CN207120885U - 动力装置及单旋翼无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种动力装置及单旋翼无人飞行器。本实用新型的动力装置，包括涵道、主旋翼和至少两个栅格翼，所述主旋翼位于所述涵道内并和所述涵道同轴设置，所述主旋翼用于驱动流体在所述涵道内流动以产生动力，所述栅格翼位于所述主旋翼的一侧，所述栅格翼具有沿所述涵道轴向方向延伸的多个间隔设置的栅格壁，每一所述栅格壁的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，以使所述预定剖面两侧在流经所述栅格翼的流体压差作用下产生升力，所述栅格翼用于在所述升力的作用下形成和所述主旋翼的扭矩反向的力矩。本实用新型能够实现单旋翼稳定飞行，结构简单，便携性较好。

Description

动力装置及单旋翼无人飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器领域，尤其涉及一种动力装置及单旋翼无人飞行器。

背景技术

随着科技的不断进步，无人飞行器等自动设备得到了越来越多的应用。

目前，无人飞行器一般依靠螺旋桨等动力装置产生升力，以供无人飞行器进行飞行和姿态的调节。由于螺旋桨在旋转时，会对无人飞行器的机体产生反向的力矩，为了避免无人飞行器受到螺旋桨的力矩影响，无人飞行器上一般具有多个旋翼，且旋翼对称的设置在无人飞行器的不同方位，以使不同螺旋桨的转矩相互抵消。通常的，无人飞行器一般设置有四个或者更多的旋翼。

然而，由于无人飞行器采用多旋翼方式，导致无人飞行器的体积和重量均较大，不方便运输和携带。

实用新型内容

本实用新型提供一种动力装置及单旋翼无人飞行器，能够实现单旋翼稳定飞行，结构简单，便携性较好。

一方面，本实用新型提供一种动力装置，包括涵道、主旋翼和至少两个栅格翼，主旋翼位于涵道内并和涵道同轴设置，主旋翼用于驱动流体在涵道内流动以产生动力，栅格翼位于主旋翼的一侧，栅格翼具有沿涵道轴向方向延伸的多个间隔设置的栅格壁，每一栅格壁的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，以使预定剖面两侧在流经栅格翼的流体压差作用下产生升力，栅格翼用于在升力的作用下形成和主旋翼的扭矩反向的力矩。

可选的，涵道的轴向位于栅格壁的预定剖面内。

可选的，栅格翼位于涵道的轴心和涵道的内壁之间，并相对于轴心呈中心对称设置。

可选的，栅格翼可转动的设置在涵道内，且栅格翼的旋转轴方向与涵道的轴向垂直。

可选的，栅格翼为四个且相对于涵道的轴心两两相对设置在涵道内，栅格翼均设置在于涵道的轴向垂直的同一平面内，栅格翼分别设置在平面内的四个相互正交的方向上。

可选的，四个栅格翼中存在至少一对可相对于平面旋转，以使栅格翼的升力方向与平面存在夹角的栅格翼.

四个栅格翼中具有一对栅格翼相对于平面旋转时，动力装置绕第一轴转动，第一轴与栅格翼的转动轴线平行；

四个栅格翼中具有两对栅格翼相对于平面旋转时，动力装置在栅格翼形成的力矩与主旋翼的扭矩之差下绕涵道轴向转动。

可选的，栅格壁的预定剖面的两侧边缘形状均为向外凸起的弧形，且两侧边缘具有不同的弧度，以使流经栅格翼的流体在两侧边缘产生压差。

两侧边缘包括第一边缘和第二边缘，第一边缘的凸起方向与主旋翼的旋转方向相同，第二边缘的凸起方向与主旋翼的旋转方向相反，且第一边缘的弧度大于第二边缘的弧度。

可选的，每个栅格翼中的栅格壁均沿涵道的径向相互平行设置。

可选的，每个栅格翼中的栅格壁均相对涵道的径向倾斜排布，且每个栅格翼中的栅格壁相互交错。

可选的，每个栅格翼还包括外部框架，外部框架环绕在栅格壁的外侧。

可选的，外部框架包括第一挡板，第一挡板位于栅格翼的靠近涵道的内壁的一侧，栅格壁的靠近涵道的内壁的一端均与第一挡板连接，外部框架还包括至少一个第二挡板，第二挡板位于栅格翼的靠近涵道的轴心的一侧，第二挡板的第一端与栅格翼中最外侧的栅格壁连接，第二挡板的第二端朝向栅格翼的内侧倾斜设置。

其中，第二挡板的第二端与栅格翼中位于内侧的栅格壁连接；或者，

外部框架还包括第三挡板，第三挡板设置在栅格壁的靠近涵道的轴心的一端，第三挡板的方向与栅格壁的方向垂直，第二挡板的第二端和第三挡板的端部连接。

可选的，栅格翼的展弦比小于或等于3.5。

可选的，动力装置还包括操纵机构，操纵机构与栅格翼连接，用于改变栅格翼的转动角度；操纵机构包括第三连杆和第四连杆，第三连杆的第一端和第四连杆的第一端均相对于涵道固定设置，第三连杆的第二端和第四连杆的第二端分别与栅格翼的相对于栅格翼自身转轴的不同侧连接，第三连杆和第四连杆的长度均可变。

可选的，第三连杆和第四连杆均为记忆合金件，记忆合金件的两端之间的长度能够随记忆合金件的物理状态变化而改变，记忆合金件的物理状态变化包括：记忆合金件受到的作用力变化、记忆合金件的通电状态变化、记忆合金件的温度变化、记忆合金件所处的磁场变化、记忆合金件所受的光照条件变化。

另一方面，本实用新型还提供一种单旋翼无人飞行器，包括机体和如上所述的动力装置。

本实用新型的动力装置包括涵道、主旋翼和至少两个栅格翼，主旋翼位于涵道内并和涵道同轴设置，主旋翼用于驱动流体在涵道内流动以产生动力，栅格翼位于主旋翼的一侧，栅格翼具有沿涵道轴向方向延伸的多个间隔设置的栅格壁，每一栅格壁的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，以使预定剖面两侧在流经栅格翼的流体压差作用下产生升力，栅格翼用于在升力的作用下形成和主旋翼的扭矩反向的力矩。这样通过栅格翼的栅格壁的形状，可以利用流体压差作用而产生可以平衡主旋翼扭矩的升力力矩，使飞行器在采用单旋翼时仍能保持平衡，避免动力装置及飞行器出现旋转等姿态不稳的情况，从而提高飞行器的便携性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的动力装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的动力装置的主视图；

图3是图2中A-A截面的截面示意图；

图4是本实用新型实施例一提供的动力装置的俯视图；

图5是本实用新型实施例一提供的动力装置的受力示意图；

图6是本实用新型实施例一提供的栅格翼的第一种转动位置示意图；

图7是本实用新型实施例一提供的栅格翼位于第一种转动位置时动力装置的结构示意图；

图8是本实用新型实施例一提供的栅格翼的第一种转动位置时动力装置的受力示意图；

图9是本实用新型实施例一提供的栅格翼的第二种转动位置示意图；

图10是本实用新型实施例一提供的栅格翼位于第一种转动位置时动力装置的结构示意图；

图11是本实用新型实施例一提供的栅格壁的预定剖面的结构示意图；

图12是本实用新型实施例一提供的一种栅格翼的结构示意图；

图13是本实用新型实施例一提供的另一种栅格翼的结构示意图；

图14是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的一种可能的结构示意图；

图15是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的另一种可能的结构示意图；

图16是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的第三种可能的结构示意图；

图17是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的第四种可能的结构示意图；

图18是本实用新型实施例一提供的栅格翼的操纵机构的第一种结构示意图；

图19是本实用新型实施例一提供的栅格翼的操纵机构的另一种结构示意图；

图20是本实用新型实施例二提供的一种单旋翼无人飞行器的结构示意图。

附图标记说明：

1—涵道；2—主旋翼；3、3a、3b—栅格翼；4—连接结构；5—操纵机构；11—轴心；12—内壁；31—栅格壁；31a—第一栅格壁；31b—第二栅格壁；32—外部框架；41—轴心体；42—连接臂；311—第一边缘；312—第二边缘；321—第一挡板；322—第二挡板；323—第三挡板；51—第一连杆；52—第二连杆；53—摇摆舵；54—驱动电机；55—第三连杆；56—第四连杆；57—驱动器；T—扭矩；F—升力；F1—竖向分力；F2—横向分力；100—动力装置；200—单旋翼无人飞行器；201—机体；202—摄像机。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型实施例一提供的动力装置的结构示意图。图2是本实用新型实施例一提供的动力装置的主视图。图3是图2中A-A截面的截面示意图。图4是本实用新型实施例一提供的动力装置的俯视图。图5是本实用新型实施例一提供的动力装置的受力示意图。如图1至图5所示，本实施例提供的动力装置，主要应用在飞行器或者潜航器等装置上。动力装置包括涵道1、主旋翼2和至少两个栅格翼3，主旋翼2位于涵道1内并和涵道1同轴设置，主旋翼2用于驱动流体在涵道1内流动以产生动力，栅格翼3位于主旋翼2的一侧，栅格翼3具有沿涵道1轴向方向延伸的多个间隔设置的栅格壁31，每一栅格壁31的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，以使预定剖面两侧在流经栅格翼3的流体压差作用下产生升力，栅格翼3用于在所升力的作用下形成和主旋翼2的扭矩T反向的力矩。

其中，动力装置的主旋翼2设置在涵道1内，并且主旋翼2的转轴方向和涵道1的轴向方向保持一致。由于主旋翼2的外侧设置有涵道1，所以主旋翼2翼尖的气流或液流会被涵道1的内壁所阻隔，从而提高了流体的利用效率，从而会产生更大的推力。主旋翼2可在电机等动力源的驱动下旋转，并利用桨叶驱动流体在涵道1内流动，而流体在流动时即可提供动力，使动力装置本身在流体的反作用力下向相反的方向运动。具体的，主旋翼2所驱动的流体可以为空气等气体，也可以为水等液体。这样在动力装置即可在气流或者水流的作用力下实现移动。相应的，主旋翼2也会根据流体类型的不同而选用相应的翼型。为便于陈述，如无特殊说明，本实施例中均以流体为空气为例进行说明，而动力装置相应的设置在飞行器等装置上。

由于动力装置中只有一个主旋翼2，而当主旋翼2在绕转轴旋转时，会对动力装置相应的产生一个与旋转方向相反的力矩或扭矩T，动力装置就会在该扭矩T的作用下产生绕转轴旋转的趋势，即整个动力装置具有产生自转的趋势。为了消除动力装置的自转趋势，动力装置中还包括有至少两个栅格翼3。栅格翼3位于主旋翼2的一侧，即栅格翼3和主旋翼2位于沿转轴轴向上的不同位置。这样主旋翼2在旋转时，涵道1内产生的气流就会经过栅格翼3的翼面。而栅格翼3具有沿涵道1方向延伸的多个间隔设置的栅格壁31。其中，每一栅格壁31的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，例如和固定翼飞机的机翼剖面形状类似。这样当气流经过栅格壁31时，会沿着栅格壁31的边缘流动，同时因栅格壁31上预定剖面的两侧边缘形状不同而造成气流流过的路径长短不一。而根据伯努利原理，流过路径长的气流会比流过路径短的气流的速度更快，且气流速度与气压呈反向变化的关系。这样预定剖面两侧的气压会不一致，而栅格壁31预定剖面两侧即可在流经栅格翼3的流体压差作用下产生升力，该升力的方向为气压高的一侧朝向气压低的一侧。这样，即可通过设置栅格翼3以及预设剖面边缘的朝向，使栅格翼3在升力的作用下形成和主旋翼2的旋转方向相交甚至垂直的力矩，该力矩或者该力矩的方向和主旋翼2的扭矩T反向，从而可以让动力装置在两个方向相反的力矩作用下平衡，从而避免动力装置自身因主旋翼2的扭矩T而发生绕轴线方向的翻滚和转动。其中，栅格翼3一般设置在主旋翼2的下游或下风侧，这样栅格翼3可以直接利用来自主旋翼2一侧的流体动力，栅格翼3的效率较高。

这样，通过栅格翼3的栅格壁31的形状，在流体压差作用下产生可以平衡主旋翼2扭矩T的升力力矩，使整个动力装置保持平衡。由于栅格翼3所产生的升力来源于主旋翼2所驱动的气流，所以当主旋翼2旋转速度变化而使得主旋翼2的扭矩T相应的发生变化时，栅格翼3所产生的升力也会因为气流速度的变化而产生相应变化，从而始终保证栅格翼3在升力作用下所产生的力矩能够与主旋翼2的扭矩T相平衡，从而避免动力装置产生转动，并保持在稳定的姿态。

可选的，涵道1的轴向可以位于栅格壁31的预定剖面内。这样栅格壁31的预定剖面的剖切方向沿着涵道1的轴向，涵道1中气流经过栅格壁31时，即会从预定剖面的两侧边缘流过，并在两侧边缘产生不一样的流体压力，使栅格壁31在流体压差下产生侧向的升力，该升力方向与涵道1的轴向相交或者垂直，以抵消主旋翼2的扭矩T。

由于栅格翼3所产生的升力是侧向的，为了让栅格翼3的升力力矩能够抵消主旋翼2的扭矩T，栅格翼3具有多个，且多个栅格翼3一般设置在相对于主旋翼2转轴的不同位置。具体的，栅格翼3可以位于涵道1的轴心11和涵道1的内壁12之间，并相对于轴心11呈中心对称设置。这样，栅格翼3在气流作用下所产生的升力会指向涵道1的轴心11的一侧，且升力在栅格翼3上的等效作用点与涵道1的轴心11之间存在距离，即可对涵道1的轴心11产生指向涵道1的轴心11一侧的力矩，该力矩即可用于和主旋翼2的扭矩T进行平衡与抵消。

由于栅格翼3为多个，所以可以通过设置栅格翼3的数量来改变栅格翼3的升力所产生的整体力矩。多个栅格翼3在相对于涵道1的轴心11呈中心对称设置时，栅格翼3中栅格壁11的预定剖面均呈同向排列，以使栅格翼3所产生的升力形成方向一致的力矩。例如，栅格翼3所产生的升力方向所形成的力矩绕涵道1的轴心11均呈顺时针方向旋转，或者是均呈逆时针方向旋转等。而相应的，栅格翼3的升力力矩方向为顺时针时，其匹配的主旋翼2为逆时针方向旋转；而栅格翼3的升力力矩方向为逆时针时，主旋翼2为顺时针方向。

为了设置栅格翼3，动力装置还可以包括连接结构4，连接结构4具有悬空设置在涵道1的轴心11位置的轴心体41，栅格翼3位于轴心体41和涵道1的内壁12之间。这样，位于涵道1的轴心11的轴心体41可以作为栅格翼3或者主旋翼2等结构及部件的安装座或者连接点等。为了减少空气阻力，轴心体41的端部和侧壁一般为流线型。

其中，轴心体41可以具有不同的轴向长度及尺寸。例如，轴心体41的轴向长度可以较短，且轴心体41和栅格翼3位于不同的涵道段内；或者轴心体41的长度也可以较长，且栅格翼31位于轴心体41的侧面。为了便于设置主旋翼2，轴心体41的轴向长度一般较短，且通常位于涵道1的一端。此时，主旋翼2的转轴可以和轴心体41连接，且主旋翼2位于轴心体41和栅格翼3之间，这样，轴心体41、主旋翼2和栅格翼3分别占据了不同的涵道段。其中，轴心体41上可以设置用于驱动主旋翼2转动的电机等。

进一步的，连接结构4还可以包括连接在轴心体41和涵道1之间的连接臂42。连接臂42可以将轴心体41固定在涵道1的轴心11位置，以完成轴心体41的定位和连接，避免轴心体41和涵道1的内壁12发生接触。连接臂42可以相对轴心体41呈轴对称或者中心对称设置，以保证轴心体41在动力装置运行时在各个方向上均能够得到良好的支撑。

为了连接栅格翼3，可以让轴心体41和涵道1的内壁12中的至少一者和栅格翼3连接。具体的，当轴心体41具有较长的长度，并一直沿涵道1的轴向延伸至栅格翼3所在的涵道段时，可以是在轴心体41上设置连接和固定结构，并使栅格翼3和轴心体41连接；此外，当轴心体41较短时，也可以是在涵道1的内壁12上设置连接和固定结构，并让栅格翼3连接在涵道1的内壁12上；或者，也可以使栅格翼3的两端分别与轴心体41以及涵道1的内壁12相连接等。

作为一种可选的实施方式，栅格翼3可转动的设置在涵道1内，且栅格翼3的旋转轴方向与涵道1的轴向垂直。这样，栅格翼3可以通过旋转而改变升力的方向和大小，并相应的提供横向力矩或者旋转力矩，以实现动力装置的姿态调整。

为了便于通过栅格翼3的旋转而实现动力装置的姿态调整，栅格翼3为至少三个，且栅格翼3均设置在于涵道1的轴向垂直的同一平面内。这样多个栅格翼共同提供用于抵消主旋翼2扭矩T的力矩，且由于栅格翼3具有较多的数量，能够通过控制其中一个或者多个栅格翼转动而改变升力的方向和角度，以实现动力装置的姿态调整，而其余的栅格翼仍能够为动力装置提供一定的抗旋转力矩。同时由于栅格翼3均处于和涵道1轴向垂直的同一平面内，栅格翼3在旋转时，其升力也只会相对该平面产生角度的偏转，而不会和其余栅格翼的升力之间构成在该平面之外的力矩，这样栅格翼3旋转时的力矩变化较为简单，便于控制。

当需要利用栅格翼3对动力装置的姿态进行调整时，为了便于控制，作为一种可选的栅格翼设置方式，栅格翼3的数量可以为四个，且栅格翼3相对于涵道1的轴心11两两相对设置在涵道1内，栅格翼3分别设置在平面内的四个相互正交的方向上。此时，从垂直于涵道1轴向方向上看去，四个栅格翼3构成了一个十字形。由于四个栅格翼3两两正交，因此当两两相对的栅格翼3共同旋转时，可以分别从两个相互正交的方向提供升力，并促使动力装置在升力的力矩作用下旋转。这样可以通过设置栅格翼3的位置和方向，使栅格翼3旋转时所产生的升力能够驱动动力装置绕着俯仰轴、偏航轴或者是横滚轴转动，从而实现动力装置的调姿。

具体的，在利用栅格翼3的旋转而使升力偏转，并进而形成用于动力装置进行调姿的力矩时，四个栅格翼中存在至少一对可相对于栅格翼3所在的平面旋转的栅格翼，当栅格翼3旋转时，栅格翼3的升力方向会与四个栅格翼3所在的平面之间存在夹角，从而能够提供偏转的力矩，使动力装置在偏转的力矩的作用下实现转动。

其中，四个栅格翼3中转动的栅格翼不同时，动力装置转动的效果也不相同。图6是本实用新型实施例一提供的栅格翼的第一种转动位置示意图。图7是本实用新型实施例一提供的栅格翼位于第一种转动位置时动力装置的结构示意图。图8是本实用新型实施例一提供的栅格翼的第一种转动位置时动力装置的受力示意图。如图6至图8所示，当四个栅格翼3中具有一对栅格翼3a和3b相对于平面旋转时，栅格翼3a和3b所提供的升力F方向会随之发生偏转，并由原先垂直于涵道1轴向的方向向朝向涵道1轴向的一侧倾斜，且产生旋转的这一对栅格翼3a和3b所形成的升力F的方向朝向相同。此时，发生旋转的栅格翼3a和3b所产生的升力可以分解为沿着涵道1轴向方向的竖向分力F1和垂直于涵道1轴向方向的横向分力F2。由于栅格翼3所在的平面一般与整个飞行器的重心Q之间存在间距L，横向分力F2会相对于重心Q产生一个横向的力矩，从而带动动力装置绕第一轴转动，该第一轴与栅格翼3a以及3b的转动轴线平行，且第一轴经过动力装置或者整个飞行器的重心位置。

其中，相对于平面旋转的栅格翼3a和3b可以是沿着整个飞行器的机头—机尾连线方向，也就是飞行器的正常飞行方向，也可以垂直于飞行器的机头—机尾连线方向。当沿着飞行器机头—机尾连线方向的栅格翼3a和3b产生旋转时，动力装置也会绕着该连线发生旋转，从而绕着横滚轴实现转动调姿；当沿着垂直于飞行器机头—机尾连线方向的栅格翼3a和3b旋转时，动力装置会绕着俯仰轴转动，从而实现俯仰调姿。

图9是本实用新型实施例一提供的栅格翼的第二种转动位置示意图。图10是本实用新型实施例一提供的栅格翼位于第一种转动位置时动力装置的结构示意图。如图9至图10所示，当四个栅格翼3中具有两对栅格翼相对于平面旋转时，此时，四个栅格翼3的升力F均朝向一个方向倾斜，并相应的可以分为不同方向上的分力。由于四个栅格翼3两两对称设置，所以栅格翼3的升力F在垂直于涵道1轴向方向的横向分力F2会相互抵消。但此时由于升力F分为了不同方向上的各个分力，所以原先用于抵消主旋翼2扭矩T的力矩会变小，此时，动力装置会在栅格翼3形成的力矩与主旋翼2的扭矩T之差下绕涵道1的轴向转动，从而实现绕偏航轴的调姿操作。

这样，当动力装置中设置有四个栅格翼3时，四个栅格翼3可以两两相对于所在平面实现转动，从而依靠升力方向的改变而产生不同方向上的力矩，并让动力装置实现绕俯仰轴、横滚轴或者偏航轴转动的调姿操作。

为了驱动栅格翼3转动，动力装置中还可以包括用于驱动栅格翼3转动至不同角度的栅格翼驱动器(图中未示出)。栅格翼驱动器可以包括电机，以及连接在电机和栅格翼3之间的传动机构等。一般的，为了减少重量和空间占用，栅格翼驱动器可以只包括一个电机，且该电机通过传动机构实现和各个栅格翼3之间的传动连接。或者每个栅格翼3均可以设置一个独立的电机实现驱动。

为了通过自身两侧的气流压差产生升力，栅格翼3中栅格壁31的预定剖面也具有相应的形状。图11是本实用新型实施例一提供的栅格壁的预定剖面的结构示意图。如图11所示，具体的，栅格壁31的预定剖面的两侧边缘形状均为向外凸起的弧形，且两侧边缘具有不同的弧度，以使流经栅格翼3的流体在两侧边缘产生压差。此时，栅格壁31的预定剖面和固定翼飞机的机翼剖面形状类似，均具有一侧弧度较小，而另一侧弧度较大的流线型边缘，气流经过栅格壁31时，会先分别从两侧边缘流过，并在两侧边缘之间结合处交汇。当气流从弧度较小，且较为平坦的一侧边缘流过时，该侧边缘的路径较短，气流速度也会较低，且压强较大；当气流从弧度较大的一侧边缘流过时，由于该侧边缘的路径较长，所以气流速度相应的也会较高，致使气流压强较小。这样在预定剖面两侧压强作用下，栅格壁31就会受到朝向弧度较大一侧边缘的升力。

进一步的，预定剖面的两侧边缘包括第一边缘311和第二边缘312，第一边缘311的凸起方向与主旋翼2的旋转方向相同，第二边缘312的凸起方向与主旋翼2的旋转方向相反，且第一边缘311的弧度大于第二边缘312的弧度。由于第一边缘311的弧度大于第二边缘312的弧度，所以栅格壁31所受到的升力方向和第一边缘311的凸起方向相同，从而对动力装置形成了沿该方向的力矩。升力方向和主旋翼2的旋转方向相同时，由于主旋翼2对动力装置的转矩与主旋翼2自身旋转方向相反，所以栅格壁31的升力所形成的力矩方向也会和主旋翼2对动力装置的转矩方向相反，这样栅格壁31所受到的力矩可以和主旋翼2对动力装置的转矩抵消，避免动力装置在扭矩T的作用下发生转动。

此外，预定剖面的两侧边缘也可以为其它形状，例如一侧为平面，而另一侧具有弧度的形状，或者是其它本领域技术人员所熟知的能够产生升力的剖面形状等。只要预定剖面的两侧边缘形状可以使流经的气流形成压差，且边缘形状不会对气流的正常流动造成过多阻碍即可，此处不再赘述。

为了提高栅格壁31的升力利用效率，让单个栅格壁31所产生的升力能够完全用于抵消主旋翼2的扭矩T，每个栅格翼3中的栅格壁31均可沿涵道1的径向相互平行设置。这样栅格壁31所产生的升力的方向与涵道1的径向垂直，因而栅格壁31相对于涵道1的轴心所产生的力矩最大，能够提高单个栅格壁31的气动效率，从而减少栅格壁31的数量和外形尺寸。

同样的，在栅格翼3的布置空间有限的情况下，为了在不增大栅格翼3的尺寸的同时，提高栅格翼3的升力，每个栅格翼3中均可包括有多个栅格壁31，并将多个栅格壁31的升力叠加起来而作为栅格翼3的总体升力，使得栅格翼3的升力大小能够满足要求。

图12是本实用新型实施例一提供的一种栅格翼的结构示意图。如图12所示，作为其中一种栅格翼3的具体设置方式，每个栅格翼3中可以包括至少三个相互平行设置的栅格壁31。这样，栅格翼3中的每个栅格壁31均能够提供一定的升力，多个栅格壁31所提供的升力相互叠加，可以保证单个栅格翼3即使翼面面积较小，也能够提供较大的升力以抵消主旋翼2的转矩。一般的，为了保证升力的叠加效果，多个栅格壁31之间相互平行，这样栅格壁31所提供的升力均朝向相同方向，其叠加后的升力最大。

图13是本实用新型实施例一提供的另一种栅格翼的结构示意图。如图13所示，作为另一种栅格翼3的具体设置方式，每个栅格翼3中的栅格壁31均相对涵道1的径向倾斜排布，且每个栅格翼3中的栅格壁31相互交错。这样，每个栅格翼3中的栅格壁31均和涵道1的径向之间存在一定的夹角，并能够在垂直于涵道1径向的方向提供一定的分力。多个栅格壁31的分力叠加之后，即可作为该栅格3翼所提供的升力。

可选的，当栅格翼3中的栅格壁31相互交错且相对涵道1的径向倾斜排布时，每个栅格翼3中的栅格壁31具体可以包括沿多个沿第一方向设置且相互平行的第一栅格壁31a和多个沿第二方向设置且相互平行的第二栅格壁31b，第一栅格壁31a和第二栅格壁31b相互交错设置，第一方向和第二方向为不同方向。这样，相互交错的第一栅格壁31a和第二栅格壁31b共同围成了网格状结构，且网格状结构中每个网格均呈四边形，在气流通过时均会产生方向与边所垂直的升力。由于网格的四条边形状一般相互对称，所以升力中的一部分分力会部分抵消，而只保留朝向一个方向的分力，这些分力叠加起来即可形成栅格翼的升力。其中，第一方向和第二方向之间可以相互垂直。

而为了改善栅格壁31上的气流状况，同时加强栅格壁31的结构强度，每个栅格翼3还可以包括外部框架32，外部框架32环绕在栅格壁31的外侧。外部框架31能够减少外部气流对栅格壁31的干扰，从而保证栅格翼3中的栅格壁31能够提供足够的升力，同时也能够减少栅格翼3因气流而产生的扰动，提高结构强度和可靠性。

其中，外部框架32同样可以有多种不同的形状和样式。例如，图14是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的一种可能的结构示意图。如图14所示，外部框架32可以包括第一挡板321，第一挡板321位于栅格翼3的靠近涵道1的内壁12的一侧，栅格壁31的靠近涵道1的内壁12的一端均与第一挡板321连接。第一挡板321设置在栅格壁31的靠近涵道1内壁12的端部，可以对气流形成阻挡，避免气流沿着栅格壁31的端部流出，从而保证流过栅格翼3的气流集中于栅格壁31的翼面之上。这样可以提高气流的利用效率，保证栅格翼3能够提供足够抵抗主旋翼2扭矩T的升力。

图15是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的另一种可能的结构示意图。如图15所示，可选的，为了对栅格翼3的另一侧气流进行阻挡，外部框架32还包括至少一个第二挡板322，第二挡板322位于栅格翼3的靠近涵道1的轴心11的一侧，第二挡板322的第一端与栅格翼3中最外侧的栅格壁31连接，第二挡板322的第二端朝向栅格翼3的内侧倾斜设置。这样位于栅格翼3内侧的第二挡板322能够阻挡气流从该侧逃逸，进一步提高了气流的利用效率。其中，第二挡板322的第二端可以悬空设置，也可以与其它结构连接在一起，以提高第二挡板322的结构强度。

图16是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的第三种可能的结构示意图。如图16所示，其中，作为其中一种可选的结构，第二挡板322的第二端与栅格翼3中位于内侧的栅格壁连接。这样第二挡板322的两端和栅格壁31相互连接，能够有效提高结构强度，增强栅格翼3的结构可靠性。

图17是本实用新型实施例一提供的带有外部结构的栅格翼的第四种可能的结构示意图。如图17所示，作为另一种可选的结构，外部框架32还可以包括第三挡板323，第三挡板323设置在栅格壁31的靠近涵道1的轴心1的一端，第三挡板323的方向与栅格壁31的方向垂直，第二挡板322的第二端和第三挡板323的端部连接。

此外，第二挡板322一般均为两个，且两个第二挡板322设置在栅格翼3的相对两侧，以确保栅格翼3中栅格壁31的受力平衡。

可选的，栅格翼3的翼展长大致在40-70mm，弦长在20-70mm，展弦比大致小于3.5，因此该展弦比和现有的栅格翼相比相对较小，能够减小栅格翼3的整体尺寸。

图18是本实用新型实施例一提供的栅格翼的操纵机构的第一种结构示意图。如图18所示，当栅格翼3能够转动时，为了控制栅格翼3旋转，以进行动力装置的整体调姿，动力装置中还包括操纵机构5，操纵机构5与栅格翼3连接，用于改变栅格翼3的转动角度。

具体的，操纵机构5可以通过预设指令或者人工指令进行操控，以改变栅格翼的转动角度。当栅格翼3转向不同的角度时，其升力方向即可随之改变，并通过力矩的改变驱使动力装置产生转动和翻转。为了实现对栅格翼3的操控，操纵机构5相应的也可以具有多种结构形式。

作为操纵结构5的其中一种可选的实施方式，操纵机构5可以包括舵机。舵机一般可由电机等动力源驱动，并在接收外部控制信号时发生转动和摆动。具体的，舵机一般包括第一连杆51、第二连杆52和可摆动的摇摆舵53，第一连杆51的第一端和第二连杆52的第一端分别和摇摆舵53的不同端连接，第一连杆51的第二端和第二连杆52的第二端分别与栅格翼3的相对于栅格翼3自身旋转轴33的不同侧连接。这样摇摆舵53、第一连杆51、第二连杆52和栅格翼3一起构成了一个平行四边形连杆机构。当摇摆舵53产生摇摆时，栅格翼3的相对于自身旋转轴33的两侧即可在第一连杆51和第二连杆52的带动下与摇摆舵53产生同步的摇摆，而栅格翼3的翼面即可转向不同的方向。此时，为了对应驱动不同的栅格翼3，操纵机构包括有多个舵机，且每个舵机与一个栅格翼3相对应，以驱动相应的栅格翼3转动。

为了使舵机产生转动或摇摆，操纵机构5还包括驱动电机54和闭环控制器(图中未示出)，驱动电机54的输出轴和摇摆舵53连接，用于驱动摇摆舵53摆动，闭环控制器用于控制驱动电机54的输出状态。具体的，闭环驱动器可以根据摇摆舵53的摆动状态等其它反馈信息而控制驱动电机54的输出功率和输出角度，以使栅格翼3与当前的气流状态相适应，保证栅格翼3能够正常实现操纵。

图19是本实用新型实施例一提供的栅格翼的操纵机构的另一种结构示意图。如图19所示，作为操纵机构5的另一种可选的实施方式，操纵机构5包括第三连杆55和第四连杆56，第三连杆55的第一端和第四连杆56的第一端均相对于涵道1固定设置，第三连杆55的第二端和第四连杆56的第二端分别与栅格翼3的相对于栅格翼3自身旋转轴33的不同侧连接，第三连杆55和第四连杆56的长度均可变。这样，通过第三连杆55和第四连杆56的长度的变化，即可带动栅格翼3朝向不同方向转动，以产生不同方向的升力。

其中，第三连杆55和第四连杆56可以通过多种不同的方式实现长度的改变，例如第三连杆55和第四连杆56可以由不同连杆段组成，且不同连杆段之间可以通过螺纹或者滑动等方式实现相对移动，从而改变第三连杆55和第四连杆56的整体长度。或者第三连杆55和第四连杆56也可以由长度可变的材料制成，或者本领域技术人员所熟知的杆长改变方式等。

例如，当第三连杆55和第四连杆56均由长度可变的材料制成时，第三连杆55和第四连杆56可以均为记忆合金件，记忆合金件的两端之间的长度能够随记忆合金件的物理状态变化而改变。这样，可以通过控制记忆合金件的物理状态来使记忆合金件产生形变，以改变记忆合金件的长度，从而让第三连杆55和第四连杆56拉动栅格翼3转动。具体的，可以是第三连杆55的长度增加，而第四连杆56的长度缩短，以使栅格翼3朝向第四连杆56转动，也可以是第三连杆55的长度缩短，第四连杆56的长度增加，并使栅格翼3朝向第三连杆55转动等。

具体的，记忆合金件的物理状态变化可以包括如下内容：记忆合金件受到的作用力变化、记忆合金件的通电状态变化、记忆合金件的温度变化、记忆合金件所处的磁场变化或者是记忆合金件所受的光照条件变化等，这样可以通过改变记忆合金件所受到的作用力、通电状态或者是改变记忆合金件的温度、磁场或光照条件等，使记忆合金件发生形变，从而改变其长度。

其中，记忆合金件的物理状态可以根据动力装置所处的环境而自动变化，例如是当动力装置处于空中时，温度下降而导致记忆合金件产生形变，并拉动栅格翼转动等；或者，也可以通过外界主动发出指令，改变记忆合金件的物理状态。

具体的，为了改变记忆合金件的物理状态，操纵机构5还包括驱动器57，驱动器57用于向第三连杆55以及第四连杆56发出可改变记忆合金件的物理状态的信号。一般的，驱动器所发出的信号包括力学信号、电信号、光信号、磁信号或者热信号等。驱动器和记忆合金件之间可以保持接触，也可以为非接触式连接，只要能够保证信号的正常传递即可。

本实施例中，动力装置包括涵道、主旋翼和至少两个栅格翼，主旋翼位于涵道内并和涵道同轴设置，主旋翼用于驱动流体在涵道内流动以产生动力，栅格翼位于主旋翼的一侧，栅格翼具有沿涵道轴向方向延伸的多个间隔设置的栅格壁，每一栅格壁的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，以使预定剖面两侧在流经栅格翼的流体压差作用下产生升力，栅格翼用于在所升力的作用下形成和主旋翼的扭矩反向的力矩。这样通过栅格翼的栅格壁的形状，可以利用流体压差作用而产生可以平衡主旋翼扭矩的升力力矩，使飞行器在采用单旋翼时仍能保持平衡，避免动力装置及飞行器出现旋转等姿态不稳的情况，从而提高飞行器的便携性。

图20是本实用新型实施例二提供的一种单旋翼无人飞行器的结构示意图。本实施例中的单旋翼无人飞行器，可以应用上述实施例一中的动力装置，以在空中进行飞行和调姿等操作。如图20所示，本实施例提供的单旋翼无人飞行器200具体包括机体201和前述实施例一中所述的动力装置100。其中，动力装置100的结构、功能和工作原理均在前述实施例一中进行了详细说明，此处不再赘述。

具体的，单旋翼无人飞行器中200只包括有一个动力装置100，因此为了保证单旋翼无人飞行器200的重心平衡，机体201通常和动力装置100上下连接或者内外嵌套在一起，以避免单旋翼无人飞行器200因重心偏移而产生倾侧等现象。

受限于动力装置100的结构，单旋翼无人飞行器200的机体201一般和动力装置100的涵道1连接。例如机体201可以连接在涵道1的上端、涵道1的下端或者涵道1的外侧等。机体201上可以设置有电池、电子调速器以及摄像机202等机载设备等。

本实施例中，单旋翼无人飞行器具体包括机体和动力装置，其中，动力装置包括涵道、主旋翼和至少两个栅格翼，主旋翼位于涵道内并和涵道同轴设置，主旋翼用于驱动流体在涵道内流动以产生动力，栅格翼位于主旋翼的一侧，栅格翼具有沿涵道轴向方向延伸的多个间隔设置的栅格壁，每一栅格壁的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，以使预定剖面两侧在流经栅格翼的流体压差作用下产生升力，栅格翼用于在所升力的作用下形成和主旋翼的扭矩反向的力矩。这样单旋翼无人飞行器可以通过栅格翼的栅格壁的形状，而产生可以平衡主旋翼扭矩的升力力矩，使单旋翼飞行器飞行时能够保持平衡，同时体积重量均较小，具有较好的便携性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种动力装置，其特征在于，包括涵道、主旋翼和至少两个栅格翼，所述主旋翼位于所述涵道内并和所述涵道同轴设置，所述主旋翼用于驱动流体在所述涵道内流动以产生动力，所述栅格翼位于所述主旋翼的一侧，所述栅格翼具有沿所述涵道轴向方向延伸的多个间隔设置的栅格壁，每一所述栅格壁的预定剖面的两侧边缘具有不同形状，以使所述预定剖面两侧在流经所述栅格翼的流体压差作用下产生升力，所述栅格翼用于在所述升力的作用下形成和所述主旋翼的扭矩反向的力矩。

2.根据权利要求1所述的动力装置，其特征在于，所述涵道的轴向位于所述栅格壁的预定剖面内。

3.根据权利要求2所述的动力装置，其特征在于，所述栅格翼位于所述涵道的轴心和所述涵道的内壁之间，并相对于所述轴心呈中心对称设置。

4.根据权利要求2或3所述的动力装置，其特征在于，所述栅格翼可转动的设置在所述涵道内，且所述栅格翼的旋转轴方向与所述涵道的轴向垂直。

5.根据权利要求4所述的动力装置，其特征在于，所述栅格翼为四个且相对于所述涵道的轴心两两相对设置在所述涵道内，所述栅格翼均设置在于所述涵道的轴向垂直的同一平面内，所述栅格翼分别设置在所述平面内的四个相互正交的方向上。

6.根据权利要求5所述的动力装置，其特征在于，四个所述栅格翼中存在至少一对可相对于所述平面旋转，以使所述栅格翼的升力方向与所述平面存在夹角的所述栅格翼；

四个所述栅格翼中具有一对所述栅格翼相对于所述平面旋转时，所述动力装置绕第一轴转动，所述第一轴与所述栅格翼的转动轴线平行；

四个所述栅格翼中具有两对所述栅格翼相对于所述平面旋转时，所述动力装置在所述栅格翼形成的力矩与所述主旋翼的扭矩之差下绕所述涵道轴向转动。

7.根据权利要求1-3任一项所述的动力装置，其特征在于，所述栅格壁的预定剖面的两侧边缘形状均为向外凸起的弧形，且所述两侧边缘具有不同的弧度，以使流经所述栅格翼的流体在所述两侧边缘产生压差；

所述两侧边缘包括第一边缘和第二边缘，所述第一边缘的凸起方向与所述主旋翼的旋转方向相同，所述第二边缘的凸起方向与所述主旋翼的旋转方向相反，且所述第一边缘的弧度大于所述第二边缘的弧度。

8.根据权利要求1-3任一项所述的动力装置，其特征在于，每个所述栅格翼中的栅格壁均沿所述涵道的径向相互平行设置。

9.根据权利要求8所述的动力装置，其特征在于，每个所述栅格翼中的所述栅格壁均相对所述涵道的径向倾斜排布，且每个所述栅格翼中的所述栅格壁相互交错。

10.根据权利要求1-3任一项所述的动力装置，其特征在于，每个所述栅格翼还包括外部框架，所述外部框架环绕在所述栅格壁的外侧。

11.根据权利要求10所述的动力装置，其特征在于，所述外部框架包括第一挡板，所述第一挡板位于所述栅格翼的靠近所述涵道的内壁的一侧，所述栅格壁的靠近所述涵道的内壁的一端均与所述第一挡板连接，所述外部框架还包括至少一个第二挡板，所述第二挡板位于所述栅格翼的靠近所述涵道的轴心的一侧，所述第二挡板的第一端与所述栅格翼中最外侧的栅格壁连接，所述第二挡板的第二端朝向所述栅格翼的内侧倾斜设置；

其中，所述第二挡板的第二端与所述栅格翼中位于内侧的所述栅格壁连接；或者，

所述外部框架还包括第三挡板，所述第三挡板设置在所述栅格壁的靠近所述涵道的轴心的一端，所述第三挡板的方向与所述栅格壁的方向垂直，所述第二挡板的第二端和所述第三挡板的端部连接。

12.根据权利要求1-3任一项所述的动力装置，其特征在于，所述栅格翼的展弦比小于或等于3.5。

13.根据权利要求4所述的动力装置，其特征在于，还包括操纵机构，所述操纵机构与所述栅格翼连接，用于改变所述栅格翼的转动角度；所述操纵机构包括第三连杆和第四连杆，所述第三连杆的第一端和所述第四连杆的第一端均相对于所述涵道固定设置，所述第三连杆的第二端和所述第四连杆的第二端分别与所述栅格翼的相对于所述栅格翼自身转轴的不同侧连接，所述第三连杆和所述第四连杆的长度均可变。

14.根据权利要求13所述的动力装置，其特征在于，所述第三连杆和所述第四连杆均为记忆合金件，所述记忆合金件的两端之间的长度能够随所述记忆合金件的物理状态变化而改变，所述记忆合金件的物理状态变化包括：所述记忆合金件受到的作用力变化、所述记忆合金件的通电状态变化、所述记忆合金件的温度变化、所述记忆合金件所处的磁场变化、所述记忆合金件所受的光照条件变化。

15.一种单旋翼无人飞行器，其特征在于，包括机体和权利要求1-14任一项所述的动力装置。