力，图4示出了多涵道无人飞行器机体框架立体图，其中I部位迎风角设计的放大图如图5所示。

优选地，摄像头，机壳和天线等各种部件都固定在涵道11、“一”字型连接筋15、“X”型连接筋连接14和电池安装结构13上(可以只固定在其中的一个上，也可以同时固定在多个的组合上)。

上述的实施方案只是一个优选的实施方式，等领域的技术人员可以知道，可以在上述实施方式的基础上进行各种修改和变化，例如：

多涵道无人飞行器可以不是4涵道，而是3涵道，5涵道，6涵道等等。

涵道内可以不是十字加强筋，而是其他形状的加强筋，例如Y形加强筋，或者从中心向外辐射N辐的加强筋(N>4)等等。

加强筋口部可以没有迎风角的设计。

为了更好地体现多涵道无人飞行器的全貌，在图1立体图的基础上，本申请还提供了多涵道无人飞行器的俯视图(图10)，仰视图(图11)，后视图(图12)和右视图(图13)。其中图12即沿着图9电池插入的方向的视图。

下面是本申请图2所示的机体框架10的力学分析报告，用于展示该机体框架10的显著技术效果。

计算报告如下：

机体框架静力学分析：

材料主要为ABS和PP：

ABS：密度1.02e-6kg/mm3，E＝2000MPa，泊松比0.394；

超高冲击型拉伸强度35MPa，弯曲强度62MPa；

低温冲击型，拉伸强度21-28MPa,弯曲强度25-46MPa。

PP：密度8.9E-7kg/mm3，E＝896MPa，泊松比0.41；拉伸强度30-39，弯曲强度42-56.

马达最大推力28g，最大平飞速度7m/s

飞行器整机重量分布如下表所示：

将其他零件作为附加质量加载到支架上，考虑系统的自重，动力系统的最大升力为28g，分析支架垂直起飞，俯仰，翻滚等姿态时支架的应力和变形情况。

静力学分析结果汇总如下表：

运动状态	最大应力	最大变形
			垂直运动	5.945MPa	1.9949mm
前进运动	9.7534MPa	8.5026mm
			翻滚运动(对角)	4.302MPa	4.1254mm
翻滚运动(同侧)	8.0954MPa	6.5719mm

可见，几种运动状态下支架的应力均在材料弹性范围内，支架拉伸强度在30MPa，并且安全裕度较大，支架通过适当增加R角可以有效降低应力集中现象。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。

在本申请提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本申请的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本申请作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种多涵道无人飞行器，包括N个涵道，设置在各个涵道内的桨叶，与桨叶物理连接并驱动桨叶的电机，与各所述电机电连接并驱动所述电机的电池，其中N为大于2的整数，其特征在于，所述涵道之间设置有连接筋，用于物理连接各所述涵道；

所述连接筋的中央设置有电池安装结构，用于固定所述电池；所述电池的三维尺寸为L、H和W，其中L>H>W；

所述电池安装结构中固定的电池在与各所述桨叶的旋转轴垂直的平面上的投影面积为L×W。

2.根据权利要求1所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，N＝4。

3.根据权利要求2所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，所述电池固定在涵道之间，电池的两侧各有两个涵道。

4.根据权利要求3所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，相邻的所述涵道之间设置有弧形连接筋。

5.根据权利要求4所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，所述弧形连接筋为弹性材料。

6.根据权利要求4所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，相邻的所述涵道之间还设置有"一"字型连接筋。

7.根据权利要求6所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，所述4个涵道之间以"X"型连接筋连接。

8.根据权利要求7所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，每个所述涵道中设置有涵道十字加强筋。

9.根据权利要求8所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，每个所述涵道中的两个十字加强筋和所述"X"型连接筋构成一个大型的"X"型筋结构。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的多涵道无人飞行器，其特征在于，还包括，摄像头，机壳和天线，均连接在以下部件之一或其任意组合上：

所述涵道、所述"一"字型连接筋，所述"X"型连接筋连接，所述电池安装结构。