CN105383679A - 多旋翼飞行器及其闭合式机架 - Google Patents

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徐志雄
姜欣宏
赵恒�
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Abstract

变桨距飞行器用螺距来控制旋翼升力的方式与定桨距用旋翼转速控制旋翼升力的方式相比，由于变桨距飞行器在改变螺距时转速保持不变，而螺距调整响应速度远远比转速调整响应速度快，因此变桨距多旋翼飞行器旋翼上的负载变化频率高且幅度大。一种多旋翼飞行器的闭合式机架，包括依次经过各旋翼的安装位置且构成闭合图形的机臂，还包括位于机臂之间的支撑杆。采用本发明的技术方案，可以很好地解决变桨距多旋翼飞行器机架振动的问题。

Description

多旋翼飞行器及其闭合式机架
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种多旋翼飞行器。
背景技术
与传统的定桨距多旋翼飞行器相比，采用变桨距原理的多旋翼飞行器具有跟随响应迅速，抗外部干扰能力强等优势，使得变桨距多旋翼飞行器具有更好的机动性，更强的可控性，和更高的稳定性。变桨距飞行器用螺距来控制旋翼升力的方式与定桨距用旋翼转速控制旋翼升力的方式相比，由于变桨距飞行器在改变螺距时转速保持不变，而螺距调整响应速度远远比转速调整响应速度快，因此变桨距多旋翼飞行器旋翼上的负载变化频率高且幅度大。以四旋翼为例，定桨距多旋翼飞行器普遍采用“X”型或“十”字型结构机架，然而对于变桨距多旋翼飞行器，这两种机架结构却并不能适用，原因在于旋翼上负载的高频大幅度变化会造成机臂剧烈振动，从而影响包括飞行控制***在内的飞行器的稳定性，因此，变桨距多旋翼飞行器需要一种能够最大程度减小机架振动的结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种闭合式机架，能够有效减小机架振动。
本发明的技术方案是：一种多旋翼飞行器的闭合式机架，包括依次经过各旋翼的安装位置且构成闭合图形的机臂，还包括位于机臂之间的支撑杆。
对于包含上述闭合式机架的多旋翼飞行器，旋翼驱动电机安装于上下两块安装平板之间；至少两副管夹设置于两块安装平板之间，每副管夹包括上管夹和下管夹，机臂或支撑杆被夹持于上下管夹之间。
采用本发明的技术方案，可以很好地解决变桨距多旋翼飞行器机架振动的问题。
附图说明
图1为本发明采用矩形闭合式机架的飞行器示意图；
图2为本发明采用矩形闭合式机架的飞行器装配结构示意图；
图3为本发明采用闭合式机架的飞行器旋翼总成结构示意图；
图4为本发明采用菱形闭合式机架的飞行器示意图；
图5为本发明采用六边形闭合式机架的飞行器实施例1示意图；
图6为本发明采用六边形闭合式机架的飞行器实施例2示意图；
图7为本发明采用圆形闭合式机架的飞行器实施例1示意图；
图8为本发明采用圆形闭合式机架的飞行器实施例2示意图；
图9为本发明采用鼓形闭合式机架的飞行器示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-9说明本发明的具体实施方式。
如图1，闭合式机架机架由一个闭合框及固定在闭合框中间的设备支撑杆组成，包含四个旋翼总成，每个旋翼总成与闭合式机架的两条机臂连接。
如图2闭合式机架及使用其的飞行器主要的结构体包括一对横机臂1，一对纵机臂2及一对设备支撑杆3及四个旋翼总成6。横机臂1的中间安装两个管径转接头4，管径转接头4为三通结构，将设备支撑杆3固定于两条机臂1横之间，设备支撑杆3中部安装四个套环组成设备安装架5。
图3是旋翼总成的结构示意图，旋翼总成结构中主要包括：主要由电机66、旋翼夹座61以及旋翼组成的动力输出***；主要由舵机67、摇臂60、托盘68、连杆69和旋翼夹座61组成的变距***；上管夹62、63和下管夹64、65作为旋翼总成6与机架机臂连接固定的安装结构件。
在矩形闭合式机架飞行器中，每一个旋翼总成6通过上管夹63、63和下管夹64、65与横机臂1、纵机臂2固定，区别于“X”型或“十”字型机架中旋翼总成分别安装于悬臂梁末端，旋翼上的负载变化通过悬臂梁的材料特性来承载，且旋翼总成互相独立，闭合式机架旋翼总成6被横机臂1和纵机臂2两端限位，旋翼上的负载变化由材料与结构共同承载，且闭合式结构将旋翼总成6连接为一个刚体，因此闭合式机架相比“X”型或“十”字型机架具有更小的挠度，更强的抗振动性能。
闭合式机架的结构主体为空心管型材料，但形状不局限为圆柱型管，材料可以为碳纤维、铝合金或玻璃钢等常用航空材料。空心管的内部空心结构用于电机、舵机等电路布线。
闭合式机架及使用其的飞行器采用变距原理，其具体实施例如下：
舵机67与摇臂60铰接，而摇臂60与连杆69下端铰接，连杆69的上端与托盘68连接，旋翼夹座61通过吊耳与托盘68铰接。进行变距控制时，舵机67转动带动摇臂60旋转，摇臂60旋转驱动连杆69上下进动，与连杆69连接的托盘68随连杆69上下进动，使两边旋翼夹座61差动，改变旋翼的迎角，即螺距。
旋翼转速和螺距进行协同控制，以达到更好的飞行性能。
采用闭合式机架的飞行器在不同的实施例中，存在很多衍生型，并不局限于四边形闭合形状和四套旋翼的实现方式。图4-图9公开了采用闭合式机架的飞行器的多种不同实施例，其闭合式结构的形状可以为多边形或圆形等，旋翼组数量若干，典型的实施例中旋翼组数量为4、6、8等。由于飞行器结构主要由闭合结构来支撑，设备支撑杆3除了承载飞控设备或任务载荷外不承受飞行器结构力，因此其设计较少考虑飞行器结构受力，设备支撑杆3在实施例中也存在多种不同的变形，图4-图9公开了不同的设备支撑杆3的实现方式，其典型的实现形式有：“十”字型设备支撑杆，“工”字型设备支撑杆，“X”型设备支撑杆等。
以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多旋翼飞行器的闭合式机架，其特征在于，所述机架包括依次经过各旋翼的安装位置且构成闭合图形的机臂，还包括位于机臂之间的支撑杆。
2.如权利要求1所述的闭合式机架，其特征在于，所述机臂构成的闭合图形为矩形，所述支撑杆与矩形的边平行，旋翼的安装位置在矩形的顶点。
3.如权利要求2所述的闭合式机架，其特征在于，所述机臂包括一对横机臂，一对纵机臂，所述支撑杆为相互平行的一对，横机臂的中间安装两个管径转接头，管径转接头为三通结构，将支撑杆固定于两条横机臂之间，支撑杆中部安装四个套环组成设备安装架。
4.如权利要求1所述的闭合式机架，其特征在于，所述机臂构成的闭合图形为菱形，所述支撑杆位于菱形的对角线上，旋翼的安装位置在菱形的顶点。
5.如权利要求1所述的闭合式机架，其特征在于，所述机臂构成的闭合图形为六边形，旋翼的安装位置在六边形的顶点，所述支撑杆位于六边形的对角线上或者相互平行设置。
6.如权利要求1所述的闭合式机架，其特征在于，所述机臂构成的闭合图形为圆形，所述支撑杆构成三叉形或工字形。
7.如权利要求1所述的闭合式机架，其特征在于，所述机臂构成的闭合图形为鼓形，包括两条直线机臂和两条弧形机臂，所述支撑杆连接在两条直线机臂上之间。
8.如权利要求1-7任一项所述的闭合式机架，其特征在于，闭合式机架的结构主体采用空心管形材料，包括碳纤维、铝合金或玻璃钢。
9.一种包含权利要求1-8任一项闭合式机架的多旋翼飞行器，其中，旋翼驱动电机安装于上下两块安装平板之间；至少两副管夹设置于两块安装平板之间，每副管夹包括上管夹和下管夹，机臂被夹持于上下管夹之间。
10.如权利要求9所述的多旋翼飞行器，其特征在于，变桨距舵机安装于所述下安装板下方；飞行器的电路布线在机臂和/或支撑杆的空心结构内。
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