CN207631495U - 一种结合多轴与自转旋翼机的垂直起降快速平飞飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要涉及到无人机领域，特指一种结合多轴与自转旋翼机的垂直起降快速平飞飞行器。它由机身、旋翼、及传动***构成，在机身上设置多个旋翼并在其尾部安装尾推桨，传动***由单马达驱动多轴联动，各部分用齿轮及同步带连接。将多轴与自旋翼飞机的优势结合在一起，研发一种新型无人机，既可以做到在任何地形下垂直起降，又可以拥有续航时间长、不易失速的优点。

Description

一种结合多轴与自转旋翼机的垂直起降快速平飞飞行器

技术领域

本发明主要涉及到无人机领域，特指一种结合多轴与自转旋翼机的垂直起降快速平飞飞行器。

背景技术

随着现代科技的发展，无人机技术成为了时下的热门，无人机航拍、无人机侦查、无人机送货、无人机救灾、无人机灌溉等技术高速发展。随着人们生活娱乐方式的逐渐丰富，多轴无人机也吸引了很多普通大众，因而多轴无人机的市场需求也日益庞大。

传统的多轴无人机最显著的特点是方便垂直起降，却有着续航时间短、一旦操作失误容易导致坠机等缺点。与此相比，自旋翼飞机靠着高速空气流带动旋翼被动获得升力，在飞行过程中并不需要旋翼主动提供升力，因而即使飞机发动机在空中突然熄火，飞机也不会造成失速坠落。因此相比传统多轴无人机来说，自旋翼飞机更加安全、不容易坠机，同时也有着续航时间长的优势；然而自旋翼飞机多以跑道起飞或是弹射起飞为主，无法像多轴无人机那样做到垂直起降，这样的起飞方式对场地有很大限制，比如在一些山区或是人流密集的大城市都很难找到合适起飞场地，这也限制了自旋翼飞机的市场和发挥空间。

作为一个无人机产品，其稳定性和便捷性都是应当考虑的因素。将多轴与自旋翼飞机的优势结合在一起，研发一种新型无人机，既可以做到在任何地形下垂直起降，又可以拥有续航时间长、不易失速的优点，这将使无人机领域向前推进，拥有更大的市场。

实用新型内容

一种结合多轴与自转旋翼机的垂直起降快速平飞飞行器，由机身、旋翼、及传动***构成，其特征在于，在机身上设置多个旋翼并在其尾部安装尾推桨，传动***由单马达驱动多轴联动，各部分用齿轮及同步带连接。

起降时，旋翼连接动力***，使得飞机具有多轴机垂直起降的功能。在飞机平飞过程中，由气流吹动旋翼使旋翼旋转并产生升力，同时也满足了防止失速的要求；尾部的尾推桨则发挥其在自旋翼机上的作用，在平飞过程中提供向前的推力。由于是一个电机驱动，且要实现平飞后的自旋翼飞行，飞行器主要使用带传动来实现旋翼同步。

该垂直起降快速平飞飞行器的旋翼是可变桨距的。

变桨距旋翼可控制其飞行模式。

该垂直起降快速平飞飞行器的机身上有四个可变桨距的旋翼，传动***由单马达驱动四轴联动。机身优选采用四根碳杆构成工字型支架。

飞行器以四轴模式垂直起飞，转为平飞模式后启动尾推桨为动力，旋翼自转提供升力，实现如旋翼机模式的快速平飞。整架飞机的质量尽量小，不断减少机身的材料，当然还要保证整架飞机的牢固，因此选择强度高、密度小的碳杆作为飞机机身连接各个部分。

该垂直起降快速平飞飞行器的机身支架的连接部位用木板加固。

机身采用了四根碳杆构成工字型支架，连接部位用木板加固，使其重量与稳定性达到最优。

本发明主要基于现有的飞行器飞行模式，优化了飞行器结构，使其结合多种飞行器的飞行优点。本发明与现有机型相比具有如下优点：相较于普通固定翼飞机，起飞无需跑道且飞行不会失速，降低飞行风险；相较于直升机有较稳定的平飞姿态，且更加节能；而相较于自旋翼飞机则可以实现垂直起降。其起飞要求低、飞行风险小、飞行状态好、飞行续航强，可以在实际中可应用于载人飞行和载物飞行。

附图说明

图1是机体总图：

1.旋翼组，

2.工字形支架，

3.机架上部，

4.机架下部。

图2是旋翼组图：

1.波箱，

2.齿轮连杆，

3.旋翼头，

4.旋翼片。

图3是波箱图：

1.机臂夹，

2.连接套，

3.波箱轴承板，

4.螺栓，

5.短螺栓，

6.舵机臂连杆架。

图4是旋翼头图：

1.中联，

2.旋翼夹，

3.轴承，

4.短螺栓，

5.连杆，

6.桨距盘。

图5是机架上部图：

1.木质底板(上)，

2.木质地板(下)，

3.碳管架，

4.电机架，

5.碳管，

6.轴承，

7.螺栓，

8.滑槽，

9.螺母，

10.齿轮轴，

11.齿轮轴套垫圈，

12.皮带槽，

13.大齿轮，

14.齿轮轴套。

图6是机架下部图：

1.碳管架，

2.木质底板，

3.碳管，

4.皮带槽，

5.齿轮轴，

6.大齿轮，

7.螺栓。

具体实施方式

下面结合附图说明，对本实用新型的具体实施方式作出说明。

飞行器总体布局采用工字形构架。整架飞机的质量需要尽量小，在不断减少机身的材料的同时，还要保证整架飞机的牢固，因此选择了强度高、密度小的碳杆作为飞机机身连接各个部分，呈“工”字型，并辅以少量层板来保证飞机的牢固。在飞机飞行的过程中，还需要做到四个桨同步旋转，因此用同步带同步轮来实现。虽然这会造成一定的能量损耗，但从整体来看这是性价比相对较高的解决方案。在前期的设计中，利用solidworks对各部分进行分解设计，并进行模拟装配及力学分析，在确定结构的基础上确定了需要使用的具体零部件，使飞行器能进行最优状态完成飞行任务。主要的设计包括机身、旋翼、及传动***。机身采用了四根碳杆构成工字型支架，并用层板进行连接和加固，达到又轻又稳的目的。旋翼利用改装直升机尾旋翼完成，实现变桨距控制其飞行姿态和模式切换，在尾部增设一个尾推桨，在平飞时实现自旋翼飞行。传动***由单马达驱动四轴联动的方式，各部分用齿轮及同步带连接。由于是一个电机驱动，且要实现平飞后的自旋翼飞行，飞行器主要使用带传动来实现旋翼同步。设计机身整体净重在飞行器翼载荷承受范围内。

图1所示的无人机由由四个旋翼组1、工字形支架2、机架上部3、机架下部4四个部分组成。各部分之间由碳管相连。

图2所示的旋翼组由波箱1、齿轮连杆2、旋翼头3以及旋翼片4四个部分组合，其中旋翼片4通过旋翼架夹在旋翼头3上，并保证旋翼片4不能够自由的移动。旋翼头3以及波箱1通过齿轮连杆2相连，其中旋翼头3可以在齿轮连杆2上自由的上下移动，从而调节旋翼的桨距，在齿轮连杆2的底部固定有一个小齿轮槽，该齿轮槽会与皮带相连(图中未画出)，从而保证皮带带动齿轮连杆转动。

图3所示的波箱由机臂夹1、连接套2、波箱轴承板3、螺栓4、短螺栓5、舵机臂连杆架6构成。由连接套2和螺栓4组成的连接杆固定上下两块波箱轴承板3。波箱轴承板3中央的小孔使得齿轮连杆能自由穿过两块波箱轴承板3。波箱轴承板3之间固定了机臂夹1，其中机臂可由短螺栓5调节机臂夹1夹持碳管的松紧，使得碳管架能稳定固定在机臂夹1上。舵机臂连杆6用于固定舵机(图中未画出)。

图4所示的旋翼头由中联1、旋翼夹2、轴承3、短螺栓4、连杆5、桨距盘6六部分组成。其中旋翼夹2通过短螺栓4的松紧固定旋翼片。并且旋翼夹2通过轴承3连接在中联1上，使得两个旋翼夹2都可以自由地以中联1为轴旋转。而旋翼夹2的旋转可以改变旋翼的倾角从而改变旋翼之间的桨距。连杆5分别与桨距盘6和旋翼夹2铰接，使得桨距盘6和旋翼夹2可以分别绕连杆5自由转动。其中桨距盘6还与舵机的舵机臂(图中未画出)相连，舵机臂的转动可以带动桨距盘6在齿轮连杆上上下移动，从而改变旋翼夹2之间的夹角(桨距盘6的上下移动会使旋翼夹2绕中联1转动)，并进一步改变了旋翼之间的桨距。

图5所示的机架上部由木质底板(上)1、木质地板(下)2、碳管架3、电机架4、碳管5、轴承6、螺栓7、滑槽8、螺母9、齿轮轴10、齿轮轴套垫圈11、皮带槽12、大齿轮13、齿轮轴套14所构成。其中木质底板1.2由螺栓7和螺母9固定。碳管架3固定于两木质底板1、2之间，并使得碳管5能穿过整个机架，通过调节螺母9，使得碳管架3能紧密夹持碳管5。电机架4固定于木质底板(上)1，并用来安装电机(图中未画出)。电机将与齿轮轴10上的小齿轮相连，从而电机能带动齿轮轴10转动。大齿轮13固定于齿轮轴10上，并且两齿轮紧密相切，从而主动轮可以带动从动轮旋转。齿轮轴上装有轴承6，该轴承为单向轴承即只能向一个方向旋转。轴承外套有皮带，皮带的另一端套在机架下部对应齿轮的轴承上，从而使得一个主动轮能带动三个从动轮同步地旋转(在旋转时应保证皮带与轴承之间不打滑)。齿轮轴10底部固定有皮带槽(12)，该装置将另一组皮带套接在旋翼组的齿轮连杆底部的齿轮槽和齿轮轴(10)底部的皮带槽(12)之间，从而齿轮的旋转能通过该皮带带动旋翼的旋转。图6所示的机架下部与机架上部结构相似。

Claims (5)

1.一种结合多轴与自转旋翼机的垂直起降快速平飞飞行器，由机身、旋翼、及传动***构成，其特征在于，在机身上设置多个旋翼并在其尾部安装尾推桨，传动***由单马达驱动多轴联动，各部分用齿轮及同步带连接。

2.根据权利要求1所述的垂直起降快速平飞飞行器，其特征在于在机身上设置的旋翼是可变桨距的。

3.根据权利要求2所述的垂直起降快速平飞飞行器，其特征在于机身上设置四个可变桨距的旋翼，传动***由单马达驱动四轴联动。

4.根据权利要求3所述的垂直起降快速平飞飞行器，其特征在于机身采用了四根碳杆构成工字型支架。

5.根据权利要求4所述的垂直起降快速平飞飞行器，其特征在于机身支架的连接部位用木板加固。