[发明专利]多组共轴旋翼可变飞行模式无人飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞行器，特别涉及一种多组共轴旋翼可变飞行模式无人飞行器，能应用于科研、航空、工业、娱乐、民用、警用、军用等领域。

背景技术

无人直升机优势明显，起飞着陆场地小，能垂直起降，能空中悬停，能向任何一个方向灵活飞行。由于其独特的结构和功能特点不单在军事领域发挥着重要作用，在灾害现场救援、危险环境探查、交通监视或者空中拍摄等领域也展示出巨大应用潜力，已受到广泛重视。

在本发明之前，现有的无人直升机中，微型无人直升机(通常指1kg以下)几乎没有负载能力，结构布局为传统的旋翼加尾桨形式，实际用处不大。中大型无人直升机(通常指大于20kg)，动力驱动均采用发动机控制，除无人倾转旋翼飞行器外，结构布局使飞行模式仅限于直升机飞行模式。尽管无人倾转旋翼飞行器可以转换到飞机飞行模式，但也只能是旋翼短舱倾转，而且结构非常复杂。这些无人直升机不但结构相对复杂，而且稳定性也较差，使用、操作也复杂，无论是制造还是使用，其成本都是非常高的。因此，对于多数非军事用途的应用来讲，实际意义不大。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，设计、研制一种结构简单、可广泛应用于非军事用途的多组共轴旋翼可变飞行模式无人飞行器。

本发明的技术方案是：

多组共轴旋翼可变飞行模式无人飞行器，其主要技术特征在于机体为框架结构，设置有多组共轴旋翼，每组共轴旋翼由上电机、下电机组成，二者背靠背同轴心设置，上电机连接上旋翼，下电机连接下旋翼，上旋翼、下旋翼旋转方向相反，上旋翼、下旋翼的桨叶正、反对称，同轴向升力设置，各组共轴旋翼扭矩自平衡，机载航电飞控盒置于机体重心处。

本发明的优点和效果在于解决了无人飞行器的操纵性和稳定性难题，以及飞行模式转换、相对飞行速度控制，以及飞行器携带运输和使用问题。

本发明结构简单，制造及使用成本低，操作容易。

本发明的其他优点和效果将在下面继续说明。

附图说明

图1——本发明中无人飞行器结构原理示意图。

图2——本发明中无人飞行器俯视图。

图3——本发明无人飞行器直升机模式力示意图。

图4——本发明无人飞行器飞机模式力示意图。

图5——本发明无人飞行器折叠后结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示：

本发明的具体实例是三组共轴旋翼呈T形分布，第一共轴旋翼1在图中左边，第二共轴旋翼2右下，第三共轴旋翼3在右上，机体4为框架式结构；机载航电盒5安装在机体重心处；第一共轴旋翼1由上旋翼6、下旋翼7、上电机8、下电机9组成，上电机8连接上旋翼6为一对，下电机9连接下旋翼7为一对，两对中，上旋翼6为正桨，下旋翼为反桨，上旋翼6、下旋翼7的旋转方向相反，上旋翼、下旋翼的桨叶正、反对称，同轴向升力设置，图中表示的是上旋翼6是顺时针方向旋转，下旋翼7为逆时针方向旋转；因为三组都相同，因而只举一组说明；机体框架4梁下连接或挂一翼片10，成垂直状，用于飞行器整体倾转时辅助提高升力；上电机8、下电机9背靠背同轴心上下安装。

应用时：

如图1、图2、图3、图4所示：

上旋翼6、下旋翼7正(顺时针)、反(逆时针)转旋通过调节转速控制上旋翼6、下旋翼7的气动合升力F和合力矩M，如图3中的F1、F2、F3，M1、M2、M3分别表示第一共轴旋翼组1、第二共轴旋翼2、第三共轴旋翼3的合升力、合扭力矩，G为飞行器重力。

飞行模式控制通过电机转速调节实现直接力控制，直升机飞行模式下合力(矩)与飞行模态的关系为：

悬停模态，M1＝M2＝M3＝0，F1+F2+F3＝G；

垂直升降模态，M1＝M2＝M3＝0，F1+F2+F3＞G或F1+F2+F3＜G；

俯仰(倾转)模态，M1＝M2＝M3＝0，F1+F3≠F2；

滚转模态，M1＝M2＝M3＝0，F1≠F3；

偏航模态，M1＝M2＝M3≠0，F1、F2、F3不变；

本发明由直升机飞行模式到飞机飞行模式的倾转过渡俯仰模态实现，调节F2和F1+F3合力大小使机身慢慢倾转，直到进入飞机飞行模式，随着飞行速度提高，翼片10的升力也随之增大，旋翼力和扭力矩的作用也发生变化。

飞机飞行模式下合力(矩)与飞行模态的关系为：

快速前飞模态，F1+F2+F3为推力；

俯仰(倾转)模态，M1＝M2＝M3＝0，F1+F3≠F2；

偏航模态，M1＝M2＝M3＝0，F1≠F3；