[實(shí)用新型]非平面八臂十六旋翼飛行器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520877409.1
• 申請(qǐng)日: 2015-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN205256663U
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 曹萍
• 主分類號(hào): B64C27/08
• 分類號(hào): B64C27/08;B64C27/10
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種新型結(jié)構(gòu)的多旋翼飛行器。

背景技術(shù)

具有垂直起降和懸停功能的無人飛行器在軍事偵察、反恐、公安、消防、森林巡查、農(nóng)藥噴灑、核泄漏探測(cè)以及搶險(xiǎn)救災(zāi)等眾多軍用和民用領(lǐng)域具有廣泛的需求。而具有垂直起降和懸停功能的無人飛行器總體上可分為兩大類：一類是無人直升機(jī)，大致包括單旋翼、雙旋翼、傾轉(zhuǎn)旋翼等結(jié)構(gòu)形式，單旋翼直升機(jī)需要尾槳結(jié)構(gòu)來抵消旋翼對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的扭力，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)需要在垂直起飛和平飛狀態(tài)進(jìn)行旋翼的翼面的傾轉(zhuǎn)。其不足之處在于設(shè)計(jì)上主槳直徑相對(duì)于機(jī)體較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈活性與平穩(wěn)性較差，且飛行器的升力與重量之比較低，如果設(shè)計(jì)成小型飛行器則負(fù)載能力很差，另外，由于復(fù)雜的氣動(dòng)特性導(dǎo)致該類型的飛行器控制難度大、自主性差、安全性不高，影響了其應(yīng)用發(fā)展。另一類是多旋翼飛行器，常見的是四旋翼飛行器、六旋翼飛行器和八旋翼飛行器。多旋翼飛行器相比直升機(jī)取消了復(fù)雜的變矩結(jié)構(gòu)，依靠多個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速變化實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的控制，相比無人直升機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、穩(wěn)定性高、自主容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，已在很多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了成功應(yīng)用。隨著多旋翼飛行器在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，其載重要求越來越大，如果簡(jiǎn)單增加旋翼直徑和電機(jī)功率導(dǎo)致的時(shí)延影響了多旋翼的控制靈敏性，而在現(xiàn)在的平面結(jié)構(gòu)上增加電機(jī)和旋翼個(gè)數(shù)又使得其體積越來越大，運(yùn)輸和使用非常不便。另外，現(xiàn)在的平面多旋翼飛行器通過反扭力矩控制偏航導(dǎo)致控制力矩不足且響應(yīng)慢，影響了飛行器的整體性能，特別是使用大電機(jī)配大直徑旋翼會(huì)使響應(yīng)時(shí)間變慢，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)箍刂破魇Х€(wěn)。更重要是，現(xiàn)有的多旋翼飛行器在飛行過程中產(chǎn)生的陀螺力矩?zé)o法消除，只能作為系統(tǒng)自身的內(nèi)擾由控制系統(tǒng)來克服，即浪費(fèi)了能量又降低了控制品質(zhì)和運(yùn)動(dòng)能力。

實(shí)用新型內(nèi)容

為克服上述技術(shù)不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種能克服運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的陀螺力矩對(duì)飛行器造成的內(nèi)擾、響應(yīng)靈敏、體積緊湊且具有更高載重能力的非平面八臂十六旋翼飛行器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

非平面八臂十六旋翼飛行器，包括機(jī)體、連接在機(jī)體周圍上的八根支撐臂、分別設(shè)置在各支撐臂端部上的八對(duì)雙轉(zhuǎn)子和設(shè)置在機(jī)體中的控制連接各轉(zhuǎn)子的電控系統(tǒng)。所述的八根支撐臂的幾何中心線在同一平面上，相鄰兩根支撐臂的幾何中心線成相等夾角，夾角為45度。

所述的每對(duì)雙轉(zhuǎn)子是由上旋翼、下旋翼、驅(qū)動(dòng)上旋翼的上電機(jī)、驅(qū)動(dòng)下旋翼的下電機(jī)以及連接上電機(jī)和下電機(jī)的底座構(gòu)成。每對(duì)雙轉(zhuǎn)子的上電機(jī)和下電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸的中心線在一條直線上，每對(duì)雙轉(zhuǎn)子的上電機(jī)和下電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸中心線與所述八根支撐臂的幾何中心線所在平面間成一相等的夾角，夾角大于0度小于90度。相鄰兩對(duì)雙轉(zhuǎn)子的上旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反，相鄰兩對(duì)雙轉(zhuǎn)子的下旋翼旋轉(zhuǎn)方向相反。對(duì)角線上兩對(duì)雙轉(zhuǎn)子的上旋翼旋轉(zhuǎn)平面相交，對(duì)角線上兩對(duì)雙轉(zhuǎn)子的下旋翼旋轉(zhuǎn)平面相交。每對(duì)雙轉(zhuǎn)子的上旋翼和下旋翼的旋轉(zhuǎn)平面平行、旋轉(zhuǎn)方向相反。每對(duì)雙轉(zhuǎn)子的上電機(jī)和下電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的中心線和連接這對(duì)雙轉(zhuǎn)子的支撐臂的幾何中心線垂直。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

相比于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型給出的非平面八臂十六旋翼飛行器，每對(duì)雙轉(zhuǎn)子的上、下兩個(gè)旋翼分別由上、下電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制每個(gè)雙轉(zhuǎn)子上、下兩個(gè)旋翼的旋轉(zhuǎn)速度，使其扭矩大小相等、方向相反，對(duì)機(jī)體的合扭矩為零。另外，在飛行器飛行時(shí)，每對(duì)雙轉(zhuǎn)子正反旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)旋翼消除了對(duì)機(jī)體的陀螺干擾效應(yīng)。八對(duì)雙轉(zhuǎn)子的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸中心線與所述八根支撐臂的幾何中心線所在平面間成的八個(gè)相等的大于0度小于90度的夾角使八對(duì)雙轉(zhuǎn)子的升力對(duì)機(jī)體的合力和合力矩在三個(gè)軸方向的六個(gè)分量分別可控，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)和姿態(tài)的完全解耦。另外，八對(duì)雙轉(zhuǎn)子的電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的中心線與所述八根支撐臂的幾何中心線所在平面間成的八個(gè)相等的大于0度小于90度的夾角使得飛行器的偏航由升力來提供，解決了平面多旋翼飛行器需要用反扭力矩控制偏航存在的響應(yīng)慢且控制力矩不足的缺點(diǎn)。由于該飛行器消除了飛行時(shí)的陀螺力矩、反扭力矩造成的干擾，且能夠解耦姿態(tài)和平動(dòng)間的耦合，因此，該飛行器具有高度的機(jī)動(dòng)性，可以實(shí)現(xiàn)垂直起降、快速前飛、倒飛、懸停、飛行中任意方向改變。

本實(shí)用新型的非平面八臂十六旋翼飛行器采用的雙轉(zhuǎn)子的由上下兩組電機(jī)和旋翼組成的動(dòng)力系統(tǒng)相比平面結(jié)構(gòu)的多旋翼飛行器的平面的一組電機(jī)和旋翼組成的動(dòng)力系統(tǒng)體積利用率高、升力密度高，同等體積下具有更大的載重能力和更長(zhǎng)的飛行時(shí)間。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的簡(jiǎn)要示意圖；