動(dòng)力系統(tǒng)及多軸飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有兩個(gè)旋翼共軸線布置的動(dòng)力系統(tǒng)及以該動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)建的多軸飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]多軸飛行器，通常包括機(jī)架及安裝于機(jī)架上一套以上的動(dòng)力系統(tǒng)及控制單元，動(dòng)力系統(tǒng)通常包括一個(gè)以上的旋翼單元，旋翼單元通常包括動(dòng)力裝置及由該動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)的旋翼，其旋翼的槳葉的角度為定值，在飛行過(guò)程中，通過(guò)改變不同旋翼之間的相對(duì)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整飛行器的飛行姿態(tài)。控制單元通常包括檢測(cè)傳感器、控制電路板及電調(diào)，電調(diào)用于調(diào)整旋翼的轉(zhuǎn)速；控制單元用于檢測(cè)飛行器的飛行姿態(tài)及調(diào)控動(dòng)力裝置以控制飛行器的行進(jìn)姿態(tài)、行進(jìn)方向及行進(jìn)速度等。
[0003]公布號(hào)為CN101934858A的專利文獻(xiàn)中公布了一種小型電動(dòng)涵道螺旋槳式智能無(wú)人飛行器，其由涵道、支架、共軸反轉(zhuǎn)旋翼、整流罩、電池、電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制電路和微控制器組成。由于其使用共軸反轉(zhuǎn)式雙旋翼設(shè)計(jì)，兩個(gè)旋翼在共同提供升力的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的反扭矩相互抵消，使飛行器穩(wěn)定地飛行。在飛行過(guò)程中，由于上旋翼與下旋翼的槳徑相同，沿二者的槳根指向槳尖的方向，槳葉上各點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)線速度逐漸增大，從而在鄰近槳根區(qū)域下洗氣流量非常小，由于槳葉形狀沿槳根指向槳尖逐漸變化，在槳葉中部區(qū)域的下洗氣流量最大，當(dāng)上旋翼的轉(zhuǎn)速大于下旋翼時(shí)，上旋翼產(chǎn)生的下洗氣流擊打于下旋翼的槳葉上，引起較大的能量損失；若上旋翼的轉(zhuǎn)速低于下旋翼時(shí)，上旋翼則阻礙了下旋翼的下洗氣流吸入，兩種情形均使飛行器的氣動(dòng)效率降低；即使上旋翼與下旋翼的轉(zhuǎn)速保持一致，當(dāng)上旋翼與下旋翼的槳葉在徑向上重疊時(shí)，上旋翼與下旋翼間將產(chǎn)生較為嚴(yán)重的空氣摩擦，這也降低飛行器的氣動(dòng)效率。此外，等槳徑的上、下旋翼在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中容易產(chǎn)生氣流振動(dòng)噪聲，振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生降低了飛行器的能源利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種有兩個(gè)旋翼共軸線布置的動(dòng)力系統(tǒng)，以提高以該動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)建的多軸飛行器的氣動(dòng)效率；
本發(fā)明的另一目的是提供一種以上述動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)建的飛行器。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述主要目的，本發(fā)明提供一種用于多軸飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)，其包括涵道、第一旋翼單元及第二旋翼單元，第一旋翼單元包括第一旋翼，第二旋翼單元包括第二旋翼；第一旋翼的軸線與第二旋翼的軸線均與涵道的中線共線；第一旋翼與第二旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；第一旋翼及第二旋翼均置于涵道內(nèi)；第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑；第一旋翼用于在第二旋翼的槳根區(qū)域提供下洗氣流，以補(bǔ)充該區(qū)域的下洗氣流量。
[0006]由以上方案可見(jiàn)，由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，使第一旋翼的槳葉的槳尖與涵道的內(nèi)側(cè)壁間保持一定的間距，便于對(duì)其槳葉設(shè)計(jì)及制造；由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，二者槳葉旋轉(zhuǎn)形成的覆蓋面積部分重疊，且第一旋翼的下洗氣流將補(bǔ)充第二旋翼的槳根區(qū)域的氣流量，使第二旋翼的旋轉(zhuǎn)面內(nèi)能產(chǎn)生更多的下洗氣流量，從而提高以該動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)建的多軸飛行器的氣動(dòng)效率。對(duì)于旋翼為槳葉的角度為定值的多軸飛行器，其槳轂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣流阻力比較小，更有利于第一旋翼對(duì)第二旋翼槳根區(qū)域下洗氣流量的補(bǔ)充。此外，由于第一旋翼與第二旋翼的槳徑不同，可有效地降低二者在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的氣流振動(dòng)噪聲。
[0007]具體的方案為第一旋翼的槳徑與第二旋翼的槳徑之比為0.3至0.6。該槳徑比例可以保證兩旋翼的下洗氣流量重疊較少的條件下，確保直徑較小的旋翼提供較充足的下洗氣流，更有利于提高以該動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)建的飛行器的氣動(dòng)效率。
[0008]優(yōu)選方案為第一旋翼位于第二旋翼的上方。第一旋翼位于第二旋翼的上方有利于加速旋翼軸線附近的氣流吸入涵道內(nèi)，有利于提高氣動(dòng)效率。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明提供一種多軸飛行器，其包括機(jī)架及安裝于該機(jī)架上一套以上的動(dòng)力系統(tǒng)，該動(dòng)力系統(tǒng)包括涵道、第一旋翼單元及第二旋翼單元，第一旋翼單元包括第一旋翼，第二旋翼單元包括第二旋翼，第一旋翼的軸線與第二旋翼的軸線均與涵道的中線共線，第一旋翼與第二旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；第一旋翼及第二旋翼均置于涵道內(nèi)；第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑；第一旋翼用于在第二旋翼的槳根區(qū)域提供下洗氣流，以補(bǔ)充該區(qū)域的下洗氣流量。
[0010]由以上方案可見(jiàn)，由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，使第一旋翼的槳葉的槳尖與涵道的內(nèi)側(cè)壁間保持一定的間距，便于對(duì)其槳葉設(shè)計(jì)及制造；由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，二者槳葉旋轉(zhuǎn)形成的覆蓋面積部分重疊，且第一旋翼的下洗氣流將補(bǔ)充第二旋翼的槳根區(qū)域的氣流量，使第二旋翼的旋轉(zhuǎn)面內(nèi)能產(chǎn)生更多的下洗氣流量，從而提高該多軸飛行器的氣動(dòng)效率多軸飛行器的槳轂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，氣流阻力比較小，更有利于第一旋翼對(duì)第二旋翼槳根區(qū)域下洗氣流量的補(bǔ)充。此外，由于第一旋翼與第二旋翼的槳徑不同，可有效地降低二者在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的氣流振動(dòng)噪聲。
[0011]一個(gè)具體的方案為第一旋翼的槳徑與第二旋翼的槳徑之比為0.3至0.6。
[0012]更具體的方案為第一旋翼的槳徑與第二旋翼的槳徑之比為0.5至0.6。
[0013]另一個(gè)具體的方案為第一旋翼位于第二旋翼的上方。
[0014]再一個(gè)具體的方案為第一旋翼的槳距角小于第二旋翼的槳距角。槳距角較小的第一旋翼位于上方，其對(duì)氣流的作用力的水平分量較小，有效地減少第二旋翼的功率，可以有利于減少第一旋翼下洗氣流的變向作用，減少下洗氣流對(duì)第二旋翼的干擾，能有效地降低能量的損失。
[0015]一個(gè)優(yōu)選的方案為第一旋翼及第二旋翼的槳葉數(shù)量均為3片。
[0016]另一個(gè)優(yōu)選的方案為上述多軸飛行器的動(dòng)力系統(tǒng)的數(shù)量為一個(gè)；其還包括安裝于機(jī)架上的4個(gè)涵道風(fēng)扇；該4個(gè)涵道風(fēng)扇均布于動(dòng)力系統(tǒng)的涵道的周向上。提高該多軸飛行器的姿態(tài)調(diào)整的響應(yīng)速度。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例的立體圖；
圖2是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)分解圖；
圖3是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例中第一涵道風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例中第二涵道風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)圖；
圖5是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例中涵道風(fēng)扇固定件的立體圖；
圖6是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例中反扭矩控制單元的立體圖；
圖7是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例中行進(jìn)控制單元的立體圖；
圖8是是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例中第一旋翼、第二旋翼及其二者驅(qū)動(dòng)電機(jī)與固定支架的相對(duì)位置示意圖；
圖9是本發(fā)明多軸飛行器第一實(shí)施例在飛行過(guò)程中各旋翼旋向的示意圖；
圖10是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第二實(shí)施例的立體圖；
圖11是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
圖12是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第二實(shí)施例的第一旋翼與第二旋翼的平面圖；
圖13是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖；
圖14是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖15是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第五實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖16是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第六實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖17是本發(fā)明動(dòng)力系統(tǒng)第七實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖18是本發(fā)明多軸飛行器第八實(shí)施例中第二導(dǎo)流板旋轉(zhuǎn)軸與第三導(dǎo)流板的安裝關(guān)系示意圖。
[0018]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0019]動(dòng)力系統(tǒng)及多軸飛行器第一實(shí)施例
參見(jiàn)圖1及圖2，多軸飛行器I由機(jī)架及安裝于機(jī)架上控制單元，反扭矩控制裝置14，行進(jìn)控制單元15，動(dòng)力系統(tǒng)，電源與4個(gè)側(cè)旋翼單元構(gòu)成。動(dòng)力系統(tǒng)由涵道11及置于涵道11內(nèi)的第一旋翼單元與第二旋翼單元構(gòu)成；4個(gè)側(cè)旋翼單元為均勻地分布于涵道11的外圍的第一涵道風(fēng)扇16，第二涵道風(fēng)扇17，第一涵道風(fēng)扇18及第二涵道風(fēng)扇19 ;涵道11內(nèi)固定有一十字型安裝支架111，第一旋翼單元中的第一旋翼12及第二旋翼單元中的第二旋翼13的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)固定支架安裝于安裝支架1