CN106114842B - 一种油电混合共轴双旋翼飞行器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种油电混合共轴双旋翼飞行器及其使用方法，浆轴上下分别设有第一、第二支撑盘，第一、第二支撑架分别布置于第一、第二支撑盘上，上桨盘在所述第一支撑架下方套设在所述浆轴上，下桨盘在所述第二支撑架上方套设在所述浆轴上，上旋翼固定在上桨盘上表面，下旋翼固定在下桨盘下表面，用于驱动上、下旋翼的上、下旋翼电机分别通过上、下旋翼电机支撑座固定在上、下浆盘上，用于动力分配的混联式油电混合部件固定在下桨盘上表面，所述混联式油电混合部件动力连接倾斜装置和上、下旋翼电机，布置在上、下桨盘中间的倾斜装置经由球铰链连接到上桨盘，所述倾斜装置致动上桨盘的倾斜幅度大于下桨盘的倾斜幅度。

Description

一种油电混合共轴双旋翼飞行器及其使用方法

技术领域

本发明属于油电混合无人飞行器领域，特别是涉及一种油电混合共轴双旋翼飞行器及其使用方法。

背景技术

现有飞行器大都采用纯电能供给飞行器所需能源，由于锂电池储能有限，导致飞行器的飞行时间短、能效比较低，一旦供能单元能量耗尽或者发动机出现故障时，整台无人机将会面临瘫痪，损坏无人机，轻则花费大量资金维修无人机，重则无人机报废。共轴双旋翼飞行器，两个旋翼上下排列，在同一个轴线上反向旋转，抵消旋翼力矩，保持机体平衡，通过电机转速可以灵活的改变飞行器的姿态和位置。现有可以实现大负载长航时的飞行器大多都为类似直升机飞行器，费用高，外观简单且可以实现大负载的旋翼无人机市场上很匮乏。

专利文献CN205239906公开了一种油电混合动力多旋翼飞行器，主要由上主旋翼(1)、下主旋翼(2)、多旋翼飞行器天线(3)、多旋翼飞行器电控板(4)、电机驱动副旋翼(5)、电机(6)、燃油发动机(7)、转速对偶齿轮箱(8)、化油器(9)、电池(11)、燃油进气风门(12)、输油管(13)、油箱(15)、机臂(16)、上主旋翼轴(18)、下主旋翼套管轴(19)、上伞齿轮(20)、下伞齿轮(21)、转速传感器(22)、发动机排气管(23)、风门控制步进电机(24)构成，由主旋翼和副旋翼共同提供飞行动力，主旋翼提供主要升空动力，副旋翼提供小部分升空动力，主旋翼由上主旋翼(1)和下主旋翼(2)构成，上主旋翼轴(18)从顶端穿过下主旋翼(2)下主旋翼套管轴(19)后与下伞齿轮(21)焊接后在与发动机动力输出轴连接固定，下主旋翼(2)的旋转主轴为下主旋翼套管轴(19)，该套管轴内设空腔，只有上中下3个端面与内部上主旋翼轴(18)有接触，形成约束，使得下主旋翼套管轴(19)与上主旋翼轴(18)能够沿同一轴心线相互独立转动，下主旋翼套管轴(19)与上伞齿轮(20)向上的大端面焊接，上伞齿轮(20)和下伞齿轮(21)之间设有左右伞齿轮，共计四个齿轮，装入转速对偶齿轮箱(8)中，左右伞齿轮转轴与齿轮箱侧壁固定，下伞齿轮(21)下方设置有监测上主旋翼轴(18)转速的转速传感器(22)，齿轮箱体固定在燃油发动机机体上，燃油发动机(7)通过发动机固定托架(14)固定在机臂(16)上，发动机固定托架(14)同时固定油箱(15)，主旋翼转轴穿过多旋翼飞行器的几何中心，油箱(15)的重心位于多旋翼飞行器的几何中心，起落架(17)以多旋翼飞行器的几何中心为轴，轴对称安装。该专利的发动机直接驱动主旋翼提供升力，配合电机驱动的副旋翼，实现飞行器能够被精确操控，同时又具有大载荷长航时的特性。但该专利部件复杂，成本高，且不能调节动力分配，也不能方便地实现无人飞行器的横向和纵向飞行。

专利文献CN105197232A公开的一种油电混动多旋翼无人飞行器包括动力***、锥齿轮传动***、机架、旋翼转动输出轴、旋翼，锥齿轮传动***包括斜齿轮、4个轴，每个轴的均设有输入锥齿轮和输出锥齿轮，动力***和4个轴安装在机架上，轴的输出锥齿轮驱动旋翼转动输出轴，旋翼转动输出轴驱动旋翼，斜齿轮与各轴的输入锥齿轮啮合，所述动力***包括发动机、电机、输出轴、直齿轮，输出轴上安装直齿轮和锥齿轮传动***的斜齿轮，发动机的输出端安装单向轴承并在单向轴承上安装发动机输出齿轮，电机的输出端安装单向轴承并在单向轴承上安装电机输出齿轮，发动机输出齿轮与直齿轮啮合，电机输出齿轮也与直齿轮啮合。该专利通过油电混合动力方式，极大的延长了飞行器的续航时间，但该专利不能调节动力分配，也不能方便地实现无人飞行器的横向和纵向飞行。

专利文献CN204895856公开了一种油电混合动力多旋翼无人飞行器包括机架，所述机架包括中心板架和沿圆周均布连接在中心板架下面的多个起落支腿，在所述中心板架上面安装有发动机并在发动机输出轴上设有主螺旋桨，在所述中心板架四周对称连接有四根辅助臂并在辅助臂外端分别设有由辅桨马达驱动的辅螺旋桨；在辅助臂上分别设有倾斜布置的扰流板，用于抵消发动机的反扭力；在中心板架底面设有负载箱，负载箱内设有电池和油箱，电池与发动机的启动电机和辅桨马达电联接，油箱通过化油器与发动机的进油口连通。该专利在中心板架上面安装有发动机并在发动机输出轴上设有主螺旋桨，通过主螺旋桨可为该飞行器提供飞行的主要升力；通过辅螺旋桨能够辅助主螺旋桨提供辅助升力，使飞行动力充足强劲，但该专利成本高，且不能调节动力分配，也不能方便地实现无人飞行器的横向和纵向飞行。

因此，针对上述问题，本发明专利采用了一种结构简单、成本低、坚固耐用的油电混合共轴双旋翼飞行器。这种共轴双旋翼飞行器机体与动力***的布置方案易于实现与控制，不仅简化了无人机的结构、方便产量化生产、降低成本，而且可以方便地调节动力分配，方便地实现无人飞行器的横向和纵向飞行。本专利采用的混联式油电混合动力***可以达到节省燃料和降低排气污染的目的，并且能够在功能单元能量耗尽或者发动机出现故障时继续飞行，保证无人机安全着陆。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是为飞行器提供一种技术方案，解决传统飞行器飞行时间短，承载能力小的问题。这种共轴双旋翼飞行器机体与动力***的布置方案易于实现与控制，不仅简化了无人机的结构、方便产量化生产、降低成本，而且可以方便地调节动力分配，方便地实现无人飞行器的横向和纵向飞行。油电混合动力***，可以达到节省燃料和降低排气污染的目的，并且能够在功能单元能量耗尽或者发动机出现故障时继续飞行，保证无人机安全着陆。电池将转化为电能，节省燃料资源；混联式油电混合部件使电机输出功率增长了1.5倍，同时实现了电源***的高电压化，控制***也得到大幅改进。由此发挥电机和发动机工效的相辅相成之协同效果。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

根据本发明的一方面，一种油电混合共轴双旋翼飞行器，其浆轴上下分别设有第一、第二支撑盘，第一、第二支撑架分别布置于第一、第二支撑盘上，上桨盘在所述第一支撑架下方套设在所述浆轴上，下桨盘在所述第二支撑架上方套设在所述浆轴上，上旋翼固定在上桨盘上表面，下旋翼固定在下桨盘下表面，用于驱动上、下旋翼的上、下旋翼电机分别通过上、下旋翼电机支撑座固定在上、下浆盘)上，用于动力分配的混联式油电混合部件固定在下桨盘上表面，所述混联式油电混合部件动力连接倾斜装置和上、下旋翼电机，布置在上、下桨盘中间的倾斜装置经由球铰链连接到上桨盘，所述倾斜装置致动上桨盘的倾斜幅度大于下桨盘的倾斜幅度。

优选地，所述混联式油电混合部件包括发动机、发电机、动力分离装置和驱动电机。

优选地，所述发动机经由动力分离装置将动力按预定比例分配给发电机、驱动电机以及上、下旋翼电机。

优选地，所述发电机一部分给蓄电池充电，另一部分驱动所述驱动电机和所述上、下旋翼电机。

优选地，所述驱动电机经由减速器驱动所述倾斜装置。

优选地，载物箱布置于下旋翼下方。

优选地，第一、第二支撑架连接机体保护壳，上旋翼、上桨盘、混联式油电混合部件、下桨盘和下旋翼经由第一、第二支撑架布置于机体保护壳内。

优选地，机体保护壳呈现圆桶状。

优选地，第二支撑盘与载物箱通过锁链铰接在一起。

根据本发明的另一方面，一种使用所述的油电混合共轴双旋翼飞行器的方法包括以下步骤。

第一步骤中，启动发动机，所述发动机经由动力分离装置将动力按预定比例分配给发电机、驱动电机以及上、下旋翼电机。

第二步骤中，上、下旋翼电机驱动上、下旋翼旋转，所述驱动电机经由减速器驱动所述倾斜装置。

第三步骤中，所述倾斜装置致动上桨盘的倾斜幅度大于下桨盘的倾斜幅度，上、下桨盘的倾斜带动上、下旋翼倾斜以产生水平横向和纵向的驱动力使共轴双旋翼飞行器实现横向和纵向飞行。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的油电混合共轴双旋翼飞行器的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的油电混合共轴双旋翼飞行器的动力布置示意图；

图3是根据本发明一个实施例的无人飞行器的油电混合共轴双旋翼飞行器的使用方法的步骤示意图。

附图标记列表：

1、上旋翼；2、第一支撑盘；3、第一支撑架；4、上旋翼电机；5、上旋翼电机支撑座；6、上桨盘；7、倾斜装置；8、混联式油电混合部件；9、下旋翼电机；10、第二支撑盘；11、锁链；12、载物箱；13、下旋翼电机支撑座；14、第二支撑架；15、下旋翼；16、下桨盘；17、机体保护壳；18、发动机；19、发电机；20、驱动电机；21、减速器；22、蓄电池；23、动力分离装置。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明的一个实施例的油电混合共轴双旋翼飞行器的结构示意图，本发明实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种油电混合共轴双旋翼飞行器，.油电混合共轴双旋翼飞行器的浆轴上下分别设有第一、第二支撑盘2、10，第一、第二支撑架3、14分别布置于第一、第二支撑盘2、10上，上桨盘6在所述第一支撑架3下方套设在所述浆轴上，下桨盘16在所述第二支撑架14上方套设在所述浆轴上，上旋翼1固定在上桨盘6上表面，下旋翼15固定在下桨盘16下表面，用于驱动上、下旋翼的上、下旋翼电机4、9分别通过上、下旋翼电机支撑座5、13固定在上、下浆盘6、16上，用于动力分配的混联式油电混合部件8固定在下桨盘16上表面，所述混联式油电混合部件8动力连接倾斜装置7和上、下旋翼电机4、9，布置在上、下桨盘6、16中间的倾斜装置7经由球铰链连接到上桨盘6，所述倾斜装置7致动上桨盘6的倾斜幅度大于下桨盘16的倾斜幅度。

实施例中，无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV”(unmanned aerialvehicle)，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人多旋翼飞行器等。

本发明实施例中优选的无人飞行器为双旋翼无人飞行器。这种无人飞行器体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行成本低等。

本发明的油电混合共轴双旋翼飞行器简化了无人机的结构，而且方便产量化生产、降低成本。

在一个实施例，倾斜装置7可以是自动倾斜器，通过动力作用改变桨盘倾角。

图2为本发明的一个实施例的油电混合共轴双旋翼飞行器的动力布置示意图，本发明实施例将结合图2进行具体说明。

如图2所示，所述混联式油电混合部件8包括发动机18、发电机19、动力分离装置23和驱动电机20。所述发动机18经由动力分离装置23将动力按预定比例分配给发电机19、驱动电机20以及上、下旋翼电机4、9。所述发电机19一部分给蓄电池(22)充电，另一部分驱动所述驱动电机(20)和所述上、下旋翼电机(4、9)。所述驱动电机20经由减速器21驱动所述倾斜装置7。

本发明的油电混合共轴双旋翼飞行器利用油电混合动力布置，可以达到节省燃料和降低排气污染的目的。并且能够在功能单元能量耗尽或者发动机出现故障时继续飞行，保证无人机安全着陆。电池将转化为电能，节省燃料资源；混联式油电混合部件使电机输出功率增长了1.5倍，同时实现了电源***的高电压化，控制***也得到大幅改进。由此发挥电机和发动机工效的相辅相成之协同效果。

在一个实施例中，所述驱动电机20经由减速器21驱动所述倾斜装置7。

在一个实施例中，载物箱12布置于下旋翼15下方。

在一个实施例中，第一、第二支撑架3、14连接机体保护壳17，上旋翼1、上桨盘6、混联式油电混合部件8、下桨盘16和下旋翼15经由第一、第二支撑架3、14布置于机体保护壳17内。

在一个实施例中，机体保护壳17呈现圆桶状。

在一个实施例中，第二支撑盘10与载物箱12通过锁链11铰接在一起。

在一个实施例中，无人机的重心位于共轴双旋翼的桨轴延线偏下部，保证飞

行器稳定飞行。

参见图3，根据本发明一个实施例的使用所述的油电混合共轴双旋翼飞行器的方法包括以下步骤。

第一步骤S1中，启动发动机18，所述发动机18经由动力分离装置23将动力按预定比例分配给发电机19、驱动电机20以及上、下旋翼电机4、9。

第二步骤S2中，上、下旋翼电机4、9驱动上、下旋翼旋转，所述驱动电机20经由减速器21驱动所述倾斜装置7。

第三步骤S3中，所述倾斜装置7致动上桨盘6的倾斜幅度大于下桨盘16的倾斜幅度，上、下桨盘6、16的倾斜带动上、下旋翼倾斜以产生水平横向和纵向的驱动力使共轴双旋翼飞行器实现横向和纵向飞行。

使用本发明的油电混合共轴双旋翼飞行器解决了传统飞行器飞行时间短，承载能力小的问题。这种共轴双旋翼飞行器机体与动力***的布置方案易于实现与控制，不仅简化了无人机的结构，而且方便产量化生产、降低成本，可以达到节省燃料和降低排气污染的目的。并且能够在功能单元能量耗尽或者发动机出现故障时继续飞行，保证无人机安全着陆。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (7)

1.一种油电混合共轴双旋翼飞行器，其特征在于：桨轴上下分别设有第一、第二支撑盘(2、10)，第一、第二支撑架(3、14)分别布置于第一、第二支撑盘(2、10)上，上桨盘(6)在所述第一支撑架(3)下方套设在所述桨轴上，下桨盘(16)在所述第二支撑架(14)上方套设在所述桨轴上，上旋翼(1)固定在上桨盘(6)上表面，下旋翼(15)固定在下桨盘(16)下表面，用于驱动上、下旋翼的上、下旋翼电机(4、9)分别通过上、下旋翼电机支撑座(5、13)固定在上、下桨盘(6、16)上，用于动力分配的混联式油电混合部件(8)固定在下桨盘(16)上表面，所述混联式油电混合部件(8)动力连接倾斜装置(7)和上、下旋翼电机(4、9)，布置在上、下桨盘(6、16)中间的倾斜装置(7)经由球铰链连接到上桨盘(6)，所述倾斜装置(7)致动上桨盘(6)的倾斜幅度大于下桨盘(16)的倾斜幅度，所述混联式油电混合部件(8)包括发动机(18)、发电机(19)、动力分离装置(23)和驱动电机(20)，所述发动机(18)经由动力分离装置(23)将动力按预定比例分配给发电机(19)、驱动电机(20)以及上、下旋翼电机(4、9)，第一、第二支撑架(3、14)连接机体保护壳(17)，上旋翼(1)、上桨盘(6)、混联式油电混合部件(8)、下桨盘(16)和下旋翼(15)经由第一、第二支撑架(3、14)布置于机体保护壳(17)内。

2.根据权利要求1所述的油电混合共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述发电机(19)一部分给蓄电池(22)充电，另一部分驱动所述驱动电机(20)和所述上、下旋翼电机(4、9)。

3.根据权利要求1所述的油电混合共轴双旋翼飞行器，其特征在于：所述驱动电机(20)经由减速器(21)驱动所述倾斜装置(7)。

4.根据权利要求1所述的油电混合共轴双旋翼飞行器，其特征在于：载物箱(12)布置于下旋翼(15)下方。

5.根据权利要求1所述的油电混合共轴双旋翼飞行器，其特征在于：机体保护壳(17)呈现圆桶状。

6.根据权利要求1所述的油电混合共轴双旋翼飞行器，其特征在于：第二支撑盘(10)与载物箱(12)通过锁链(11)铰接在一起。

7.一种使用根据权利要求1-6中任一项所述的油电混合共轴双旋翼飞行器的方法，其包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，启动发动机(18)，所述发动机(18)经由动力分离装置(23)将动力按预定比例分配给发电机(19)、驱动电机(20)以及上、下旋翼电机(4、9)；

第二步骤(S2)中，上、下旋翼电机(4、9)驱动上、下旋翼旋转，所述驱动电机(20)经由减速器(21)驱动所述倾斜装置(7)；

第三步骤(S3)中，所述倾斜装置(7)致动上桨盘(6)的倾斜幅度大于下桨盘(16)的倾斜幅度，上、下桨盘(6、16)的倾斜带动上、下旋翼倾斜以产生水平横向和纵向的驱动力使共轴双旋翼飞行器实现横向和纵向飞行。