CN103274042B - 一种悬浮式直升飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬浮式直升飞行器，包括机体，该机体包括机架以及设在机架上的至少两个涵道旋翼组件，其中，每个涵道旋翼组件包括连接在机架的端部并可绕水平轴线转动的连接轴、设在连接轴外端的涵道旋翼马达、与涵道旋翼马达连接的旋翼以及设在旋翼外的涵道外壳；所述机架上还设有作业吊舱以及飞行控制模块；所述机架上设有至少两个气囊固定框，每个气囊固定框内均设有气囊；所述气囊固定框内的气囊被气囊固定框固定在同一水平面上；所述气囊中充满比重低于空气的气体。本发明的悬浮式直升飞行器综合了常用无人直升机和飞艇的优点，用于农田作业时具有载荷量大、机动灵活性较高、安全性较高且结构简单及稳定性强等优点。

Description

一种悬浮式直升飞行器

技术领域

本发明涉及一种飞行器，具体涉及一种悬浮式直升飞行器。

背景技术

农用飞机航空作业效率高，例如在麦田灭草作业中，航空喷施比地面机械效率高5～7倍，相当于人工喷施的200～250倍，并且突击能力强，对突发、爆发性病虫害防控效果好；不受作物长势的限制，特别是作物生长至封行后行垄不清晰，航空作业可解决作物生长后期地面机械难以下田作业的问题。与田间作业相比，飞机航空作业还有降低作业成本、不会留下辙印和损坏农作物等的特点。

目前用于农业航空作业的飞行器主要包括有人驾驶的大型固定翼农用飞机、直升飞机、动力伞以及无人驾驶的微小型固定翼飞机、单旋翼直升飞机、非共轴多旋翼直升飞机、飞艇等。

有人驾驶的飞机作业效率高，但存在需要专用机场、维护成本高、航空管制严格等诸多问题。无人驾驶的飞机由于具有无需专用机场、专业飞行员、维护成本低以及航空管制少等特点，而且具有飞行高度低、作业效率及精度高、作业地形适应性广等优点，越来越在农业生产中得到广泛关注。

但无人驾驶的微小型固定翼飞机、单旋翼直升飞机、非共轴多旋翼直升飞机对于普通务农人员而言，价格仍显得昂贵，且危险性高，高速运转旋翼可能伤害到工作人员或农作物，操作不当很容易“摔机”、“炸机”，不仅造成飞机本身的重大损失，而且也给机上装备及地面作物带来严重毁坏，同时还会给地面作业人员带来安全威胁，因此，其使用的安全性问题是制约其快速发展的关键问题之一。此外，飞行器有效载荷量小，作业续航时间短也是制约其快速发展的另外两个关键问题。

气艇相对来说价格适中，作业安全性相对更高，且易于维护，有效载荷量大，但是传统的飞艇结构存在抗风能力差、作业速度慢、灵活性差等问题。特别是在航拍遥感作业时，由于航空拍摄对机体的稳定性要求很高，传统的气艇结构一般多采用传统的单气囊流线型结构，飞艇艇体的立面比较高，而挂载的遥感信息采集设备相对重心比较低，这种不够紧凑的结构极大地影响了空中作业的稳定性，尤其是在有自然风干扰的气象条件下晃动非常明显。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种悬浮式直升飞行器，该悬浮式直升飞行器综合了常用无人直升机和飞艇的优点，用于农田作业时具有载荷量大、机动灵活性较高、安全性较高且结构简单及稳定性强等优点。

一种悬浮式直升飞行器，包括机体，该机体包括机架以及设在机架上的至少两个涵道旋翼组件，其中，每个涵道旋翼组件包括连接在机架的端部并可绕水平轴线转动的连接轴、设在连接轴外端的涵道旋翼马达、与涵道旋翼马达连接的旋翼以及设在旋翼外的涵道外壳；所述机架上还设有作业吊舱以及飞行控制模块，其中，飞行控制模块包括地面遥控单元和机上控制单元，所述机上控制单元与涵道旋翼马达连接，所述地面遥控单元通过无线遥控方式与机上控制单元连接；

其特征在于，所述机架上设有至少两个气囊固定框，每个气囊固定框内均设有气囊；所述气囊固定框内的气囊被气囊固定框固定在同一水平面上；所述气囊中充满比重低于空气的气体。

本发明的一个优选方案，其中，所述涵道旋翼组件为两个，设置于机架的左右两端；所述气囊固定框设置于机架的前后两侧，且机架的前后两侧的气囊固定框的数量相等。优选地，所述气囊固定框的数量四个，这四个气囊固定框对称分布于机架的前后两侧，这四个气囊固定框将其内的四个气囊以田字型的结构固定在同一水平面上。这样更有利于整机的平衡，确保飞行稳定。进一步地，所述四个气囊大小相等，该气囊的形状为球体、椭球体、长方体或正方体。

本发明的一个优选方案，其中，所述气囊中的气体为氦气或氢气等。

本发明的一个优选方案，其中，所述的气囊固定框包括圆形的固定圈，该固定圈固定连接在机架上，该固定圈上设有用于绑紧气囊的绑带，该绑带与气囊之间设有将两者连接在一起的连接结构；位于机架的同一侧的两个固定圈之间通过连接件连接在一起；所述固定圈由铝合金或碳纤维材料制成。

本发明的一个优选方案，其中，所述的连接结构为卡接结构，由设在绑带上的卡头和设在气囊上的卡槽构成；或者为螺纹连接结构，由设在绑带上的螺钉和设在气囊上的螺纹孔构成；或者为捆绑结构，通过绑绳打结将绑带和气囊捆绑在一起。通过上述连接结构，可以将气囊可靠地固定在气囊固定框中，防止工作过程中气囊漂移。

本发明的一个优选方案，其中，所述机架呈长方体形，其内设置所述的飞行控制模块。

本发明的一个优选方案，其中，所述机架前后两侧的气囊固定框的数量均为一个。

本发明的一个优选方案，其中，所述气囊由橡胶或聚氨酯薄膜或聚氯乙烯或PVF或涤纶或尼龙或莎纶制成。

本发明的悬浮式直升飞行器与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、本发明采用多个气囊的结构，并且这些气囊通过气囊固定框架按一定结构固定在同一水平面上，这种结构可以保证气囊在空中不会挤压、横滚和平移，保证了空中作业平台在工作时的稳定性，提高航空作业精度。特别是低空遥感、航拍等作业时，作业吊舱搭载在气囊固定框架的中心位置上，可以使得作业吊舱的重心位置距离升力模块重心位置较近，有效降低作业吊舱受风力等影响所产生的晃动，进一步提高了空中作业平台的稳定性，可大幅提高遥感数据等采集设备数据采集精确度。而且，气囊中充满氦气等轻于空气的气体，气囊产生的浮力可以部分或完全抵消直升飞行器的自重以及作业吊舱中负载的重量，从而可以增加飞行器的有效载荷量，提高作业效率。

2、由于采用了涵道旋翼结构，旋翼外有涵道外壳，因此可避免高速转动的旋翼与工作人员或农作物接触，提高了安全性。

3、采用多气囊与旋翼相结合的方式，综合了常用无人直升机和飞艇的优点，气囊中充满氦气等轻于空气的气体可增加有效载荷量，采用旋翼驱动可提高机动灵活性，还可减少摔机等作业事故发生的几率，可提高作业的安全性。

4、气囊采用PVC(PolyVinylChloride，聚氯乙烯)等软性防爆材料，气囊固定框架采用铝合金或碳纤维等轻质材料，具有安全性高、质量轻、结构简单的优点，轻质量的升力形成模块能够搭载更多的有效作业载荷，提高了本发明空中作业平台的工作效率，且简单的多气囊稳定结构成本低，日常维护简单。

5、本发明可用于各种复杂地形，例如大田、山地、丘陵、水体等，通过挂载不同的航空作业设备，实现复杂地形条件下的航拍遥感、航空喷施、作物制种辅助授粉及低空物品转运等作业。

附图说明

图1为本发明的悬浮式直升飞行器的一个具体实施方式的立体结构示意图(爆炸图)。

图2和图3为图1所示悬浮式直升飞行器中机体部分的结构示意图，其中，图2为主视图，图3为左视图。

图4为图1所示悬浮式直升飞行器中涵道旋翼组件的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

参见图1～图4，本实施例的悬浮式直升飞行器包括机体，该机体主要由机架1以及设在机架1左右两端的两个涵道旋翼组件3组成，每个涵道旋翼组件3包括连接在机架1的端部并可绕水平轴线转动的连接轴301、设在连接轴301外端的涵道旋翼马达304、与涵道旋翼马达304连接的旋翼303以及设在旋翼303外的涵道外壳302，其中，连接轴301的作用在于带动涵道旋翼马达304和旋翼303绕水平轴线转动，从而可控制航向和航速等；涵道外壳302具有保护旋翼303的作用，防止高速旋转的旋翼303伤害工作人员或者农作物。所述机架1呈长方体形，其内设置飞行控制模块，该飞行控制模块包括地面遥控单元和机上控制单元，所述机上控制单元与涵道旋翼马达304连接，所述地面遥控单元通过无线遥控方式与机上控制单元连接，其具体的实施方式可参照现有技术中的无人遥控直升机来实施。所述机架1的下部固定连接有安装座5，该安装座5上安装有作业吊舱(图中未显示)，该作业吊舱可根据用途(搭载航拍遥感设备、航空喷施装备、作物制种辅助授粉装备或低空物品转运设备等)参照现有技术具体设计。

参见图1～图4，所述机架1的前后两侧分别设有两个气囊固定框2，这四个气囊固定框2对称分布于机架1的前后两侧，每一个气囊固定框2内设有一个气囊4。其中，所述气囊固定框2包括圆形的固定圈201，该固定圈201固定连接在机架1上，该固定圈201上设有用于绑紧气囊4的绑带202，该绑带202位于固定圈201的上方，绑带202的两头通过连接件203连接在固定圈201上。该固定圈201可由铝合金或碳纤维材料等轻质材料制成，本实施例选择铝合金。

参见图1～图4，位于机架1的同一侧的两个固定圈201位于同一水平面上，两者相切，并通过连接件203连接在一起，使得所有固定圈201与机架1连成一个整体；且四个固定圈201位于同一水平面上。所述气囊4的形状为球体，其直径与固定圈201的内径相当。工作时，气囊4充气膨胀，并胀紧在固定圈201内，同时由绑带202绑定，绑带202与气囊4之间设有将两者连接在一起的连接结构，该连接结构为螺纹连接结构，该螺纹连接结构由设在绑带上的螺钉204和设在气囊上的螺纹孔401构成。所述四个固定圈201将其内的四个气囊4以田字型的结构固定在同一水平面上。所述四个气囊4中充满比重低于空气的气体，该气体可以是氦气或氢气等，本实施例选用氢气。气囊4的容积根据整体机身自重以及载荷量来决定，本实施例中，四个气囊4的大小相同，总容积设置为1m³，即单个气囊4的半径为R＝400mm，气囊4的材料可为层压材料等适合做气囊的材料，可以选用橡胶或聚氨酯薄膜或聚氯乙烯或PVF(聚乙烯醇缩甲醛)或涤纶或尼龙或莎纶等制成，本实施例选用PVF。

实施例2

本实施中，所述机架前后两侧的气囊固定框的均为一个，且对称分布于机架的前后两侧，亦即，机架前后分别设置一个气囊，这样可以减少气囊的数量，简化结构。所述气囊固定框设置成封闭的框架结构，气囊被限定于该框架结构内。

本实施中，气囊的形状为椭球体。

本实施例中，所述绑带与气囊之间的连接结构为卡接结构，由设在绑带上的卡头和设在气囊上的卡槽构成，该卡接结构可以参照常见的背包上背带的卡接结构来实施。

本实施例上述以外的其他实施方式与实施例1相同。

上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，例如，所述涵道旋翼组件还可以是3个或更多个，可参照现有技术来实施；所述气囊固定框2的数量还可以是6个或8个等其他的偶数个；所述的气囊4的形状还可以是长方体或正方体等；总之，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种悬浮式直升飞行器，包括机体，该机体包括机架以及设在机架上的至少两个涵道旋翼组件，其中，每个涵道旋翼组件包括连接在机架的端部并可绕水平轴线转动的连接轴、设在连接轴外端的涵道旋翼马达、与涵道旋翼马达连接的旋翼以及设在旋翼外的涵道外壳；所述机架上还设有作业吊舱以及飞行控制模块，其中，飞行控制模块包括地面遥控单元和机上控制单元，所述机上控制单元与涵道旋翼马达连接，所述地面遥控单元通过无线遥控方式与机上控制单元连接；

其特征在于，所述机架上设有至少两个气囊固定框，每个气囊固定框内均设有气囊；所述气囊固定框内的气囊被气囊固定框固定在同一水平面上；所述气囊中充满比重低于空气的气体；

所述涵道旋翼组件为两个，设置于机架的左右两端；所述气囊固定框设置于机架的前后两侧，且机架的前后两侧的气囊固定框的数量相等；

所述的气囊固定框包括圆形的固定圈，该固定圈固定连接在机架上，该固定圈上设有用于绑紧气囊的绑带，该绑带与气囊之间设有将两者连接在一起的连接结构；位于机架的同一侧的两个固定圈之间通过连接件连接在一起；所述固定圈由铝合金或碳纤维材料制成。

2.根据权利要求1所述的悬浮式直升飞行器，其特征在于，所述气囊固定框的数量四个，这四个气囊固定框对称分布于机架的前后两侧，这四个气囊固定框将其内的四个气囊以田字型的结构固定在同一水平面上。

3.根据权利要求2所述的悬浮式直升飞行器，其特征在于，所述四个气囊大小相等，该气囊的形状为球体、椭球体、长方体或正方体。

4.根据权利要求1所述的悬浮式直升飞行器，其特征在于，所述气囊中的气体为氦气或氢气。

5.根据权利要求1所述的悬浮式直升飞行器，其特征在于，所述的连接结构为卡接结构，由设在绑带上的卡头和设在气囊上的卡槽构成；或者为螺纹连接结构，由设在绑带上的螺钉和设在气囊上的螺纹孔构成；或者为捆绑结构，通过绑绳打结将绑带和气囊捆绑在一起。

6.根据权利要求1所述的悬浮式直升飞行器，其特征在于，所述机架呈长方体形，其内设置所述的飞行控制模块。

7.根据权利要求1所述的悬浮式直升飞行器，其特征在于，所述机架前后两侧的气囊固定框的数量均为一个。

8.根据权利要求1所述的悬浮式直升飞行器，其特征在于，所述气囊由橡胶或聚氨酯薄膜或聚氯乙烯或PVF或涤纶或尼龙或莎纶制成。