WO2018004325A1 - Οκτοκοπτερ - Google Patents
Οκτοκοπτερ Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018004325A1 WO2018004325A1 PCT/MD2017/000005 MD2017000005W WO2018004325A1 WO 2018004325 A1 WO2018004325 A1 WO 2018004325A1 MD 2017000005 W MD2017000005 W MD 2017000005W WO 2018004325 A1 WO2018004325 A1 WO 2018004325A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rotors
- octocopter
- housing
- rotor
- auxiliary
- Prior art date
Links
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 9
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U10/00—Type of UAV
- B64U10/10—Rotorcrafts
- B64U10/17—Helicopters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U2101/00—UAVs specially adapted for particular uses or applications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
- B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
- B64U30/20—Rotors; Rotor supports
Definitions
- the invention relates to aircraft with eight rotors, namely, octocopter from the class of micro / mini unmanned aerial vehicles, weighing up to 20 kg, which can be used for package delivery, mapping, aerial photo and film shooting, border control, assistance during natural disasters and crop monitoring.
- the invention provides the opportunity to use the octocopter in areas with more special requirements, such as shooting an rally or sailing, for which both the high speed of the aircraft and its resistance to strong winds are important.
- UAVS and UCAVS Developments in the European Union, Policy Department External Policies, Security and Defense, 2007.10, ⁇ url: www.europarl.europa.eu/RegData etudes / etudes / join / 2007/381405 / EXPO-SEDE_ET % 282007% 29381405_EN.pdf>).
- Known octocopter consisting of a housing, a power device, four main beams and four auxiliary beams, each of them at the end is equipped with a rotor with a drive motor and support legs.
- the housing contains a sensor for determining horizontal angles and a control device.
- the control device calculates command signals for horizontal octocopter positioning angles.
- the main beams are attached to the body with their ends.
- Each auxiliary beam is located radially between adjacent main beams.
- Drive motors are located on top, at the ends of the main and auxiliary rays.
- the support legs are attached from below to the main and auxiliary shoulders and have a predetermined length [1].
- the disadvantage of the octocopter is the configuration of the rotors which have the same size and location in the same plane. Their rotation generates vertical lift, which allows the octocopter to take off vertically. Only after reaching a certain height can the octocopter begin its horizontal movement.
- Oktokopter planar schemes must change the angle of inclination of the entire aircraft relative to the horizontal plane in order to accelerate or decelerate horizontally, as well as to change the direction of flight. The effect is achieved thanks to the difference in the rotor speed of the nose-tail group or the left-right group. Thus, the horizontal component of the lifting force of the rotors appears, which reduces its vertical component.
- the control system must increase the number of revolutions of the rotors.
- the area of the horizontal impact of the wind on the octocopter increases, which makes it even more ineffective, given that a significant part of the power of the drive motors should be used to overcome the wind.
- modern octocopters reach speeds of about 50 km / h and can withstand wind speeds of no more than 30 km / h.
- Rotation of the propeller blade in a plane parallel to the direction of the wind does not affect the effective angle of attack, but this angle changes simultaneously with a change in the relative speed of the headwind.
- effective angle of attack decreases to a minimum while increasing speed type of wind.
- a hexacopter containing a housing to which six evenly spaced beams are attached at the ends of which the rotors are mounted.
- the housing contains a control device and a chassis.
- the rotors located on the rays perpendicular to the direction of movement are pivotally and additionally equipped with servomotors, which allows you to change the plane of rotation of the rotor from horizontal to vertical [2].
- An octocopter comprising a housing to which an electric power source, a control device and a chassis are attached.
- the octocopter also includes long beams attached to the body radially and in the same plane; short beams, each of which is located between two adjacent long beams, and is rigidly attached to an annular frame, which, in turn, is pivotally attached to the body with the possibility of changing its position relative to it. All beams at the ends are equipped with an electric motor and a rotor, while the rotors are placed symmetrically to the center of gravity [3].
- the disadvantages of the octocopter are that the annular frame with short beams and rotors is placed in hinges outside the device’s aircraft body and changes its position depending on the flight conditions.
- the usable space required for placement of various loads and equipment for the transportation of which the octocopter is intended to be suspended outside the hull is suspended.
- the technical problem that the invention solves is to create an octocopter capable of reaching a speed of at least 100 km / h, capable of operating in strong wind at speeds of up to 70 km / h, while maintaining high efficiency energy use and the possibility of increasing the bearing capacity, by optimizing the design.
- the oktokopter according to the invention eliminates the disadvantages set forth above in that it consists of a housing with a power supply and a control device installed therein; four beams rigidly fixed to the body at the ends of which, in the corners of an imaginary rectangle, are mounted in the same plane as the rotors with electric motors, while the rotors are located symmetrically to both the center of gravity and the longitudinal axis of symmetry of the octocopter; in the case, on the transverse axis of symmetry of the octocopter, a beam is pivotally rotatably located at the ends of which are mounted symmetrically relative to the longitudinal axis of symmetry of the octocopter along a pair of auxiliary rotors with electric motors, while the auxiliary rotors are located on spaced consoles that are oppositely directed and parallel to the longitudinal axis octocopter; and contains the chassis.
- the rotation planes of the auxiliary rotors can be different, but parallel to the axis of the beam.
- the ratio of the dimensions of the main rotor to the auxiliary rotor can be 1.4 ... 2, 2.
- the ratio of the pitch of the screw of the auxiliary rotor to the pitch of the screw of the rotor can be 1.4 ... 4.0.
- the body can be equipped with at least two wings, the planes of which are inclined to the horizontal plane of the body at an angle of 3 ° ... 12 °.
- the technical result of the invention is to increase the speed, wind resistance and bearing capacity of the octocopter.
- the octocopter contains a group of horizontal rotors designed to support the octocopter in the air and a second group of rotors that are able to change the position of the plane of rotation relative to the horizontal and, rotating in the vertical plane, is mainly used to create horizontal thrust and control the direction of movement.
- high efficiency of each of the groups of rotors is achieved.
- FIG. 1 -9 The placement of auxiliary rotors on the consoles on a common beam, which rotates around its axis, allows us to simplify the design, as well as significantly increase both the internal and external usable space of the aircraft.
- the invention is explained by the images in FIG. 1 -9, which indicate:
- FIG. 1 a general view of an octocopter in isometry with bearing and auxiliary rotors located horizontally;
- FIG. 2 a general view of the octocopter in isometry with the location of the bearing rotors in the horizontal, and auxiliary rotors in the vertical plane and wings;
- FIG. 3 a top view of an octocopter with bearing and auxiliary rotors located in a horizontal plane;
- FIG. 4 is a front view of the octocopter with bearing rotors in the horizontal and auxiliary rotors in the vertical plane;
- FIG. 5 the position of the octocopter during take-off, hovering or landing;
- FIG. 6 the position of the octocopter during the transition from take-off to movement at cruising speed
- FIG. 7 the position of the octocopter when moving horizontally at cruising speed
- FIG. 8 the position of the octocopter during acceleration
- FIG. 9 the position of the octocopter during deceleration.
- the oktokopter ( Figure 1-9) contains a housing 1, to which a power source 2 is attached, a control device 3. To the housing 1, in the same plane, four beams 4 are rigidly mounted. In this example, the beams 4 are parallel to each other, but they can be placed at a certain angle. The position of the rays is dictated by the design of the aircraft itself. At the ends of the beams 4, at the free ends, one electric motor 5 is installed, equipped with a bearing rotor 6, consisting of a screw with a constant pitch, a design known and not described here.
- the axis of rotation of the nodes consisting of an electric motor 5 and a rotor 6 are installed in the corners of an imaginary quadrangle, strictly symmetrical to the center of gravity of the mass of the housing 1 and strictly balanced in weight.
- the axis of symmetry of the housing 1, the axis XX is conventionally called the “nose-tail”.
- the YY axis, passing through the center of gravity of the housing 1, is perpendicular to the axis XX and conditionally defines the directions “right”, “left”.
- Axes XX and YY pass through the center of symmetry, which coincides with the center of gravity of the octocopter, and form a horizontal plane XY parallel to the plane of rotation of the bearing rotors 6.
- ⁇ - ⁇ Perpendicular to the XY plane, through the center of symmetry, passes the ⁇ - ⁇ axis, conditionally determining the directions “up”, “down”.
- a common beam 8 On the axis ⁇ - ⁇ , through the housing 1, in the hinge 7 (known and not described here), with the possibility of rotation, a common beam 8 is installed.
- auxiliary rotors are installed on the consoles 9 and 10 11 and 12, consisting of screws with a constant pitch (known and not described here), each equipped with an electric motor 13.
- Consoles 9 and 10 are mounted on the beam 8 at a distance from one another and are directed to opposite sides. With the horizontal position of the rotors 6, 11 and 12, the console 9 is directed towards the tail, and the console 10 towards the nose.
- the plane of rotation of the rotors 11 and 12 are different and parallel to each other.
- the plane of rotation of the rotor 11 In the horizontal position of all rotors, the plane of rotation of the rotor 11 is located above the plane of rotation of the rotors 6, and for rotors 12 is lower.
- the distance between the planes of rotation of the rotors 11 and 12 is 3.0 ... 6.0 cm.
- the planes of rotation of the rotors 11 and 12 may coincide.
- the length of the consoles 9 and 10 is the same and equal to 2.0 ... 8.0 cm.
- the angle can be between 0 ° (parallel to the plane) and 90 ° (perpendicular to it).
- the nodes containing the console 9 and 10, the rotors 11 and 12 and the electric motors 13, placed to the left and to the right of the housing 1 are symmetrical to the center of gravity of the octocopter and balanced in weight.
- two groups of rotors are formed: one with a fixed position of the rotors 6 and the other with movable rotors 11 and 12.
- the screws of the rotors 11 and 12 have a pitch of 1.4 ... 4.0 times that of the screws of the rotors 6. Diameter the rotors 6 are 1.4 ... 2.2 times larger than the diameter of the rotors 11 and 12. To the beams 4, under the electric motors 5, the chassis 14 is attached.
- the chassis 14 in another design of the octocopter can also be attached under the housing 1.
- the source 2 and the device 3 are located inside the housing 1, and are not described here in a known manner, are connected to electric motors 5 and 13 by electrical and electronic circuits.
- the oktokopter is controlled either by the operator from the ground via the remote control, or autonomously in the programmed mode.
- Oktokopter can be additionally equipped with wings 15. Two pairs of wings 15 are installed on both sides of the housing 1. One pair is located closer to the nose, and the second to the tail. The wings 15 are fixed and form an angle of 3 ° ... 12 ° with the horizontal plane of the hull 1.
- the octocopter When taking off, the octocopter is on the ground, leaning on the chassis 14.
- the rotors of the group of fixed rotors, consisting of rotors 6 and the rotors of the group of movable rotors, consisting of rotors 11 and 12, are in planes parallel to the horizontal (see Figure 5).
- the operator, acting on the remote control (or an octocopter programmed to stand-alone mode), through the device 3 starts the rotation of the rotors 6, 11 and 12.
- the rotation speeds of the rotors 6 and 11,12 can be different, but in a strictly calculated proportion to create a vertical thrust , taking into account differences in diameters and pitch of screws.
- the group of movable rotors 11 and 12 rotating around the axis of the beam 8, gradually tilts toward the nose.
- a change in the position of the group of movable rotors is achieved in pairs by differentiating the rotational speeds of the rotors 11 and 12, which are located symmetrically with respect to the YY axis on the consoles 9 and 10.
- a pair of forces appears that tilts the entire group towards the nose.
- a horizontal component of the thrust force appears and the aircraft is carried forward, and at the same time, its rise continues thanks to the rotors 6.
- the desired height is maintained due to the constant speed of the rotors 6, and the rotors 11 and 12 of the movable group, while maintaining the vertical position of the plane of rotation, provide maximum horizontal thrust.
- the presence of the wings 15 contributes to the confident preservation of the flight altitude due to the effects described in theories of aerodynamics.
- the aircraft can maneuver in the horizontal plane.
- differentiation of the rotational speeds of the pairs of rotors 11 and 12 is used. For example, to turn to the right, the rotational speeds are increased equally by the pairs of rotors by 11 and 12, located to the left of the XZ plane.
- the device When landing on the ground (see Fig. 5), the device is put into a hovering state, by reducing the speed of all rotors. The device will sit on the chassis 14.
- the requirements for the two groups of rotors differ in terms of traction.
- the bearing rotors 6 have a rotor diameter of 1.4 - 2.2 times larger than the auxiliary rotors 11 and 12 in order to provide lifting and overcome the force of gravity. They also contribute to the stability of the aircraft due to the gyroscopic effect.
- the rotors 11 and 12 have a smaller diameter, so their reaction time to disturbance is shorter, which improves maneuverability. At the same time, they have less area in the direction of the horizontal wind, which reduces air resistance during movement. It is worth noting that the frontal area is also reduced because the pitch of the screw is larger than that used in existing designs of octocopters with rotors in the same plane.
- the wings add an advantage in creating additional vertical forces, which reduces the energy consumption of the rotors 6 at high cruising speed, thereby increasing the flight time and the radius of the octocopter.
- the technical result is achieved by the fact that the bearing rotors maintain high efficiency throughout the flight due to the small pitch of the propeller and a small angle of inclination of the apparatus to a horizontal plane of 0 ° ... 10 °; auxiliary rotors, rotating in a vertical plane, increase their efficiency simultaneously with an increase in the horizontal wind speed, the area exposed to the horizontal wind is 2 ... 3 times less than that of existing octocopters of the same purpose, thereby reducing drag; bearing rotors receive additional lifting force due to the dependence of the force on the square of the relative rotational speed of the screw to the air. Due to the placement of the movable group of rotors on a common beam, additional space appears under the housing, which can be used for various purposes. In other words, the bearing capacity of the octocopter increases.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Изобретение относится к летательным аппаратам с восемью роторами, а именно к октокоптерам из класса микро/мини беспилотных летательных средств, весом до 20 кг, которые могут быть использованы для доставки пакетов, картографирования, фотографирования и воздушной съемки, пограничного контроля, оказания помощи при стихийных бедствиях и мониторинга сельскохозяйственных культур. Октокоптер содержит корпус (1), источник электрической энергии (2), контрольно-управляющее устройство (3) и шасси (14). С четырех сторон корпуса (1) жестко закреплены четыре плеча (4), на концах которых смонтированы четыре несущих ротора (6) с электрическими двигателями (5). В корпусе (1) смонтировано посредством подшипника (7), с возможностью вращения, плечо (8), на концах которого закреплены посредством консолей (9 и 10) по паре вспомогательных роторов (11 и 12) с электрическими двигателями (13). Технический результат изобретения состоит в увеличении скорости, сопротивляемости ветру и грузо-подъемности. Технический результат изобретения состоит в увеличении скорости, сопротивляемости ветру и грузо-подъемности.
Description
ΟΚΤΟΚΟΠΤΕΡ
Изобретение относится к летательным аппаратам с восемью роторами, а именно к октокоптерам из класса микро/мини беспилотных летательных средств, весом до 20 кг, которые могут быть использованы для доставки пакетов, картографирования, воздушной фото- и кино- съемки, пограничного контроля, оказания помощи при стихийных бедствиях и мониторинга сельскохозяйственных культур.
Изобретение предоставляет возможность применить октокоптер в областях с более специальными требованиями, такие как съемка авторалли или парусных гонок, для которых важны как высокая скорость летательного аппарата, так и его сопротивляемость к сильным ветрам. (Смотри источник: UAVS and UCAVS: Developments in the European Union, Policy Department External Policies, Security and Defence, 2007.10, <url: www.europarl.europa.eu/RegData etudes/etudes/join/2007/381405/EXPO- SEDE_ET%282007%29381405_EN.pdf >).
Известен октокоптер состоящий из корпуса, питающего устройства, четырех главных лучей и четырех вспомогательных лучей, каждое из них на конце снабжено ротором с приводным двигателем и опорными ножками. Корпус содержит датчик определения горизонтальных углов и контрольное устройство. Контрольное устройство рассчитывает командные сигналы для горизонтальных углов позиционирования октокоптера. Главные лучи своими концами крепятся к корпусу. Каждый вспомогательный луч расположен радиально между соседними главными лучами. Приводные двигатели расположены сверху, на концах главных и вспомогательных лучей. Опорные ножки присоединены снизу к главным и вспомогательным плечам и имеют предопределенную длину [1].
Недостатком октокоптера является конфигурация роторов у которых одинаковые размеры и расположение в одной плоскости. Их вращение генерирует вертикальную подъемную силу, что позволяет октокоптеру вертикальный взлёт. Только по достижению определенной высоты октокоптер может начать свое движение по горизонтали. Октокоптеры планарных схем должны изменить угол наклона всего летательного аппарата относительно горизонтальной плоскости, чтобы ускориться или замедлиться по горизонтали, а так же чтобы изменить направление полета. Эффект достигается благодаря
разнице в оборотах роторов группы нос-хвост или группы влево-вправо. Таким образом, появляется горизонтальная составляющая подъемной силы роторов которая уменьшает ее вертикальную составляющую. По этой причине для поддержания высоты, система управления должна повысить количество оборотов роторов. Существует предел для угла наклона полета летательного аппарата, который составляет около 45°, выше которого октокоптер становится неэффективным и даже появляется опасность потери контроля высоты и направления полета. Стоит отметить, что одновременно с увеличением угла наклона, увеличивается площадь горизонтального воздействие ветра на октокоптер, что делает его еще более неэффективными, учитывая, что значительная часть мощности приводных двигателей должна использоваться для преодоления ветра. Таким образом, современные октокоптеры достигают скорости около 50 км/ч и могут выдерживать скорость ветра не более 30 км/ч. Также появляется проблема угла атаки лопастей винтов ротора. В описанных летательных аппаратах применяются роторы с постоянным шагом, лопасти которых имеют постоянный, предустановленный угол атаки, другими словами он (угол) не может быть изменен во время полета, для того чтобы приспособиться к переменчивым условиям воздушного пространства. Из источника„Free online private pilot ground school, Propeller aerodynamics, 2006, <url: http://w\vw.free-online-private-pilot-ground- school.com/propeller-aerodynamics.html> " известно, что лопасть имеет максимальную тягу при оптимальном угле атаки равном 2...4°. Вращение лопасти винта в плоскости параллельной направлению ветра не влияет на эффективный угол атаки. Но этот угол изменяется одновременно с изменением относительной скорости встречного ветра. В случае вращения лопасти в плоскости перпендикулярной направлению ветра, эффективный угол атаки уменьшается до минимума одновременно с возрастанием скорости ветра. (Смотри источник: Dissymmetry of Lift, Helicopter Aviation, 1995.11.17, <url: www.copters.com/aero/lift_dissymetry.html>). Для определенного постоянного угла атаки и определенной скорости вращения лопасти существует значение скорости встречного ветра, при превышении которого эффективный угол атаки становится отрицательным и резко уменьшается сила тяги винта. У существующих октокоптеров, для достижения более высоких скоростей полета используют винты с большим шагом, т.е. с углом атаки большим чем оптимальный, с тем, чтобы избежать, риска отрицательного угла атаки, в условиях изменения плоскости их вращения, т.е. наклона летательного аппарата, что увеличивает их неэффективность. Описанные выше проблемы вызваны самим принципом перемещения летательного аппарата по желаемой траектории путем принудительного его наклона относительно горизонтальной плоскости. Поддержание желаемой траектории требует компенсации потерь высоты и скорости, вызванных
наклоном летательного аппарата и, как следствие, изменения эффективного угла атаки винта, путем увеличения оборотов несущих роторов. Это требует увеличения потребления энергии, сложный алгоритм контроля и управления роторами и существенно сужает радиус действия летательного аппарата. Известен еще гексакоптер содержащий корпус, к которому прикреплены шесть равномерно расположенных лучей на концах, которых установлены роторы. Корпус содержит устройство управления и шасси. Роторы, расположенные на лучах перпендикулярных направлению движения, расположены шарнирно и дополнительно снабжены серводвигателями, что позволяет изменять плоскость вращения ротора от горизонтального до вертикального [2].
Недостатком этого летательного аппарата заключается в присутствии серводвигателей, которые, являясь дополнительными элементами, делают устройство аппарата более сложным и требует дополнительного алгоритма контроля, который отличается от того что управляет тягой роторов. Кроме того, присутствие серводвигателей, увеличивает вес летательного аппарата, что уменьшает силу тяги, они предназначены только для изменения плоскости вращения несущих роторов, размещенных на поперечной оси.
Известен также октокоптер, содержащий корпус, к которому крепятся источник электроэнергии, контрольно-управляющее устройство и шасси. Октокоптер также включает в себя длинные лучи, прикрепленные к корпусу радиально и в одной плоскости; короткие лучи, каждый из которых расположен между двумя соседними длинными лучами, и жестко прикреплен к кольцевой раме, которая, в свою очередь, шарнирно прикреплена к корпусу с возможностью изменения своего положения относительно него. Все лучи на концах оснащены электромотором и ротором, при этом роторы размещены симметрично к центру тяжести [3].
Недостатки октокоптера, в том, что кольцевая рама с коротким лучами и роторами помещена в шарнирах, вне корпуса летательного аппарата прибора, меняет свое положение в зависимости от условий полета. Таким образом, уменьшается полезное пространство необходимое для размещения вне корпуса в подвешенном состоянии разнообразных грузов и оборудования, для перевозки которых октокоптер предназначен.
Техническая задача, которую решает изобретение, состоит в создании октокоптера способного достичь скорости, по крайней мере, 100 км/ч, способного работать в условиях сильного ветра со скоростями до 70 км/ч, при сохранении высокой эффективности
использования энергии и возможностью увеличения несущей способности, путем оптимизации конструкции.
Октокоптер согласно изобретению устраняет недостатки, изложенные выше тем, что состоит из корпуса с установленными в нем источником электропитания и контрольно- управляющим устройством; жестко закрепленными к корпусу четырьмя лучами на концах которых, в углах воображаемого прямоугольника, в одной плоскости смонтированы несущие роторы с электромоторами, одновременно с этим несущие роторы расположены симметрично как к центру тяжести так и к продольной оси симметрии октокоптера; в корпусе на поперечной оси симметрии октокоптера, шарнирно, с возможностью вращения расположен луч, на концах которого симметрично относительно продольной оси симметрии октокоптера смонтированы по паре вспомогательных роторов с электромоторами, при этом вспомогательные роторы расположены на отстоящих друг от друга консолях, разнонаправленных и параллельных продольной оси октокоптера; и содержитшасси. Плоскости вращения вспомогательных роторов могут быть разными, но параллельными оси луча. Соотношение размеров несущего ротора к вспомогательному ротору может быть 1,4...2, 2. Отношение шага винта вспомогательного ротора к шагу винта несущего ротора может быть 1,4...4,0. Дополнительно корпус может быть оснащен, по крайней мере, двумя крыльями, плоскости которых наклонены к горизонтальной плоскости корпуса под углом в З°...12°.
Техническим результатом изобретения является увеличение скорости, сопротивляемости ветру и несущей способности октокоптера.
Технический результат достигается потому, что октокоптер содержит группу горизонтальных роторов предназначенных для поддержания октокоптера в воздухе и вторую группу роторов, которые способны изменить положение плоскости вращения относительно горизонтальной и, вращаясь в вертикальной плоскости, используется главным образом для создания горизонтальной тяги и управления направлением движения. Это устраняет необходимость наклона аппарата в полете (действие обычное в настоящее время) с целью получения более высокой скорости и сопротивляемости ветру. Таким образом, разделяя задачи двух групп роторов, для которых и требования различны, достигается высокая эффективность каждой из групп роторов. Размещение вспомогательных роторов на консолях на общем луче, который вращается вокруг своей оси, позволяет упростить конструкцию, а также существенно увеличить, как внутреннее, так и внешнее полезное пространство летательного аппарата.
Изобретение объясняется изображениями на Фиг. 1 -9, которые обозначают:
- Фиг. 1, общий вид октокоптера в изометрии с несущими и вспомогательными роторами расположенными горизонтально;
- Фиг. 2, общий вид октокоптера в изометрии с расположением несущих роторов в горизонтальной, а вспомогательных роторов в вертикальной плоскости и крыльями;
- Фиг. 3, вид сверху октокоптера с несущими и вспомогательные роторами расположенными в горизонтальной плоскости;
- Фиг. 4 вид октокоптера спереди с несущими роторами в горизонтальной и вспомогательными роторами в вертикальной плоскости;
- Фиг. 5, положение октокоптера при взлете, зависании или посадке;
- Фиг. 6, положение октокоптера при переходе от взлета к движению с крейсерской скоростью;
- Фиг. 7, положение октокоптера при перемещении горизонтально с крейсерской скоростью;
- Фиг. 8, положение октокоптера при ускорении;
- Фиг. 9, положение октокоптера при замедлении.
Октокоптер (Фиг.1-9) содержит корпус 1, к которому крепятся источник электроэнергии 2, контрольно-управляющее устройство 3. К корпусу 1, в одной плоскости, жестко устанавливаются четыре луча 4. В данном примере лучи 4 параллельны друг другу, но они могут быть размещены и под определенным углом. Положение лучей диктуется дизайном самого летательного аппарата. На концах лучей 4, на свободных окончаниях, установлены по одному электромотору 5, оснащенному несущим ротором 6, состоящим из винта с постоянным шагом, известной и не описанной здесь конструкции. Оси вращения узлов состоящих из электромотора 5 и ротора 6 установлены в углах воображаемого четырехугольника, строго симметрично к центру тяжести массы корпуса 1 и строго сбалансированным по весу. Ось симметрии корпуса 1, ось Х-Х, условно называется «нос- хвост». Ось Y-Y, проходящая через центр тяжести корпуса 1, перпендикулярна оси Х-Х и условно определяет направления «право», «влево». Оси Х-Х и Y-Y проходят через центр симметрии, который совпадает с центром тяжести октокоптера, и образуют горизонтальную плоскость XY, параллельную плоскости вращения несущих роторов 6.
Перпендикулярно плоскости XY, через центр симметрии, проходит ось Ζ-Ζ, условно определяющая направления «вверх», «вниз». По оси Υ-Υ, сквозь корпус 1, в шарнире 7 (известной и не описанной здесь конструкции), с возможностью вращения, устанавливается общий луч 8. На луче 8, слева и справа от корпуса 1, на консолях 9 и 10 установлены вспомогательные роторы 11 и 12, состоящие из винтов с постоянным шагом (известной и не описанной здесь конструкции), каждый из которых оснащен электромотором 13. Консоли 9 и 10 крепятся на луче 8 на расстоянии один от другого и направлены в противопололшые стороны. При горизонтальном положении роторов 6, 11 и 12 консоль 9 направлена в сторону хвоста, а консоль 10 в сторону носа. В настоящем описании изобретения и плоскости вращения роторов 11 и 12 различные и параллельные друг другу. В горизонтальном положении всех роторов плоскость вращения ротора 11 располагается выше плоскости вращения роторов 6, а для роторов 12 - ниже. Расстояние между плоскостями вращения роторов 11 и 12 составляет 3,0... 6,0 см. В другом исполнении изобретения плоскости вращения роторов 11 и 12 могут совпадать. Длина консолей 9 и 10 одинакова и равна 2,0...8,0 см. Луч 8 вместе с роторами 11 и 12, своим вращением в шарнире 7 способен фиксировать положение плоскости вращения роторов 11 и 12 под углом к плоскости ΧΥ. Значение угла может быть между 0° (параллельно плоскости) и 90°(перпендикулярно ей). Необходимо отметить что, узлы содержащие консоли 9 и 10, роторы 11 и 12 и электромоторы 13, помещенные слева и справа от корпуса 1 являются симметричными к центру тяжести октокоптера и сбалансированы по весу. Таким образом, сформированы две группы роторов: одна с фиксированньм положением роторов 6 и другая с подвижными роторами 11 и 12. Винты роторов 11 и 12 имеют шаг в 1,4...4,0 раза больше, чем у винтов роторов 6. Диаметр роторов 6 в 1,4...2,2 раза больше, чем диаметр роторов 11 и 12. К лучам 4, под электромоторами 5, крепятся шасси 14.
Шасси 14 в другом исполнении октокоптера могут быть прикреплены и под корпусом 1. Источник 2 и устройство 3 расположены внутри корпуса 1, и известным способом здесь не описанным, связаны с электромоторами 5 и 13 электрическими и электронными схемами. Устройство 3, получая необходимую информацию от набора датчиков, по себе известных, но здесь не описанных, по алгоритму также известному и не описанному здесь, управляет скоростью вращения каждого из электромоторов 5 и 13.
Октокоптер управляется либо оператором с земли посредством пульта дистанционного управления, либо автономно в запрограммированном режиме.
Октокоптер может быть дополнительно оснащен крыльями 15. Две пары крыльев 15 устанавливают с обеих сторон корпуса 1. Одну пару располагают ближе к носу, а вторую к хвосту. Крылья 15 являются фиксированными и образуют с горизонтальной плоскостью корпуса 1 угол в 3°...12°.
Октокоптер работает следующим образом.
При взлете октокоптер находится на земле, опираясь на шасси 14. Роторы группы фиксированных роторов, состоящей из роторов 6 и роторы группы подвижных роторов, состоящие из роторов 11 и 12, находятся в плоскостях параллельных с горизонтальной (см. Фиг.5). Оператор, действуя на пульт дистанционного управления (или октокоптер запрограммированный на автономный режим), посредством устройства 3 запускает вращение роторов 6, 11 и 12. Скорости вращения роторов 6 и 11,12 могут быть разные, но в строго рассчитанной пропорции для создания вертикальной силы тяги, принимая во внимание различия в диаметрах и шагах винтов. При пропорциональном увеличении оборотов роторов возникает суммарная вертикальная сила тяги, благодаря которой октокоптер взлетает строго вертикально. Летательный аппарат может зависать на требуемой высоте, пока скорости вращения роторов, не обязательно равные, создают силы тяги, которые суммарно уравновешивают силу тяжести летательного аппарата плюс вес полезной нагрузки.
После взлета, с целью ускорения летательного аппарата и начала прямого горизонтального движения вперед (см. Фиг. 6), т.е. в направлении оси "нос-хвост", группа подвижных роторов 11 и 12, вращаясь вокруг оси луча 8, постепенно наклоняется в сторону "носа". Изменение положения группы подвижных роторов достигается попарно дифференцированием скоростей вращения роторов 11 и 12, которые располагаются симметрично относительно оси Y-Y на консолях 9 и 10. Таким образом, при увеличении скорости вращения роторов 11 в задней части подвижной группы, появляется пара сил, которая наклоняет всю группу в сторону носа. Появляется горизонтальная составляющая силы тяги и летательный аппарат увлекается вперед, и в то же время его подъем продолжается благодаря роторам 6.
При горизонтальном движении летательного аппарата с крейсерской скоростью (см. Фиг. 7) желаемая высота поддерживается благодаря постоянству оборотов роторов 6, а роторы 11 и 12 подвижной группы, сохраняя вертикальное положение плоскости вращения, обеспечивают максимальную горизонтальную тягу. Присутствие крыльев 15 способствует уверенному сохранению высоты полета благодаря эффектам описанных в
теории аэродинамики. В этом режиме полета летательный аппарат может маневрировать и в горизонтальной плоскости. Чтобы выполнить поворот влево или вправо, применяют дифференциацию скоростей вращения пар роторов 11 и 12. Например, для поворота на право увеличивают скорости вращения в равной мере пары роторов на 11 и 12, расположенных слева от плоскости XZ.
При горизонтальном движении с ускорением (см. Фиг. 8) летательного аппарата подвижная группа роторов вращается в вертикальной плоскости, а группа фиксированных роторов 6, из-за дифференциации скоростей вращения пар роторов 6 "нос-хвост" наклоняют летательный аппарат к горизонтальной плоскости на угол меньший или равный 10°. Это действие добавляет дополнительную горизонтальную составляющую силе тяги роторов И и 12, что ускоряет летательный аппарат. Угол наклона не должен превышать заявленное значение, иначе теряется эффективность роторов 6 по причинам изложенным выше и известных из источника „Free online private pilot ground school, Propeller aerodynamics, 2006, URL-адрес: http://www.free-online-private-pilot-ground- School.com/Propeller-Aerodynamics.HTML >».
При замедлении летательного аппарата (см. Фиг. 9) группы подвижных роторов возвращаются из вертикального в исходное положение, плоскости роторов 11 и 12 становятся параллельными плоскостям роторов 6, и благодаря дифференциации скоростей вращения как несущих, так и вспомогательных роторов на оси «нос-хвост» аппарат занимает положение с отрицательным уголом наклона к направлению движения. Появляется отрицательная составляющая силы тяги, которая замедляет движение по горизонтали и одновременно уменьшает высоту полета октокоптера.
При посадке на землю (см. Фиг. 5) устройства приводится в состояние зависания, уменьшением оборотов всех роторов. Аппарат сядет на шасси 14.
Таким образом, недостаток, заключающийся в необходимости применения большего значения минимального шага винта, чем оптимальный, устраняется путем разделения задач возложенных на обе группы роторов, и потому как положение роторов 6 на протяжении полета главным образом находятся в горизонтальной плоскости или с максимальным наклоном в 10°, применяются винты с небольшим шагом, обеспечивающие оптимальный угол атаки. В то же время роторам 11 и 12 (горизонтальной тяги и направления), приходится преодолевать сильный ветер, именно поэтому в них используют винты с шагом в 1,4...4,0 раза большем, чем у роторов 6, что делает их более устойчивыми к относительно сильному ветру в направлении перпендикулярному плоскости вращения
винта, благодаря снижению угла атаки одновременно с увеличением скорости ветра. Требования для двух групп роторов отличаются с точки зрения силы тяги. У несущих роторов 6 диаметр винта в 1,4 - 2,2 раза больше, чем у вспомогательных 11 и 12 с целью обеспечения подъема и преодоления силы гравитации. Они также способствуют стабильности летательного аппарата из-за гироскопического эффекта. Роторы 11 и 12 имеют меньший диаметр, поэтому время их реакции на возмущение короче, что улучшает маневренность. В то же время у них меньше площадь по направлению к горизонтальному ветру, что снижает сопротивление воздуха при движении. Стоит отметить, что лобовая площадь сокращается и потому, что шаг винта больший, чем у тех, что используется в существующих конструкциях октокоптеров имеющих роторы в одной плоскости. Крылья добавляют преимущество в создании дополнительных вертикальных сил, что снижает потребление энергии роторами 6 при большой крейсерской скорости, увеличивая тем самым время полета и радиус действия октокоптера.
Технический результат достигается тем, что несущие роторы сохраняют высокую эффективность на протяжении всего полета благодаря небольшому шагу винта и небольшому в 0°...10° углу наклона аппарата к горизонтальной плоскости; вспомогательнае роторы, вращаясь в вертикальной плоскости, повышают свою эффективность одновременно с увеличением скорости горизонтального ветра, площадь подверженная воздействию горизонтального ветра в 2...3 раза меньше чем у существующих октокоптерах того же назначения, уменьшая тем самым лобовое сопротивление воздуха; несущие роторы получают дополнительную подъемную силу благодаря зависимости силы к квадрату относительной скорости вращения винта к воздуху. Благодаря размещению подвижной группы роторов на общем луче под корпусом появляется дополнительное пространство, которое может использоваться по различным назначениям. Иными словами увеличивается несущая способность октокоптера.
Claims
1. Октокоптер состоящий из корпуса (1) с закрепленными в нем источником электропитания (2) и контрольно-управляющим устройством (3); жестко закрепленными к корпусу (1) четырьмя лучами (4) на концах которых, в углах воображаемого прямоугольника, в одной плоскости смонтированы несущие роторы (6) с электромоторами (5), одновременно с этим несущие роторы (6) расположены симметрично как к центру тяжести так и к продольной оси симметрии октокоптера; в корпусе (1) на поперечной оси симметрии октокоптера, в шарнире (7), с возможностью вращения расположен луч (8), на концах которого симметрично относительно продольной оси симметрии октокоптера смонтированы по паре вспомогоательных роторов (11 и 12) с электромоторами (13), при этом вспомогательные роторы расположены на отстоящих друг от друга консолях (9 и 10), разнонаправленных и параллельных продольной оси октокоптера; и содержит шасси (14).
2. Октокоптер, согласно пункту 1, отличающийся тем, что плоскости вращения вспомогательных роторов (11 и 12) разные, и параллельны оси луча (8).
3. Октокоптер, согласно пункту 1, отличающийся тем, что соотношение размеров несущего ротора (6) и вспомогательного ротора (11 или 12) составляет 1,4...2, 2.
4. Октокоптер, согласно пункту 1, отличающийся тем, что отношение шага винта вспомогательные ротора (11 или 12) и шага винта несущего ротора (6) составляет 1,4...4,0.
5. Октокоптер согласно любому пункту, отличающийся тем, что дополнительно корпус (1) оснащен, по крайней мере, двумя крыльями (15), чьи плоскости наклона образуют угол в 3°...12° к горизонтальной плоскости корпуса (1).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDA20160077A MD4439C1 (ru) | 2016-06-27 | 2016-06-27 | Октокоптер |
| MDA20160077 | 2016-06-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018004325A1 true WO2018004325A1 (ru) | 2018-01-04 |
Family
ID=57209117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/MD2017/000005 WO2018004325A1 (ru) | 2016-06-27 | 2017-06-24 | Οκτοκοπτερ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD4439C1 (ru) |
| WO (1) | WO2018004325A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11505314B2 (en) * | 2019-07-22 | 2022-11-22 | Aurora Flight Sciences Corporation | Vertical takeoff and landing aircraft with tiltable rotors |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN207060377U (zh) * | 2017-08-01 | 2018-03-02 | 广州极飞科技有限公司 | 无人机 |
| CN107628237A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-26 | 安徽瓦尔特机械贸易有限公司 | 与无人机机臂连接的起落架 |
| CN112208759B (zh) * | 2020-11-11 | 2024-09-10 | 福州大学 | 一种抗风扰可倾斜转子的八旋翼飞行器及控制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2467924C1 (ru) * | 2011-07-26 | 2012-11-27 | Владимир Степанович Григорчук | Транспортный самолет |
| CN203740123U (zh) * | 2014-03-03 | 2014-07-30 | 天津曙光敬业科技有限公司 | 六旋翼飞行器 |
| RU2550909C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-05-20 | Дмитрий Сергеевич Дуров | Многовинтовой преобразуемый беспилотный вертолет |
| US20160114887A1 (en) * | 2002-10-01 | 2016-04-28 | Dylan T X Zhou | Amphibious vertical takeoff and landing unmanned system and flying car with multiple aerial and aquatic flight modes for capturing panoramic virtual reality views, interactive video and transportation with mobile and wearable application |
| MD4413B1 (ru) * | 2015-02-26 | 2016-04-30 | Андрей Коваленко | Мультикоптер (варианты) |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120102880A (ko) * | 2011-03-09 | 2012-09-19 | 유세혁 | 옥터콥터 장치 및 이의 제어 방법 |
| JP2014240242A (ja) * | 2013-06-12 | 2014-12-25 | 富士重工業株式会社 | 垂直離着陸飛行体 |
| DE102013015908A1 (de) * | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Robert Schmidkonz | Multikopterausleger |
| CN203544370U (zh) * | 2013-08-06 | 2014-04-16 | 陈博 | 农用多旋翼无人直升机 |
| CN203996885U (zh) * | 2014-06-03 | 2014-12-10 | 王雪阳 | 内燃机动力多旋翼直升机 |
| US9296477B1 (en) * | 2014-07-21 | 2016-03-29 | Glenn Coburn | Multi-rotor helicopter |
-
2016
- 2016-06-27 MD MDA20160077A patent/MD4439C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2017
- 2017-06-24 WO PCT/MD2017/000005 patent/WO2018004325A1/ru active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160114887A1 (en) * | 2002-10-01 | 2016-04-28 | Dylan T X Zhou | Amphibious vertical takeoff and landing unmanned system and flying car with multiple aerial and aquatic flight modes for capturing panoramic virtual reality views, interactive video and transportation with mobile and wearable application |
| RU2467924C1 (ru) * | 2011-07-26 | 2012-11-27 | Владимир Степанович Григорчук | Транспортный самолет |
| CN203740123U (zh) * | 2014-03-03 | 2014-07-30 | 天津曙光敬业科技有限公司 | 六旋翼飞行器 |
| RU2550909C1 (ru) * | 2014-03-26 | 2015-05-20 | Дмитрий Сергеевич Дуров | Многовинтовой преобразуемый беспилотный вертолет |
| MD4413B1 (ru) * | 2015-02-26 | 2016-04-30 | Андрей Коваленко | Мультикоптер (варианты) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11505314B2 (en) * | 2019-07-22 | 2022-11-22 | Aurora Flight Sciences Corporation | Vertical takeoff and landing aircraft with tiltable rotors |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD4439B1 (ru) | 2016-10-31 |
| MD4439C1 (ru) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10144509B2 (en) | High performance VTOL aircraft | |
| US11142309B2 (en) | Convertible airplane with exposable rotors | |
| CN106184739B (zh) | 能垂直起飞的飞行设备 | |
| KR102252165B1 (ko) | 무인 항공기 | |
| US9499266B1 (en) | Five-wing aircraft to permit smooth transitions between vertical and horizontal flight | |
| US20190291863A1 (en) | Vertical takeoff and landing aircraft with tilted-wing configurations | |
| US20200010182A1 (en) | Pivoting wing system for vtol aircraft | |
| CN117902042A (zh) | 垂直起降飞行器 | |
| KR102135285B1 (ko) | 수직 이착륙 고정익 무인기 | |
| US20070215746A1 (en) | Aircraft Having A Ring-Shaped Wing Structure | |
| KR101933003B1 (ko) | 고정익 형상을 갖는 수직이착륙 쿼드로터 드론 | |
| US20150136897A1 (en) | Aircraft, preferably unmanned | |
| JP2009078745A (ja) | 電動垂直離着陸機 | |
| JP2013532601A (ja) | 自家用航空機 | |
| JP2014520726A (ja) | 自家用航空機 | |
| WO2018004325A1 (ru) | Οκτοκοπτερ | |
| JP2017528355A (ja) | 高性能垂直離着陸航空機 | |
| EP3768592A1 (en) | A structure construction for an aircraft and aircraft comprising the structure construction | |
| CN109562825B (zh) | 具有宽跨度旋翼配置的多旋翼飞行器 | |
| WO2017042291A1 (en) | Aircraft for transport and delivery of payloads | |
| CN108583867B (zh) | 一种扭矩自平衡三涵道风扇仿生飞行器 | |
| CN107963209A (zh) | 串列翼倾转旋翼无人机 | |
| JP2009234551A (ja) | 主翼取り付け角変更装置を備えた垂直離着陸航空機 | |
| CN113784891A (zh) | 飞行设备 | |
| CN207607645U (zh) | 复合翼飞行器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17820601 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17820601 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |