CN112455701A - 一种便于控制飞行姿态的飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种便于控制飞行姿态的飞行器，包括机舱，机舱尾部设有用于控制飞行器前行的推进装置，机舱底部设有起落架，机舱内设有动力装置与控制电路板，动力装置与控制电路板电路连接，机舱顶部设有飞行装置以及飞行姿态调节装置，飞行装置以及飞行姿态调节装置分别通过动力装置驱动，飞行装置包括套筒一、传动杆一、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一两侧的旋翼一，套筒一固定于机舱顶部，传动杆一上端固定于转动轴承一，传动杆一下端穿过套筒一，并连接于机舱内的动力装置，动力装置驱动传动杆一在套筒一内作垂直上下往复动作，飞行姿态调节装置包括对称设于飞行装置两侧的第一控制装置与第二控制装置。

Description

一种便于控制飞行姿态的飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，特指一种便于控制飞行姿态的飞行器。

背景技术

飞行器的升力装置是一种基于空气动力学的装置，根据结构可以分为固定翼和旋翼，固定翼飞行器一般具有机身以及对称设置的固定翼，由推进器提供动力以获得较大的飞行速度和机动性。其飞行原理在于固定翼与空气之间存相对的速度，空气与固定翼的各面相互作用产生升力从而使飞机获得飞行能力。固定翼飞行器的缺陷在于不能在空中悬停，需要在跑道上滑行起飞或降落以及机场设施建设的支持。旋翼飞行器如直升机，特点在于起飞时无需跑道，可以在空中悬停，其动力***包括发动机和旋翼，发动机驱动旋翼旋转产生向下的作用力，该作用力即升力克服地球引力使飞机离地飞行。其缺陷在于巡航速度较低，载重量不高，效率较低，但对地面设施的依赖度很少。

自转旋翼机是结合了固定翼和旋翼两种方式的飞行器，其主要结构包括了旋翼、轮式起落架和推进器，推进器驱动自转旋翼机在跑道上滑行，滑行过程中空气与旋翼叶片相互作用，空气可以推动旋翼叶片旋转，而旋翼叶片旋转则相对滑行方向产生作用力，当旋翼叶片的转速足够高时，该作用力使飞机升空从而实现飞行。其优点是对起飞跑道要求较低但仍旧需要滑行距离，而且不能在空中悬停应用范围有限。因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种便于控制飞行姿态的飞行器，有效解决现有技术的不足。

为了实现上述目的，本发明应用的技术方案如下：

一种便于控制飞行姿态的飞行器，包括机舱，机舱尾部设有用于控制飞行器前行的推进装置，机舱底部设有起落架，机舱内设有动力装置与控制电路板，动力装置与控制电路板电路连接，机舱顶部设有飞行装置以及飞行姿态调节装置，飞行装置以及飞行姿态调节装置分别通过动力装置驱动，飞行装置包括套筒一、传动杆一、转动轴承一以及对称固定于转动轴承一两侧的旋翼一，套筒一固定于机舱顶部，传动杆一上端固定于转动轴承一，传动杆一下端穿过套筒一，并连接于机舱内的动力装置，动力装置驱动传动杆一在套筒一内作垂直上下往复动作，飞行姿态调节装置包括对称设于飞行装置两侧的第一控制装置与第二控制装置。

根据上述方案，所述第一控制装置包括套筒二、传动杆二、转动轴承二以及对称固定于转动轴承二两侧的旋翼二，套筒二固定于机舱顶部，传动杆二上端固定于转动轴承二，传动杆二下端穿过套筒二，并连接于机舱内的动力装置，动力装置驱动传动杆二在套筒二内作垂直上下往复动作。

根据上述方案，所述第二控制装置包括套筒三、传动杆三、转动轴承三以及对称固定于转动轴承三两侧的旋翼三，套筒三固定于机舱顶部，传动杆三上端固定于转动轴承三，传动杆三下端穿过套筒三，并连接于机舱内的动力装置，动力装置驱动传动杆三在套筒三内作垂直上下往复动作。

根据上述方案，所述动力装置包括用于驱动飞行装置的第一驱动组件、用于驱动第一控制装置的第二驱动组件以及用于驱动第二控制装置的第三驱动组件，第一驱动组件、第二驱动组件以及第三驱动组件分别电路连接于控制电路板。

根据上述方案，所述第一驱动组件包括连接杆一、曲柄转轮一、传动带一以及驱动电机一，连接杆一上端铰接于飞行装置的传动杆一，连接杆一下端固定于曲柄转轮一，驱动电机一通过传动带一驱动曲柄转轮一转动。

根据上述方案，所述第二驱动组件包括连接杆二、曲柄转轮二、传动带二以及驱动电机二，连接杆二上端铰接于第一控制装置的传动杆二，连接杆二下端固定于曲柄转轮二，驱动电机二通过传动带二驱动曲柄转轮二转动。

根据上述方案，所述第三驱动组件包括连接杆三、曲柄转轮三、传动带三以及驱动电机三，连接杆三上端铰接于第二控制装置的传动杆三，连接杆三下端固定于曲柄转轮三，驱动电机三通过传动带三驱动曲柄转轮三转动。

根据上述方案，所述飞行装置的旋翼一、第一控制装置的旋翼二以及第二控制装置的旋翼三结构相同，其上侧平面为扰流翼面，下侧平面为扇动翼面；扰流翼面由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面和扇动翼面在纵向的投影平面呈非对称结构。

根据上述方案，所述扰流翼面与扇动翼面的前侧缘相互闭合构成前翅缘，扰流翼面与扇动翼面的后侧缘相互闭合构成后翼尾；扰流翼面前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘。

根据上述方案，所述扇动翼面与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

本发明有益效果：

本发明采用这样的结构设置，通过控制电路板控制动力装置驱动飞行装置工作，进而实现带动转动轴承一以及转动轴承一两侧的旋翼一垂直上下往复动作，使旋翼一绕转动轴承一作周向旋转动作，且其旋转速度会随着上下动作越来越快，当到达一定转速时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，以及通过控制电路板控制动力装置驱动飞行姿态调节装置，实现调节飞行器的飞行姿态，其结构简单且紧凑，成本低。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明旋翼剖视图。

图中：1.机舱；2.起落架；3.控制电路板；4.推进装置；6.旋翼一；7.连接杆一；8.转动轴承一；9.传动杆一；10.曲柄转轮一；11.套筒一；12.传动带一；13.驱动电机一；14.转动轴承二；15.旋翼二；16.传动杆二；17.套筒二；18.连接杆二；19.曲柄转轮二；20.传动带二；21.驱动电机二；22.转动轴承三；23.旋翼三；24.传动杆三；25.套筒三；26.连接杆三；27.曲柄转轮三；28.传动带三；29.驱动电机三；30.扰流翼面；31.扇动翼面；32.前翅缘；33.后翼尾。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。

如图1所示，本发明所述一种便于控制飞行姿态的飞行器，包括机舱1，机舱1尾部设有用于控制飞行器前行的推进装置4，机舱1底部设有起落架2，机舱1内设有动力装置与控制电路板3，动力装置与控制电路板3电路连接，机舱1顶部设有飞行装置以及飞行姿态调节装置，飞行装置以及飞行姿态调节装置分别通过动力装置驱动，飞行装置包括套筒一11、传动杆一9、转动轴承一8以及对称固定于转动轴承一8两侧的旋翼一6，套筒一11固定于机舱1顶部，传动杆一9上端固定于转动轴承一8，传动杆一9下端穿过套筒一11，并连接于机舱1内的动力装置，动力装置驱动传动杆一9在套筒一11内作垂直上下往复动作，飞行姿态调节装置包括对称设于飞行装置两侧的第一控制装置与第二控制装置。以上所述构成本发明基本结构。

本发明采用这样的结构设置，通过控制电路板3控制动力装置驱动飞行装置工作，动力装置驱动传动杆一9在套筒一11内作垂直上下往复动作，进而实现带动转动轴承一8以及转动轴承一8两侧的旋翼一6垂直上下往复动作，使旋翼一6绕转动轴承一8作周向旋转动作，且其旋转速度会随着上下动作越来越快，当到达一定转速时，可产生升力，从而起到飞行器垂直起飞的效果，以及通过控制电路板控制动力装置驱动飞行姿态调节装置，实现调节飞行器的飞行姿态，其结构简单且紧凑，成本低。

需要说明的是，第一控制装置与第二控制装置结构相同。

在本实施例中，所述第一控制装置包括套筒二17、传动杆二16、转动轴承二14以及对称固定于转动轴承二15两侧的旋翼二15，套筒二17固定于机舱1顶部，传动杆二16上端固定于转动轴承二15，传动杆二16下端穿过套筒二17，并连接于机舱1内的动力装置，动力装置驱动传动杆二16在套筒二17内作垂直上下往复动作；第二控制装置包括套筒三25、传动杆三24、转动轴承三22以及对称固定于转动轴承三22两侧的旋翼三23，套筒三25固定于机舱1顶部，传动杆三24上端固定于转动轴承三22，传动杆三24下端穿过套筒三25，并连接于机舱1内的动力装置，动力装置驱动传动杆三24在套筒三25内作垂直上下往复动作。采用这样的结构设置，当第一控制装置工作而第二控制装置停止时，即可实现飞行器向第二控制装置方向转动，反之，当第一控制装置停止而第二控制装置工作时，即可实现飞行器向第一控制装置方向转动，或者，当第一控制装置的旋翼二15旋转速度高于第二控制装置的旋翼三23旋转速度时，即可实现飞行器向第二控制装置方向转动，反之，当第一控制装置的旋翼二15旋转速度低于第二控制装置的旋翼三23旋转速度时，即可实现飞行器向第一控制装置方向转动。

需要说明的是，第一控制装置与第二控制装置的工作原理与飞行装置的工作原理相同，只是第一控制装置与第二控制装置整体结构要小于飞行装置，且第一控制装置与第二控制装置对称设于飞行装置的两侧下方。

在本实施例中，所述动力装置包括用于驱动飞行装置的第一驱动组件、用于驱动第一控制装置的第二驱动组件以及用于驱动第二控制装置的第三驱动组件，第一驱动组件、第二驱动组件以及第三驱动组件分别电路连接于控制电路板3。采用这样的结构设置，通过控制电路板3控制不同的驱动组件来控制飞行装置、第一控制装置以及第二控制装置工作，进而实现控制飞行器的飞行以及飞行姿态。

在本实施例中，所述第一驱动组件包括连接杆一7、曲柄转轮一10、传动带一12以及驱动电机一13，连接杆一7上端铰接于飞行装置的传动杆一9，连接杆一7下端固定于曲柄转轮一10，驱动电机一13通过传动带一12驱动曲柄转轮一10转动。采用这样的结构设置，实现第一驱动组件驱动传动杆一9在套筒一11内作垂直上下往复动作的目的。

在本实施例中，所述第二驱动组件包括连接杆二18、曲柄转轮二19、传动带二20以及驱动电机二21，连接杆二18上端铰接于第一控制装置的传动杆二16，连接杆二18下端固定于曲柄转轮二19，驱动电机二21通过传动带二20驱动曲柄转轮二19转动。采用这样的结构设置，实现第二驱动组件驱动传动杆二16在套筒二17内作垂直上下往复动作的目的。

在本实施例中，所述第三驱动组件包括连接杆三26、曲柄转轮三27、传动带三28以及驱动电机三29，连接杆三26上端铰接于第二控制装置的传动杆三24，连接杆三26下端固定于曲柄转轮三27，驱动电机三29通过传动带三28驱动曲柄转轮三27转动。采用这样的结构设置，实现第三驱动组件驱动传动杆三24在套筒三25内作垂直上下往复动作的目的。

如图2所示，所述飞行装置的旋翼一6、第一控制装置的旋翼二15以及第二控制装置的旋翼三23结构相同，其上侧平面为扰流翼面30，下侧平面为扇动翼面31；扰流翼面30由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面30的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，扰流翼面30和扇动翼面31在纵向的投影平面呈非对称结构。采用这样的结构设置，第一驱动组件驱动传动杆一9在套筒一11内作垂直上下往复动作，当旋翼一6在上升时，其扰流翼面30与上方空气相互作用，空气对扰流翼面30前部曲面和后部平滑面之间产生压力差，且该压力差推动旋翼一6向前运动，使旋翼一6以转动轴承一8为中心单向旋转；当旋翼一6在下降时，其扰流翼面31与下方空气相互作用，旋翼一6的旋转运动结合下行运动使扰流翼面31形成矢量攻角C，且该矢量攻角C使扰流翼面31与空气之间产生竖直向上的作用力；旋翼一6将上下往复运动转化为自身的旋转运动，且其旋转速度会随着上下往复动作越来越快，当到达一定转速时，产生升力使飞行装置获得升力实现飞行目的。

在本实施例中，所述扰流翼面30与扇动翼面31的前侧缘相互闭合构成前翅缘32，扰流翼面30与扇动翼面31的后侧缘相互闭合构成后翼尾33；扰流翼面30前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘32。采用这样的结构设置，前翅缘32为曲面从而分别接续扰流翼面30与扰流翼面31的前侧缘，前翅缘32的存在可以提高翼型旋翼的结构强度，且前翅缘32处于旋翼旋转方向的前侧，曲面前翅缘32可以降低旋翼旋转时所受到空气阻力，提高驱动装置的动力转化效率。图示中X方向为翼型结构的弦长方向，图示中Z方向为翼型结构的展长方向。所述扰流翼面30沿X方向截面的轮廓线相对于旋翼的旋转平面呈曲线形，其轮廓线的最高点沿Z方向构成翼展经线H，该翼展经线H处于扰流翼面30的前部曲面上且靠近前翅缘32，从而使扰流翼面30呈前后非对称结构。旋翼在上升时，所述扰流翼面30与上方空气相互作用，空气对扰流翼面30的翼展经线H前后两侧之间产生压力差，且该压力差推动旋翼向前运动，两个旋翼同向作用以转动轴承为中心单向旋转。

在本实施例中，所述扇动翼面31与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。所述旋翼在转动轴承上具有一个攻角C，攻角C以扰流翼面31相对于旋翼的旋转平面进行计算。所述在旋翼启动后上下往复运动，扰流翼面30向上运动，空气流动经过扰流翼面30在翼展经线H前后两侧产生压强差，该压强差对旋翼构成一个向前推动力使旋翼转动，此时，前翅缘32相对空气产生差速从而对旋翼构成阻力，推进力克服阻力则驱动旋翼旋转；所述扰流翼面31向下运动，在旋翼转速很低时，攻角C使空气相对于扰流翼面31作用力基本垂直于旋翼的旋转平面，则下层空气对旋翼向前旋转运动造成阻力很小，由此旋翼可以在上下往复运动一段时间后获得较高的转速。当旋翼转速较高时，扰流翼面31既存在向下运动还存在向前运动，二者叠加形成的矢量运动相对于旋翼旋转平面的矢量角大于攻角C，即旋翼的旋转速度越快扰流翼面31产生的升力更大，通过控制旋翼的上下运动频率可以提高旋翼的转速进而改变旋翼产生的升力。

以上对本发明实施例中的技术方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便于控制飞行姿态的飞行器，包括机舱(1)，所述机舱(1)尾部设有用于控制飞行器前行的推进装置(4)，所述机舱(1)底部设有起落架(2)，其特征在于：

所述机舱(1)内设有动力装置与控制电路板(3)，所述动力装置与控制电路板(3)电路连接，所述机舱(1)顶部设有飞行装置以及飞行姿态调节装置，所述飞行装置以及飞行姿态调节装置分别通过动力装置驱动，所述飞行装置包括套筒一(11)、传动杆一(9)、转动轴承一(8)以及对称固定于转动轴承一(8)两侧的旋翼一(6)，所述套筒一(11)固定于机舱(1)顶部，所述传动杆一(9)上端固定于转动轴承一(8)，所述传动杆一(9)下端穿过套筒一(11)，并连接于机舱(1)内的动力装置，所述动力装置驱动传动杆一(9)在套筒一(11)内作垂直上下往复动作，所述飞行姿态调节装置包括对称设于飞行装置两侧的第一控制装置与第二控制装置。

2.根据权利要求1所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述第一控制装置包括套筒二(17)、传动杆二(16)、转动轴承二(14)以及对称固定于转动轴承二(15)两侧的旋翼二(15)，所述套筒二(17)固定于机舱(1)顶部，所述传动杆二(16)上端固定于转动轴承二(15)，所述传动杆二(16)下端穿过套筒二(17)，并连接于机舱(1)内的动力装置，所述动力装置驱动传动杆二(16)在套筒二(17)内作垂直上下往复动作。

3.根据权利要求1所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述第二控制装置包括套筒三(25)、传动杆三(24)、转动轴承三(22)以及对称固定于转动轴承三(22)两侧的旋翼三(23)，所述套筒三(25)固定于机舱(1)顶部，所述传动杆三(24)上端固定于转动轴承三(22)，所述传动杆三(24)下端穿过套筒三(25)，并连接于机舱(1)内的动力装置，所述动力装置驱动传动杆三(24)在套筒三(25)内作垂直上下往复动作。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述动力装置包括用于驱动飞行装置的第一驱动组件、用于驱动第一控制装置的第二驱动组件以及用于驱动第二控制装置的第三驱动组件，所述第一驱动组件、第二驱动组件以及第三驱动组件分别电路连接于控制电路板(3)。

5.根据权利要求4所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述第一驱动组件包括连接杆一(7)、曲柄转轮一(10)、传动带一(12)以及驱动电机一(13)，所述连接杆一(7)上端铰接于飞行装置的传动杆一(9)，所述连接杆一(7)下端固定于曲柄转轮一(10)，所述驱动电机一(13)通过传动带一(12)驱动曲柄转轮一(10)转动。

6.根据权利要求4所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述第二驱动组件包括连接杆二(18)、曲柄转轮二(19)、传动带二(20)以及驱动电机二(21)，所述连接杆二(18)上端铰接于第一控制装置的传动杆二(16)，所述连接杆二(18)下端固定于曲柄转轮二(19)，所述驱动电机二(21)通过传动带二(20)驱动曲柄转轮二(19)转动。

7.根据权利要求4所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述第三驱动组件包括连接杆三(26)、曲柄转轮三(27)、传动带三(28)以及驱动电机三(29)，所述连接杆三(26)上端铰接于第二控制装置的传动杆三(24)，所述连接杆三(26)下端固定于曲柄转轮三(27)，所述驱动电机三(29)通过传动带三(28)驱动曲柄转轮三(27)转动。

8.根据权利要求1所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述飞行装置的旋翼一(6)、第一控制装置的旋翼二(15)以及第二控制装置的旋翼三(23)结构相同，其上侧平面为扰流翼面(30)，下侧平面为扇动翼面(31)；所述扰流翼面(30)由前部曲面以及后部平滑面连接构成，扰流翼面(30)的前部曲面相对于旋翼的旋转平面向上凸起，所述扰流翼面(30)和扇动翼面(31)在纵向的投影平面呈非对称结构。

9.根据权利要求8所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述扰流翼面(30)与扇动翼面(31)的前侧缘相互闭合构成前翅缘(32)，扰流翼面(30)与扇动翼面(31)的后侧缘相互闭合构成后翼尾(33)；所述扰流翼面(30)前部曲面的最大拱高点所在的翼展经线H靠近前翅缘(32)。

10.根据权利要求8所述的一种便于控制飞行姿态的飞行器，其特征在于：所述扇动翼面(31)与旋翼的旋转平面之间存在攻角C，C的取值范围在-2°～6°之间。

Images