矢量推進懸浮式飛行裝置製造方法
2023-12-03 17:34:11
矢量推進懸浮式飛行裝置製造方法
【專利摘要】一種矢量推進懸浮式飛行裝置，包括：帶有變體積保壓裝置的艇體以及對稱設置於艇體兩側的安裝座、依次與安裝座相連的兩軸轉動機構和涵道推進器；變體積保壓裝置包括：連接座和收縮繩索，連接座與艇體固定連接，收縮繩索套接於艇體外部且兩端分別與連接座相連，通過改變收縮繩索長度達到變體積保壓目的；兩軸轉動機構為轉軸相互垂直的兩個伺服轉動機構。本發明具有低阻力高浮力、結構簡單、機動性強的特點，克服了旋翼飛行器完全依靠螺旋槳產生升力，對能源消耗大，載重小，航時短的缺點。
【專利說明】矢量推進懸浮式飛行裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及的是一種飛行器【技術領域】的裝置，具體是一種矢量推進懸浮式飛行裝 置。
【背景技術】
[0002] 常規飛艇體內充有浮升氣體，具有大載重、長航時的優點，矢量推進器僅僅用於起 飛和降落過程，飛行中仍然類似與飛機，以舵面控制為主，因而機動性較差。旋翼飛行器具 有高機動性的優點，但是其升力完全由螺旋槳產生，對能源消耗較大，載重小，航時短。本發 明設計的矢量推進懸浮式飛行裝置，放棄了常規飛艇的舵面操控，僅採用兩個可以兩軸旋 轉的矢量推進器，通過控制分配，可以實現前進、後退、上升、下降、左右橫移、左右偏轉等飛 行動作。
[0003] 經過對現有技術的檢索發現，中國專利文獻號CN103274042A公開（公告）日 2013. 09. 04,公開了一種懸浮式直升飛行器，包括機體，該機體包括機架以及設在機架上的 至少兩個涵道旋翼組件，其中，每個涵道旋翼組件包括連接在機架的端部並可繞水平軸線 轉動的連接軸、設在連接軸外端的涵道旋翼馬達、與涵道旋翼馬達連接的旋翼以及設在旋 翼外的涵道外殼；所述機架上還設有作業吊艙以及飛行控制模塊；所述機架上設有至少兩 個氣囊固定框，每個氣囊固定框內均設有氣囊；所述氣囊固定框內的氣囊被氣囊固定框固 定在同一水平面上；所述氣囊中充滿比重低於空氣的氣體。該技術的懸浮式直升飛行器綜 合了常用無人直升機和飛艇的優點，用於農田作業時具有載荷量大、機動靈活性較高、安全 性較高且結構簡單及穩定性強等優點。但該技術的缺陷和不足在於：
[0004] 1)該技術包括一個貫穿機體的機架，氣囊通過氣囊固定框固定在機架上。這種結 構一方面限制了氣囊的體積，一方面增加了不必要的結構重量。
[0005] 2)該技術包括至少兩個涵道旋翼組件，每個涵道旋翼組件只可繞水平軸線轉動。 由於每個涵道旋翼組件只可繞水平軸線轉動，因此要同時完成上升和橫移等複雜飛行動 作，需要兩個以上涵道組件。
【發明內容】
[0006] 本發明針對現有技術存在的上述不足，提出一種矢量推進懸浮式飛行裝置，將矢 量推進應用到飛艇上，綜合了飛艇與旋翼飛行器的優點，省去貫穿機體的機架以及氣囊固 定框，依靠超壓囊體的剛度實現機架功能，通過充有浮升氣體的機體與可以矢量傾轉的推 進器的結合，具有機動靈活，結構簡單，穩定性強的特點。
[0007] 本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：帶有變體積保壓裝置的艇體以 及對稱設置於艇體兩側的安裝座、依次與安裝座相連的兩軸轉動機構和涵道推進器。
[0008] 所述的安裝座由基座和撐條組成，其中：基座與撐條固定連接，撐條通過粘接或者 繩系等方式連接在艇體表面。
[0009] 所述的涵道推進器包括：馬達、風扇葉片和涵道風筒，其中：帶有風扇葉片的馬達 設置於涵道風筒內。
[0010] 所述的變體積保壓裝置包括：連接座和收縮繩索，其中：連接座與艇體固定連接， 收縮繩索套接於艇體外部且兩端分別與連接座相連，通過改變收縮繩索長度達到變體積保 壓目的。 技術效果
[0011]與現有技術相比，本發明具有低阻力高浮力、結構簡單、機動性強的特點，僅採用 兩個兩軸旋轉的矢量推進器，通過控制分配，可以實現前進、後退、上升、下降、左右橫移、左 右偏轉等飛行動作。放棄了常規飛艇的舵面操控，實現了飛艇無法完成的飛行動作，同時克 服了旋翼飛行器完全依靠螺旋槳產生升力，對能源消耗大，載重小，航時短的缺點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012] 圖1為現有技術示意圖；
[0013] 圖2為本發明結構示意圖；
[0014] 圖3為涵道推進器旋轉示意圖；
[0015] 圖4為實施例示意圖；
[0016] 圖中：1艇體、2安裝座、3兩軸轉動機構、4涵道推進器、5變體積保壓裝置、6基座、 7撐條、8馬達、9風扇葉片、10涵道風筒、11連接座、12收縮繩索、13伺服轉動機構。
【具體實施方式】
[0017] 下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施 例。 實施例1
[0018] 如圖2所示，本實施例包括：帶有變體積保壓裝置5的艇體1以及對稱設置於艇體 1兩側的安裝座2、依次與安裝座2相連的兩軸轉動機構3和涵道推進器4。
[0019] 所述的安裝座2由基座6和撐條7組成，其中：撐條7通過粘接或者繩系等方式連 接在艇體1表面。
[0020] 所述的兩軸轉動機構3 -端通過螺絲、卡扣或其他方式與基座6固定連接。
[0021] 所述的兩軸轉動機構3的另一端通過螺絲、卡扣或其他方式與涵道推進器4固定 連接。
[0022] 所述的涵道推進器4包括：馬達8、風扇葉片9和涵道風筒10,其中：帶有風扇葉片 9的馬達8設置於涵道風筒10內。
[0023] 所述的變體積保壓裝置5包括：連接座11和收縮繩索12,其中：連接座與艇體1 固定連接，收縮繩索12套接於艇體1外部且兩端分別與連接座11相連，通過改變收縮繩索 12長度達到變體積保壓目的。常規飛艇採用主氣囊和副氣囊的雙層囊體結構，通過控制鼓 風機和閥門來調整內部的副氣囊的體積，從而實現飛艇囊體的保壓。本發明通過上述變體 積保壓裝置5,以外部收縮繩索的方式，只改變局部飛艇外型，較好地維持了飛行器的飛行 性能。
[0024] 所述的收縮繩索12通過橡皮筋、彈簧等大彈性形變材料實現，也可以通過收索舵 機改變收縮繩索長度實現。
[0025] 所述的兩軸轉動機構3為轉軸相互垂直的兩個伺服轉動機構13,優選為伺服舵 機。
[0026] 該兩軸轉動機構3能夠沿水平橫向軸轉動加水平前後軸轉動、沿水平前後軸轉動 加水平橫向軸轉動或者沿豎直軸轉動加任一水平軸轉動。
[0027] 所述的艇體1為球體或旋轉橢球體結構，由橡膠、纖維聚酯薄膜、多層合成纖維薄 膜、聚氨酯薄膜、聚氯乙烯、PVF、滌綸、紗綸或尼龍製成；艇體的內部充滿密度低於空氣的氣 體，優選為氫氣或氦氣。
[0028] 所述的艇體優選通過分段拋物線的母線旋轉後設計得到外形形狀，考慮其具有姿 態穩定性和良好氣動特性，進一步優選設計為上圓下尖的外型特徵。相對於現有技術，取消 了機架和氣囊固定框，在相同機架長度的條件下，本發明艇體容積遠大於現有技術方案。
[0029] 所述的艇體1上優選進一步設有作業吊艙和設置於其內部的機上控制單元，其 中：機上控制單元分別與涵道推進器4的馬達8以及兩軸轉動機構3相連以輸出控制指令， 機上控制單元通過無線信號與地面遙控單元相連。作業吊艙優選置於艇體1底部，以降低 重心，增加重力恢復力矩，提高姿態穩定性。
[0030] 如圖4所示，本飛行器可通過以下飛行控制策略實現全向運動：ai為左側涵道推 進器與艇體側切平面間夾角，向艇體外側為正；a2為涵道推進器在艇體側切平面上的投影 與艇體豎直軸的夾角，向前方為正。同理定義艇體右側涵道推進器的夾角0 2，則控制 策略具體如下：
【權利要求】
1. 一種矢量推進懸浮式飛行裝置，其特徵在於，包括：帶有變體積保壓裝置的艇體以 及對稱設置於艇體兩側的安裝座、依次與安裝座相連的兩軸轉動機構和涵道推進器； 所述的安裝座由基座和撐條組成，其中：基座與撐條固定連接，撐條通過粘接或者繩系 等方式連接在艇體表面； 所述的變體積保壓裝置包括：連接座和收縮繩索，其中：連接座與艇體固定連接，收縮 繩索套接於艇體外部且兩端分別與連接座相連，通過改變收縮繩索長度達到變體積保壓目 的； 所述的兩軸轉動機構為轉軸相互垂直的兩個伺服轉動機構。
2. 根據權利要求1所述的矢量推進懸浮式飛行裝置，其特徵是，所述的兩軸轉動機構 一端通過螺絲、卡扣或其他方式與基座固定連接；所述的兩軸轉動機構的另一端通過螺絲、 卡扣或其他方式與涵道推進器固定連接。
3. 根據權利要求1所述的矢量推進懸浮式飛行裝置，其特徵是，所述的涵道推進器包 括：馬達、風扇葉片和涵道風筒，其中：帶有風扇葉片的馬達設置於涵道風筒內。
4. 根據權利要求1所述的矢量推進懸浮式飛行裝置，其特徵是，所述的收縮繩索通過 橡皮筋、彈簧等大彈性形變材料實現，也可以通過收索舵機改變收縮繩索長度實現。
5. 根據權利要求1所述的矢量推進懸浮式飛行裝置，其特徵是，所述的兩軸轉動機構 為伺服舵機，該兩軸轉動機構能夠沿水平橫向軸轉動加水平前後軸轉動、沿水平前後軸轉 動加水平橫向軸轉動或者沿豎直軸轉動加任一水平軸轉動。
6. 根據權利要求1所述的矢量推進懸浮式飛行裝置，其特徵是，所述的艇體通過分段 拋物線的母線旋轉後設計得到外形形狀。
7. 根據權利要求1所述的矢量推進懸浮式飛行裝置，其特徵是，所述的艇體上設有作 業吊艙和設置於其內部的機上控制單元，其中：機上控制單元分別與涵道推進器的馬達以 及兩軸轉動機構相連以輸出控制指令，機上控制單元通過無線信號與地面遙控單元相連， 作業吊艙優選置於艇體底部。
8. -種基於上述任一權利要求所述矢量推進懸浮式飛行裝置的控制方法，其特徵在 於，通過以下方式實現全向運動：
其中：ai為左側涵道推進器與艇體側切平面間夾角，向艇體外側為正；α2為涵道推進 器在艇體側切平面上的投影與艇體豎直軸的夾角，向前方為正；同理定義艇體右側涵道推 進器的夾角β2。
【文檔編號】B64B1/24GK104443343SQ201410637100
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】趙明, 孟恆宇, 王曰英, 龔德仁, 陳麗, 周平方, 段登平 申請人:上海交通大學