CN220549220U - 一种多旋翼无人机的增升装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机技术领域，具体公开了一种多旋翼无人机的增升装置；一种多旋翼无人机的增升装置，包括主体和连接件；主体顶面为弧形面，底面为平面；连接件底端与主体连接，顶端与多旋翼无人机的机臂连接。在多旋翼飞行器前飞的过程中，多旋翼飞行器倾斜，多旋翼飞行器的旋翼提供的力部分转化为多旋翼飞行器向前飞行的力，在多旋翼飞行器向前飞行时；由于主体上表面为弧形面，下表面为平面；在无人机飞行过程中，主体上表面气流流速快，下表面气流流速慢；等高流动时，流速大，压强就小。所以主体下方气体压强大上方气体压强小，产生气压差，进而产生升力。从而减少多旋翼飞行器飞行时电机的消耗，延长多旋翼飞行器的续航时间。

Description

一种多旋翼无人机的增升装置

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种多旋翼无人机的增升装置。

背景技术

当前主流的多旋翼无人机飞行期间需使用自身动力产生相应升力抵消重力以实现飞行。但受制于电池能量密度，绝大多数多旋翼无人机在飞行期间能耗较大，续航时间有限。

同时多旋翼无人机在多数实际应用场景下需进行带一定速度的前飞动作，此时自身动力在产生相应升力抵消重力以实现飞行的同时还需额外增加功率以实现多旋翼无人机前飞的加速度分量，再次缩短有限的续航时间。同时由于自身动力产生的推力增大，随着而来会减小全机的飞行效率（简称力效，单位输出功率/单位输出推力比值，单位g/w，正常多旋翼为7-9左右，更高代表飞行效率更高）。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种多旋翼无人机的增升装置，以解决现有技术中的多旋翼无人机实际应用时续航时间短的问题。

一种多旋翼无人机的增升装置，包括主体和连接件；所述主体顶面为弧形面，底面为平面；所述连接件底端与主体连接，顶端与多旋翼无人机的机臂连接。

进一步，所述主体内设置有腔体；所述腔体填充有泡沫材料。

进一步，所述连接件包括连接臂和卡箍；所述连接臂底端与主体顶面固定连接；所述卡箍上设置有用于与所述机臂连接的安装孔。

进一步，所述卡箍包括第一连接部和第二连接部；所述第一连接部与所述连接臂顶部固定连接；所述第一连接部顶面设置有弧形槽，所述第二连接部底部设置有弧形槽；所述第一连接部与所述第二连接部通过紧固件连接。

进一步，所述主体前部设置在所述多旋翼无人机前方旋翼的下侧。

进一步，所述主体和所述连接件由轻质材料制成。

有益效果：在多旋翼飞行器前飞的过程中，多旋翼飞行器倾斜，多旋翼飞行器的旋翼提供的力部分转化为多旋翼飞行器向前飞行的力，在多旋翼飞行器向前飞行时；由于主体上表面为弧形面，下表面为平面；在无人机飞行过程中，主体上表面气流流速快，下表面气流流速慢；等高流动时，流速大，压强就小。所以主体下方气体压强大上方气体压强小，产生气压差，进而产生升力。从而减少多旋翼飞行器飞行时电机的消耗，延长多旋翼飞行器的续航时间，提高飞行效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中的增升装置整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中的增升装置的侧视图；

图3为本实用新型实施例中的增升装置的剖视图；

图4为本实用新型实施例中的增升装置的安装示意图。

附图标记说明：1、主体；101、腔体；2、连接臂；3、卡箍；301、第一连接部；302、第二连接部；4、四旋翼无人机。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1所示的一种多旋翼无人机的增升装置，安装在多旋翼无人机的机臂上；上述增升装置包括主体1、连接臂2和卡箍3；主体1为水平设置；连接臂2竖向设置，连接臂2的底端与主体1顶面的中部固定连接，主体1顶部连接有卡箍3；卡箍3用于通过紧固件与四旋翼无人机4的机臂连接。

本实施例中，主体1通过空气动力学的原理进行制造，主体1上表面向上凸起且为弧形面，下表面为平面；在四旋翼无人机4飞行过程中，主体1上表面的气流流速快，下表面的气流流速慢；等高流动时，流速大，压强就小。所以主体1下方气体压强大上方气体压强小，产生气压差，进而产生升力。

主体1内部设置有腔体101，腔体101内填充有泡沫材料。主体1上表面为弧形面，下表面为平面；在四旋翼无人机4飞行过程中，主体1上表面气流流速快，下表面气流流速慢；等高流动时，流速大，压强就小。所以主体1下方气体压强大上方气体压强小，产生气压差，进而产生升力。

本实施例中，主体1的结构设置，用于在保证主体1强度的同时，减轻主体1的重量，降低能量消耗。

卡箍3包括第一连接部301与第二连接部302；第一连接部301与连接臂2的顶端固定连接，第二连接部302与第一连接部301通过紧固件连接；第一连接部301的顶部设置有弧形槽，第二连接部302的底部设置有弧形槽；第一连接部301与第二连接部302的弧形槽组合成用于机臂部分穿过的安装孔。

本实施例中，卡箍3的设置用于方便与四旋翼无人机4进行连接，同时方便调整主体1的安装角；紧固件选用螺栓，螺栓可以采用双螺母锁紧。

工作原理：制造增升装置，增升装置需要选择合适的翼型剖面和翼型几何参数。这样的设计可以提高飞行器的升力和阻力性能，改善飞行器在空气中的稳定性和操控性。优选的，主体1使用Clark Y翼型，Clark Y翼型为现有技术；主体1、连接臂2和卡箍3均为轻质材料，例如凯夫拉复合材料制作，用以减轻增升装置的重力。凯夫拉复合材料是一种芳纶复合材料，这种新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型。

如图4所示，增升装置对称安装在四旋翼无人机4两侧的机臂上。具体的，可根据四旋翼无人机4前飞过程的俯仰角调整增升装置的安装角，以得到合适的气动攻角。

本实施例中，四旋翼无人机4全机总重6kg,单轴电机正常悬停推力约为1.5kg；前飞过程中，螺旋桨提供的前飞速度为10m/s;螺旋桨前飞可获得一定的效率提升，但这一提升效率被机身倾斜造成的额外的形阻阻力抵消。

增升装置的主体翼展75mm，平均弦长155.054mm，机翼面积0.012㎡，展弦比0.48，跟梢比1.07，后掠角3.81°。

增升装置以15°或20°或30°或以其它角度的安装角固定安装于四旋翼无人机4两侧机臂的机身横管中部。增升装置在飞行期间可直面旋翼产生的滑流。

四旋翼无人机4以10m/s前飞期间，机身俯仰角约为-5°，增升装置以20°的安装角固定于机身上，实际增升装置的气动攻角为15°。

四旋翼无人机4具备基础速度10m/s，并叠加前方两个电机以每分钟3000转-3500转加速后的螺旋桨滑流。

通过气动模拟软件建立四旋翼无人机4和旋转工况下的螺旋桨三维计算流体动力学（CFD）模型，对四旋翼无人机4工作状态下的空气流场进行数值模拟，分析四旋翼无人机4工作状态下空气流场特性。流场分布模拟结果显示实际增升装置安装位置（机头两个旋翼前行桨叶20-60％弦长区域）周边实际气流约为30m/s。相比于开放环境四旋翼无人机4下的10m/s速度，安装于旋翼下方的增升装置前方来流可达30m/s左右；在增升装置升力系数固定的情况下，来流速度越快，整体升力越高。

增升装置按照升力计算方程：

Y=1/2ρCSv²

Y为总升力，（单位：牛顿，即N，1千克力约等于10牛顿）；C为升力系数；S为机翼的面积（单位：平方米）；v为来流速度（单位：米/秒，即m/s）；ρ是大气密度（单位：千克/立方米）。

最后计算的结果，单位为牛顿（N），1公斤重=9.8牛顿。

依照海平面大气密度及30m/s来流条件使用气动模拟软件进行计算，增升装置在四旋翼无人机4以10m/s稳定前飞时，增升装置在不同安装角下的升力如下表：

显然，机身安装的四个电机在未安装增升装置时单个电机需提供1.5kg推力，输出油门为60%左右，功率约为132.28w，同时由于整体转速较高，使得螺旋桨力效约为10g/w。

电机的数据如下表所示：

参考增升装置气动计算软件数据，当增升装置以20°的安装角安装在四旋翼无人机4上且四旋翼无人机4以10m/s稳定前飞时，两个增升装置可提供约840g的升力以用于对旋翼电机进行卸载，在此情况下，单个旋翼电机仅需要提供1290g推力即可实现四旋翼无人机4正常飞行，此时单个电机功率约为100w，整机功耗减少约25%，同时全机的力效提升至10.5g/w。

此时相同配置的电池，增加增升装置后的四旋翼无人机4整机可增加约24.4%的有效续航时间。

如在实际使用场景中需四旋翼无人机4以更高速度或更低速度进行飞行，则按需调整增升装置安装角度，保证四旋翼无人机4前飞期间增升装置始终处于工作状态并提供升力即可。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种多旋翼无人机的增升装置，其特征在于，包括主体和连接件；所述主体顶面为弧形面，底面为平面；所述连接件底端与主体连接，顶端与多旋翼无人机的机臂连接。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的增升装置，其特征在于，所述主体内设置有腔体；所述腔体填充有泡沫材料。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的增升装置，其特征在于，所述连接件包括连接臂和卡箍；所述连接臂底端与主体顶面固定连接；所述卡箍上设置有用于与所述机臂连接的安装孔。

4.根据权利要求3所述的一种多旋翼无人机的增升装置，其特征在于，所述卡箍包括第一连接部和第二连接部；所述第一连接部与所述连接臂顶部固定连接；所述第一连接部顶面设置有弧形槽，所述第二连接部底部设置有弧形槽；所述第一连接部与所述第二连接部通过紧固件连接。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的增升装置，其特征在于，所述主体前端设置在所述多旋翼无人机前方旋翼的下侧。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种多旋翼无人机的增升装置，其特征在于，所述主体和所述连接件由轻质材料制成。