[实用新型]非平面八臂十六旋翼飞行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型结构的多旋翼飞行器。

背景技术

具有垂直起降和悬停功能的无人飞行器在军事侦察、反恐、公安、消防、森林巡查、农药喷洒、核泄漏探测以及抢险救灾等众多军用和民用领域具有广泛的需求。而具有垂直起降和悬停功能的无人飞行器总体上可分为两大类：一类是无人直升机，大致包括单旋翼、双旋翼、倾转旋翼等结构形式，单旋翼直升机需要尾桨结构来抵消旋翼对机体产生的扭力，倾转旋翼机需要在垂直起飞和平飞状态进行旋翼的翼面的倾转。其不足之处在于设计上主桨直径相对于机体较大，结构复杂，灵活性与平稳性较差，且飞行器的升力与重量之比较低，如果设计成小型飞行器则负载能力很差，另外，由于复杂的气动特性导致该类型的飞行器控制难度大、自主性差、安全性不高，影响了其应用发展。另一类是多旋翼飞行器，常见的是四旋翼飞行器、六旋翼飞行器和八旋翼飞行器。多旋翼飞行器相比直升机取消了复杂的变矩结构，依靠多个旋翼的转速变化实现对飞行器的控制，相比无人直升机具有结构简单、操作灵活、稳定性高、自主容易实现等优点，已在很多领域实现了成功应用。随着多旋翼飞行器在工业领域的应用推广，其载重要求越来越大，如果简单增加旋翼直径和电机功率导致的时延影响了多旋翼的控制灵敏性，而在现在的平面结构上增加电机和旋翼个数又使得其体积越来越大，运输和使用非常不便。另外，现在的平面多旋翼飞行器通过反扭力矩控制偏航导致控制力矩不足且响应慢，影响了飞行器的整体性能，特别是使用大电机配大直径旋翼会使响应时间变慢，严重时甚至会使控制器失稳。更重要是，现有的多旋翼飞行器在飞行过程中产生的陀螺力矩无法消除，只能作为系统自身的内扰由控制系统来克服，即浪费了能量又降低了控制品质和运动能力。

实用新型内容

为克服上述技术不足，本实用新型的目的是提供一种能克服运动时产生的陀螺力矩对飞行器造成的内扰、响应灵敏、体积紧凑且具有更高载重能力的非平面八臂十六旋翼飞行器。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

非平面八臂十六旋翼飞行器，包括机体、连接在机体周围上的八根支撑臂、分别设置在各支撑臂端部上的八对双转子和设置在机体中的控制连接各转子的电控系统。所述的八根支撑臂的几何中心线在同一平面上，相邻两根支撑臂的几何中心线成相等夹角，夹角为45度。

所述的每对双转子是由上旋翼、下旋翼、驱动上旋翼的上电机、驱动下旋翼的下电机以及连接上电机和下电机的底座构成。每对双转子的上电机和下电机的旋转轴的中心线在一条直线上，每对双转子的上电机和下电机的旋转轴中心线与所述八根支撑臂的几何中心线所在平面间成一相等的夹角，夹角大于0度小于90度。相邻两对双转子的上旋翼旋转方向相反，相邻两对双转子的下旋翼旋转方向相反。对角线上两对双转子的上旋翼旋转平面相交，对角线上两对双转子的下旋翼旋转平面相交。每对双转子的上旋翼和下旋翼的旋转平面平行、旋转方向相反。每对双转子的上电机和下电机旋转轴的中心线和连接这对双转子的支撑臂的几何中心线垂直。

本实用新型的有益效果在于：

相比于现有技术，本实用新型给出的非平面八臂十六旋翼飞行器，每对双转子的上、下两个旋翼分别由上、下电机驱动，控制每个双转子上、下两个旋翼的旋转速度，使其扭矩大小相等、方向相反，对机体的合扭矩为零。另外，在飞行器飞行时，每对双转子正反旋转的两个旋翼消除了对机体的陀螺干扰效应。八对双转子的电机旋转轴中心线与所述八根支撑臂的几何中心线所在平面间成的八个相等的大于0度小于90度的夹角使八对双转子的升力对机体的合力和合力矩在三个轴方向的六个分量分别可控，实现了运动和姿态的完全解耦。另外，八对双转子的电机旋转轴的中心线与所述八根支撑臂的几何中心线所在平面间成的八个相等的大于0度小于90度的夹角使得飞行器的偏航由升力来提供，解决了平面多旋翼飞行器需要用反扭力矩控制偏航存在的响应慢且控制力矩不足的缺点。由于该飞行器消除了飞行时的陀螺力矩、反扭力矩造成的干扰，且能够解耦姿态和平动间的耦合，因此，该飞行器具有高度的机动性，可以实现垂直起降、快速前飞、倒飞、悬停、飞行中任意方向改变。

本实用新型的非平面八臂十六旋翼飞行器采用的双转子的由上下两组电机和旋翼组成的动力系统相比平面结构的多旋翼飞行器的平面的一组电机和旋翼组成的动力系统体积利用率高、升力密度高，同等体积下具有更大的载重能力和更长的飞行时间。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的简要示意图；