本實(shí)用新型涉及多旋翼飛行器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高效多旋翼飛行器。

背景技術(shù)：

多旋翼飛行器是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操控靈活、飛行姿態(tài)穩(wěn)定的飛行器。一般常見(jiàn)的有四軸、六軸、八軸等不同種類。得益于近年來(lái)微機(jī)電、傳感器技術(shù)的發(fā)展，多旋翼飛行器被廣泛應(yīng)用于航模、空中拍攝平臺(tái)等領(lǐng)域。

以最常見(jiàn)X型布局四軸飛行器為例，多旋翼飛行器控制方法一般為：飛控發(fā)出高度控制信號(hào)，所有旋翼同步增減轉(zhuǎn)速，飛控發(fā)出航向控制信號(hào)，處于對(duì)角線的兩組旋翼分別增減轉(zhuǎn)速，飛控發(fā)出俯仰、橫滾控制信號(hào)，相鄰兩組旋翼分別增減轉(zhuǎn)速。

多旋翼飛行器通過(guò)電池提供動(dòng)力。其中，傳感器、處理器、電機(jī)等都需要電池供電，特別是提供動(dòng)力的電機(jī)耗電量最大。局限于目前電池技術(shù)發(fā)展水平，使用電池為動(dòng)力的多旋翼飛行器普遍續(xù)航時(shí)間短、負(fù)載能力小，這大大限制了多旋翼飛行器的性能表現(xiàn)和應(yīng)用領(lǐng)域。為解決多旋翼飛行器續(xù)航時(shí)間短的缺點(diǎn)，人們考慮許多辦法來(lái)提高多旋翼飛行器的續(xù)航時(shí)間，例如：以燃料發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，氣球作為輔助動(dòng)力，利用燃料電池等等。但這些方案都有著這樣那樣的缺點(diǎn)。例如，燃油發(fā)動(dòng)機(jī)方案在震動(dòng)、噪音、響應(yīng)速度、安全性方面有一定缺陷。燃料電池技術(shù)尚不成熟，氣球輔助動(dòng)力體型巨大，受風(fēng)影響較大。

一般來(lái)說(shuō)旋翼尺寸大且以較低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)飛行效率較高，但快速改變轉(zhuǎn)速較困難，靈活性有缺陷。反之旋翼尺寸小且以較高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)飛行效率較低，但靈活性較高。目前的電池動(dòng)力多旋翼飛行器，旋翼一般采用同樣大小尺寸，無(wú)法兼顧大尺寸旋翼的高效與小尺寸旋翼靈活性的優(yōu)點(diǎn)。

多旋翼飛行器是通過(guò)不斷快速調(diào)整各旋翼轉(zhuǎn)速保持飛行器各種飛行姿態(tài)，頻繁變速會(huì)增加電量消耗降低續(xù)航時(shí)間，如果旋翼能夠以恒定速度旋轉(zhuǎn)或盡量減少變速的頻率和幅度會(huì)有效降低能耗，延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

一種高效多旋翼飛行器，包括旋翼機(jī)構(gòu)、起落架、機(jī)艙，機(jī)艙內(nèi)安裝有飛控箱、電池組、負(fù)載艙，其特征在于：

所述旋翼機(jī)構(gòu)包括動(dòng)力旋翼、動(dòng)力旋翼電機(jī)、動(dòng)力旋翼支架、姿態(tài)旋翼、姿態(tài)旋翼電機(jī)、姿態(tài)旋翼支架，

動(dòng)力旋翼由動(dòng)力旋翼電機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)或減速聯(lián)動(dòng)，數(shù)量為兩個(gè)或兩個(gè)以上偶數(shù)個(gè)，每?jī)蓚€(gè)為一組相對(duì)于飛行器垂直中軸線對(duì)稱豎直安裝于動(dòng)力旋翼支架兩端且每?jī)蓚€(gè)為一組分別采用相同尺寸的正槳和反槳；

姿態(tài)旋翼由姿態(tài)旋翼電機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)，數(shù)量為四個(gè)或四個(gè)以上偶數(shù)個(gè)，每?jī)蓚€(gè)為一組相對(duì)于飛行器垂直中軸線對(duì)稱分布且同采用相同尺寸正槳或同采用相同尺寸反槳，所有姿態(tài)旋翼正槳數(shù)量和反槳數(shù)量相等，多組間相互交叉不處于同一條直線上；

動(dòng)力旋翼面積與升力系數(shù)的乘積大于姿態(tài)旋翼，動(dòng)力旋翼電機(jī)最大功率大于姿態(tài)旋翼電機(jī)最大功率；

動(dòng)力旋翼電機(jī)與電調(diào)信號(hào)連接，電調(diào)與遙控器接收器信號(hào)連接，遙控器接收器與遙控器無(wú)線信號(hào)連接，遙控器只向動(dòng)力旋翼電機(jī)傳遞高度控制信號(hào)或動(dòng)力旋翼電機(jī)與電調(diào)信號(hào)連接，電調(diào)與飛控箱信號(hào)連接，飛控箱只向動(dòng)力旋翼電機(jī)傳遞高度控制信號(hào)；

姿態(tài)旋翼電機(jī)與電調(diào)信號(hào)連接，電調(diào)與飛控箱信號(hào)連接，飛控箱向姿態(tài)旋翼電機(jī)傳遞高度、航向、橫滾、俯仰控制信號(hào)。

進(jìn)一步的，動(dòng)力旋翼由動(dòng)力旋翼電機(jī)減速聯(lián)動(dòng)的方式包括通過(guò)減速齒輪組或減速皮帶輪組減速聯(lián)動(dòng)。

進(jìn)一步的，動(dòng)力旋翼電機(jī)KV值小于姿態(tài)旋翼電機(jī)KV值。

進(jìn)一步的，動(dòng)力旋翼采用慢速槳槳型。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的高效多旋翼飛行器具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型的高效多旋翼飛行器，從功能上區(qū)分了提供動(dòng)力的動(dòng)力旋翼和調(diào)整姿態(tài)的姿態(tài)旋翼。為設(shè)計(jì)高效多旋翼飛行器帶來(lái)比較大的自由度。傳統(tǒng)多旋翼飛行器各旋翼功能相同，既承擔(dān)動(dòng)力功能又承擔(dān)姿態(tài)功能，在選用旋翼尺寸和旋翼電機(jī)功率時(shí)受限較多。本實(shí)用新型將動(dòng)力功能和姿態(tài)功能區(qū)分開可以更優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)動(dòng)力與調(diào)整姿態(tài)功能。動(dòng)力旋翼電機(jī)因?yàn)橹欢ㄋ龠\(yùn)轉(zhuǎn)或只參與高度控制不參與航向、俯仰、橫滾姿態(tài)調(diào)整，其轉(zhuǎn)速變化頻率和幅度大大下降，可以采用低速大槳的方法獲得更高力效，節(jié)約電量延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。同理，調(diào)整姿態(tài)的姿態(tài)旋翼則可以通過(guò)小型化，來(lái)實(shí)現(xiàn)更靈活更省電的效果。

2、本實(shí)用新型的高效多旋翼飛行器，動(dòng)力旋翼電機(jī)KV值較低有利于獲得更好的扭矩性能帶動(dòng)尺寸較大的旋翼，獲得更高的力效。姿態(tài)旋翼電機(jī)KV值較高，變速快捷，有利于獲得更好的靈活性。

3、本實(shí)用新型的高效多旋翼飛行器，動(dòng)力旋翼采用慢速槳槳型。慢速槳在低轉(zhuǎn)速下即可實(shí)現(xiàn)較大拉力，能發(fā)揮出較高效率。這類螺旋槳外側(cè)面積較大也較厚實(shí)，槳根較細(xì)。采用慢速槳有利于在低轉(zhuǎn)速下獲得更高力效，節(jié)約耗電量，延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。

結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式后，本實(shí)用新型的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的一種六軸高效多旋翼飛行器的立體圖；

圖2: 為本實(shí)用新型實(shí)施例2的一種八軸高效多旋翼飛行器的示意圖；

其中，

1、動(dòng)力旋翼， 2、動(dòng)力旋翼電機(jī)，3、姿態(tài)旋翼支架，4、姿態(tài)旋翼，5、姿態(tài)旋翼電機(jī)，6、機(jī)艙，61、飛控箱，62、電池組，63、負(fù)載艙，7、起落架，8、動(dòng)力旋翼支架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型予以詳細(xì)描述。

如圖1所示，本實(shí)施例1提供一種高效多旋翼飛行器，在起落架7上裝配連接有機(jī)艙6。機(jī)艙6內(nèi)部安裝有飛控箱61、電池組62、負(fù)載艙63。機(jī)艙6上安裝連接有動(dòng)力旋翼支架8，動(dòng)力旋翼支架8兩端豎直安裝有動(dòng)力旋翼電機(jī)2，動(dòng)力旋翼電機(jī)2的旋轉(zhuǎn)軸上安裝連接動(dòng)力旋翼1。動(dòng)力旋翼數(shù)量是2個(gè)分別采用尺寸相同的正槳和反槳，提供同向拉力時(shí)可以相互抵消對(duì)機(jī)身的扭矩作用。機(jī)艙6上安裝連接有姿態(tài)旋翼支架3，姿態(tài)旋翼支架3外端豎直安裝有姿態(tài)旋翼電機(jī)5，姿態(tài)旋翼電機(jī)5的旋轉(zhuǎn)軸上安裝連接姿態(tài)旋翼4。姿態(tài)旋翼的數(shù)量是4個(gè)，兩兩相對(duì)飛行器垂直中軸線對(duì)稱分布于機(jī)身四周，分別采用尺寸相同的正槳和反槳，同對(duì)角線姿態(tài)旋翼槳型一致。電池組62與飛控箱61經(jīng)導(dǎo)線電連接。動(dòng)力旋翼電機(jī)2、姿態(tài)旋翼電機(jī)5經(jīng)飛控箱61內(nèi)安裝的電調(diào)電連接。動(dòng)力旋翼電機(jī)2、姿態(tài)旋翼電機(jī)5經(jīng)電調(diào)與飛控箱內(nèi)的飛控信號(hào)連接。

高效多旋翼飛行器的主要?jiǎng)恿τ蓜?dòng)力旋翼1提供。動(dòng)力旋翼1尺寸面積大于姿態(tài)旋翼4，動(dòng)力旋翼電機(jī)2最大功率大于姿態(tài)旋翼5的最大功率。較大尺寸的旋翼以較低速度旋轉(zhuǎn)有利于獲得更高的飛行效率。當(dāng)飛行器負(fù)載恒定時(shí)，動(dòng)力旋翼1提供一個(gè)定值拉力等于飛行器總重量，作為主要?jiǎng)恿朔w行器的重力，不參與飛行器、俯仰、橫滾、航向姿態(tài)調(diào)整。飛行器高度、俯仰、橫滾、航向飛行姿態(tài)由四個(gè)姿態(tài)旋翼4負(fù)責(zé)。動(dòng)力旋翼不參與航向、俯仰、橫滾姿態(tài)的控制，在飛行過(guò)程中轉(zhuǎn)速變化的幅度和頻率大大降低，節(jié)約了電力。姿態(tài)旋翼4尺寸面積較小，選用小功率電機(jī)，變速靈活省電。本實(shí)施例四個(gè)姿態(tài)旋翼4控制飛行器姿態(tài)的控制邏輯與傳統(tǒng)四軸飛行器相同，大大降低飛控開發(fā)難度。

下面說(shuō)明具體控制方法：

一、起飛：

步驟1：遙控器向飛控箱61無(wú)線發(fā)出起飛命令。

步驟2：飛控箱61向動(dòng)力旋翼電機(jī)2發(fā)出定速旋轉(zhuǎn)信號(hào)。動(dòng)力旋翼電機(jī)2產(chǎn)生一個(gè)定值升力。這個(gè)升力優(yōu)選為恰好等于飛行器重力。

步驟3：飛控箱61向姿態(tài)旋翼電機(jī)5發(fā)出姿態(tài)調(diào)整命令，包括高度、航向、俯仰、橫滾姿態(tài)調(diào)整信號(hào)。

步驟4：飛行器起飛并升到指定高度。

二、懸停

步驟1：遙控器向飛控箱61發(fā)出懸停信號(hào)。

步驟2：飛控箱61向動(dòng)力旋翼電機(jī)2發(fā)出的定速旋轉(zhuǎn)信號(hào)維持不變，飛控箱61中姿態(tài)傳感器感知懸停狀態(tài)，并向處理器發(fā)出狀態(tài)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)飛控處理器處理后，向姿態(tài)旋翼電機(jī)5發(fā)出高度、航向、俯仰、橫滾姿態(tài)調(diào)整信號(hào)保持懸停。

三、飛行

步驟1：遙控器向飛控箱61發(fā)出飛行信號(hào)，飛行信號(hào)包括前進(jìn)后退，航向旋轉(zhuǎn)，側(cè)飛橫移。

步驟2：飛控箱61向動(dòng)力旋翼電機(jī)2發(fā)出的定速旋轉(zhuǎn)信號(hào)維持不變。飛控箱61向姿態(tài)旋翼電機(jī)5發(fā)出俯仰信號(hào)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退；發(fā)出航向信號(hào)，飛行器自旋實(shí)現(xiàn)航向旋轉(zhuǎn)功能；發(fā)出橫滾信號(hào)飛行器實(shí)現(xiàn)橫飛側(cè)移功能。

四、降落

步驟1：遙控器向飛控箱61發(fā)出降落命令。

步驟2: 飛控箱61向動(dòng)力旋翼電機(jī)2發(fā)出降低高度信號(hào)，動(dòng)力旋翼電機(jī)2旋轉(zhuǎn)減速，產(chǎn)生的升力低于飛行器重力。飛控箱61向姿態(tài)旋翼電機(jī)5發(fā)出控制高度、橫滾、俯仰，航向信號(hào)。飛行器在自身重力和姿態(tài)旋翼電機(jī)5的控制下降低高度實(shí)現(xiàn)降落。

圖2：為本實(shí)用新型實(shí)施例2的一種八軸高效多旋翼飛行器的示意圖。其中四個(gè)A旋翼為動(dòng)力旋翼1，規(guī)格為APC公司14*47，動(dòng)力電機(jī)型號(hào)4008。四個(gè)B旋翼為姿態(tài)旋翼4，規(guī)格為APC公司11*47，姿態(tài)旋翼電機(jī)型號(hào)4004。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和高效性，特進(jìn)行續(xù)航時(shí)間對(duì)比實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)對(duì)比兩臺(tái)樣機(jī)分別為：樣機(jī)1為傳統(tǒng)八軸多旋翼飛行器，樣機(jī)2為本實(shí)用新型八軸高效多旋翼飛行器。

表1：續(xù)航時(shí)間數(shù)據(jù)對(duì)比表

實(shí)驗(yàn)樣機(jī)采用同規(guī)格電池，起飛重量相同。傳統(tǒng)八軸飛行器采用八個(gè)相同尺寸的12*45規(guī)格螺旋槳和相同規(guī)格的電機(jī)。本實(shí)用新型八軸高效多旋翼飛行器四個(gè)動(dòng)力旋翼尺寸面積較大，四個(gè)旋翼電機(jī)功率較大，只負(fù)責(zé)控制飛行器飛行高度。姿態(tài)旋翼負(fù)責(zé)飛行高度。航向、俯仰、橫滾姿態(tài)控制。通過(guò)表1數(shù)據(jù)可以看出在同規(guī)格電池，同樣起飛重量，本實(shí)用新型高效多旋翼飛行器有效延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間50%，進(jìn)一步驗(yàn)證了本實(shí)用新型的有效性和優(yōu)越性。

當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。