CN104590555A - 电动力多旋翼直升机 - Google Patents

Abstract

本发明属于通用航空器领域，具体地说是一种电动力多旋翼直升机，包括机身、动力旋翼、旋翼支撑臂、起落架、电力供给系统及飞行操控系统，机身的上方设有偶数个动力旋翼，各动力旋翼分别通过旋翼支撑臂安装在机身的上部，机身的下部设有起落架，电力供给系统及飞行操控系统分别安装于机身内的电池舱、驾驶舱中；各动力旋翼结构相同，均包括螺旋桨、驱动电机及整流罩，驱动电机通过旋翼支撑臂安装在机身上，螺旋桨与驱动电机的输出端相连，驱动电机的下端及位于螺旋桨上方的驱动电机上端均安装有整流罩。本发明结构紧凑，运动灵活，升重比大，具有适应性强、安全可靠、经济、环保、操控简便、维护费用低等优点。

Description

电动力多旋翼直升机

技术领域

本发明属于通用航空器领域，具体地说是一种电动力多旋翼直升机。

背景技术

具有可垂直起降和空中悬停等功能，尤其可在低空飞行的直升机在诸多领域得到了越来越广泛的应用。迄今为止，具有这类功能的直升机已有单旋翼直升机、双旋翼直升机、倾转旋翼直升机机型。然而，这些直升机由于动力系统和传动系统结构的制约，旋翼变螺距系统机构和浆盘倾斜系统机构的制约，以及保持平衡所需的尾桨或尾翼装置的制约，不仅噪声大、操纵复杂、升重比低、日常维护费用高，还存在燃油污染，以及较大的旋翼易对周围环境和地面人员造成安全危害等问题。

发明内容

为了解决现有直升机存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种电动力多旋翼直升机。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括机身、动力旋翼、旋翼支撑臂、起落架、电力供给系统及飞行操控系统，其中机身的上方沿圆周方向均布有偶数个动力旋翼，各所述动力旋翼分别通过旋翼支撑臂安装在机身的上部，所述机身的下部设有起落架，所述电力供给系统及飞行操控系统分别安装于机身内的电池舱、驾驶舱中；所述动力旋翼以机身前进方向的水平轴线镜面对称设置，且所述机身前进方向的水平轴线左右两侧的所述动力旋翼数量相同；各所述动力旋翼结构相同，均包括螺旋桨、驱动电机及整流罩，该驱动电机通过所述旋翼支撑臂安装在机身上，所述螺旋桨与驱动电机的输出端相连，所述驱动电机的下端及位于螺旋桨上方的驱动电机上端均安装有整流罩。

本发明包括机身动力旋翼、旋翼支撑臂、起落架、电力供给系统及飞行操控系统，其中机身的上方设有偶数个动力旋翼，各所述动力旋翼分别通过旋翼支撑臂安装在机身的上部，所述机身的下部设有起落架，所述电力供给系统及飞行操控系统分别安装于机身内的电池舱、驾驶舱中；所述机身前进方向的水平轴线左右两侧的动力旋翼数量相同，且以机身前进方向的水平轴线镜面对称设置；各所述动力旋翼结构相同，均包括螺旋桨、驱动电机及整流罩，该驱动电机通过所述旋翼支撑臂安装在机身上，所述螺旋桨与驱动电机的输出端相连，所述驱动电机的下端及位于螺旋桨上方的驱动电机上端均安装有整流罩。

其中：相邻的两个所述动力旋翼中的螺旋桨的旋转方向相反、升力向上，分别由各自的所述驱动电机直接驱动；各所述动力旋翼所组成的动力旋翼组的中心均位于机身的重心上方；所述螺旋桨为轮式螺旋桨，包括桨毂、桨叶及涵道式环形圈，该桨毂与所述驱动电机的输出端相连，桨叶为多个、沿圆周方向均布，各所述桨叶的叶根与所述桨毂固接，叶尖与所述涵道式环形圈的内壁固接；所述机身的侧面投影为轴对称图形，对称轴即为所述机身前进方向的水平轴线；各所述旋翼支撑臂均为固定式结构，即均固接于机身上；或均为折叠式结构，即与所述机身可折叠地相连，各所述旋翼支撑臂均可向上折叠；所述起落架为滑撬式、滚轮式或气垫式。

本发明的优点与积极效果为：

1.由于本发明采用了多旋翼方案，即通过调整各动力旋翼中螺旋桨的旋转速度，便可以实现电动力多旋翼直升机飞行姿态和飞行速度的控制，较传统直升机，减去了减速齿轮箱系统、机械传动系统、变螺距机构、桨盘倾斜机构、运动连接机构、尾桨或尾翼等平衡装置；因此，体积小、重量轻、载重大，不仅易于生产，造价低廉，维护起来也更简单，费用更低，操纵更简单，应用更安全。

2.由于本发明的动力旋翼的螺旋桨采用了轮式螺旋桨，既可有效地减少叶尖内部的诱导阻力，降低冲击噪声，提高动力效率，同时，由于将自由旋翼的悬臂梁结构改变为轮式结构，涵道式环形圈将螺旋桨的各叶尖联成了一体，克服了叶尖的气动变形，抑制了叶尖涡的形成，从而有效地提高了螺旋桨的转速，且对提高直升机的飞行速度、增强直升机的续航能力具有重要的意义。

3.由于本发明采用了多旋翼方案和轮式螺旋桨，有效地提高了升力效率，由此，实现了轻型直升机的全电力驱动，较传统直升机更环保，应用范围将会更广泛，可用于交通巡逻、边防巡逻、森林巡逻、治安监控、医疗救护、电力工程、空中勘探、灾情监视、航拍、以及农业撒种、喷洒农药等各个行业和领域。

附图说明

图1A为本发明实施例一的结构主视图；

图1B为图1A的右视图；

图1C为图1B的俯视图；

图2A为本发明实施例二的结构主视图；

图2B为图2A的侧视图；

图2C为图2A的俯视图；

图3A为本发明实施例三的结构主视图；

图3B为图3A的右视图；

图3C为图3B的俯视图；

图4A为本发明实施例四的结构主视图；

图4B为图4A的侧视图；

图4C为图4A的俯视图；

图5A为本发明动力旋翼的结构主视图；

图5B为图5A的俯视图；

图6A为图5A中螺旋桨的主视剖视图；

图6B为图6A的俯视图；

其中：1为机身，2为动力旋翼，3为旋翼支撑臂，4为起落架，5为螺旋桨，6为驱动电机，7为整流罩，8为桨毂，9为桨叶，10为环形罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明包括机身1、动力旋翼2、旋翼支撑臂3、起落架4、电力供给系统及飞行操控系统，其中机身1的侧面投影为轴对称图形，对称轴即为机身1前进方向的水平轴线，机身1的外形可为球形、椭圆形、矩形或圆柱形，但不局限于这些形状。机身1的上方设有偶数个动力旋翼2，各动力旋翼2分别通过旋翼支撑臂3安装在机身1的上部，机身1的下部设有起落架4，起落架4可为滑撬式、滚轮式或气垫式，视机型或需要而定。机身1内设有驾驶舱、电池舱和承载舱，电力供给系统安装于电池舱内，飞行操控系统安装于驾驶舱内，承载舱内可安装飞行任务所需的设备或乘客座椅等。

实施例一

如图1A、图1B及图1C所示，本实施例的电动力多旋翼直升机包括机身1、动力旋翼2、旋翼支撑臂3、起落架4、电力供给系统及飞行操控系统。

本实施例的机身1整体呈流线型，侧面投影和水平投影均为椭圆形，机身1内沿前进方向的水平轴线(即椭圆长轴方向)方向设有驾驶舱、承载舱和电池舱，电池舱设于承载舱下面的中后部，电力供给系统置于电池舱内，飞行操控系统置于驾驶舱内。

在机身1的上方沿圆周方向均布有四个动力旋翼2，机身1前进方向的水平轴线的左右两侧各有两个动力旋翼2，以机身1前进方向的水平轴线镜面对称设置；各动力旋翼2位于同一高度，且平行于水平面。每个动力旋翼2均通过旋翼支撑臂3固定在机身1上的主构架，即动力旋翼2安装在旋翼支撑臂3的外端，旋翼支撑臂3的内端与机身1的主构架固接。旋翼支撑臂3可为固定式结构(即均固接于机身1上)，也可为折叠式结构(即与机身1可折叠地相连、各旋翼支撑臂3可向上折叠)，但不局限于这两种结构形式。相邻两动力旋翼2的旋翼支撑臂3之间的夹角为90°，且在水平面的投影，各动力旋翼2的旋翼支撑臂3与机身1前进方向的水平轴线的夹角为45°。各动力旋翼2的几何形状相同、结构尺寸相同、物理参数相同、电气性能相同。本实施例的起落架4为滑撬式，安装于机身1下部的左右两侧。

四个动力旋翼2结构相同，如图5A、图5B所示，均包括螺旋桨5、驱动电机6及整流罩7，该驱动电机6通过旋翼支撑臂3固接在机身1上，螺旋桨5安装在驱动电机6输出端的转轴上，在驱动电机6的下端及位于螺旋桨5上方的驱动电机6上端均安装有整流罩7。相邻的两个动力旋翼2中的螺旋桨5的旋转方向相反、升力向上，分别由各自的驱动电机6直接驱动。四个动力旋翼2所组成的动力旋翼组的中心位于机身1的重心上方。

螺旋桨5可为轮式螺旋桨、现有传统的自由式螺旋桨(即只有桨毂及桨叶)或涵道式螺旋桨(即在自由式螺旋桨外加设涵道)，本实施例的螺旋桨5为轮式螺旋桨，如图6A、图6B所示，包括桨毂8、桨叶9及涵道式环形圈10，该桨毂8与驱动电机6的输出端相连，桨叶9为多个(本实施例为六个)、沿圆周方向均布，各桨叶9的叶根与桨毂8固接，叶尖与涵道式环形圈10的内壁固接。

实施例二

如图2A、图2B及图2C所示，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的机身1为球形，机身1内设有双人坐席驾驶舱，底部设有电池舱，电力供给系统置于电池舱内，飞行操控系统置于驾驶舱内。其他均与实施例一相同。

实施例三

如图3A、图3B及图3C所示，本实施例的电动力多旋翼直升机包括机身1、动力旋翼2、旋翼支撑臂3、起落架4、电力供给系统及飞行操控系统。

本实施例的机身1整体呈流线型，侧面投影和水平投影均大体程矩形，机身1内沿前进方向的水平轴线(即矩形长度方向的中心线)方向设有驾驶舱、承载舱和电池舱，电池舱设于承载舱的下面，电力供给系统置于电池舱内，飞行操控系统置于驾驶舱内。

在机身1的上方设有六个动力旋翼2，动力旋翼2两两对称地设置于机身1前进方向的水平轴线的左右两侧，即机身1前进方向的水平轴线的左右两侧各有三个动力旋翼2，以机身1前进方向的水平轴线镜面对称设置。各动力旋翼2位于同一高度，且平行于水平面。每个动力旋翼2均通过旋翼支撑臂3固定在机身1上的主构架，即动力旋翼2安装在旋翼支撑臂3的外端，旋翼支撑臂3的内端与机身1的主构架固接。旋翼支撑臂3可为固定式结构(即均固接于机身1上)，也可为折叠式结构(即与机身1可折叠地相连、各旋翼支撑臂3可向上折叠)，但不局限于这两种结构形式。各动力旋翼2的几何形状相同、结构尺寸相同、物理参数相同、电气性能相同。本实施例的起落架4为前三点滚轮式，前轮安装于机身1的前下方，两只后轮安装于机身1后下方的左、右两侧。

六个动力旋翼2结构相同，如图5A、图5B所示，均包括螺旋桨5、驱动电机6及整流罩7，该驱动电机6通过旋翼支撑臂3固接在机身1上，螺旋桨5安装在驱动电机6输出端的转轴上，在驱动电机6的下端及位于螺旋桨5上方的驱动电机6上端均安装有整流罩7。相邻(包括同侧相邻及另一侧相对称)的两个动力旋翼2中的螺旋桨5的旋转方向相反、升力向上，分别由各自的驱动电机6直接驱动。六个动力旋翼2所组成的动力旋翼组的中心位于机身1的重心上方。

螺旋桨5可为轮式螺旋桨、现有传统的自由式螺旋桨(即只有桨毂及桨叶)或涵道式螺旋桨(即在自由式螺旋桨外加设涵道)，本实施例的螺旋桨5为轮式螺旋桨，如图6A、图6B所示，包括桨毂8、桨叶9及涵道式环形圈10，该桨毂8与驱动电机6的输出端相连，桨叶9为多个(本实施例为六个)、沿圆周方向均布，各桨叶9的叶根与桨毂8固接，叶尖与涵道式环形圈10的内壁固接。

实施例四

如图4A、图4B及图4C所示，本实施例的电动力多旋翼直升机包括机身1、动力旋翼2、旋翼支撑臂3、起落架4、电力供给系统及飞行操控系统。

本实施例的机身1呈圆柱形，机身1内设有驾驶舱、承载舱和电池舱，电池舱设于机身1内的中底部，电力供给系统置于电池舱内，飞行操控系统置于驾驶舱内。

在机身1的上方沿圆周方向均布有八个动力旋翼2，机身1前进方向的水平轴线的左右两侧各有四个动力旋翼2，且以机身1前进方向的水平轴线镜面对称设置。各动力旋翼2位于同一高度，且平行于水平面。每个动力旋翼2均通过旋翼支撑臂3固定在机身1上的主构架，即动力旋翼2安装在旋翼支撑臂3的外端，旋翼支撑臂3的内端与机身1的主构架固接。旋翼支撑臂3可为固定式结构(即均固接于机身1上)，也可为折叠式结构(即与机身1可折叠地相连、各旋翼支撑臂3可向上折叠)，但不局限于这两种结构形式。相邻两动力旋翼2的旋翼支撑臂3之间的夹角为45°。各动力旋翼2的几何形状相同、结构尺寸相同、物理参数相同、电气性能相同。本实施例的起落架4为滑撬式，安装于机身1下部的左右两侧。

八个动力旋翼2结构相同，如图5A、图5B所示，均包括螺旋桨5、驱动电机6及整流罩7，该驱动电机6通过旋翼支撑臂3固接在机身1上，螺旋桨5安装在驱动电机6输出端的转轴上，在驱动电机6的下端及位于螺旋桨5上方的驱动电机6上端均安装有整流罩7。相邻的两个动力旋翼2中的螺旋桨5的旋转方向相反、升力向上，分别由各自的驱动电机6直接驱动。八个动力旋翼2所组成的动力旋翼组的中心位于机身1的重心上方。

螺旋桨5可为轮式螺旋桨、现有传统的自由式螺旋桨(即只有桨毂及桨叶)或涵道式螺旋桨(即在自由式螺旋桨外加设涵道)，本实施例的螺旋桨5为轮式螺旋桨，如图6A、图6B所示，包括桨毂8、桨叶9及涵道式环形圈10，该桨毂8与驱动电机6的输出端相连，桨叶9为多个(本实施例为六个)、沿圆周方向均布，各桨叶9的叶根与桨毂8固接，叶尖与涵道式环形圈10的内壁固接。

本发明的工作原理为：

本发明具有良好的续航能力和平飞速度，可以在任何拥有相应空间的地平面上垂直起降，通过调整各动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度，便可以实现本发明飞行姿态和飞行速度的控制，可进行空中悬停、偏航、前后飞行、俯仰飞行以及平飞等飞行姿态。

1.电动力四旋翼直升机飞行姿态的实现：

以实施例一、二为例。

设直升机的重心为坐标原点，Z轴由原点向上，X轴垂直于Z轴指向直升机前进方向，Y轴由右手定则确定；直升机前进方向左右两侧的四个动力旋翼2分别位于坐标系XY平面的四个象限内。

当四个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度同时增加或同时减小，产生的升力在Z轴上的合力大于或小于直升机的重力时，直升机即可沿Z轴方向上升或下降，实现垂直起降；

当四个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度相同，产生的升力在Z轴上的合力与直升机的重力相等时，直升机即可在所需高度实现悬停；

当位于一、四象限内的(前进方向前面)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度大于或小于位于二、三象限内的(前进方向后面)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度时，直升机即可沿Y轴滚转，实现前后移动、俯仰飞行、前飞或后退；

当位于一、二象限内的(前进方向左侧)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度大于或小于位于三、四象限内的(前进方向右侧)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度时，直升机即可沿X轴滚转，实现左右移动；

当位于一、三象限内的(一对角线)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度大于或小于位于二、四象限内的(另一对角线)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度时，直升机即可沿Z轴滚转，实现左右偏航。

2.电动力六旋翼直升机飞行姿态的实现：

以实施例三为例。

设直升机的重心为坐标原点，Z轴由原点向上，X轴垂直于Z轴指向直升机前进方向，Y轴由右手定则确定；直升机前进方向左右两侧中间的两个动力旋翼2位于X轴两侧的Y轴上，其它四个动力旋翼分别位于坐标系XY平面的四个象限内。

当六个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度同时增加或同时减小，产生的升力在Z轴上的合力大于或小于直升机的重力时，直升机即可沿Z轴方向上升或下降，实现垂直起降；

当六个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度相同，产生的升力在Z轴上的合力与直升机的重力相等时，直升机即可在所需高度实现悬停；

当位于Y轴上的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度不变，而位于一、四象限内的(前进方向前面)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度大于或小于位于二、三象限内的(前进方向后面)两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度时，直升机即可沿Y轴滚转，实现前后移动、俯仰飞行、前飞或后退；

当位于一、二象限内的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度和X轴左侧Y轴上动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度大于或小于位于三、四象限内的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度和X轴右侧Y轴上动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度时，直升机即可沿X轴滚转，实现左右移动；

当位于一、二、三、四象限内的四个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度不变，而调节位于Y轴上的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度，使其转速不同，直升机即可沿Z轴滚转，实现左右偏航。

3.电动力八旋翼直升机飞行姿态的实现：

以实施例四为例。

设直升机的重心为坐标原点，Z轴由原点向上，X轴垂直于Z轴指向直升机前进方向，Y轴由右手定则确定；八个动力旋翼分别位于坐标系XY平面的四个象限内。

当八个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度同时增加或同时减小，产生的升力在Z轴上的合力大于或小于直升机的重力时，直升机即可沿Z轴方向上升或下降，实现垂直起降；

当八个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度相同，产生的升力在Z轴上的合力与直升机的重力相等时，直升机即可在所需高度实现悬停；

当位于一、四象限(前进方向前面)内的四个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度大于或小于位于二、三象限(前进方向前面)内的四个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度时，直升机即可沿Y轴滚转，实现前后移动、俯仰飞行、前飞或后退；

当位于一、二象限(前进方向左侧)内的四个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度大于或小于位于三、四象限(前进方向左侧)内的四个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度时，直升机即可沿X轴滚转，实现左右移动；

当位于一、二象限内且靠近Y轴的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度和位于三、四象限内且靠近Y轴的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度不变，而调节位于一、二象限内且靠近X轴的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度和位于三、四象限内且靠近X轴的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度，使其位于一、二象限内且靠近X轴的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度与位于三、四象限内且靠近X轴的两个动力旋翼2中螺旋桨5的旋转速度不同，直升机即可沿Z轴滚转，实现左右偏航。

Claims (8)

1.一种电动力多旋翼直升机，其特征在于：包括机身(1)、动力旋翼(2)、旋翼支撑臂(3)、起落架(4)、电力供给系统及飞行操控系统，其中机身(1)的上方沿圆周方向均布有偶数个动力旋翼(2)，各所述动力旋翼(2)分别通过旋翼支撑臂(3)安装在机身(1)的上部，所述机身(1)的下部设有起落架(4)，所述电力供给系统及飞行操控系统分别安装于机身(1)内的电池舱、驾驶舱中；所述动力旋翼(2)以机身(1)前进方向的水平轴线镜面对称设置，且所述机身(1)前进方向的水平轴线左右两侧的所述动力旋翼(2)数量相同；各所述动力旋翼(2)结构相同，均包括螺旋桨(5)、驱动电机(6)及整流罩(7)，该驱动电机(6)通过所述旋翼支撑臂(3)安装在机身(1)上，所述螺旋桨(5)与驱动电机(6)的输出端相连，所述驱动电机(6)的下端及位于螺旋桨(5)上方的驱动电机(6)上端均安装有整流罩(7)。

2.一种电动力多旋翼直升机，其特征在于：包括机身(1)动力旋翼(2)、旋翼支撑臂(3)、起落架(4)、电力供给系统及飞行操控系统，其中机身(1)的上方设有偶数个动力旋翼(2)，各所述动力旋翼(2)分别通过旋翼支撑臂(3)安装在机身(1)的上部，所述机身(1)的下部设有起落架(4)，所述电力供给系统及飞行操控系统分别安装于机身(1)内的电池舱、驾驶舱中；所述机身(1)前进方向的水平轴线左右两侧的动力旋翼(2)数量相同，且以机身(1)前进方向的水平轴线镜面对称设置；各所述动力旋翼(2)结构相同，均包括螺旋桨(5)、驱动电机(6)及整流罩(7)，该驱动电机(6)通过所述旋翼支撑臂(3)安装在机身(1)上，所述螺旋桨(5)与驱动电机(6)的输出端相连，所述驱动电机(6)的下端及位于螺旋桨(5)上方的驱动电机(6)上端均安装有整流罩(7)。

3.按权利要求1或2所述的电动力多旋翼直升机，其特征在于：相邻的两个所述动力旋翼(2)中的螺旋桨(5)的旋转方向相反、升力向上，分别由各自的所述驱动电机(6)直接驱动。

4.按权利要求1或2所述的电动力多旋翼直升机，其特征在于：各所述动力旋翼(2)所组成的动力旋翼组的中心均位于机身(1)的重心上方。

5.按权利要求1或2所述的电动力多旋翼直升机，其特征在于：所述螺旋桨(5)为轮式螺旋桨，包括桨毂(8)、桨叶(9)及涵道式环形圈(10)，该桨毂(8)与所述驱动电机(6)的输出端相连，桨叶(9)为多个、沿圆周方向均布，各所述桨叶(9)的叶根与所述桨毂(8)固接，叶尖与所述涵道式环形圈(10)的内壁固接。

6.按权利要求1或2所述的电动力多旋翼直升机，其特征在于：所述机身(1)的侧面投影为轴对称图形，对称轴即为所述机身(1)前进方向的水平轴线。

7.按权利要求1或2所述的电动力多旋翼直升机，其特征在于：各所述旋翼支撑臂(3)均为固定式结构，即均固接于机身(1)上；或均为折叠式结构，即与所述机身(1)可折叠地相连，各所述旋翼支撑臂(3)均可向上折叠。

8.按权利要求1或2所述的电动力多旋翼直升机，其特征在于：所述起落架(4)为滑撬式、滚轮式或气垫式。