CN104229130A - 气动结构四旋翼无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气动结构四旋翼无人飞行器，包括机身、前后左右四旋翼、支撑臂、起落架，所述支撑臂的外端固定有旋翼电机，旋翼安装在旋翼电机的转轴上并由旋翼电机驱动，所述机身包括曲面的机盖和内舱，所述支撑臂水平固装在机身外，所述机盖的上型面纵切面曲线长于下型面纵切面曲线，后旋翼连接的支撑臂的重心位置低于前旋翼连接的支撑臂的。本发明通过机壳结构改进设计，使机壳具有飞行的向上升举力，能提供高达3倍的起飞重量，从而获得更大的挂载量，更长的航时。其后臂与前臂的垂直高度差异设计，可有效抵消后臂电机加速时所造成的机体前倾现象，改善驾驶性能。

Description

气动结构四旋翼无人飞行器

技术领域     

本发明涉及无人飞行器技术领域，更具体地说，是涉及一种气动结构四旋翼无人飞行器。

背景技术      

现今，随着科学技术的迅猛发展，对于无人飞行器的研究也日益深入，而其应用的场合也更加广泛。其中，四旋翼无人飞行器与其他飞行器相比，其行动更加灵活，起降环境要求较低，并具有良好的操作性能，因而，广泛应用在航拍、监视、侦查、搜救等诸多领域。

随着更广泛应用的要求，对无人飞行器的性能提出了更高的要求：更多的载重、更长的航时、更强的动力、更强的抗风性、更强的可靠性和稳定性。而这些要求，往往都是相互矛盾的。最优秀的设计方案，就是因应应用的需求，在这些矛盾中有所侧重，取得相对平衡。飞行器性能的好坏，除飞控系统控制的优劣影响外，最重要的是看能耗比值，也就是消耗能量与获得升力的比值（W/g）高低。比值越低，说明系统的效率越高，飞行器将会更加节能，相同能量消耗，航时会更长。飞行器是一个系统产品，其任何一部分设计的合理与否，都将对其系统总体性能产生巨大的影响。

发明内容                  

本发明所要解决的技术问题：针对现有应用的具体要求，提供一种结构简单牢固，能耗转换效率高的四旋翼无人飞行器解决方案，从而提高飞行器的载重量，改善飞行器的驾驶性能，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种气动结构四旋翼无人飞行器，包括机身、前后左右四旋翼、支撑臂、起落架，所述支撑臂的外端固定有旋翼电机，旋翼安装在旋翼电机的转轴上并由旋翼电机驱动，所述机身包括曲面的机盖和内舱，所述支撑臂水平固装在机身外，所述机盖的上型面纵切面曲线长于下型面纵切面曲线，后旋翼连接的支撑臂的重心位置低于前旋翼连接的支撑臂的。

所述机盖、支撑臂、旋翼均是由碳纤维一体成形制得的。

所述机盖上型面的前部曲率大于后部曲率。

所述机盖的轮廓呈鹅蛋形。 

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明的气动结构旋翼飞行器，与目前产品相比，在外形空间体积大小占用相同的前提下，能提供高达3倍的起飞重量，从而获得更大的挂载量，更长的航时。

通过机壳结构改进设计，一则使机壳具有飞行的向上升举力，二则其流线型外壳设计减小飞行器向前飞行的气流阻力，使飞行更趋稳定，抗干扰能力强。

后臂与前臂的垂直高度差异设计，可有效抵消后臂电机加速时所造成的机体前倾现象，使机体的加速前进时可保持平行，进一步减小风阻，改善驾驶性能，有效地提升系统的性能。

附图说明

图1为本发明气动结构四旋翼无人飞行器结构示意图。

图2为本发明气动结构四旋翼无人飞行器的侧视图。

图3为本发明气动结构四旋翼无人飞行器俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、 “左”、“右”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1-3，本发明气动结构四旋翼无人飞行器，采用中心对称的十字形单层旋翼布局，包括机身1、四旋翼2、支撑臂3、起落架4等。机身、支撑臂、旋翼为全碳纤维成型，在支撑臂的外端固定有旋翼电机，四旋翼安装在旋翼电机的转轴上并由旋翼电机驱动。左右旋翼对称分布在机身两侧，起落架固定连接在机身的下方，飞行器由电能驱动，机身1包括曲面的机盖和内舱，支撑臂水平固装在机体外，内舱包括有设备舱，电子设备（包括导航装置、飞行控制器、通信）安装在机身的设备舱内，并使整机质量集中在机身中心位置。

机身的轮廓呈鹅蛋形。机身的上型面（分为前部11和后部12）面积大于其下型面13面积，而且机身上型面的前部11和后部12曲率不相同，上型面的前部曲率大于后部曲率。后旋翼连接的后支撑臂32的重心位置低于前旋翼连接的前支撑臂31的重心位置。经过如此结构的改进，类似于旋翼的升举原理，当飞行器飞行时，机身在空气中运动，产生贝努利效应（Bernoulli effect），机身上型面纵切面曲率大，曲线长，空气流速快，局部压强低；机身下型面纵切面曲率小，曲线短，空气流速慢，局部压强高。这样，空气的流动在机身的上下型面产生压差，下型面压强高于上型面压强，从而空气给予机身一定的升力，使得飞行器更加节能。

当飞行器工作时，机身内的导航装置确定当前的飞行数据，飞行控制器根据飞行数据、地面控制站发射的遥控信号（或导航信息），和航程的目标航点的相关数据确定飞行路线，具体是：根据当前高度值确定飞行器的目标航点高度，根据当前的方向值确定飞行器的方向，并生成分别控制四个旋翼的转速信息，并控制四个旋翼电机的转速，从而控制飞行姿态。飞行时，通过协同四个旋翼的转速来动态平衡飞行器的力与力矩，实现飞行器的起降、空中悬停、朝目标飞行。当四个旋翼的转速同时增大/减小时，飞行器向上/下飞行，实现飞行器的升降，当后旋翼的转速大于前旋翼时，飞行器向前飞行，此时，由于前后不同气流作用，机身前部具有向下倾侧的趋势，而由于后支撑臂的重心垂直位置比前支撑臂低，从而抵消了机身前部向下倾侧的力矩，使机身可以以水平姿态向前飞行，优化了飞行的性能。当改变前-后旋翼和左-右旋翼的转速时，飞行器实现转向。当飞行器需要悬停时，四旋翼转速相同，此时，旋翼和机身部分将产生与策略大小相同、方向相反的升力，使飞行器停在半空中。

本发明结构简单、飞行稳定、易于操控、低噪声无污染，非常适合中短距离的飞行任务，可携带各种任务设备，可广泛应用在航拍摄影、环境监测、灾情巡查、防恐救生、军事侦察等领域。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同替换所限定，在未经创造性劳动所作的改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.气动结构四旋翼无人飞行器，包括机身、前后左右四旋翼、支撑臂、起落架，所述支撑臂的外端固定有旋翼电机，旋翼安装在旋翼电机的转轴上并由旋翼电机驱动，所述机身包括曲面的机盖和内舱，所述支撑臂水平固装在机身，其特征在于：所述机盖的上型面纵切面曲线长于下型面纵切面曲线，后旋翼连接的支撑臂的重心位置低于前旋翼连接的支撑臂的。

2.根据权利要求1所述的气动结构四旋翼无人飞行器，其特征在于：所述机盖、支撑臂、旋翼均是由全碳纤维成型制得的。

3.根据权利要求1所述的气动结构四旋翼无人飞行器，其特征在于：所述机盖上型面的前部曲率大于后部曲率。

4.根据权利要求1所述的气动结构四旋翼无人飞行器，其特征在于：所述机盖的轮廓呈鹅蛋形。