[发明专利]一种球型无人飞行器及工作方法

说明书

本发明公开了一种球型无人飞行器及工作方法，包括上下贯通呈中空圆柱体的涵道，其上端连接碗口状的涵道进气口，其下端连接姿态控制筒；所述涵道内设置有水平的上电机支座和下电机支座，其上均安装有电机与风扇，上下两个电机对转，驱动两个风扇对转，同时产生无人机所需的升力；所述姿态控制筒由为同心球环的外环和内环构成，外环匹配固接在涵道下部出口，内环的外侧与外环的内侧是两者的匹配装配面，为球面的一部分周向圆环；内环与舵机连接，并由舵机控制产生推力矢量，围绕所述球心相对于外环作上下或周向滑动。本发明所设计的球型飞行器，造型圆滑美观，结构紧凑高效，可以垂直起降、空中悬停，动作部件均藏在机身之中，飞行安全可靠。

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种球型无人飞行器及工作方法，是一种新型的无人机结构及控制办法。

背景技术

近些年，随着飞行器设计与自动控制等相关技术的进步，无人飞行器逐渐进入大家的视野，其因为具有体积小、造价低、使用方便、适应性强等优点而备受社会的极大重视，无人机不仅仅被应用于军事方面，其在民用方面的应用也越来越广泛。无人机的轻量化和较低的使用成本、使用灵活、作业效率高，在执行枯燥、长时间的任务时，具有其他人工操作所不可比拟的优势，因此除了应用于军事用途以外，无人机还逐渐应用于遥感航拍、抗震救灾、农林业、环境监测、通信中继和快递服务等方面。

常见的无人机构型大致有旋翼类和固定翼类。旋翼类无人机的控制技术目前已经比较成熟，飞行具有高稳定度、易操作、价格合理等优点，在航拍摄影、农业植保以及工业检修等方面有广泛的市场。固定翼类无人机一般体积较大，续航时间较长，载重较强，在军事、运输、测绘等各个领域都有应用。但是这两类无人机一般都适用于室外开阔场地，也有一些旋翼类无人机为了实现室内等狭小空间飞行，套上了网状的外壳但是明显笨重。另一方面，这两类无人机一般都无法承受较大的冲撞或跌落，尤其是固定翼无人机通常速度较快，一旦与其他物体刮碰就会严重损坏机身。

在一些科幻作品之中经常出现球型飞行器的设想。比如某科幻电影中，地质学家为了探测洞穴放出了闪红光的球，小型球型飞行器检测扫描山洞，扫描后山洞结构直接在飞船电脑上显示出来。这样的球型飞行器适用于一些狭小空间或者复杂地形的侦察，作动部件都藏于机身内部，可具有良好的安全性。

在现实中，球型飞行器是一类特殊布局的飞行器，其优点有：机身一体化程度高，内部空间大，可垂直起降与空中悬停，在现实中可以发现一些类似的案例。在二战时期，德国就秘密研制过类似飞行器。在冷战期间，美军研制的一款垂直起降扁球形飞行器(VZ-9Avrocar)，该飞行器中心为一大尺寸风扇，为飞行器提供升力和推力，飞行员通过操纵杆调整机身外部出气圆环孔位置改变出口气流方向从而达到对飞行器飞行姿态的控制。英国的Fenstar 50无人机也是扁球构型，其中心顶部位置有一升力风扇，且风扇下游曲面机身四周安装有一定数量的凸起翼梢。美国的Fleye无人机，其采用单涵道单螺旋桨构型，涵道出口采用六片控制舵面。相似构型的还有法国的Hovereye无人机、新加坡的Fantail无人机、英国的Embla无人机，其都是单涵道扰流片控制的方案。我国也有类似布局的无人机，比如哈尔滨特飞公司出品的“盛世”警用无人机，还有在2019年中国天津直升机博览会上，展出了一款扁球型飞行器，其介绍为一种多用途飞行器。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可在狭小空间安全可靠工作的无人机。本发明所设计的球型飞行器，造型圆滑美观，结构紧凑高效，可以垂直起降、空中悬停。其外壳由柔性材料构成，可与周围环境发生弹性碰撞，并以此抵抗冲击。同时，动作部件(如风扇和姿态控制筒)均藏在机身之中，飞行起来安全可靠。可广泛用于地质探测、探险、航拍、广告、表演、娱乐、玩具等用途。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种球型无人飞行器，包括上下贯通呈中空圆柱体的涵道，其上端连接碗口状的涵道进气口，其下端连接姿态控制筒；所述涵道内设置有水平的上电机支座和下电机支座，其上均安装有电机与风扇，上下两个电机对转，驱动两个风扇对转，同时产生无人机所需的升力；