一种电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器的制作方法

本发明涉及飞行器的技术领域，尤其涉及电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器的技术领域。

背景技术：

多旋翼无人机，是一种具有两个及以上旋翼轴的特殊的无人驾驶直升机。其通过每个轴上的电机转动，带动旋翼，从而产生升推力。旋翼的总距固定，而通过改变不同旋翼之间的相对转速，可以改变单轴推进力的大小，从而控制飞行器的运行轨迹。多旋翼无人机，具有操控性强，可垂直起降和悬停，自由地实现悬停和空间中的自由移动，具有很大的灵活性。主要适用于低空、低速、有垂直起降和悬停要求的任务类型。

比较常见的是四轴飞行器，四轴飞行器又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机，简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构，十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力，从而调整自身姿态。近年来得益于微机电控制技术的发展，稳定的四轴飞行器得到了广泛的关注，应用前景十分可观。

目前的多旋翼无人机的电机和浆叶一般是朝着上方布置，一方面浆叶本身缺少保护，尤其是在降落过程中对飞行器的姿态要求更高；其次浆叶位于机身的上部，为了避免在起飞时产生的向下气流受到机身部件的阻挡，用于延展浆叶的机臂较长，结构复杂，同时空中飞行姿态不便于控制；第三，为了给飞行器在起飞和降落时，提供更好的动力支撑，电池在初始阶段工作时，输出量较大，从而大大降低了飞行器的续航时间。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器，电机倒置安装，底板上圆形洞为空洞，无任何横梁阻挡，系统效率高，续航时间更长。

一种电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器，包括平行布置的顶板、底板，顶板、底板上至少纵向设置四组相互配合的用于浆叶旋转气流流通的圆形洞，位于顶板上的每个圆形洞内均匀布置若干个横梁，每个圆形洞内的横梁相交于圆形洞正中心，每个圆形洞内设置电机，电机的上端部与圆形洞正中心连接，电机的下端部设置浆叶；

位于顶板与底板之间的每组圆形洞之间夹持一个半涵道，每个半涵道的外周布置若干个固定柱，每个固定柱长度方向的两端分别与顶板、底板连接；每个半涵道的高度为浆叶顶端上表面到底板上表面之间的距离；

底板的下部设置若干个减震支架；每个减震支架通过支撑杆分别与顶板、底板连接；

顶板的上端面分别布置飞行器控制电路板、减震板，顶板的下端面设置与电机连接的电子调速器；底板的上端面布置电池，底板的下端面布置光流传感器。

优选的是，本发明的每个半涵道的内径与圆形洞的内径相等。

优选的是，本发明的每个半涵道的纵向截面为梯形，半涵道的外边线与竖直方向夹角为α，α在-60度到60度之间。通过气体动力学原理可以更进一步纠正气流向下的方向，且可以使得向下的气流更加集中，效率更高。

优选的是，本发明每个半涵道的侧壁为曲面，曲线弧度在0到π弧度之间。实现了减小空气摩擦，提高气体效率。

优选的是，本发明的浆叶顶端上表面与半涵道的上表面位于同一水平面上。

优选的是，本发明的每个减震支架包括u形弹片、套筒软垫、支撑杆，套筒软垫套置在u形弹片上，u形弹片的末端分别设置支撑杆。设置的减震支架一方面通过套筒软垫形变进行减震缓冲，另一方面u形弹片的形变也起到减震缓冲的效果。

优选的是，本发明的套筒软垫朝向底板的纵向内侧面与半涵道的纵向内侧面在同一平面上。防止阻挡出气孔上的气流，减少气流分散与损耗，进一步提高了系统效率。

优选的是，本发明的u形弹片与支撑杆的夹角为90度。

优选的是，本发明的横梁为至少3个。设置为3个横梁的目的是因为3个横梁可以让电机高速旋转时相对于顶板晃动及形变更小，以提高系统的稳定性。

优选的是，本发明的固定柱为至少均匀布置的3个。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比具有如下优点：

1、常规的飞行器电机均为正置安装，即：电机装在飞行器底板上，由于底板上有横梁，气流往下流动时会受到横梁的阻挡，因此效率低下。本发明将电机倒置安装，底板上圆形洞为空洞，无任何横梁阻挡，系统效率高，续航时间更长。

2、本发明采用半涵道而不是全涵道，一方面纠正了气流向下流通时为正下方，气流不分散，提高了效率。另一方面半涵道环周上表面与浆叶顶端上表面水平对齐可以让浆叶的进气流来源于四面八方，进气流范围更广，气流噪声更小，进一步提高了系统效率和续航时间。

3、本发明半涵道可以设置为梯形，涵道内壁在竖直方向的投影为斜线，内壁为斜线，上下圆直径不同，涵道外边线与竖直方向夹角为α，α的范围为-60度到60度之间。当上圆直径大于下圆直径的时候角度为正，此时半涵道为喇叭口结构，大喇叭口朝上；当上圆直径小于下圆直径的时候角度为负，此时半涵道依然为喇叭口结构，大喇叭口朝下；当上圆直径等于下圆直径的时候角度为零，半涵道为矩形，涵道内壁在竖直方向的投影为竖直线，内壁为竖直线，此时半涵道为直筒结构。通过气体动力学原理可以更进一步纠正气流向下的方向，且可以使得向下的气流更加集中，效率更高。

4、本发明半涵道的涵道内壁在竖直方向的投影为曲线，内壁为曲面，上下圆直径不同，曲线弧度在0到π弧度之间，可以更进步的减小空气摩擦，提高气体效率。

5、本发明的减震支架一方面通过套筒软垫形变进行减震缓冲，另一方面u形弹片的形变也起到减震缓冲的效果。并且u形弹片可以让减震支架的位置偏离圆形洞的外边缘，防止阻挡出气孔上的气流，减少气流分散与损耗，进一步提高了系统效率。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明组装后的侧视图。

图3是图2的仰视图。

图4是图2的俯视图。

图5是本发明底板1的结构示意图。

图6是本发明顶板2的结构示意图。

图7a是本发明u形弹片6与支撑杆11的组装结构示意图。

图7b是u形弹片6与套筒软垫7的组装结构示意图。

图8a是u形弹片6与支撑杆11之间处于常规状态的位置示意图。

图8b是u形弹片6受力后与支撑杆11之间的位置示意图。

图9是本发明半涵道12的结构示意图。

图10是本发明半涵道、浆叶位置分立图。

图11是本发明半涵道、浆叶位置安装结构图。

图12是本发明半涵道斜面角度示意图。

其中：1、底板，2、顶板，3、电机，4、浆叶，5、电子调速器，6、u形弹片，7、套筒软垫，8、光流传感器，9、圆形洞，10、横梁，11、支撑杆，12、半涵道，13、固定柱，14、半涵道环周上表面，15、减震板，16、飞行器控制电路板，17、电池，18、浆叶顶端上表面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1-12所示，一种电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器，包括平行布置的顶板2、底板1，顶板2、底板1上至少纵向设置四组相互配合的用于浆叶旋转气流流通的圆形洞，位于顶板2上的每个圆形洞内均匀布置若干个横梁，每个圆形洞内的横梁相交于圆形洞正中心，每个圆形洞内设置电机3，电机3的上端部与圆形洞正中心连接，电机3的下端部设置浆叶4；

位于顶板2与底板1之间的每组圆形洞之间夹持一个半涵道12，每个半涵道12的外周布置若干个固定柱13，每个固定柱长度方向的两端分别与顶板2、底板1连接；每个半涵道12的高度为浆叶4的浆叶顶端上表面18到底板1上表面之间的距离；

底板1的下部设置若干个减震支架；每个减震支架通过支撑杆11分别与顶板2、底板1连接；

顶板2的上端面分别布置飞行器控制电路板16、减震板15，顶板2的下端面设置与电机3连接的电子调速器5；底板1的上端面布置电池17，底板1的下端面布置光流传感器8。

本发明的一种电机倒置半涵道多旋翼无人机飞行器，在飞行器底板1上开有四个圆形洞，以供浆叶旋转气流流通。在飞行器顶板2上也开有4个圆形洞，与底板1上圆形洞正对。在顶板2的每个圆形洞上设有n个横梁10，横梁10相交于圆形洞正中心。正中心装有电机3，为减小电机3高速转动时带来的震动，在本实施例中n设为3。电机3倒置安装在顶板2的底部，浆叶4也倒置安装在电机3的轴上。

如图1、图2、图7a、图7b所示，本发明在底板1上装有减震支架，减震支架由u形弹片6、套筒软垫7、支撑杆11组成。套筒软垫7套在u形弹片6上，组装图如图7b所示。减震效果包括两方面：在飞行器降落时由于套筒软垫7先接触地面，因此套筒软垫7起到减震的作用；u形弹片6与支撑杆11垂直连接，在飞行器降落时套筒软垫7触地面发生形变后，u形弹片6也开始发生形变，即：θ由原来的90度变为小于90度，如图8a、图8b所示。这样u形弹片6也起到减震缓冲的作用。通过以上减震作用，可以使得飞行器在降落时候不至于猛烈撞击地面造成设备损坏。设置为u形弹片6的目的还有另一个方面：当减震支架安装在底板1上后，减震支架的位置正好偏离圆形洞9的边缘外侧，避免阻挡圆形洞9里吹出来的气流，减少阻力，提高系统效率，如图1、图2、图3、图4所示。

在底板1的圆形洞9上装有半涵道12。半涵道12的底部安装在底板1的圆形洞9上，与圆形洞9同轴线。在半涵道12的环周外侧设有m个固定柱13，用于固定半涵道。为确保稳定本实施例中m取4。半涵道12的涵道高度h小于底板1到顶板2之间的距离，即：小于支撑杆11的长度。当半涵道12安装完毕后，浆叶顶端上表面18与半涵道环周上表面14正好水平对齐，如图10、图11所示。这样设计带来的有益效果是：设置半涵道一方面可以让浆叶4旋转产生的气流在半涵道的作用下朝正下方流动，减少气流分散，提高效率。另一方面设置半涵道而不是全涵道是因为保证浆叶4的进气流范围更大。设置让浆叶顶端上表面18与半涵道环周上表面14正好水平对齐的目的是为了减小进气流通过浆叶时阻力更小、进气流范围更广、气流噪声更低。解决了现有的全涵道飞行器效率低、气流噪声大的问题。

电路连接：电池17连接飞行器控制电路板16、电子调速器5、光流传感器8。飞行器控制电路板16连接电子调速器5、光流传感器8，电子调速器5连接电机3。

常规的飞行器电机均为正置安装，即：电机装在飞行器底板上，由于底板上有横梁，气流往下流动时会受到横梁的阻挡，因此效率低下。本发明电机倒置安装，底板上圆形洞为空洞，无任何横梁阻挡，系统效率高，续航时间更长。

本发明采用半涵道而不是全涵道，一方面纠正了气流向下流通时为正下方，气流不分散，提高了效率。另一方面半涵道环周上表面与浆叶顶端上表面水平对齐可以让浆叶的进气流来源于四面八方，进气流范围更广，气流噪声更小，进一步提高了系统效率和续航时间。若为全涵道，浆叶的进气流将会受到顶板上横梁的阻挡，系统效率低，续航时间短。

本发明的半涵道结构包括如下形式：

（1）半涵道设置为直筒形状，即涵道上下圆直径相同。

（2）半涵道纵向截面设置为梯形，涵道内壁在竖直方向的投影为斜线，内壁为斜线，上下圆直径不同，如图12所示。涵道外边线与竖直方向夹角为α，α的范围为-60度到60度之间，当上圆直径大于下圆直径的时候角度为正，当上圆直径小于下圆直径的时候角度为负，在本实施例中，α设置为5度。这样设置的目的通过气体动力学原理可以更进一步纠正气流向下的方向，且可以使得向下的气流更加集中，效率更高。

（3）半涵道内壁在竖直方向的投影为曲线，内壁为曲面，上下圆直径不同，如图10、图11所示，曲线弧度在0到π弧度之间，本实施例中将弧度设置为0.1。这样设置的目的可以更进一步的减小空气摩擦，提高气体效率。

如图7a、图7b、图8a、图8b所示，本发明的减震支架一方面通过套筒软垫形变进行减震缓冲，另一方面u形弹片的形变也起到减震缓冲的效果，从图中可以看出，θ从初始位置的90度变成了锐角。并且u形弹片可以让减震支架的位置偏离圆形洞的外边缘，防止阻挡出气孔上的气流，减少气流分散与损耗，进一步提高了系统效率。

如图3、图4所示，本发明设置三个横梁的目的是因为三个横梁可以让电机高速旋转时相对于顶板晃动及形变更小，以提高系统的稳定性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，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。