高效多旋翼飛行器的制作方法

本實用新型涉及多旋翼飛行器技術領域，特別是涉及一種高效多旋翼飛行器。

背景技術：

多旋翼飛行器是一種結構簡單、操控靈活、飛行姿態穩定的飛行器。一般常見的有四軸、六軸、八軸等不同種類。得益于近年來微機電、傳感器技術的發展，多旋翼飛行器被廣泛應用于航模、空中拍攝平臺等領域。

以最常見X型布局四軸飛行器為例，多旋翼飛行器控制方法一般為：飛控發出高度控制信號，所有旋翼同步增減轉速，飛控發出航向控制信號，處于對角線的兩組旋翼分別增減轉速，飛控發出俯仰、橫滾控制信號，相鄰兩組旋翼分別增減轉速。

多旋翼飛行器通過電池提供動力。其中，傳感器、處理器、電機等都需要電池供電，特別是提供動力的電機耗電量最大。局限于目前電池技術發展水平，使用電池為動力的多旋翼飛行器普遍續航時間短、負載能力小，這大大限制了多旋翼飛行器的性能表現和應用領域。為解決多旋翼飛行器續航時間短的缺點，人們考慮許多辦法來提高多旋翼飛行器的續航時間，例如：以燃料發動機作為動力，氣球作為輔助動力，利用燃料電池等等。但這些方案都有著這樣那樣的缺點。例如，燃油發動機方案在震動、噪音、響應速度、安全性方面有一定缺陷。燃料電池技術尚不成熟，氣球輔助動力體型巨大，受風影響較大。

一般來說旋翼尺寸大且以較低轉速運轉時飛行效率較高，但快速改變轉速較困難，靈活性有缺陷。反之旋翼尺寸小且以較高轉速運行時飛行效率較低，但靈活性較高。目前的電池動力多旋翼飛行器，旋翼一般采用同樣大小尺寸，無法兼顧大尺寸旋翼的高效與小尺寸旋翼靈活性的優點。

多旋翼飛行器是通過不斷快速調整各旋翼轉速保持飛行器各種飛行姿態，頻繁變速會增加電量消耗降低續航時間，如果旋翼能夠以恒定速度旋轉或盡量減少變速的頻率和幅度會有效降低能耗，延長續航時間。

技術實現要素：

一種高效多旋翼飛行器，包括旋翼機構、起落架、機艙，機艙內安裝有飛控箱、電池組、負載艙，其特征在于：

所述旋翼機構包括動力旋翼、動力旋翼電機、動力旋翼支架、姿態旋翼、姿態旋翼電機、姿態旋翼支架，

動力旋翼由動力旋翼電機直聯驅動或減速聯動，數量為兩個或兩個以上偶數個，每兩個為一組相對于飛行器垂直中軸線對稱豎直安裝于動力旋翼支架兩端且每兩個為一組分別采用相同尺寸的正槳和反槳；

姿態旋翼由姿態旋翼電機直聯驅動，數量為四個或四個以上偶數個，每兩個為一組相對于飛行器垂直中軸線對稱分布且同采用相同尺寸正槳或同采用相同尺寸反槳，所有姿態旋翼正槳數量和反槳數量相等，多組間相互交叉不處于同一條直線上；

動力旋翼面積與升力系數的乘積大于姿態旋翼，動力旋翼電機最大功率大于姿態旋翼電機最大功率；

動力旋翼電機與電調信號連接，電調與遙控器接收器信號連接，遙控器接收器與遙控器無線信號連接，遙控器只向動力旋翼電機傳遞高度控制信號或動力旋翼電機與電調信號連接，電調與飛控箱信號連接，飛控箱只向動力旋翼電機傳遞高度控制信號；

姿態旋翼電機與電調信號連接，電調與飛控箱信號連接，飛控箱向姿態旋翼電機傳遞高度、航向、橫滾、俯仰控制信號。

進一步的，動力旋翼由動力旋翼電機減速聯動的方式包括通過減速齒輪組或減速皮帶輪組減速聯動。

進一步的，動力旋翼電機KV值小于姿態旋翼電機KV值。

進一步的，動力旋翼采用慢速槳槳型。

與現有技術相比，本實用新型的高效多旋翼飛行器具有以下特點和優點：

1、本實用新型的高效多旋翼飛行器，從功能上區分了提供動力的動力旋翼和調整姿態的姿態旋翼。為設計高效多旋翼飛行器帶來比較大的自由度。傳統多旋翼飛行器各旋翼功能相同，既承擔動力功能又承擔姿態功能，在選用旋翼尺寸和旋翼電機功率時受限較多。本實用新型將動力功能和姿態功能區分開可以更優化的實現動力與調整姿態功能。動力旋翼電機因為只定速運轉或只參與高度控制不參與航向、俯仰、橫滾姿態調整，其轉速變化頻率和幅度大大下降，可以采用低速大槳的方法獲得更高力效，節約電量延長續航時間。同理，調整姿態的姿態旋翼則可以通過小型化，來實現更靈活更省電的效果。

2、本實用新型的高效多旋翼飛行器，動力旋翼電機KV值較低有利于獲得更好的扭矩性能帶動尺寸較大的旋翼，獲得更高的力效。姿態旋翼電機KV值較高，變速快捷，有利于獲得更好的靈活性。

3、本實用新型的高效多旋翼飛行器，動力旋翼采用慢速槳槳型。慢速槳在低轉速下即可實現較大拉力，能發揮出較高效率。這類螺旋槳外側面積較大也較厚實，槳根較細。采用慢速槳有利于在低轉速下獲得更高力效，節約耗電量，延長續航時間。

結合附圖閱讀本實用新型的具體實施方式后，本實用新型的特點和優點將變得更加清楚。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例1的一種六軸高效多旋翼飛行器的立體圖；

圖2: 為本實用新型實施例2的一種八軸高效多旋翼飛行器的示意圖；

其中，

1、動力旋翼， 2、動力旋翼電機，3、姿態旋翼支架，4、姿態旋翼，5、姿態旋翼電機，6、機艙，61、飛控箱，62、電池組，63、負載艙，7、起落架，8、動力旋翼支架。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型予以詳細描述。

如圖1所示，本實施例1提供一種高效多旋翼飛行器，在起落架7上裝配連接有機艙6。機艙6內部安裝有飛控箱61、電池組62、負載艙63。機艙6上安裝連接有動力旋翼支架8，動力旋翼支架8兩端豎直安裝有動力旋翼電機2，動力旋翼電機2的旋轉軸上安裝連接動力旋翼1。動力旋翼數量是2個分別采用尺寸相同的正槳和反槳，提供同向拉力時可以相互抵消對機身的扭矩作用。機艙6上安裝連接有姿態旋翼支架3，姿態旋翼支架3外端豎直安裝有姿態旋翼電機5，姿態旋翼電機5的旋轉軸上安裝連接姿態旋翼4。姿態旋翼的數量是4個，兩兩相對飛行器垂直中軸線對稱分布于機身四周，分別采用尺寸相同的正槳和反槳，同對角線姿態旋翼槳型一致。電池組62與飛控箱61經導線電連接。動力旋翼電機2、姿態旋翼電機5經飛控箱61內安裝的電調電連接。動力旋翼電機2、姿態旋翼電機5經電調與飛控箱內的飛控信號連接。

高效多旋翼飛行器的主要動力由動力旋翼1提供。動力旋翼1尺寸面積大于姿態旋翼4，動力旋翼電機2最大功率大于姿態旋翼5的最大功率。較大尺寸的旋翼以較低速度旋轉有利于獲得更高的飛行效率。當飛行器負載恒定時，動力旋翼1提供一個定值拉力等于飛行器總重量，作為主要動力克服飛行器的重力，不參與飛行器、俯仰、橫滾、航向姿態調整。飛行器高度、俯仰、橫滾、航向飛行姿態由四個姿態旋翼4負責。動力旋翼不參與航向、俯仰、橫滾姿態的控制，在飛行過程中轉速變化的幅度和頻率大大降低，節約了電力。姿態旋翼4尺寸面積較小，選用小功率電機，變速靈活省電。本實施例四個姿態旋翼4控制飛行器姿態的控制邏輯與傳統四軸飛行器相同，大大降低飛控開發難度。

下面說明具體控制方法：

一、起飛：

步驟1：遙控器向飛控箱61無線發出起飛命令。

步驟2：飛控箱61向動力旋翼電機2發出定速旋轉信號。動力旋翼電機2產生一個定值升力。這個升力優選為恰好等于飛行器重力。

步驟3：飛控箱61向姿態旋翼電機5發出姿態調整命令，包括高度、航向、俯仰、橫滾姿態調整信號。

步驟4：飛行器起飛并升到指定高度。

二、懸停

步驟1：遙控器向飛控箱61發出懸停信號。

步驟2：飛控箱61向動力旋翼電機2發出的定速旋轉信號維持不變，飛控箱61中姿態傳感器感知懸停狀態，并向處理器發出狀態信號，信號經飛控處理器處理后，向姿態旋翼電機5發出高度、航向、俯仰、橫滾姿態調整信號保持懸停。

三、飛行

步驟1：遙控器向飛控箱61發出飛行信號，飛行信號包括前進后退，航向旋轉，側飛橫移。

步驟2：飛控箱61向動力旋翼電機2發出的定速旋轉信號維持不變。飛控箱61向姿態旋翼電機5發出俯仰信號實現前進后退；發出航向信號，飛行器自旋實現航向旋轉功能；發出橫滾信號飛行器實現橫飛側移功能。

四、降落

步驟1：遙控器向飛控箱61發出降落命令。

步驟2: 飛控箱61向動力旋翼電機2發出降低高度信號，動力旋翼電機2旋轉減速，產生的升力低于飛行器重力。飛控箱61向姿態旋翼電機5發出控制高度、橫滾、俯仰，航向信號。飛行器在自身重力和姿態旋翼電機5的控制下降低高度實現降落。

圖2：為本實用新型實施例2的一種八軸高效多旋翼飛行器的示意圖。其中四個A旋翼為動力旋翼1，規格為APC公司14*47，動力電機型號4008。四個B旋翼為姿態旋翼4，規格為APC公司11*47，姿態旋翼電機型號4004。

為了進一步驗證本實用新型的優點和高效性，特進行續航時間對比實驗。本實驗對比兩臺樣機分別為：樣機1為傳統八軸多旋翼飛行器，樣機2為本實用新型八軸高效多旋翼飛行器。

表1：續航時間數據對比表

實驗樣機采用同規格電池，起飛重量相同。傳統八軸飛行器采用八個相同尺寸的12*45規格螺旋槳和相同規格的電機。本實用新型八軸高效多旋翼飛行器四個動力旋翼尺寸面積較大，四個旋翼電機功率較大，只負責控制飛行器飛行高度。姿態旋翼負責飛行高度。航向、俯仰、橫滾姿態控制。通過表1數據可以看出在同規格電池，同樣起飛重量，本實用新型高效多旋翼飛行器有效延長續航時間50%，進一步驗證了本實用新型的有效性和優越性。

當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上述舉例，本技術領域的技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本實用新型的保護范圍。