涵道式垂直升降飛行器及其液體容器裝置的製作方法

2023-12-03 17:00:26 1

本發明涉及一種涵道式垂直升降飛行器，特別是涉及一種具有液體容器裝置的涵道式垂直升降飛行器。本發明還涉及一種用於所述涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置。

背景技術：

現有技術下，涵道式垂直升降飛行器面世多年，它通過環繞螺旋槳布置的圓環形屏障能夠達到比開放槳更高的推力輸出效率。尤其是，由於內燃機動力並不適於驅動多槳飛行器，因而單槳動力也是採用內燃機動力時的較優選的飛行器形式，因為多槳飛行器的各個旋翼的快速起動、停止和反向旋轉能夠在電機的控制下進行，但在內燃機動力的情況下卻無法實現。

雖然理論上和實踐中業已證明，單槳涵道式飛行器較同樣尺寸的開放槳動力飛行器有較高的懸停效率，但由於其設計的局限，單槳涵道式飛行器在裝載物品時通常會產生重量分布不均勻並且影響飛行姿態的問題。

隨著無人機植保市場的發展，市場對無人機噴灑有了新的應用需求。因此，需要一種能夠實現裝載液體時保持重量平均分布的單槳涵道式垂直升降飛行器。

在採用單槳涵道式飛行器裝載液體的情況下，飛行器在飛行時整體會向一側傾斜，這使得飛行器中的液體容器所攜帶液體的重量分布從飛行器處於水平姿態時的平均分布變為集中於傾斜方向。圖7A和圖7B以簡化圖示出了液體容器所攜帶液體的重量分布在飛行器傾斜前後的對比。因此，液體的流動性會使飛行器重量分布發生變化從而可能影響飛行器的飛行穩定性。

在飛行過程中，這種液體重量分布向傾斜方向的集中會導致飛行器的整體重量分布不對稱，並且飛行器的傾斜角度改變和轉向也會隨即引起液體的振蕩，這些問題會導致飛行器的操控和機動性能受到影響。

因此，希望在飛行器飛行過程中也能限制或調整液體容器內的液面，儘可能地保持液體的重量分布相對於飛行器水平姿態下保持不變。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題包括提供一種具有液體容器裝置的涵道式垂直升降飛行器，其液體容器裝置能夠在飛行過程中保持重量平均分布。

這一技術問題通過一種根據本發明的涵道式垂直升降飛行器加以解決，該涵道式垂直升降飛行器包括：驅動裝置，該驅動裝置為內燃機驅動裝置或電機驅動裝置；旋翼，所述旋翼能夠在所述驅動裝置的驅動下旋轉；涵道，該涵道的涵道內壁呈光滑環形結構且同軸地環繞所述旋翼；其中，該涵道式垂直升降飛行器還包括：液體容器裝置，該液體容器裝置布置為同軸地環繞所述旋翼，所述液體容器裝置由多個直接或間接連接的液體容器單元組合而成，其中，每個所述液體容器單元具有進液口、出液口、進氣口、分別用於聯通相鄰液體容器單元的第一聯通口和第二聯通口、以及為所述進氣口及第一聯通口和第二聯通口分別配設的進氣口控制閥門、第一聯通口控制閥門和第二聯通口控制閥門，其中，各液體容器單元的進液口通過入口管路匯合到所述液體容器裝置的單一的進液口，各液體容器單元的出液口通過出口管路匯合到所述液體容器裝置的單一的出液口；液體重量分布控制裝置，該液體重量分布控制裝置被設計為適於根據傳感數據確定該涵道式垂直升降飛行器的實時液體重量分布並由此產生用於操縱各所述控制閥門的控制信號，各所述控制閥門根據所述控制信號動作，使液體在所述液體容器單元間流動，從而實時調整該涵道式垂直升降飛行器的液體重量分布。

優選的是，所述第一聯通口或第二聯通口被設計為，打開/關閉該液體容器單元的第一聯通口或第二聯通口能夠使液體通過第一聯通口或第二聯通口流入/流出該液體容器單元，所述液體重量分布控制裝置被設計為適於產生操縱特定液體容器單元的第一聯通口控制閥門或第二聯通口控制閥門的控制信號。

優選的是，所述進氣口被設計為，打開/關閉該液體容器單元的進氣口能夠使液體流入/流出該液體容器單元，所述液體重量分布控制裝置被設計為適於產生操縱特定液體容器單元的進氣口控制閥門的控制信號。

優選的是，所述液體容器單元中的一個或多個配設有用於從一個所述液體容器單元中抽吸液體到另一個所述液體容器單元的液體抽吸裝置，所述液體重量分布控制裝置被設計為適於產生用於操縱所述液體抽吸裝置的控制信號。

優選的是，所述傳感數據包括飛行器水平儀、加速度傳感器提供的飛行姿態數據和/或液面傳感器提供的液面位置數據。

優選的是，所述液體容器單元的數目為三至四個。這樣每個液體容器單元的弧度和尺度不至於過大，有利於加工。

本發明所要解決的技術問題還包括提供一種用於涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置，其液體容器裝置能夠在飛行過程中保持重量平均分布。

這一技術問題通過一種用於涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置，該液體容器裝置由能夠直接或間接地連接成環形結構的多個液體容器單元組合而成，其特徵在於，各所述液體容器單元上設有進液口、出液口、進氣口、用於聯通相鄰液體容器單元的聯通口、以及為所述進液口、出液口、進氣口、或聯通口分別配設的控制閥門，其中，各所述控制閥門由所述涵道式垂直升降飛行器的液體重量分布控制裝置根據傳感數據統一地控制。

優選的是，為所述進氣口配設的控制閥門與為聯通口配設的控制閥門能夠分別被單獨地控制。換言之，可以單獨只操縱為進氣口配設的控制閥門打開/關閉相應的液體容器單元的進氣口，從而改變該液體容器單元與相鄰液體容器單元之間的壓力差。這樣，在液體容器單元的聯通口打開的情況下，液體就能夠通過該聯通口從相鄰液體容器單元流入或者流出到相鄰液體容器單元。亦可以只操縱為聯通口配設的控制閥，控制閥的打開/關閉決定了相鄰液體容器單元是否通過該聯通口連通，而涵道式垂直升降飛行器的傾斜飛行姿態造成的相鄰各液體容器單元之間壓力差則決定了液體通過打開的聯通口的流動方向。

優選的是，所述液體容器裝置的結構被設計為適於固定在所述涵道式垂直升降飛行器的涵道外周。但是，亦可將所述液體容器裝置的內壁本身設計為光滑環形結構，以直接形成所述涵道式垂直升降飛行器的涵道。

優選的是，所述液體容器裝置的外輪廓不限於圓形，亦可為環形、多邊形、或者不規則形狀。

應當理解，對液體重量分布的控制既包括通過以上述液體重量分布控制裝置控制不同液體容器單元之間的液體流動來主動地調整液體重量在空間上的分布，亦包括通過分割液體容器裝置或每個液體容器單元內的空間來被動地限制液體重量分布在空間上的改變。而且，在一個涵道式垂直升降飛行器中可以同時採用對液體流動的上述主動調整和被動限制。

附圖說明

本發明的上述屬性、特徵和優點及其實現方式將在下面對實施例的示意性描述中變得更清楚和更容易理解，並且在下面參考附圖更詳細地解釋。

圖1是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的立體視圖；

圖2是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的分解透視圖；

圖3是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的俯視圖；

圖4A是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置的單個液體容器單元的俯視圖；

圖4B是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置的單個液體容器單元沿圖4A的A-A線的剖視圖；

圖4C是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置的單個液體容器單元的側視圖；

圖5是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置的單個液體容器單元的示意圖，其中示出進氣口、第一和第二連通口上布置有控制閥門；

圖6是根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置的控制原理圖；

圖7A以簡化圖示意表示了液體容器裝置所攜帶液體的重量分布在飛行器傾斜前的狀態；

圖7B以簡化圖示意表示了液體容器裝置所攜帶液體的重量分布在飛行器傾斜後的狀態，其中未對液體重量分布進行調整；

圖7C以簡化圖示意表示了液體容器裝置所攜帶液體的重量分布在飛行器傾斜後的狀態，其中已對液體重量分布進行了調整。

具體實施方式

圖1至圖3示出了根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的一個實施例的立體視圖。在這一實施例中，該涵道式垂直升降飛行器主要包括：驅動裝置、能夠在所述驅動裝置的驅動下旋轉的旋翼1、由若干液體容器單元4共同圍成的、內壁呈光滑環形結構且同軸地環繞所述旋翼的涵道2、以及液體重量分布控制裝置10。這些液體容器單元4的數目在此為八個，它們共同組成該涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置3，並且彼此通過聯通口(及相應的聯通管)流體連通。除了兩個連通相鄰液體容器單元4的聯通口，每個液體容器單元4還具有進液口5、出液口6、進氣口7。各液體容器單元4的進液口5通過入口管路匯合到液體容器裝置3的單一的液體入口，各液體容器單元4的出液口6通過出口管路匯合到液體容器裝置3的單一的液體出口。液體容器裝置3的進液口5、出液口6分別通過常規技術手段保持飛行中的封閉性，例如開關或閥等。圖4A至圖4C示出了根據本發明的涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置3的單個液體容器單元4。

每個液體容器單元4的進氣口及聯通口分別配設有控制閥門，即，如圖5所示的進氣口控制閥門15、第一聯通口控制閥門16和第二聯通口控制閥門17。

涵道式垂直升降飛行器飛行時會向前傾斜，從而使旋翼1能夠在驅動裝置的驅動下同時產生向後的推力和向上的升力。這時，液體容器裝置3內的液體就會向其前部集中。為此，通過液體重量分布控制裝置10來實時調整該涵道式垂直升降飛行器的液體重量分布。液體重量分布控制裝置10被設計為適於根據傳感數據確定該涵道式垂直升降飛行器的實時液體重量分布並由此產生用於操縱各所述控制閥門15、16、17的控制信號，各所述控制閥門15、16、17根據所述控制信號動作，使液體在所述液體容器單元4之間流動。

如圖6所示，液體重量分布控制裝置10進行控制時參考的傳感數據包括飛行器水平儀11、加速度傳感器12等提供的飛行姿態數據和/或液體容器單元4自身的液面傳感器13提供的液面傳感數據。

在第一實施例中，液體容器單元4間的液體流動控制通過適當地控制聯通口的打開/關閉來實現。這樣，就通過阻止液體流向位置較低的液體容器單元4而使之保持在位置較高的液體容器單元4內而實現了液體在液體容器裝置3內的均衡分布。

在第二實施例中，與上述第一實施例的不同之處僅在於，液體容器單元4間的液體流動則通過針對性地操縱各液體容器單元4的進氣口來控制。原理上，如果一個液體容器單元4的進氣口打開，則液體趨向於流向該液體容器單元4。

在第三實施例中，與上述第一、第二實施例的不同之處僅在於，對液體容器單元4間的液體流動的控制結合了第一和第二實施例中的技術方案，同時通過操縱各液體容器單元4的進氣口和第一、第二連通口來實現液體在液體容器裝置3內的均衡分布。

在第四實施例中，在上述各實施例的基礎上，除以上各部件外，還為個別、一些或全部液體容器單元4配設了液體抽吸裝置14，用以將相應的液體容器單元4內的液體抽出到其它液體容器單元4內，從而調整液體在各液體容器單元4之間的分布。液體抽吸裝置14的優點在於調節更迅速、更精準。例如，可以將沿直徑大致對置的兩個液體容器單元4通過液體抽吸裝置14連通。這樣，在飛行時，沿直徑大致對置的這兩個液體容器單元4中位置較低的液體容器單元4中的液體就能夠首先直接被抽吸到位置較高的那一個液體容器單元4中。

在第五實施例中，與以上各實施例的不同之處僅在於，各個上述液體容器單元4並非直接圍成涵道式垂直升降飛行器的涵道2，而是附接在涵道式垂直升降飛行器的單獨的涵道2上。

在第六實施例中，與以上各實施例的不同之處僅在於，上述液體容器單元4的總數目為四個。

在第七實施例中，與以上各實施例的不同之處僅在於，所述涵道式垂直升降飛行器的液體容器裝置內部具有用於防止或減小液體晃動的止晃裝置。優選的是，所述止晃裝置是密封格柵、帶孔格柵、穩定棉中的一種或多種的任意組合。

根據本發明的第八實施例，與以上各實施例的不同之處僅在於，涵道式垂直升降飛行器包括多個所述液體容器裝置3。在此實施例中，多個液體容器裝置3上下疊置，用於存放不同種類液體。但本領域技術人員容易理解，第八實施例也可以有一種將多個液體容器裝置3內外疊置的變型。另外，無論是在第八實施例還是其變型中，相應的多個液體容器裝置3亦適於存放相同液體，並可以為此在多個液體容器裝置3內增加必要的連通結構。

根據本發明的第九實施例，與以上各實施例的不同之處僅在於，所述涵道與該涵道式垂直升降飛行器的其它部件通過框架連接。但本領域技術人員容易理解，此實施例亦可有一種將涵道與該涵道式垂直升降飛行器的其它部件直接固定連接的變型。

在以上各實施例中，所述液體容器裝置的外輪廓為環形、多邊形、或者任意不規則形狀。涵道內壁在平面圖中除環形外亦可為多邊形或任何其它形成封閉投影線的設計。

在以上各實施例中，所述的進氣口任選地為開放式、濾網式或者其它形態，只要其能夠實現液體注入或者輸出時空氣排出或者進入。

一般來說，「一」、「一個」等可以理解為單數或複數，特別是在「至少一個」或「一個或多個」等的意義上，只要這沒有例如通過表述「正好一個」等被明確排除。

此外，數字可以精確地指示給定數量，或者其還可以包括常規公差範圍，只要這沒有被明確排除。

以上記載了本發明的優選實施例，但是本發明的精神和範圍不限於這裡所公開的具體內容。本領域技術人員能夠根據本發明的教導而做出更多的實施方式和應用，這些實施方式和應用都在本發明的精神和範圍內。本發明的精神和範圍不由具體實施例來限定，而由權利要求來限定。

附圖標記列表

1 旋翼

2 涵道

3 液體容器裝置

4 液體容器單元

5 進液口

6 出液口

7 進氣口

8 第一聯通口

9 第二連通口

10 液體重量分布控制裝置

11 飛行器水平儀

12 加速度傳感器

13 液面傳感器

14 液體抽吸裝置

15 進氣口控制閥門

16 第一連通口控制閥門

17 第二連通口控制閥門