[實用新型]多旋翼飛行器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520492679.0
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN204776021U
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊小韜
• 申請（專利權(quán)）人: 楊小韜
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C27/12
• 代理公司: 深圳市愛迪森知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44341
• 代理人: 何婷;田利瓊

【技術(shù)領(lǐng)域】

本實用新型涉及飛行技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多旋翼飛行器。

【背景技術(shù)】

多旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)趨于簡單，成本較為低廉，性能以及飛行控制技術(shù)越來越完善，具有廣闊的應(yīng)用前景，已經(jīng)成為國際上的一大流行熱點。

多旋翼飛行器的動力系統(tǒng)主要包括電池，電機，螺旋槳以及電子調(diào)速器，再配合各種傳感器和飛控軟件，通過電子調(diào)速器調(diào)節(jié)電機的電流大小，從而調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，使得螺旋槳產(chǎn)生的拉力和各個方向的力矩能實現(xiàn)多旋翼飛行器的起飛、降落以及其他飛行姿態(tài)的控制。

目前，多旋翼飛行器，無論是4旋翼，6旋翼或是8旋翼，結(jié)構(gòu)大同小異。單個飛行器基本都采用同樣規(guī)格的電子調(diào)速器，電機和螺旋槳，從現(xiàn)有的飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計和動力系統(tǒng)搭配而言，對于其性能如最大負載，可操控性，穩(wěn)定性，機動性，續(xù)航時間和安全性能等方面的總體提升遇到瓶頸，不足以滿足越來越高的性能要求。

以現(xiàn)有的一種4旋翼飛行器為例，4個電機分布在四頂角，且位于同一平面，中心對稱，規(guī)格一致，通過4個一致化的獨立的電子調(diào)速器來控制電機轉(zhuǎn)速，驅(qū)動同樣尺寸和螺距但順反不同的螺旋槳產(chǎn)生升力。相鄰的螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向相反來保證水平面上的扭矩平衡。通過各種傳感器(如加速度感應(yīng)器，陀螺儀等)測出即時姿態(tài)參數(shù)，飛控軟件通過計算姿態(tài)參數(shù)后輸出信號給電子調(diào)速器，以調(diào)節(jié)電流來控制電機的轉(zhuǎn)速變化，從而產(chǎn)生拉力和力矩的變化，最終控制飛行器的各個姿態(tài)。其他多旋翼飛行器例如6旋翼、8旋翼飛行器的姿態(tài)控制均類似。

負載：

根據(jù)螺旋槳的拉力計算公式得知，螺距不變的情況下，螺旋槳轉(zhuǎn)速越快，直徑越長，面積越大，拉力越大。對于選定規(guī)格的螺旋槳，只有提高轉(zhuǎn)速才能使得拉力提高。但由于電機的效率與螺旋槳的轉(zhuǎn)速并不是簡單的線性關(guān)系，隨著轉(zhuǎn)速提高，拉力雖然也增加，但幅度下降，也即效率沒有同等程度的提升，反而會下降，同時溫度急劇升高，對于飛行器的操控性，安全性，電池續(xù)航能力等其他性能都產(chǎn)生不利影響。

提升電機效率的簡單有效方法就是加大軸距，選擇直徑更長的槳葉，同時選擇更大規(guī)格的電機如盤式電機，在提供同樣升力的情況下，效率大大提高。但電機重量也隨之增加，同時槳葉強度要求更高，重量更大，會導(dǎo)致可操控性和機動性等其他方面的性能大大降低而不能滿足要求。

可操控性：

可操控性的影響因素主要包括飛控軟件、電子調(diào)速器、螺旋槳和電機等的響應(yīng)速度。由于前兩者的響應(yīng)速度基本都是毫秒級，因此飛行器的操控性主要取決于電機和螺旋槳的響應(yīng)速度。電機越大越重，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量越大，螺旋槳亦然，而角加速度和轉(zhuǎn)動慣量成反比，越大的電機和槳葉響應(yīng)速度越慢，對于操控性都有負面的影響。配有15寸乃至更長的槳葉和大型盤式電機的大型6旋翼，8旋翼飛行器的操控性大大低于配有9寸槳葉和小尺寸電機的小型4旋翼飛行器。

穩(wěn)定性：

飛行器的穩(wěn)定性取決于兩個方面，一個是其自身的轉(zhuǎn)動慣量，一個是其在環(huán)境干擾影響其穩(wěn)定性的情況下，其負反饋調(diào)節(jié)的能力。小型飛行器軸距小，質(zhì)量小，轉(zhuǎn)動慣量小，容易受到環(huán)境干擾，但其操控性好，負反饋調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度快，但由于小型飛行器的總功率較小，電池容量也小，大大影響負反饋調(diào)節(jié)的極限能力，總體而言，穩(wěn)定性較差。大型多旋翼飛行器軸距大，質(zhì)量大，轉(zhuǎn)動慣量較大，抗環(huán)境干擾能力優(yōu)于小型飛行器，但其操控性差，負反饋調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度較慢，對于飛行環(huán)境的抗干擾性總體上來講也不太強。

機動性：

小型飛行器的電機和螺旋槳轉(zhuǎn)動慣量小，反應(yīng)迅速，而且整機體積小，重量輕，機身的各個方向的轉(zhuǎn)動慣量都小，因此機動性非常好；大型無人機的機動性則相對低的多，特別的對于穩(wěn)定性有強烈要求的專業(yè)航拍大型8軸飛行器，機動性相當差。

續(xù)航時間：