CN101391651A - 一种可折叠“y”型三轴双层六旋翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器。现有的多旋翼飞行器，其缺陷是：对应正反旋翼组所产生的相反扭力通过支撑臂传递相互抵消，因支撑臂有一定长度，支撑臂结构重量损失大，扭力矩抵消效果有限，单层旋翼处于同一水平面，飞行器的动力有限。本发明的结构包括一个主机体、三组电机安装罩、连接电机安装罩与主机体的三组支撑臂、三组旋翼以及若干扣件构成；每组旋翼两个，分别位于电机安装罩的上下顶端，为几何形状相同、旋向相反的正反旋翼。每组上下两个旋翼为几何形状相同、旋向相反的正反旋翼，由此可抵消上下旋翼旋转所产生的扭力，实现飞行器运动中的自平衡，且其结构简单，灵活性与平稳性较好，可折叠，方便携带运输。

Description

一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其可以被广泛用于军事及民用领域。

背景技术

具有垂直起降和悬停等功能的旋翼飞行器，大体上可以分为两类。

一类是旋翼直升机，大致包括单旋翼、双旋翼、倾转旋翼等结构形式，典型代表如美国麦道公司的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进行旋翼翼面的倾转。其存在的共同问题是设计上主桨直径相对于机体较大，结构复杂，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负载能力很差。

另一类是多旋翼飞行器，常见的是四旋翼飞行器。四旋翼飞行器通过支撑臂连接前后和左右两组共四个旋翼，前后和左右两组旋翼分别为正反旋翼，其旋翼的转动方向相反，以此抵消扭力矩，保持机体平衡，并且通过改变螺旋桨速度来改变升力，进而改变四旋翼直升机的姿态和运动方向。由于其结构紧凑，运动灵活，一般适宜在比较狭小的空间或复杂地形环境中使用。其共同特点可概括为：一般支撑臂数量与旋翼数量相等，且都为大于二的偶数，单层旋翼几何尺寸相同且处于同一水平面，支撑臂等距(或者说旋翼转轴与机体的几何中心距离相等)且处于同一水平面，支撑臂固定。其缺陷是：两组正反旋翼所产生的扭力通过支撑臂传递相互抵消，由于连接支撑臂有一定长度，加之机械固定等原因，支撑臂结构重量损失大，扭力矩抵消效果有限，此其一；其二，其支撑臂数量与旋翼数量一般相等，且都为大于二的偶数，支撑臂被固定处于同一水平面，不可收缩折叠，不便于携带运输，运动的灵活性受到一定限制；其三，旋翼处于同一水平面，且都是单层旋翼，飞行器的动力有限。

发明内容

本发明的目的是提供可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其结构简单，能折叠收缩，便于携带运输，且运动动力与重量比以及灵活性较好。

本发明的技术解决方案是：可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器外形结构包括一个主机体、三组电机安装罩、连接电机安装罩与主机体的三组支撑臂、三组旋翼以及若干扣件构成。主机体为独立部件，形状为圆形、椭圆、方形等壳体，但不局限于这些形状，其显著特征是中空，用于放置飞行器控制系统以及辅助电子元器件、机电等配件，但不局限于上述内容。主机体通过扣件与支撑臂联为一体。支撑臂另一端连接电机安装罩，支撑臂中空，贯穿连接线或供油管，可为圆形、椭圆、方形，但不局限于这些形状，其显著特征是中空，三组支撑臂可位于同一水平面(也可不限于同一水平面)，一端通过扣件与主体机连接，主支撑臂固定，其两侧副支撑臂可以扣件为轴平面转动。电机安装罩位于支撑臂外端，可为圆柱、椭圆柱、三棱柱、四棱柱、五棱柱等变形体，但不局限于上述形状，其显著特征为中空，中间配置隔层板(面)将空间一分为上下两层，分别放置两组(也可一组)发动机及其调控系统，上下端口分别通过扣件连接上下两个旋翼。这样三组支撑臂外端的电机安装罩形成三组、上下双层(或多层)共六个旋翼的结构。每组旋翼包括正反旋翼各一个，旋向相反，升力向上，每组旋翼所产生的扭力矩可直接相互抵消。上层的三个旋翼可位于同一水平面(也可以不共处同一平面)，下层的三个旋翼可位于同一水平面(也可以不共处一平面)。六个旋翼几何尺寸可以相等，也可以不相等，只需每组上下的正反旋翼几何尺寸大小相等即可。每个旋翼的桨片数量可以为1，2，3，4，或更多。该飞行器工作时三轴被相应扣件固定呈以主机体为中心的辐射状结构，三轴相互间夹角120°，但不限于此角度；该飞行器停止工作时，三个电机安装杆其中两个副杆可以沿扣件移动并与主杆收拢，便于携带运输。

由于本发明公开的飞行器每组支撑臂连接的上下两层正反旋翼的旋转方向相反、几何尺寸大小相等、升力向上，每组支撑臂上的扭力矩为零，无论有几组支撑臂，无论其是否处于同一水平面，也无论支撑臂臂长是否对称相等，该飞行器的合扭力矩恒为零，所以不需要尾桨或尾翼等平衡装置，也不约束支撑臂是否等距，是否同处一平面，同理也不需要约束6个旋翼的大小全部相等(只需要同组的上下一对大小相等即可)，6个旋翼可以是上下两层，处于两个水平面，也可以是更多水平面。由于该飞行器的合扭力矩恒为零，同时提高每组旋翼转速，飞行器可垂直起飞；降低每组旋翼转速，飞行器可垂直降落；保持旋翼转速，则飞行器可在一定高度悬停；三组旋翼，其中一组减速，其他两组加速或速度维持不变，则飞行器侧飞；三组旋翼同时或其中任意一组或两组的上旋翼加速，下旋翼减速，则飞行器自转偏航。

本发明相对于现有技术一般的多旋翼飞行器，其优点如下：第一，平衡机理不同，四旋翼飞行器是依靠相对应的两组支撑臂上的两组正反旋翼(共处一水平面)旋向相反来抵消扭力，本发明是依靠每组支撑臂上的上下正反旋翼来消除扭力，效率更高；第二，由于机理不同，一般多旋翼飞行器支撑臂及其旋翼数量是相等的，且都是2的整数倍，支撑臂的臂长相等，且处于同一水平面，旋翼单层，几何尺寸相等，且处于同一水平面。本发明公开的飞行器，支撑臂可以为N，N为大于1的自然数，支撑臂可以根据需要等长，也可以不等长，可以位于同一水平面也可以分处不同水平面，旋翼只约束每组上下旋翼的几何尺寸相等，不要求全部旋翼几何尺寸相等，根据需要其上下两层六个旋翼可处于上下两个水平面(上水平面三个旋翼，下水平面三个旋翼)，也可以处于更多水平面；第三，本发明公开的飞行器，由于机理、结构有本质区别，其结构更轻巧，动力与重量比更优，更适合在狭窄、复杂的环境飞行；第四，本发明公开的飞行器，同时公开了其可折叠的部件及原理，更便于携带、运输。

附图说明

下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明：

图1：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器(正面)结构图；

图2：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器(背面)结构图；

图3：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器三轴展开示意图(正面)；

图4：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器三轴折叠示意图(正面)；

图5：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器(正面)运动航姿示意图；

图6：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器扣件7、扣件8结构示意图；

图7：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器扣件14结构及装配示意图；

图8：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器支撑臂主臂固定示意图；

图9：“Y”型三轴双层六旋翼飞行器装配示例图。

具体实施方式

本发明实施例提供的是一组三轴双层六旋翼飞行器样图，三轴共处一个水平面，图1和图2显示了整个机体及三组支撑臂展开时的外形结构及主要部件构成情况；图3、图4显示了机体支撑臂由展开到收拢的过程示意。其具体组装、实施方式如下：如图9所示，扣件7与扣件8组合体15通过螺钉与主机体连接固定；扣件14一端为圆柱体，中空可穿连电源线等，其直径小于支撑臂管径，可与支撑臂筒臂相套结，参见图7，扣件14另一端与扣件8的副臂固定轴9连接，以使支撑臂副臂3内端固定，两组副臂外端可绕扣件8两端的副臂固定轴9水平转动，用力推可使副臂外端通过扣件7两端卡口12被固定于副臂固定槽10，固定槽10直径与支撑臂管径尺寸一致，加上卡口12的张力可确保其稳定、牢固，而主臂直接通过螺钉固定在扣件7和扣件8组合体15的主臂固定孔11内，参见图6，其不可以移动，这样三组支撑臂展开如图9所示，三组支撑臂相互夹角120°，但不局限于该角度。飞行器的折叠与拆卸与此相反，如图3、图4、图6所示，两副臂3用力朝主臂2方向内收，支撑臂副臂3受力后沿卡口12的斜面体滑出扣件7的副臂固定槽10，水平转动可与主臂2合拢，实现飞行器折叠以节省体积，便于运输携带。

本发明涉及其他部件及功能介绍如下：主机体内部安装有飞行器姿态控制系统、辅助电子元器件(如GPS、电子罗盘等)、电池等配件，线路(供油管)通过支撑臂空心涵道与三组电机安装罩4连接；电机安装罩通过隔板分上下空间，分别放置两组(也可一组)发动机及其调控系统，上下端口分别通过连接上下两个正反旋翼5，6，为一组旋翼。具体如图1、图2所示。上层旋翼与下层旋翼转向相反，整个飞行器升力向上，具体参见图1、图2所示。每组上下旋翼大小相等，旋向相反，以此相互抵消扭力矩，使飞行器具有良好的平衡性，易于控制操作。

飞行器运动控制介绍如图5所示：三组旋翼同时加速、减速，则飞行器垂直上升、下降；旋翼速度维持不变，则飞行器在一定高度悬停；支撑臂主臂2上的旋翼同时加速，其他组旋翼速度维持不变，则飞行器向后倾斜，反之飞行器向前倾斜；左边副臂3所连接的一组旋翼同时加、减速，其它组旋翼速度不变，则飞行器向右翻滚、向左翻滚；三组旋翼任意一组、两组或全部的上旋翼加速(减速)，下旋翼减速(加速)，则飞行器可向左右偏航(自转)。总之该飞行器可通过调整旋翼的转速实现飞行器的自平衡及垂直升降、悬停、平飞及偏航、横滚、俯仰等姿态变化。

飞行器底部可添置飞行器起降架、数码相机、摄像机等部件或其他商载；该飞行器可以通过遥控方式控制飞行，也可以借助GPS、陀螺仪、气压计、加速计等辅助器件实现更精确的自主飞行控制；该飞行器可以通过电机或油机直接驱动。

通过以上所述，本发明相对于现有技术的优点进一步总结如下：由于一般多旋翼飞行器相对于旋翼直升机，无论在结构轻巧、灵活性与平稳性以及飞行器的升力与重量比方面已经有较大进步，而本发明相对于一般的多旋翼飞行器(以四旋翼飞行器为参照)，又有多项创新点，如前所述：第一，平衡机理不同，本发明是依靠每组支撑臂上的上下正反旋翼来消除扭力，效率更高；第二，由于机理不同，一般多旋翼飞行器支撑臂及其旋翼数量是相等的，且都是2的整数倍，支撑臂的臂长相等，且处于同一水平面，旋翼单层，几何尺寸相等，且处于同一水平面。本发明公开的飞行器，支撑臂可以为N，N为大于1的自然数，支撑臂可以根据需要等长，也可以不等长，可以位于同一水平面也可以分处不同水平面，旋翼只约束每组上下旋翼的几何尺寸相等，不要求全部旋翼几何尺寸相等，根据需要其上下两层六个旋翼可处于上下两个水平面(上水平面三个旋翼，下水平面三个旋翼)，也可以处于更多水平面；第三，本发明公开的飞行器，由于机理、结构有本质区别，其结构更轻巧，动力与重量比更优，更适合在狭窄、复杂的环境飞行；第四，本发明公开的飞行器，同时公开了其可折叠的扣件及原理，更易于携带、运输。

本发明可以被广泛用于军事及民用领域。军事领域主要可以进行低空军事侦察、监视、战场损伤评估等；作为反辐射和微型攻击武器，摧毁敌方雷达等电子设施以及携带微型战斗部进行攻击；用于目标搜索和通信中继；进行生化探测，并标定危险区域等。在民用方面，本发明可以用于交通监控、边境巡逻、森林及野生动植物勘测、航空摄影、输电线路检查、环境监测、气象监测、森林防火监测等。

Claims (7)

1、一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其特征在于：飞行器的结构包括一个主机体(1)、三组电机安装罩(4)、连接电机安装罩与主机体的三组支撑臂，其中一组主臂(2)、两组副臂(3)，三组双层六个几何形状相同的正旋翼(5)，反旋翼(6)以及扣件(7)、(8)、(14)构成；三组几何形状相同的电机安装罩(4)分别位于三组支撑臂(2，3)外端，电机安装罩上下顶端连接一组正反旋翼(5，6)；三组支撑臂(2，3)内端与扣件(7，8)连接，其中支撑臂主臂(2)内端被扣件(7，8)紧固而不可水平移动，其两侧支撑臂副臂(3)内端被扣件(14)半紧固于副臂固定轴(9)，其外端可绕副臂固定轴(9)水平转动展开，两支撑臂副臂(3)完全展开时三组支撑臂呈“Y”型结构，三组支撑臂水平相互夹角120度；扣件(7，8)通过螺钉与主机体(1)紧固为一体。

2、根据权利要求1所述的一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其特征在于：所述的主机体(1)的内部设置用于放置飞行器控制系统、辅助电子元器件、电池配件的中空腔体，其形状可为圆形、椭圆、方形、三角形或其他变形中空壳体。

3、根据权利要求1、2所述的一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其特征在于：所述的主机体(1)位于由支撑臂(2，3)、扣件(7，8)组成的几何体的上部或下部、侧部。

4、根据权利要求3所述的一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其特征在于：所述的支撑臂主臂(2)两侧的副臂(3)可绕扣件(7)副臂固定轴(9)为轴在水平面展开或收拢；三组支撑臂完全展开时相互水平夹角120度；支撑臂中空，内贯穿连接线或供油管，支撑臂圆形、椭圆、方形，或其他形状，数量可是3或3的整数倍。

5、根据权利要求4所述的一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其特征在于：所述的电机安装罩(4)与支撑臂一体或通过扣件联为一体，安装罩(4)中空，中间配置隔层板将空间一分为上下两层，分别放置两组发动机及其调控系统，上下端口分别连接一个正旋翼(5)和一个反旋翼(6)，其为一组旋翼。

6、根据权利要求5所述的一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其特征在于：所述的飞行器的旋翼(5，6)固定于电机安装罩上下顶端，飞行器的上下双层共六个正反旋翼设置为三组旋翼；每组旋翼包括正旋翼(5)和反旋翼(6)各一个，被固定于电机安装罩上下两顶端，旋向相反，升力向上，每组旋翼所产生的扭力矩可直接相互抵消。上层的三个旋翼位于同一水平面，下层的三个旋翼可位于同一个水平面；每个旋翼的桨片数量可以为N，N为大于1的自然数。

7、根据权利要求6所述的一种可折叠“Y”型三轴双层六旋翼飞行器，其特征在于：所述旋翼采用为提高飞行器抗风能力和提高升力的涵道结构。

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