[发明专利]多旋翼飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器领域，特别是一种多旋翼飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停等功能的旋翼类飞行器，不但在军事领域发挥着重要的作用，在灾害现场救助，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，已受到广泛关注。

当前旋翼类飞行器主要有单旋翼（主旋翼+尾桨）直升机、双旋翼（共轴反桨）直升机、四旋翼飞行器以及六旋翼飞行器等四种结构形式，比如美国麦道公司的MH-16直升机、俄罗斯的卡-29直升机、德国Microdrone公司、加拿大Dranganflyer公司的四旋翼飞行器等。单旋翼直升机或共轴反桨直升机需要尾桨来消除旋翼对机体产生的扭力，四旋翼飞行器通过对角线上正反旋翼消除对机体产生的扭力。上述旋翼飞行器共同存在的问题是：其自身都是一个运动耦合系统，飞行中的方向和姿态是耦合的，稳定性和操纵性较差，前飞速度低，飞行器的升力和重量比较低，设计成小型飞行器时带载能力差。因此，研制出一种前飞速度高、具有高度的姿态稳定性和可控性的新型结构飞行器势在必行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可有效提高飞行器稳定性和操纵性的多旋翼飞行器。

为了解决上述技术问题，本发明的多旋翼飞行器包括四个主旋翼系统，机体，和安装在机体中的飞行综合系统；机体坐标系原点是飞行器的重心，z轴铅垂向上，x轴垂直于z轴，指向前方，y轴由右手定则确定；其特征在于所述四个主旋翼系统分别位于机体坐标系xy平面的四个象限内，四个主旋翼系统旋翼的旋转轴线与机体坐标系的z轴成一夹角θ，0＜θ＜90°，并且各旋翼的旋转轴线在机体坐标系xoy平面上的投影与旋翼旋转中心到机体坐标系原点的连线在机体坐标系xoy平面上的投影重合。

所述每个主旋翼系统由第一旋翼、第二旋翼、主旋翼驱动装置和主旋翼固定机构组成；第一旋翼安装在第二旋翼上方，第一旋翼和第二旋翼的旋转平面平行；主旋翼驱动装置设有两个输出轴，两个输出轴共线，分别连接第一旋翼和第二旋翼，并且第一旋翼和第二旋翼分别为正反桨；主旋翼固定机构将主旋翼驱动装置与机体连接固定。

所述各主旋翼系统的第一旋翼几何尺寸相同，第二旋翼几何尺寸相同；第一旋翼与第二旋翼外形相似，且第一旋翼与第二旋翼几何尺寸比值为1.0~1.1。

作为本发明的进一步改进是：还包括两个副旋翼系统；所述两个副旋翼系统分别位于x轴两侧，且其旋转轴线与x轴平行。

所述两个副旋翼安装正反桨，旋转方向相反，扭力距可相互抵消。

所述副旋翼系统的副旋翼采用双对称翼型，每个副旋翼通过直接改变旋转方向提供给飞行器向前和向后的推力。

所述副旋翼系统由副旋翼、副旋翼驱动装置和副旋翼固定机构组成，副旋翼固定机构将副旋翼驱动装置与机体连接固定。

所述每个驱动装置至少包括一个电动机或一个发动机。

所述机体可以是多个杆组成的辐条状、网状，或具有升力翼型的碟形，但不局限于上述形状。

所述飞行综合系统包括控制系统，惯性传感器与姿态测量系统、导航系统、图像采集与传输系统。

每个旋翼系统可采用涵道螺旋桨结构，以提高抗风能力和增加安全性。

本发明的有益效果如下：

1.通过四个主旋翼系统旋转轴线与机体坐标系XOY平面分别形成三个倾角的空间配置，使得飞行器在机体坐标系XYZ三轴上均有力和力矩的分量，因此通过调节四个主旋翼系统的旋翼转速可实现飞行器运动和姿态变化，飞行器可实现垂直起降、前飞、倒飞、悬停、翻滚等动作。由于四个主旋翼系统的旋翼在机体坐标系的三个轴上均有力的分量，因此有效地增加了飞行器的稳定性和操纵性。

2、通过四个主旋翼系统共八个旋翼产生升力，在有限的空间内提供更大的升力，可提高飞行器带载能力和升力/重量比。

3.由于共轴双旋翼之间的气动干扰，具有相同几何尺寸的上下旋翼拉力及尾涡形态改变，使两旋翼的旋转阻力发生变化，反扭矩出现差别，这就增加了飞行器的航向操纵控制难度，本发明满足几何相似条件的第一旋翼与第二旋翼，几何尺寸不同，且比值为1.0~1.1，可减小甚至消除反扭矩差别，使主旋翼系统中上下两个旋翼的合扭矩为零。

4、由于两个副旋翼的旋转轴线平行于机体坐标系x轴，升力向前，可有效提高飞行器的前飞速度。

5.两个副旋翼系统采用双对称翼型，每个副旋翼通过直接改变旋转方向提供给飞行器向前和向后的推力，实现飞行器向前或向后加减速飞行；两个副旋翼系统安装正反向旋翼，扭力距可相互抵消。