一種油電混合動力多旋翼飛行器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種油電混合動力多旋翼飛行器，屬于無飛行器領域。
【背景技術】
[0002]多旋翼無人飛行器的旋翼軸為對稱分布，是一種能夠垂直起降、以四個旋翼作為動力裝置的，不載操作人員的飛行器。其用途極為廣泛。主要應用有如下幾個方面
1.政府機構:警務應用；火場指揮、搶險救災、交通管理；
2.媒體機構:新聞媒體、航空攝影；
3科研機構:野生動物攝影、環境評估、空中考古；
4企業機構:房地產管理、管線巡檢；
5個人應用:遙控飛行、空中攝影；
6未來將在物流領域的大量應用。目前，快遞公司通過鐵路、公路、航空等交通方式，將客戶貨物快速送達目的地。快遞公司的現代化已經讓整體效率提高，規范的流程是現代化的保證，但是針對少數特殊需求的用戶還沒有做出相應措施，特別針對時間要求高、物件重量輕、體積小的客戶可以采用的飛行器進行派送。
[0003]多軸飛行器基于導航定位系統包括地理信息系統和全球定位系統。地理信息系統GIS技術把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數據庫操作集成在一起。全球定位系統可以提供車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監控及呼叫指揮等功能。要實現以上所有功能必須具備全球定位系統終端、傳輸網絡和監控平臺三個要素。當信息管理平臺接收到送達的目的地數據后，會通過地理信息系統和全球定位系統分析整理后選擇較為合適的飛行路線。目前導航系統十分成熟，導航儀器商品化較為普遍。
[0004]多軸飛行器所有的應用都基于飛行器夠長航時、大載荷飛行，否則所有的應用很窄的范圍。目前四旋翼飛行器均采用電池驅動，由于單位質量電池所能存儲的能量遠小于汽油等化石燃料，所以目前四旋翼飛行器的飛行時間都十分有限，正常負載情況下巡航時間僅為20分鐘以內，而燃油動力的單旋翼直升機，巡航時間可長達數個小時。但燃油動力的單旋翼直升飛機飛行姿態的控制、操控的穩定性、精準性目前還是一個難題。因為通過電信號精確控制燃油發動機的轉速是一件極其困難的事兒，這使得燃油單旋翼直升飛機無法完成電動多旋翼飛行器，所能完成的任務。兩種類型的飛行器，各有優缺點，燃油飛行器具有長航時、大載荷的特性；電動多旋翼飛行器能夠被精確操控，可以預先編程，在GPS的導航下沿規定路線完成各種動作，這是燃油飛行器無法實現的，但在需要長巡航時間的應用領域尚不能代替燃油動力的單旋翼。因此，把兩者的優點結合起來，才能真正實現飛行器能夠被精確操控，同時又具有大載荷長航時的特性。只有這樣，才能夠實現多旋翼飛行器飛的實際應用。
[0005]目前還有一種油電混合動力四旋翼無人飛行器，其目的是通過油電混合動力的方式延長四旋翼飛行器的續航時間，所提出的油電混合驅動方式是該飛行器在飛行時由自帶發動機帶動發電機向動力電池進行供電，燃油發動機熄火后，仍可利用儲存的電能安全的操縱多旋翼飛行器著陸。該油電混合方式存在著重大的缺陷。因在飛行的過程中，需要通過旋翼高速的旋轉提供升力來克服重力，因此，四旋翼無人飛行器的4個電機必須高速運轉提供升力來克服整套燃油發電機系統的重力，使得電機的能耗劇烈增加，所消耗的電能需由燃油發電機系統進行補充，所發出來的電能幾乎全部用于克服套燃油發電機系統的重力，真正輸出的電能極少，既污染了環境，又沒有增加續航能力和載荷能力，因此沒有任何實用性。。
【發明內容】
[0006]本發明為了克服現有多旋翼飛行器普遍存在的問題，即航程短、載荷小，飛行時間有限的缺陷，利用油電混合動力克服電動多旋翼飛行器固有的缺點，燃油發動機直接驅動主旋翼提供升力，配合電機驅動的副旋翼，實現飛行器能夠被精確操控，同時又具有大載荷長航時的特性。
[0007]油電混合動力多旋翼飛行器主要由上主旋翼1、下主旋翼2、多旋翼飛行器天線3、多旋翼飛行器電控板4、電機驅動副旋翼5、電機6、燃油發動機7、轉速對偶齒輪箱8、化油器
9、電池11、燃油進氣風門12、輸油管13、油箱15、機臂16、上主旋翼軸18、下主旋翼套管軸19、上傘齒輪20、下傘齒輪21、轉速傳感器22、發動機排氣管23、風門控制步進電機24構成。
[0008]油電混合動力多旋翼飛行器分由主旋翼和副旋翼共同提供飛行動力，主旋翼提供主要升空動力，副旋翼提供小部分升空動力，主旋翼由上主旋翼1和下主旋翼2構成(參見圖1所示)，上主旋翼轉軸18從頂端穿過下主旋翼2下主旋翼套管軸19后與下傘齒輪21焊接后在與發動機動力輸出軸連接固定，下主旋翼2的旋轉主軸為下主旋翼套管軸19，該套管軸內設空腔，只有上中下3個端面與內部上主旋翼軸18有接觸，形成約束，使得下主旋翼套管軸19與上主旋翼轉軸18能夠沿同一軸心線相互獨立轉動，下主旋翼套管軸19與上傘齒輪20向上的大端面焊接，上傘齒輪20和下傘齒輪21之間設有左右傘齒輪，共計四個齒輪，裝入轉速對偶齒輪箱8中，左右傘齒輪轉軸與齒輪箱側壁固定，下傘齒輪21下方設置有監測主旋翼轉軸18轉速的轉速傳感器21，齒輪箱體固定在燃油發動機機體上，燃油發動機7通過發動機固定托架14固定在機臂16上(參見圖2所示)，發動機固定托架14同時固定油箱15，主旋翼轉軸穿過多旋翼飛行器的幾何中心，油箱15的重心位于多旋翼飛行器的幾何中心，起落架17以多旋翼飛行器的幾何中心為軸，軸對稱安裝。
[0009 ]油箱15的輸油管13連接化油器9，化油器連接燃油進氣風門12，改進氣風門的擋風板轉軸連接風門控制步進電機24，用于控制擋風板開閉角度。
[0010]該多旋翼飛行器多旋翼飛行器天線3和多旋翼飛行器電控板4安裝在機臂16上，電池11安裝在機架下方，調整電池固定架使得天線、電控板與電池構成一體的重心在旋翼飛行器的幾何中心，機臂16的端頭安裝電機座10，電機座固定電機6，電機動力輸出軸安裝電機驅動副旋翼5，主旋翼和副旋翼在交叉機臂所構成的平面上的投影間隔至少大于3cm，使得兩者的氣流不發生相互擾動。
[0011]遙控發射器給出發射指令，接受裝置接受到指令后，給出主旋翼、油門、前進方向、升降、陀螺這些參數的期望值指令信號傳輸給飛行控制板，控制多旋翼電機和燃油發動機風門，通過調節飛行器電機的電流改變不同電機的轉速，實現飛行器姿態調整，需要精確平穩控制主旋翼轉速，采用閉環控制，發動機輸出轉速反饋信號輸入飛行控板，控制步進電機調整風門，實現轉速平穩(如圖3所示)。
[0012]工作原理:油電混合動力飛行器分由主旋翼和副旋翼共同提供飛行動力，主旋翼提供主要升空動力，一般承擔50%以上的升力，副旋翼提供小部分升空動力，所提供的升力小于50%，兩者之間存在這樣的關系:主旋翼提供的升力占比越尚，滯空時間越長，載荷能力也越大，其缺點是操控能力減弱；副旋翼提供的升力占比越高，這滯空時間就越短，載荷能力也越差，但是操控性能會更好。因此兩者之間相互有一個配合，根據實際情況的需要來調整兩者之間生力的比例關系。例如不需要飛機靈活飛行，強調長航時大載荷飛行時，那么就必須提高主旋翼生力的占比，如果強調飛行器的表演性能，就必須減少主旋翼升力的占比，以便實現靈活操縱。
[0013]主旋翼由上主旋翼1和下主旋翼2構成(參見圖1所示)，上主旋翼轉軸18從頂端穿過下主旋翼2下主旋翼套管軸19后與下傘齒輪21焊接后在與發動機動力輸出軸連接固定，下主旋翼套管軸19與上傘齒輪20向上的大端面焊接，上傘齒輪20和下傘齒輪21之間設有左右傘齒輪，共計四個齒輪，裝入轉速對偶齒輪箱8中，左右傘齒輪轉軸與齒輪箱側壁固定。這樣的結構使得上主旋翼和下主旋翼的轉速完全相同，轉速方向相反，實現正反扭矩平衡，這樣的配置使得多旋翼飛行器不會在空中發生轉動。
[0014]下主旋翼2的旋轉主軸為下主旋翼套管軸19，該套管軸內設空腔，只有上中下3個端面與內部上主旋翼軸18有接觸，形成約束，使得下主旋翼套管軸19與上主旋翼轉軸18能夠沿同一軸心線相互獨立轉動，套筒構其目的是盡可能減少高速運動所帶來的機械摩擦損耗。在使用的過程中，必須加入適合的潤滑油以減少摩擦損耗。
[0015]遙控發射器給出發射指令，接受裝置接受到指令后，給出主旋翼、油門、前進方向、升降、陀螺這些參數的期望值指令信號傳輸給飛行控制板，控制多旋翼電機和燃油發動機風門，通過調節飛行器電機的電流改變不同電機的轉速，實現飛行器姿態調整，需要精確平穩控制主旋翼轉速，采用閉環控制，發動機輸出轉速反饋信號輸入飛行控板，控制步進電機調整風門，實現轉速平穩。
[0016]下傘齒輪21下方設置有監測主旋翼轉軸18轉速的轉速傳感器21，齒輪箱體固定在燃油發動機機體上，燃油發動機7通過發動機固定托架14固定在機臂16上(參見圖2所示)。盡可能選擇動力輸出軸位于發動機重心位置發動機，主旋翼轉軸穿過多旋翼飛行器的幾何中心，這樣的配置使得主旋翼和副旋翼的升力具有軸對稱分布，這樣就便于操控;油箱15的重心位于多旋翼飛行器的幾何中心，發動機在工作的過程中，油箱里的油會不斷減少，這樣會使得郵箱的重心仍然在多旋翼飛行器的幾何中心位置，使得飛行器在飛行的過程中依然保持水平飛行。
[0017]油箱15的輸油管13連接化油器9，化油器