一种旋轮式无人飞行器的制作方法

1.本发明属于航空无人飞行器技术领域，具体涉及一种旋轮式无人飞行器。


背景技术：

2.无人飞行器能够遥控飞行或自主飞行,具有重量轻、体积小、机动性能好、不受操作人员生理约束和飞行环境限制等优点，在航拍、快递、灾后搜救、数据采集、警力、城市管理、农业、地质、气象、电力、快递、测绘、植保、喷洒农药、测绘、巡线等领域已获得广泛应用。
3.现有无人飞行器从技术角度主要可分为无人固定翼飞机、无人多旋翼飞行器等。
4.无人固定翼飞机具有飞行速度快、续航力长、能耗低的优点，但其起飞降落时需要一定长度的滑行跑道，在空中的机动性较差，无法完成低速飞行和空中悬停等机动动作。
5.无人多旋翼式飞行器可垂直起降、在空中可低速飞行及悬停、回转半径小、机动性较好，但其存在飞行速度低、续航力小、能耗高的缺点。
6.针对现有无人机的上述问题，本发明提出一种新型的旋轮式无人飞行器技术方案，该无人飞行器可以完成垂直起降、空中悬停、空中原地翻转、翻滚和回转等各种机动动作，且具有航速高、航距长、能耗低的优点。


技术实现要素：

7.本发明是为了克服现有无人机技术中的缺陷，提供一种机动性更强，翻转灵活，可在空中以任意姿态飞行的无人飞行器。
8.为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种设有固定翼的旋轮式无人飞行器和装配于所述机身的动力装置，所述动力装置包括一个(组)或多个(组)旋轮组件。采用一个(组)旋轮组件时，可布置于机身重心之上的位置，使机身始终保持自然平衡状态。安装多个(组)旋轮组件时可对称安装于机身两侧，使机身保持动力平衡。
9.作为本发明的一种优选方案，所述旋轮为旋翼式全向推进器，而旋轮组件则包括驱动电机、中空旋转轴、两个及以上翼片、翼片旋转传动机构及翼片角度控制器。旋翼式全向推进器的工作原理是：转动盘固定在中空旋转轴上并由电机驱动旋转，翼片转动连接在转动盘的四周，转动盘内设有翼片旋转传动机构，翼片角度控制器穿过中空旋转轴可以控制翼片旋转传动机构，使翼片在不同位置时处于不同的角度。当翼片在随转动盘公转时，翼片受控于旋转传动机构进行自转，此时每个翼片受空气动力的影响都会在同一个方向上产生推力。而当角度控制器通过翼片旋转传动机构改变翼片角度时，推力方向随之改变，从而为所述无人飞行器提供任意方向飞行的动力：当旋轮推力向下时，无人飞行器可垂直起飞(包括悬停)；当旋轮产生水平推力时，无人飞行器可水平飞行；当左右旋轮产生水平推力差时，无人飞行器可进行回转飞行(包括原地回转)；当左右旋轮产生垂向推力差时，无人飞行器可进行侧向翻转(包括侧向原地翻转)；当前后旋轮产生垂向推力差时，无人飞行器可完成前后翻转动作(包括原地翻转)；当所有旋轮组件均产生推力差变化时，无人飞行器可完成各种复杂动作；
……
以此类推。而当无人飞行器水平飞行时，固定翼将承担飞行器的大部
或全部重量，从而大大减小了飞行器飞行所消耗的功率。
10.作为本发明的一种优选方案，所述机身两侧安装有固定翼，旋轮可与固定翼相对应布设。
11.作为本发明的一种优选方案，所述固定翼断面呈机翼状，机翼弦长沿机身长度方向布设。
12.作为本发明的一种优选方案，所述旋轮的另一端设有固定挡板，以减少旋翼在空气中的端部绕流，提高升力。挡板与旋翼片端部留有间隙。
13.作为本发明的一种优选方案，所述机身的尾部顶端固设有尾翼。
14.作为本发明的一种优选方案，所述机身的尾部设有一个或一对平衡轮。
15.作为本发明的一种优选方案，所述平衡轮为旋翼式全向推进器。
16.作为本发明的一种优选方案，所述旋翼片设置有四个，等距布设于旋轮上。
17.本发明的有益效果是：
18.1.本发明结构简单，设计巧妙，设置的旋轮其推力方向可以360
°
变化。无人机可根据实际情况，调整旋轮的推力方向，使得无人机可以在任意方向上自由翻转，相对于现有无人固定翼飞机和无人多旋翼式飞行器更加机动灵活；
19.2.本发明通过设置的固定翼在飞行过程中提供的升力，与现有无人多旋翼式飞行器相比可显著降低飞行能耗，提高飞行速度并大大提高其续航力；
20.3.本发明设置的固定翼在飞行过程中提供的升力，使本无人机具有飞行滑翔能力；
21.4.本发明通过在机身尾部设置的尾翼和平衡轮，可以提高无人机飞行的平稳性和机动性。
附图说明
22.图1为本发明实施例旋轮式无人飞行器的主视图。
23.图2为本发明实施例旋轮式无人飞行器的俯视图。
24.图3为本发明实施例旋轮式无人飞行器的侧视图。
25.图4为本发明实施例旋轮式无人飞行器垂直起降的主视图。
26.图5为本发明实施例旋轮式无人飞行器水平前进的主视图。
27.图6为本发明实施例旋轮式无人飞行器水平后退的主视图。
28.图7为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身前翻转的主视图。
29.图8为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身后翻转的主视图。
30.图9为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身右前方倾斜飞行的主视图。
31.图10为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身向左旋转的主视图。
32.图11为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身向右翻滚的主视图。
33.图12为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身左前方倾斜飞行的主视图。
34.图13为本发明实施例旋轮组件结构示意图。
35.图中附图标记：旋翼角度控制器2，中空旋转轴3，转动盘4，基座5，旋翼控制齿轮6，机身31，动力装置32，控制装置33，固定翼34，挡板36，尾翼37，定位腔38，平衡轮39，旋轮组件40，驱动电机41，旋翼片42。
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.实施例：
39.如图1
‑
3所示，本实施例提供的无人飞行器，该无人机可以用于空中飞行、悬停，也可以在陆地上起飞或降落。
40.无人飞行器包括机身31及装配于所述机身31的动力装置32，所述动力装置32包括两个旋轮组件40，所述两个旋轮组件40对称安装于机身31两侧；使得该无人机能够在空中任意姿态飞行。
41.具体的，两个旋轮组件40可以对称水平安装于机身31两侧；旋轮组件40也可以倾斜对称安装于机身31两侧；旋轮组件40能够在控制装置33的控制下，相对机身31转动预定角度。
42.机身31内还布设有控制装置33，该控制装置33能够控制多个旋翼片42相对所述机身31在竖直平面内、水平面上及三维空间内转动，用于为所述无人机在地面上朝各个方向航行提供动力；动力装置32与控制装置33电性连接，所述控制装置33用于为无人机提供行进的动力，控制装置33用于控制无人机执行飞行、起飞或降落等指令。
43.如图13所示，为本实施例中的旋轮组件40为直翼全向推进器，具体的，旋轮组件40包括驱动电机41、中空旋转轴3、转动盘4、多个旋翼片42及旋翼角度控制器2；
44.整个旋轮组件40装配于基座5上，多个旋翼片42转动连接在转动盘4的四周，转动盘4固定在中空旋转轴3上并由驱动电机41驱动旋转；在多个旋翼片42与转动盘4之间连接有旋翼控制齿轮6，旋翼片42在随转动盘4公转的同时，受控于旋翼角度控制器2进行自转。当旋翼片42随转动盘4旋转运动时，每个旋翼片42都会在一个方向上产生推力。当旋翼角度控制器2改变旋翼角度时，推力方向随之迅速改变，从而为所述无人飞行器提供任意方向飞行的动力：当旋轮组件40推力向下时，无人飞行器可垂直起飞(包括悬停)；当旋轮组件40产生水平推力时，无人飞行器可水平飞行；当左右旋轮组件40产生水平推力差时，无人飞行器可进行回转飞行(包括原地回转)；当前后旋轮组件40产生垂向推力差时，无人飞行器可完成前后翻转动作(包括原地翻转)；当所有旋轮组件40均产生推力差变化时，无人飞行器可完成各种复杂动作；
……
以此类推。而当无人飞行器水平飞行时，固定翼装置将承担飞行器的大部或全部重量，从而大大减小了飞行器飞行所消耗的功率。
45.推进器的起动及稳定运行：驱动电机41的输出轴在额定转速下通过转动盘4旋转。从而使推进器在输入转速不变的情况下，推力从零增至最大并推动无人飞行器以最大速度运行，推进器在稳定运行时辅助动力不消耗能量。
46.本发明结构简单，设计巧妙，通过在机身两侧设置旋轮组件，旋轮组件安装于机身
中部两侧，由驱动电机将多个旋翼片输出，相对于已有设计减小了动力部分的转动惯量，提高了结构强度与刚度，增加了可靠性；相对于已有设计增加了安全性能。
47.本实施例中的，旋翼片42设置有四个，等距布设于直翼全向推进器的转动盘上；本发明设置的旋轮组件40，其中，旋翼片的方向可以360
°
旋转，这样我们可以根据实际使用情况，调整旋翼片的旋转方向，使得无人机可以在竖直平面内、水平面上及自由翻转，适用范围广。
48.机身31两侧安装有固定翼34；旋轮组件40与固定翼34相对应布设；具体的，本实施例中，固定翼端部连接有挡板36，挡板36与旋翼片42端部留有间隙；通过设置固定翼34，显著提高机翼强度和刚度，其中，固定翼34除了提供一部分升力外，还承担一部分机身的弯曲力矩，可以减少机身的尺寸和重量。
49.具体的，挡板36的外端面与固定翼34的外端面在同一平面；提高了整体美观度。
50.固定翼34断面呈机翼状，机翼弦长沿机身长度方向布设；其结构设计巧妙，可以提供更大的升力，减少诱导阻力，提高滑翔能力。
51.机身31的尾部顶端固设有尾翼37，尾翼37呈v型结构；机身31的尾部形成有定位腔38，定位腔38内安装有平衡轮39，平衡轮39与尾翼37相对应布设；本发明通过在机身的尾部设置平衡轮和尾翼，可以调整整个机身的平稳性。
52.平衡轮39与旋轮组件40为直翼全向推进器；这样可以通过旋翼片的旋转，利用空气动力，使得整个无人机起飞更加方便，机动性强，翻转灵活。
53.如图4，图7所示，为本实施例提供的无人飞行器垂直起降的主视图；结合附图可知，旋轮组件40的四个旋翼片42；通过控制装置33控制逆时针旋转，最右侧旋翼片42与机身31垂直布设，最左侧旋翼片42与机身31水平布设，上下两端的两个旋翼片42与机身31呈45
°
倾斜角度对称布设。
54.位于机身的尾部的平衡轮39上的旋翼片旋转方向与旋轮组件40的旋翼片相一致，其中，平衡轮39通过控制装置33控制顺时针旋转。
55.如图5所示，为本实施例提供的无人飞行器水平前进的主视图；结合附图可知，旋轮组件40的四个旋翼片42；通过控制装置33控制逆时针旋转，最上端的旋翼片42与机身31水平布设，最下端的旋翼片42与机身31垂直布设，左右两端的两个旋翼片42与机身31呈45
°
倾斜角度对称布设。
56.位于机身的尾部的平衡轮39上的旋翼片旋转方向与旋轮组件40的旋翼片相一致，其中，平衡轮39通过控制装置33控制逆时针旋转。
57.如图6所示，为本实施例提供的无人飞行器水平后退的主视图；结合附图可知，旋轮组件40的四个旋翼片42；通过控制装置33控制顺时针旋转，最上端的旋翼片42与机身31水平布设，最下端的旋翼片42与机身31垂直布设，左右两端的两个旋翼片42与机身31呈45
°
倾斜角度对称布设。
58.位于机身的尾部的平衡轮39上的旋翼片旋转方向与旋轮组件40的旋翼片相一致，其中，平衡轮39通过控制装置33控制顺时针旋转。
59.如图7
‑
8所示，为本实施例提供的旋轮式无人飞行器机身前翻转和后翻转的主视图；结合附图可知，旋轮组件40的四个旋翼片42；通过控制装置33控制逆时针旋转，最上端的旋翼片42与机身31水平布设，最下端的旋翼片42与机身31垂直布设，左右两端的两个旋
翼片42与机身31呈45
°
倾斜角度对称布设。
60.位于机身的尾部的平衡轮39上的旋翼片旋转方向与旋轮组件40的旋翼片相一致，其中，平衡轮39通过控制装置33控制顺时针旋转。
61.如图9所示，为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身右前方倾斜飞行的主视图；结合附图可知，旋轮组件40的四个旋翼片42；通过控制装置33控制逆时针旋转，左下角的旋翼片42与机身31水平布设，右上角的旋翼片42与机身31垂直布设，左上角的旋翼片42与机身31呈45
°
倾斜角度，右下角的旋翼片42与机身31呈135
°
倾斜角度，左上角的旋翼片42与右下角的旋翼片42垂直布设。
62.位于机身的尾部的平衡轮39上的旋翼片旋转方向与旋轮组件40的旋翼片相一致，其中，平衡轮39通过控制装置33控制顺时针旋转。
63.如图10
‑
11所示，为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身向左旋转和向右翻滚的主视图。
64.如图12所示，为本发明实施例旋轮式无人飞行器机身左前方倾斜飞行的主视图；结合附图可知，旋轮组件40的四个旋翼片42；通过控制装置33控制逆时针旋转，左上角的旋翼片42与机身31水平布设，右下角的旋翼片42与机身31垂直布设，左下角的旋翼片42与机身31呈45
°
倾斜角度，右上角的旋翼片42与机身31呈135
°
倾斜角度，左下角的旋翼片42与右上角的旋翼片42垂直布设。
65.位于机身的尾部的平衡轮39上的旋翼片旋转方向与旋轮组件40的旋翼片相一致，其中，平衡轮39通过控制装置33控制顺时针旋转。
66.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
67.尽管本文较多地使用了图中附图标记：旋翼角度控制器2，中空旋转轴3，转动盘4，基座5，旋翼控制齿轮6，机身31，动力装置32，控制装置33，固定翼34，挡板36，尾翼37，定位腔38，平衡轮39，旋轮组件40，驱动电机41，旋翼片42等术语，但并不排除使用其它术语的可能性；使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。