CN211810198U

CN211810198U - 微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器

Info

Publication number: CN211810198U
Application number: CN201922237211.8U
Authority: CN
Inventors: 申遂愿; 朱清华; 李宜恒
Original assignee: Nanjing Huahang Wing Aircraft Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Huahang Wing Aircraft Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2029-12-13

Abstract

本实用新型提供了一种微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器，包括涵道，涵道内部竖直方向上依次安装有上固定轴承、中固定轴承与下固定轴承，其中，上固定轴承和中固定轴承之间安装有上电机、上电机定子、上电机转子、上旋翼桨叶和上旋翼旋转环，上旋翼桨叶与上旋翼旋转环连接从而与上电机转子连接为一体；所述的中固定轴承与下固定轴承之间安装有下电机、下电机定子、下电机转子、下旋翼桨叶和下旋翼旋转环，下旋翼桨叶与下旋翼旋转环连接从而与下电机转子连接为一体。本实用新型采用电机‑涵道‑旋翼一体化设计，结构紧凑，比传统涵道旋翼产生更大的升力，桨叶与电机之间不存在间隙，减小了涵道体微小变形对整体气动效率和安全性的影响。

Description

微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及旋翼飞行器领域，具体是一种微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器。

背景技术

微型飞行器由于具有特殊的用途而倍受关注。一个重要应用是军事侦察，可装备到士兵班，进行敌情侦察及监视。还可用于战争危险估计、目标搜索、通信中继，监测化学、核或生物武器，侦察建筑物内部情况。可适用于城市、丛林等多种战争环境。因为其便于携带，操作简单，安全性好的优点，可以在部队中大量装备。在非军事领域，配置有相应传感器的微型飞行器可以用来搜寻灾难幸存者、有毒气体或化学物质源，消灭农作物害虫等。

正在研究的微型飞行器主要有三种，一种是像飞机一样的固定翼模型，第二种是跟昆虫和鸟类一样的扑翼模型，第三种是跟直升机一样的旋翼模型。但是目前微型旋翼飞行器普遍存在操纵机构复杂导致飞行器体积变大且操纵机构操纵效率较低的缺点。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术的问题，提供了一种微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器，采用电机-涵道-旋翼一体化设计，结构紧凑，比传统涵道旋翼产生更大的升力，桨叶与电机之间不存在间隙，减小了涵道体微小变形对整体气动效率和安全性的影响。

本实用新型包括涵道，涵道内部竖直方向上依次安装有上固定轴承、中固定轴承与下固定轴承，其中，上固定轴承和中固定轴承之间安装有上电机、上电机定子、上电机转子、上旋翼桨叶和上旋翼旋转环，上旋翼桨叶与上旋翼旋转环连接从而与上电机转子连接为一体；所述的中固定轴承与下固定轴承之间安装有下电机、下电机定子、下电机转子、下旋翼桨叶和下旋翼旋转环，下旋翼桨叶与下旋翼旋转环连接从而与下电机转子连接为一体。

进一步改进，所述的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶为智能压电材料旋翼，桨叶后缘为形状记忆合金。

进一步改进，所述的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶转速快的部分弦长较长，转速低的部分弦长较短。

上固定轴承、中固定轴承与下固定轴承起到固定与限位的作用，同时能够传递上旋翼桨叶与下旋翼桨叶旋转产生的推力。

上旋翼桨叶与上旋翼旋转环连接从而与上电机转子连接为一体，下旋翼桨叶与下旋翼旋转环连接从而与下电机转子连接为一体，实现以径向联结取代传统涵道旋翼的轴向联结，使得旋翼和电机成为不可分离的集成整体，实现电机-涵道-旋翼一体化设计。

无轴涵道共轴双旋翼采用电机-涵道-旋翼一体化设计，无旋翼支撑轴系及桨毂，结构更加紧凑，扩大了涵道流通面积，流阻更小，无传统共轴涵道双旋翼的桨尖间隙，旋翼与涵道之间的气动干扰小。由于无轴涵道共轴双旋翼采用径向连接方式，其桨叶弦长分布与传统共轴涵道双旋翼弦长分布相反，其靠近涵道壁面处的桨叶剖面弦长较长，而此处转速高，因此无轴涵道共轴双旋翼产生的拉力更大，同时无轴涵道共轴双旋翼无桨毂，其旋翼有效直径进一步增大，提高了整体的气动性能，共轴双旋翼上下旋翼转向相反抵消反扭矩，因此无需多余的抵消反扭矩装置，同时可以进一步缩小涵道直径，减小微型飞行器体积。

形状记忆合金桨叶后缘通过改变通电电流大小可改变弯度，弯度的改变使桨叶的气动力大小发生变化，因此通过控制桨叶在不同方位角的气动力大小提供俯仰及滚转力矩实现俯仰及偏航操纵。与传统涵道旋翼操纵系统相比，其去除了自动倾斜器，体积减小且结构重量大大降低。

本实用新型有益效果在于：

（1）无轴涵道共轴双旋翼采用电机-涵道-旋翼一体化设计，结构紧凑，涵道中间除桨叶外无其它结构，旋翼流场不受附加结构干扰，气动效率得到提高，其桨叶弦长分布与传统涵道旋翼分布相反，桨叶转速快的部分弦长较长，转速低的部分弦长较短，因此能够比传统涵道旋翼产生更大的升力，桨叶与电机之间不存在间隙，减小了涵道体微小变形对整体气动效率和安全性的影响。经试验和理论计算测得悬停状态下同尺寸无轴涵道共轴双旋翼升动力装置比传统涵道共轴双旋翼动力装置升力高11.5%，而需用功率降低了3.5%，说明无轴涵道共轴双旋翼动力装置的气动性能优于传统涵道共轴双旋翼动力装置。

（2）共轴双旋翼设计无需抵消反扭矩装置，缩小了涵道直径，减小了微型飞行器体积，增强了隐身性能。

（3）桨叶与电机结合为一体，不需要传统涵道旋翼升力体的减速器及传动轴系，减少了能量传递损耗，提高了能量利用率。

（4）承受气动载荷最大处位于涵道壁，结构本身就强，而且无轴涵道旋翼升力装置不需要减速器及传动轴系，因此其工作时产生的噪音及振动相比传统涵道旋翼将更小。

（5）使用形状记忆合金制作桨叶，在产生升力的同时也实现了飞行器的操纵控制，从而减轻了飞行器的结构重量并提高了操纵效率。

军用方面：

（1）机动性能独特，同时涵道提高了微型飞行器的抗干扰能力，适合于复杂环境的侦查工作。

（2）噪声低，隐蔽性好。旋翼内置于涵道边缘，同时取消了传统涵道旋翼减速器和传动轴系等噪声、振动主要产生源，降低了噪声，并且涵道降低了整机的热辐射性，提高了隐蔽性。

（3）全电化、智能化旋翼及自适应舵面设计，减轻飞行器结构重量，提高飞行器飞可靠性、维护性和可操作性。

民用方面：

（1）借助于其微小体积，可执行警用侦查任务。

（2）在影视制作方面，可进行狭小环境的视频拍摄任务。

（3）可用于工厂厂房及烟囱内部裂缝检测、化工厂有害气体检测等。

附图说明

图1是微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器总体图；

图2是微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器涵道内部结构图；

图3是微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器俯仰及偏航运动操纵示意图；

图中，涵道-1，上固定轴承-2，上电机定子-3，上电机气隙-4，上电机转子-5，上旋翼桨叶-6，上旋翼旋转环-7，中固定轴承-8，下电机定子-9，下电机气隙-10，下电机转子-11，下旋翼桨叶-12，下旋翼旋转环-13，下固定轴承-14，形状记忆合金桨叶后缘-15。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型整体结构如图1所示，从图中可以看出，上下旋翼均由三片桨叶组成，桨叶包括形状记忆合金桨叶后缘15。

微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器涵道内部结构图如图2所示，包括涵道1，涵道1内部竖直方向上依次安装有上固定轴承2、中固定轴承8与下固定轴承14，其中，上固定轴承2和中固定轴承8之间安装有上电机、上电机定子3、上电机转子5、上旋翼桨叶6和上旋翼旋转环7，上旋翼桨叶6与上旋翼旋转环7连接从而与上电机转子5连接为一体，上电机转子5和上电机定子3之间留有上电机气隙4；所述的中固定轴承8与下固定轴承14之间安装有下电机、下电机定子9、下电机转子11、下旋翼桨叶12和下旋翼旋转环13，下旋翼桨叶12与下旋翼旋转环13连接从而与下电机转子11连接为一体，下电机定子9和下电机转子11之间留有下电机气隙10。所述的上旋翼桨叶6和下旋翼桨叶12转速快的部分弦长较长，转速低的部分弦长较短，因此能够比传统涵道旋翼产生更大的升力。

上旋翼桨叶6与上旋翼旋转环7连接从而与上电机转子5连接为一体，下旋翼桨叶12与下旋翼旋转环13连接从而与下电机转子11连接为一体，实现以径向联结取代传统涵道旋翼的轴向联结，使得旋翼和电机成为不可分离的集成整体，实现电机-涵道-旋翼一体化设计。无轴涵道旋翼升力装置工作时上电机转子5带动上旋翼桨叶6相对于上电机定子3旋转，下电机转子11带动下旋翼桨叶12相对于下电机定子9旋转。

图3为微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器俯仰及偏航运动操纵示意图，其主要特征在于，飞行器主要分为上下左右四个方向，当飞行器需要低头时，在上方处减弱桨叶6中的形状记忆合金桨叶后缘15的通电电流大小，减小此处桨叶后缘弯度从而升力降低，在下方增大桨叶6中的形状记忆合金桨叶后缘15的通电电流大小，增大此处桨叶后缘弯度从而升力上升，同时下旋翼桨叶12执行同样的操纵，如此产生一个低头力矩，飞行器抬头，同理，增大上方升力减弱下方升力则飞行器抬头飞行，减弱左方升力，增大右方升力则向左偏航，增大左方升力，减弱右方升力则向右偏航。执行滚转运动时，只要通过控制上下旋翼的转速，使二者转速不同，反扭无法抵消则实现了飞行器的滚转运动。

本实用新型无轴涵道共轴双旋翼动力装置主要参数如下表所示。经试验和理论计算测得悬停状态下同尺寸无轴涵道共轴双旋翼升动力装置比传统涵道共轴双旋翼动力装置升力高11.5%，而需用功率降低了3.5%，说明无轴涵道共轴双旋翼动力装置的气动性能优于传统涵道共轴双旋翼动力装置。

参数数值

旋翼半径（mm） 5；

桨盘实度 0.14；

旋翼翼型 NACA4415；

涵道翼型 NACA0012；

桨叶片数 3；

涵道扩散角/(°) 10；

桨叶负扭度/(°) -28；

桨盘高度（mm） 3.5；

涵道高度（mm） 6；

中心孔径（mm） 0.6。

本实用新型具体应用途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器，其特征在于：包括涵道，涵道内部竖直方向上依次安装有上固定轴承、中固定轴承与下固定轴承，其中，上固定轴承和中固定轴承之间安装有上电机、上电机定子、上电机转子、上旋翼桨叶和上旋翼旋转环，上旋翼桨叶与上旋翼旋转环连接从而与上电机转子连接为一体，上电机定子和上电机转子之间留有上电机气隙；所述的中固定轴承与下固定轴承之间安装有下电机、下电机定子、下电机转子、下旋翼桨叶和下旋翼旋转环，下旋翼桨叶与下旋翼旋转环连接从而与下电机转子连接为一体，下电机定子和下电机转子之间留有下电机气隙。

2.根据权利要求1所述的微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶为智能压电材料旋翼，桨叶后缘为形状记忆合金。

3.根据权利要求1所述的微型无轴涵道共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述的上旋翼桨叶和下旋翼桨叶转速快的部分弦长较长，转速低的部分弦长较短。