CN100391790C - 多旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多旋翼飞行器，其包括有机体及多个安装在机体上的、在同一水平面上的旋翼组成。旋翼的个数N为偶数，如N＝2，4，6，8等，是由几何尺寸和数量都相等的正反旋翼组成。所有的旋翼呈360/N度夹角均布机体的周边，正旋翼与反旋翼交替布置，旋向相反，升力向上。每个旋翼既可以由电机或油机直接驱动，也可以通过同步带等运动传递装置从机体上别的部位驱动。该多旋翼飞行器的多个旋翼之间的扭力矩可相互抵消，不需要尾翼或尾桨等平衡装置，结构紧凑，运动灵活，飞行器的升力与重量比值大。该多旋翼飞行器既可垂直起降，空中悬停，也能原地旋转或平飞。

Description

多旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种可用于科学实验、航空、航天、工业、娱乐、军事等多个领域的多旋翼飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停等功能的飞行器在航拍、大气观测、星球探测等领域具有广泛的应用需求。目前具有这类功能的飞行器主要有单旋翼直升机、双旋翼直升机、倾转旋翼机等结构形式，如美国麦道公司的MH-16直升机、俄罗斯的卡-29直升机、美国波音公司与贝尔公司的倾转旋翼机V-22和V-44等。单旋翼直升机或共轴反桨直升机需要尾桨结构来抵消旋翼对机体产生的扭力，倾转旋翼机需要在垂直起飞和平飞状态间进行旋翼翼面的倾转。

上述设计存在的问题是都有尾翼，主桨直径相对于机体很大，结构比较复杂，运动灵活性与平稳性较差，且飞行器的升力与重量之比较低，如果设计成小型飞行器则带载能力很差。

发明内容

本发明的技术解决问题是：解决现有的垂直起降、悬停飞行器的结构复杂，主桨相对于机体直径大，运动灵活性与平稳性较差，升力与本体重量之比低，设计成小型飞行器带载能力弱的问题。

本发明中的技术解决方案是：多旋翼飞行器包括有一机体，及N个(N为偶数，如2，4，6，8等)呈水平固定安装在机体上的正反旋翼组成，所有旋翼位于同一水平面上；正反旋翼的几何形状和数量都相同，呈360/N度夹角交替均布在机体的周边，且每个旋翼的转轴与机体的几何中心的距离相等；旋翼既可以由电机或油机直接驱动，也可以通过同步带等传动装置从机体的其他部位驱动；该飞行器的正反旋翼的旋转方向相反，升力向上，由于正反旋翼旋转过程中作用在机体上的扭力矩方向相反，因此可通过调整正反旋翼的速度大小的方式实现整个飞行器的合扭力矩为零，所以不需要尾桨或尾翼等平衡装置。例如，当所有正反旋翼的转速相同、转向相反时，由于正反旋翼作用于机体的扭力矩大小相等、方向相反，而正反旋翼的数量相等，所以整个飞行器的合扭力矩为零，此时增大所有旋翼的转速可使飞行器垂直起飞；如果其中一个或几个旋翼的转速降低，则由于扭力矩不平衡，飞行器会发生旋转。由于旋翼产生的升力及对机体的扭力矩的大小跟转速有直接关系，所以通过调整旋翼的旋转速度就可使飞行器产生运动所需的升力或扭矩，从而实现飞行器的垂直起降，悬停，顺时针与逆时针旋转及平飞。

附图说明

下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。

图1是本发明中多旋翼飞行器的外观示意图；

图2是本发明中多旋翼飞行器的俯视图；

图3是本发明中旋翼采用涵道结构的飞行器外观示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的具体实施例为：四个旋翼1、2、3、4呈90度的夹角对称固定在一十字架形的机体7上，四个旋翼位于同一水平面上且均布在一以十字架交点为圆心的圆上，控制器和电池等6固定在机体的中心位置上，四个旋翼1、2、3、4由四个电机5分别独立驱动；旋翼1、3采用正桨，顺时针方向旋转，旋翼2、4采用反桨，逆时针方向旋转，所产生升力皆是向上，在整个飞行的过程中，所有旋翼的转向不变。当四个旋翼均按图2所示的方向以一定速度等速旋转时，该飞行器的合扭力矩为零，可垂直起飞，加速的话即可上升，减速的话即可下降，维持速度的话可在一定高度悬停。如图2所示，当旋翼1和3等加速而旋翼2和4速度不变时，旋翼1和3对机体的扭力矩增大，该飞行器的合扭力矩不为零，该飞行器绕机体中心做逆时针方向旋转；而当旋翼2和4等加速而旋翼1和3的速度不变时，由于合扭力矩不为零，该飞行器绕机体中心做顺时针方向旋转。如图2所示，当旋翼2加速、旋翼4减速，旋翼2增加的速度和旋翼4减少的速度相同，而旋翼1和3的速度不变时，飞行器向右平飞；反之，当旋翼2减速而旋翼4加速时，飞行器向左平飞；当旋翼1加速、旋翼3减速，增加的速度和减少的速度相同且旋翼2和4的速度不变时，飞行器向下平飞；反之，当旋翼1减速而旋翼3加速时，飞行器向上平飞。因此该飞行器可通过调整不同旋翼的速度，即可灵活地实现垂直起降、旋停、平飞和原地旋转等运动。该飞行器既可以采用遥控的方式控制飞行，也可以借助陀螺仪、GPS、地磁仪等设备的辅助采用自动控制的方式实现该飞行器的自主飞行控制或做更精确轨迹的飞行。

此外，也可通过给旋翼增加涵道等结构提高飞行器的抗风能力、增大升力，且可防止旋翼与环境障碍发生碰撞，提高其安全性，飞行器外观结构如图3所示。

由上述可知，本发明中的多旋翼飞行器具有下述优点：

1.本发明中的飞行器可在小的空间范围内安装多个旋翼，多个旋翼可产生较大的组合升力，升力与自重的比值较大。

2.本发明中的飞行器利用多个旋翼之间扭力相互抵消的方式防止该飞行器在空中随意旋转，不需要尾桨或尾翼等平衡装置，因此易于实现垂直起降和空中悬停，且结构紧凑。

3.本发明中的飞行器只通过调整多个旋翼的速度即可实现该飞行器的垂直起降、悬停、平飞、原地旋转等运动，运动灵活且悬停更平稳。

4.本发明中的飞行器适合具有一定负载能力的小型飞行器的设计，适于在狭窄环境中使用。

Claims (4)

1.一种多旋翼飞行器，其特征在于：其包括有机体，及N个(N为偶数)水平安装在机体上的数量相等、几何形状相同的正反旋翼组成，所有旋翼位于同一水平面上；正反旋翼呈360/N度夹角交替均布在机体周边，每个旋翼的转轴与机体的几何中心距离相等；正反旋翼的旋转方向相反，升力向上，各旋翼之间的扭力可相互抵消，没有尾桨或尾翼等平衡装置；每个旋翼既可以由电机或油机直接驱动，也可以通过同步带等传动装置从机体的其他部位驱动。

2.根据权利要求1中所述的多旋翼飞行器，其特征在于：所述机体可为矩形、圆形或由中心向周边伸出的杆构成的辐条形，但不局限于这些形状。

3.根据权利要求1中所述的多旋翼飞行器，其特征在于：每个旋翼上的桨片数量可以为1，2，3，4，或更多。

4.根据权利要求1中所述的多旋翼飞行器，其特征在于：每个旋翼可采用涵道结构，以提高抗风能力和提高升力。

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