[实用新型]多轴飞行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种飞行器，尤其涉及一种多轴飞行器。

背景技术

通常,驱动飞行器上升运动的力称为拉力，驱使飞行器水平运动的力称为推力。现有的多轴飞行器通常使用叶片式旋翼作为拉力旋翼为多轴飞行器提供拉力。

如图1所示，多轴飞行器100是一种具有两个或更多旋翼轴101的旋翼飞行器。多轴飞行器具有主机架110，设置在主机架110上的电源、控制电路、电调及支轴111，每根支轴111末端分别设置有电机121，电机121带动固定在电机121转轴上的旋翼122旋转，从而获得多轴飞行器的飞行动力。箭头方向为旋翼轴101的旋转方向，旋翼轴101通常竖直设置，并与主机架110的相对位置固定，旋翼的迎角也是固定的，通过改变旋翼的转速，即可改变推进力的扭矩，从而控制飞行器的运行轨迹。

多轴飞行器100的基本飞行动作有垂直升降运动，前后运动，侧向运动，俯仰运动，横滚运动，偏航运动。

参见图2以四轴飞行器200为例，其四个电机呈十字状地分布在水平面中相互垂直的X与Y轴上，并把X轴正方向视为机头方向。电机1位于X轴正半轴，电机3位于X轴负半轴；电机2位于Y轴正半轴，电机4位于Y轴负半轴；Z轴竖直。

升降运动：四个电机同时提高转速，四轴飞行器200获得的拉力增加而沿Z轴正方向移动；四个电机同时降低转速，四轴飞行器200获得的拉力减少而沿Z轴负方向移动。

仰俯运动：电机1提速，电机3降速，四轴飞行器200绕Y轴转动并抬起机头而上仰，同时沿X轴负方向移动；反之，四轴飞行器200绕Y轴转动并下探机头而下俯，同时沿X轴正方向移动。

横滚运动：电机4提速，电机2降速，四轴飞行器200绕X轴转动而右倾，并沿Y轴正方向移动；反之，四轴飞行器200绕X轴转动而左倾，并沿Y轴负方向移动。当电机4和电机2转速差足够大时，四轴飞行器200便会发生完整的横向滚动，即横滚运动。

偏航运动：旋翼5转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩。为了克服反扭矩影响，四个旋翼的布置方式采用两个正转两个反转，且对置旋翼的转向相同。每个旋翼5产生反扭矩的大小与旋翼5的转速有关，旋翼5转速越高，产生的反扭矩越大。当四个旋翼5转速相同时，四个旋翼5对四轴飞行器200产生的反扭矩相互抵消，四轴飞行器200相对Z轴不发生转动；当四个旋翼的转速不完全相同，反扭矩不能完全相互抵消时，反扭矩会引起四轴飞行器200相对Z轴转动，从而实现偏航运动。电机1和3转速提高（正转），电机2和4转速降低（反转），四轴飞行器200就会绕Z轴旋转向右偏转，即向右偏航。由于电机1和3转速提高，电机2和4转速降低，总体的拉力不变，所以四轴飞行器200不会上升或下降。

通常多轴飞行器的主机架被设计得比较扁平，即水平方向具有较大的尺寸，高度尺寸较小，这样能够减少水平方向风阻，降低横风的影响。

目前，多轴飞行器均利用惯性测量模块（IMU）控制飞行姿态。惯性测量模块包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。参考空间直角坐标系，在X、Y、Z轴方向上，分别布置一个陀螺仪，用于测量多轴飞行器在上述三个方向上的旋转运动；在X、Y、Z轴方向上，分别布置一个加速度计，用于测量多轴飞行器在上述三个方向上平移运动的加速度。惯性测量模块能够检测到飞行器前后俯仰、左右倾斜、偏航等姿态，并将相应的信号反馈给多轴飞行器的控制电路，多轴飞行器根据预设在控制电路中的存储器中的姿态控制规则或遥控器输入的控制信号控制电机转速来调整飞行姿态。

小型或微型多轴飞行器可以采用高速低扭矩、效率较高的空心杯电机直接驱动迎角较小的旋翼。略大的多轴飞行器由于起飞重量较大，为了获得足够的拉力，需要使用扭矩较大、转速相对较低的无刷电机直接驱动迎角较大的旋翼。

有些多轴飞行器的电机并非设置在支轴的末端，而是设置在支轴末端靠内侧的位置，以利于支轴对旋翼构成水平方向的防护。

由于多轴飞行器结构比较简单，控制系统及性能均比较稳定，使得多轴飞行器易于小型化，近年应用普及速度大大提高。现市面在售的机型有二轴、三轴、四轴、五轴、六轴、八轴，甚至更多轴的多轴飞行器，而最常见的是四轴飞行器。

多轴飞行器除了用作遥控飞行表演模型外，还能轻易进入人不宜进入的各种恶劣环境，可执行航拍电影取景、实时监控、地形勘探等飞行任务。