CN107310747A - 一种飞行器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够长时间飞行、载重量大的飞行器，该飞行器含有强度较高的导线，能够满足消防、灭火、救援、运输、娱乐等领域需要。

Description

一种飞行器及其应用

技术领域

本发明属于飞行领域，特别是一种能够长时间飞行、载重量大的飞行器。

背景技术

无人机用途广泛、成本低、效费比好、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便，在现代战争中有着极其重要的作用。在民用领域也广泛用于地图测绘、地质勘测、灾害监测、空中交通管制、边境巡逻监控、通信中继、农药喷洒等领域。因此，近年来，对无人机的研究热度一再升温。

中国发明专利CN 105460206 A公开了一种无人机,包括电池、控制电路组件、多组桨组件及机身,所述桨组件围绕所述机身的周向设置；所述桨组件包括桨臂、桨叶及与所述控制电路组件电连接的电机，各所述桨臂的一端与所述机身铰接；所述无人机还包括与各所述桨臂一一对应的展桨组件，所述桨组件具有折叠状态和展开状态，所述展桨组件将处于折叠状态的所述桨组件展开至展开状态并将所述桨组件保持在展开状态。由此，减少了用于运输的包装结构和减小了存放时所占用的空间体积,同时桨组件是通过电机驱动展开的，无需人工安装。

中国实用新型专利CN205133085U公开了一种消防用载人机，以解决现有技术中消防员救援危险高、物质、人力运输不便和拖延灭火时间的问题。该消防用载人机，包括载人机主体，所述载人机主体包括动力***、载人机构和控制器;所述动力***设置在载人机构上，所述动力***使得整个载人机能够飞行；所述载人机构上设有电钻，所述电钻能够钻墙，使得载人机主体能够被固定在外墙上；所述载人机构上还设有支架，所述支架连接有机械臂，所述机械臂一端与支架连接另一端也设有电钻;所述载人机构上还设有升降装置;所述动力***和电钻皆由控制器控制。通过上述技术，便可很好的解决现有技术中的问题。

无人机主要可以分为固定翼与多旋翼两类。多旋翼相对而言较为灵活，且可以悬停，但是其最大的缺点是其载重量小、飞行时间不长。因为多旋翼无人机一般是采用电池作为能源进行驱动，如果需要载重更大、飞行时间更长，则需要提供更多的电池组，然而，电池组增大之后，又增大了飞机的负载，使得有效载荷的增加非常有限。

中国发明专利CN104691766A公开了一种无人机，包括机身、旋翼主轴及桨夹销轴，同时还包括：发动机，固定于所述机身的内部；所述发动机包括：至少一个气缸，一侧面设置有排气口、缸体，与所述气缸可拆卸式连接；进气阀门，与所述缸体可拆卸式连接，气流从进气阀门流入的方向与尾气从排气口排出的方向所构成的夹角为0°～90°；空气滤清器，固定于所述机身的底部；旋翼连接件，将所述旋翼主轴与所述桨夹销轴活动连接;动平衡部件，套设在所述旋翼主轴上，并与所述桨夹销轴活动连接；本发明解决了或部分解决了传统的发动机因气体燃烧不充分而导致的对无人机飞行作业造成影响的技术缺陷。

该专利的无人机采用了发动机作为动力，这样在一定程度上解决了电池所带来的问题，但是又带来了新的问题：发动机会大大增加无人机的重量，并且燃油也是有重量的。这些都限制了该无人机的载重量与飞行时间，因此目前也一般只能用于农药喷洒等领域，载重十几公斤。

综上所述，当前多旋翼型无人机由于能源问题，载重量小（一般在20公斤以下，绝大多数在10公斤以下）、飞行时间短（一般在一小时以内甚至半小时内），这已经严重限制了无人机在一些重要领域的应用，例如消防、救援、运输、娱乐、载人飞行等领域。

发明内容：

发明目的：本发明提供了一种可以大负载、长时间飞行的飞行器。

我们注意到，在消防、救援、娱乐、运输等领域，需要飞行器的载重量较大，要求最好能够载人，即载重量在30~100公斤以上，并且要求飞行的时间足够长，最好在2小时以上。然而，目前的多旋翼型无人机不能满足这一载重量与飞行时间的要求。固定翼型飞行器由于没有悬停的功能，更不能满足这一要求。

本发明提供一种飞行器，能够将负载轻松提高到30公斤以上，也可以提高到200公斤以上，甚至是数吨以上。这样，飞行器可以满足载人、载多人的要求。

本发明的飞行器，可以轻松将飞行时间从当前的半个时以内提升到几十、几百小时以上，理论上（不考虑出故障）可以一直飞行。这样，飞行器可以有足够的时间进行作业。

本发明的技术方案如下 :

飞行器采用多旋翼型，包括电机、电机上安装的机翼（桨片）、机架、以及控制部件。飞行器接有导线，导线连接到飞行器之外的电源（外接电源）对飞行器供电。所述导线具有较大的强度，可承受大于100N以上的拉力，这可以通过多个方式实现，例如采用较粗的铜线/铜电缆、或者在导线中采用增强体（例如钢丝、钢丝网等）等等。

作为优选，导线的可导电部分的横截面积大于10平方毫米。

作为优选，导线可以承受的负载的质量比飞行器的质量还要大M公斤以上，M的范围是20~5000公斤。

所述导线为可以导电的线形物体，包括但不限于电线或电缆。导线用于连接到外接电源对飞行器进行供电；或者飞行器/飞行器的机架上设置了电源接口，这样也可以通过导线连接到外接电源。

所述的外接电源包含但不限于发电机、民用电（线）或工业用电（线）、电池、交通设备上的电源、建筑上的电源、空中的电源等。根据需要，可以将外接电源直接连接到飞行器，或者在飞行器上安装变压器、进行变压后再使用。

作为优选，电源采用民用或工业用电。

工作时，将导线在高处与外接电源连接，例如屋顶、空中平台等等地方。导线的两端连接除了保证电源与飞行器之间电学的导通之外，还对导线的两端作力学上的固定，以保证当飞行器因故障坠落时，能够被导线拉住。所述的固定包括但不限于将导线或导线中的力学增强体采用绑、系、扎等方式固定或限定在飞行器/飞行器机架、电源所在位置的牢固、可承受导线拉力的地方。然后，飞行器从高处向下飞行，同时不断释放导线，使导线的长度与飞行器的位置相匹配。这样，导线的重量主要由导线自身承受，飞行器只承受很少一部分导线的长度，同时，由于导线的强度高，还能起到防止飞行器坠落的作用。

所述的高处，是指离地面3米以上的地方。

当然，还可以将导线与电源在较低处连接，但是导线经过高处，再连接到飞行器。这样导线仍然能够起到与将导线固定在高处类似的作用。本领域内技术人员根据本发明的方案可以做出的类似变换，也在本发明的保护范围之内。

作为优选，导线还在飞行器的机架上进行固定。

可以采用绕线装置收放导线，以控制导线的长度与飞行器的位置相协调，保证飞行器坠落时能及时拉住，不至于坠落太久后下降速度过快。

所述的绕线装置可以采用手动或机械控制，也可以采用遥控控制。

为了进一步提升飞行器的安全性，可以在飞行器上安装安全绳，安全绳的一头固定在飞行器上；另一头固定在飞行器之外，一般安装在高处。安全绳可以采用刚性材料或弹性材料做成，可以承受的拉力大于100N以上，具体的强度应该能够保证当飞行器发生故障坠落时、安全绳能够将飞行器拉住。这样能保证飞行器及周边的安全。

可以看出，本发明的飞行器工作时的其最低位置可以低于其出发时的位置，或者其工作时的最低位置可以低于外接电源的位置，或者飞行器飞行时的最低高度比导线或线状物的最高点低2米以上。

安全绳绳可以有一根或多根。

作为优选，安全绳采用弹性材料。

飞行器的控制部分，可以利用外接电源直接供电，也可以将外接电源变压后供电，或者采用电池进行供电。飞行器中可以包含备用电源，例如电池组，也可以没有。备用电源用于在紧急情况下对电机进行供电，但是飞行器的动力部分主要或全部采用外部的电源供电。正常情况下采用外接电源供电，一旦由于电源出故障，可以迅速切换到备用电源，以防止飞行器由于电源故障而坠落。

本发明所述的电机可以是直流电机，也可以是交流电机。

在飞行器内部安装了用来测量高度与水平位置变化的仪器，包括但不限于超声波传感器、气压计、GPS等。飞行器内部还设置了惯性测量单元，包括陀螺仪、加速度计传感器及其它控制部件，用来识别自身的飞行状态和相对位移。以保证在GPS信号差的地方仍然能够稳定地控制飞行器的姿态，确保安全。例如室内、山区、高层建筑之间等环境。

在操作模式上，可以采用遥控、飞行器上直接操控两种模式中的一种或两种，这两种模式可以互相切换，以取长补短、确保飞行安全。所述飞行器上直接操控是指人在飞行器上根据操作按钮、手柄或操作界面等直接操控飞行器。例如有的情况下遥控方式可能会存在信号干扰、遮挡等状况，这时采用线控或人工在飞行器上直接操控更加有效。

本发明的飞行器可以安装摄像头之类的监控设备，通过遥控、线控或飞行器上直接操控，可以很方便地监控目标的状况。本发明的飞行器还可以包括落地缓冲***，以降低飞行器降落时的冲击力，所述缓冲***可以是在飞行器的触地部位安装支架或弹性部件，或气垫等等。

本发明的飞行器可以安装载人或载物部件，例如平台、舱体、或其他形式。载物部件可以用来搭载救援用的物品、食品等。在飞行器之上还可以安装其他工具或配件，以满足飞行器在消防、灭火、救援、运输、娱乐等方面的应用。

飞行器上可以设置救援通道，可以是扶梯、桥、或过道等形式，用于连接飞行器与受困人员所在位置，以便让被救人员登陆飞行器。救援通道可以采用可拆卸、折叠或可伸缩的装置，以便需要的时候使用。

为了防止导线、安全绳被桨片碰到，可以采用网罩将桨片罩住，这样，一方面避免了桨片碰到导线、安全绳，一方面还可以保护桨片。

有益的效果：

首先飞行器可以不带电池，或者只带很少的电池，大大减轻了飞行器的重量，并且当增加电机时，电机所增加的功率基本上都可以用来增大拉力；第二，由于外接电源，飞行器的飞行时间可以不受限制；第三，由于没有能源方面带来的困扰，本发明的飞行器可以选用功率大的电机，从而产生非常大的拉力。例如，目前多旋翼无人机所采用的电机一般只能拉起10公斤以下的载荷，绝大多数都在5公斤以下。增大电机的功率时，所需要的电池会更多、也就越重，所以实际能够增加的载重量十分有限。因此，即使是当前载荷比较大的用于喷洒农药的无人机，其载荷一般也就是十几公斤，现在有报道的全球最大载重量的多旋翼型无人机也就是能载重30多公斤。然而，本发明的飞行器可以非常便捷地将飞行器的载重量提升到40公斤以上。例如，选用拉力为80公斤甚至更大的电机，制作一个八轴的旋翼型飞行器，则可以拉起500公斤以上的载荷。使用更功率大的电机，产生的拉力会更大。这样的负载能力使得本发明的飞行器足够胜任一些当前人类迫切希望解决的领域，例如高层建筑灭火、救援等等。并且，这些领域很多时候并不需要飞行器飞行非常远的距离，一般是几百米或一千多米的距离便可以了，非常适合采用本发明的飞行器。第四，由于导线能够承受较大的拉力，且固定在高处，一是避免了飞行器直接跌落到地面造成的后果，是一种安全的设备；二是飞行器可以在比导线/电源接线处更较低的位置飞行，这样，导线的大部分自身重量被导线自身承受，飞行器只需要承受极少部分导线的重量，这样有了更大的负载能力去工作。第五，本发明的成本低，相同载重量的情况下，本发明的成本远远低于其他的飞行器，例如直升机。

在概念上，本发明有两个革新：1. 常规的飞行器在人们的心目中都是往上飞行作业，而本发明的飞行器的主要目标是往下飞行作业，当然，它仍然保留了向上飞行作业的能力；2. 导线一般被人们用来起导电的作用，而本发明中的导线，除了导电之外，还用来受力、维护安全。

为了便于理解本发明，下面提供附图及实施例用于解释本发明，但它们不构成对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的飞行器的结构示意图。该示意图只标出了本发明的飞行器的基本结构，还有不少附属部件未标出，本领域内技术人员可以根据现有技术安装。

附图标记说明：

1- 电机

2- 机架

3- 机翼（桨）

4- 导线

具体实施方式

下面通过结合实施例详细描述本发明的飞行器件。

首先制造机架，在机架上安装电机，将桨片安装到电机上。再安装电调、气压计、GPS模块、陀螺仪、加速度计传感器等飞行控制***、摄像／监控***等。控制***采用电池供电，电机采用外接电源供电，导线采用钢丝增强的铜电缆，可承受的拉力为5000N。将导线的一端在机架上固定之后，再与电调/电机连接；当飞行器工作时，将导线的另一端固定到高处、并连接电源。

以上所述仅是本发明实施方式的一些例子，应当指出：对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种飞行器，其特征在于：该飞行器有可以连接到飞行器之外电源的导线，或者飞行器/飞行器的机架上预留了电源接口、以便于飞行器工作时用导线连接到飞行器之外的电源，并且所述的导线不仅起导电的作用，还可以起到受力的作用、避免飞行器坠落带来的后果。

2.一种可构成如权利要求1所述的飞行器的机架，其特征在于：该机架上连接了可以连接到飞行器之外电源的导线，或者该机架上预留了电源接口、以便于飞行器工作时可以用导线连接到飞行器之外的电源。

3.一种如权利要求1所述的飞行器，其特征在于：该飞行器上有网罩，飞行器的桨片被网罩罩住。

4.一种如权利要求1所述的导线，其特征在于：该导线可承受100N以上的拉力；或者导线的组成部分中除了导电部分、绝缘部分外，还有拉力增强部分，所述拉力增强部分包括但不限于钢丝、钢丝网；或者该导线的可导电部分的横截面积大于10平方毫米。

5.一种如权利要求1所述的导线，其特征在于：该导线可以承受的负载的质量比飞行器的质量还要大M公斤以上，M的范围是20~5000。

6.一种如权利要求1所述的导线，其特征在于：该导线的两端除了连通电源与飞行器之外，还做了固定，使得飞行器搭载M公斤以上的载荷并断电时，导线能够拉住飞行器、避免飞行器坠落到地面，所述的固定包括但不限于将导线或导线中的力学增强部分采用绑、系、扎等方式固定在飞行器/飞行器支架、电源所在位置的牢固或可承受导线拉力的地方，M的范围是20~5000。

7.一种如权利要求1所述的飞行器，其特征在于：该飞行器工作时的最低位置可以低于其出发时的位置，或者其工作时的最低位置可以低于外接电源的位置，或者飞行器飞行时的最低高度比导线或线状物的最高点低2米以上。

8.一种如权利要求1所述的飞行器，其特征在于：该飞行器上连接有安全绳，所述安全绳为带状，能够承受大于100N的拉力。

9.一种如权利要求1所述的飞行器在消防、灭火、救援、运输、娱乐等方面的应用。

10.一种如权利要求1所述的飞行器， 其特征在于：该飞行器安装在高处、或者导线或安全绳经过高处、或者飞行器工作时可被导线或安全绳吊在高处，所述的高处是指离地面3米以上的空中。