一種基于控制射流方向運動的多發動機飛行器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，包括機身和安裝在機身上的動力系統、導流系統、運動控制系統、姿態傳感器、飛控系統以及計算機；動力系統相對于機身的朝向保持不變并且產生垂直向下的射流，計算機根據姿態傳感器探測的飛行姿態數據，通過飛控系統控制動力系統的射流輸出功率；導流系統安裝于動力系統的射流方向上并且相對于機身的朝向可調，計算機通過運動控制系統控制導流系統的朝向。本實用新型由動力系統的射流輸出配合導流系統的傾轉共同實現飛行器的飛行姿態變化，飛行過程中動力系統的方向保持不變，機身可始終保持水平，結構簡單、控制靈活，適合實際應用。
【專利說明】
一種基于控制射流方向運動的多發動機飛行器
技術領域
[0001]本實用新型涉及飛行器，具體涉及一種基于控制射流方向運動的多發動機飛行器。
【背景技術】
[0002]傳統飛行器的轉向方式，是通過改變動力系統的輸出功率，使得各動力系統之間形成升力或扭矩來實現。期間需要由飛控系統進行精確計算，效率不高，不易實時應付復雜多變的飛行環境。更嚴重的問題是會使飛行器機身傾斜，不利于在飛行器上搭載錄像設備以及載人操控。
[0003]目前有一些較先進的飛行器設計方案，通過改變各動力系統的軸向來使飛行器懸停、平移、左轉、右轉，可以令飛行器的機身在飛行過程中始終保持水平，克服傳統飛行器的在轉向時機身傾斜的缺陷。但是要改變動力系統的軸向實際上是很困難的，對于功率的要求很高，將消耗大量的能量，并且需要對動力系統的結構重新進行設計，以使其滿足可以轉向的要求，實現難度較大，無法滿足消費級飛行器大規模生產與推廣應用的需求。
【實用新型內容】
[0004]為了解決上述問題，本實用新型公開了一種基于控制射流方向運動的多發動機飛行器。
[0005]本實用新型的技術方案如下:
[0006]—種基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，包括機身和安裝在其上的動力系統、導流系統、運動控制系統、姿態傳感器、飛控系統以及計算機;所述動力系統相對于機身的朝向保持不變并且產生垂直向下的射流，所述導流系統安裝于動力系統的射流方向上并且相對于機身的朝向可調;所述計算機分別與所述姿態傳感器、飛控系統、運動控制系統相連接，飛控系統與動力系統相連接，運動控制系統與導流系統相連接;計算機接收姿態傳感器的數據，通過飛控系統控制動力系統的射流輸出功率，并通過運動控制系統控制導流系統的朝向。
[0007]進一步的，所述動力系統和導流系統均具有多個，兩者數量相等，一個動力系統和一個導流系統對應為一組，每組中的動力系統和導流系統可連接安裝，也可分離安裝。
[0008]進一步的，所述動力系統包括但不限于電動機、內燃機或噴氣機。
[0009]進一步的，所述導流系統包括但不限于導流板或矢量噴口。
[0010]進一步的，所述運動控制系統的傳動方式包括但不限于機械結構傳動或電動傳動。
[0011 ]進一步的，所述運動控制系統與導流系統的一種結構組成為:
[0012]所述運動控制系統包括連接在機身上向外伸出的機臂末端的萬向球頭關節軸承，所述萬向球頭關節軸承通過轉軸與導流系統連接;至少兩個固定座安裝在所述萬向球頭關節軸承與機臂之間，至少兩根推桿分別通過活動鉸鏈連接在所述固定座與轉軸的側壁之間;所述每根推桿包括多段分推桿，各段分推桿之間相互套接并可相對伸縮；
[0013]所述導流系統為導流板，包括四塊呈十字布置的分導流板，所述四塊分導流板可以一體成型后安裝在所述運動控制系統的轉軸上，也可以分別成90度安裝在所述運動控制系統的轉軸上。
[0014]進一步的，所述運動控制系統與導流系統的另一種結構組成為:
[0015]所述運動控制系統包括兩根呈十字布置的轉軸，所述兩根轉軸的端部分別通過軸承安裝在所述導流系統的筒體中；
[0016]所述導流系統包括一個連接在機身上向外伸出的機臂末端的筒體，所述筒體內安裝有上下兩個支架，動力系統安裝在所述兩個支架之間；四塊葉片分別安裝在所述呈十字布置的轉軸的四條支路上。
[0017]本實用新型的有益技術效果是:
[0018]本實用新型通過采用上述的技術方案，當飛行器需要懸停、前進、后退、剎車、左平移、右平移、左轉、右轉動作時，飛行器駕駛員只需分別控制各運動控制系統，或者由計算機自動控制各運動控制系統，由各運動控制系統帶動各導流系統傾轉，通過各導流系統的朝向對各動力系統形成的射流分布進行導向來實現。而在此過程中，各動力系統僅由飛控系統控制其輸出功率的大小，使各動力系統對機身的向上的推進力基本相等，以保持機身始終為水平狀態，而各動力系統的朝向相對于機身始終是保持不變的。綜上來說，即由動力系統的射流輸出，配合導流板的傾轉變向，來共同實現飛行器的飛行姿態變化，并同時保證飛行器機身的平衡。本實用新型的結構簡單、控制靈活，易于制造與維護，非常適用于在旋翼飛行器、無人機、載人飛行器中大規模的安裝使用。
[0019]本實用新型的優點將在下面【具體實施方式】部分的描述中給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型實施例1在前進、后退時的狀態圖。
[0021 ]圖2是本實用新型實施例1在左平移、右平移時的狀態圖。
[0022]圖3是本實用新型實施例1在右旋轉時的狀態圖。
[0023]圖4是本實用新型實施例1在左旋轉時的狀態圖。
[0024]圖5是本實用新型實施例1的導流系統和運動控制系統的部件圖。
[0025]圖6是圖5的局部放大圖。
[0026]圖7是本實用新型實施例1的導流系統和運動控制系統與動力系統一體化的結構圖。
[0027]圖8是圖7的局部放大圖。
[0028]圖9是本實用新型實施例2的結構示意圖。
[0029]圖10是本實用新型實施例2的導流系統和運動控制系統的部件圖。
[0030]圖11是圖10去掉部分零件后的視圖。
[0031 ]圖12是本實用新型的移動和轉向控制電路原理圖。
[0032]圖13是本實用新型的平衡控制電路原理圖。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】做進一步說明。
[0034]【實施例1】
[0035]如圖1至圖4所示，本實施例中的飛行器為旋翼飛行器。當然，也可以為其他類型的飛行器，但必須是多動力系統的飛行器。本實用新型的旋翼飛行器包括機身I，機身I下部有支腳，機身I上安裝有向外伸出的機臂2。機臂2的數量至少為三個，他們相對于機身I的中軸線所在的垂直平面，位置對稱的安裝在機身I上。在本實施例中機臂2有四個，他們互相垂直，間隔角度為90度安裝。
[0036]機臂2的末端安裝有運動控制系統3。運動控制系統3的上方安裝有動力系統4。在本實施例中，動力系統4上方安裝有螺旋槳，由動力系統4帶動螺旋槳轉動。動力系統可以為電動機、內燃機或噴氣動力系統。
[0037]如圖5和圖6所示，在本實施例中，運動控制系統3的下方安裝的導流系統為導流板5，導流板5包括四塊呈十字連接的分導流板，分導流板的下端具有斜角。四塊分導流板可以一體成型后再安裝在運動控制系統3的轉軸上，也可以分別直接安裝到運動控制系統3的轉軸上。
[0038]如圖5和圖6所示，在本實施例中，運動控制系統3的組成如下:包括連接在機臂2末端的一個萬向球頭關節軸承6，萬向球頭關節軸承6通過一根轉軸7與導流板5連接。兩個固定座8安裝在萬向球頭關節軸承6與機臂2之間，兩根推桿9分別通過活動鉸鏈連接在固定座8與轉軸7的側壁之間。每根推桿9包括兩段分推桿，兩段分推桿之間相互套接，并可相對伸縮。
[0039]如圖7和圖8所示，動力系統4和導流板5可兩兩連接安裝在一起;也可以不連接分離安裝。但必須保證導流板5處于動力系統4的射流方向上。
[0040]本實用新型的工作原理如下:
[0041]動力系統4僅由飛控系統控制其輸出量，但相對于機身I的朝向保持不變。導流板5由人工操作或計算機通過運動控制系統3控制其轉向，即其相對于機身I的朝向可調。
[0042]運動控制系統3控制導流板5的方向，使導流板5在運動控制系統3所在的水平面之下的空間中自由轉動。運動控制系統3的轉向可由機械、電動、氣動液壓等多種傳動方式。運動控制系統3可以直接由飛行器駕駛員的操作手柄控制。
[0043]導流板5在初始狀態是垂直于機身I平面的。當需要使飛行器懸停時，使各導流板5都處于垂直狀態；當需要使飛行器前、后、左、右平移時，使各導流板5都以傾斜角度相同的朝向平移方向傾斜;當需要使飛行器左轉向、右轉向時，使各導流板5朝向不同的方向傾斜，各導流板整體形成順時針、逆時針旋轉朝向。
[0044]圖1是飛行器的前進和后退飛行姿態示意圖。當導流板5按照圖1中箭頭的方向變動傾斜方向時，飛行器處于前進或者后退的姿態。
[0045]圖2是飛行器的左平移和右平移飛行姿態示意圖。當導流板5按照圖2中箭頭的方向變動傾斜方向時，飛行器處于左平移或者右平移的姿態。
[0046]圖3是飛行器的右旋轉飛行姿態示意圖。導流板5分別朝不同的方向傾斜，各導流板5的傾斜方向可在圖3中看到。各導流板5共同作用，整體形成圖3中箭頭的方向所示的順時針旋轉方向。
[0047]圖4是飛行器的左旋轉飛行姿態示意圖。導流板5分別朝不同的方向傾斜，各導流板5的傾斜方向可在圖4中看到。各導流板5共同作用，整體形成圖4中箭頭的方向所示的逆時針旋轉方向。
[0048]【實施例2】
[0049]如圖9、圖10、圖11所示，在本實施例中，導流系統為導流板和筒體的組合，包括一個連接在機臂2末端的筒體10，筒體10內安裝有上下兩個支架11，動力系統4安裝在上下兩個支架11之間。運動控制系統包括兩根呈十字布置的轉軸12，兩根轉軸12的端部分別通過軸承安裝在筒體10中，可以受控轉動。導流系統還包括四塊葉片13，四塊葉片13分別安裝在呈十字布置的轉軸12的四條支路上。從而可以通過控制轉軸12的轉動改變葉片13的朝向。本實施例中筒體1的作用是讓射流更集中，減少流失率。
[0050]上述實施例1、實施例2只是給出了兩種運動控制系統和導流系統的可能的結構，本實用新型可采用的運動控制系統和導流系統的結構并不限于此兩例，例如導流系統也可采用矢量噴口的形式。
[0051 ]本實用新型的控制框圖由圖12和圖13給出。
[0052]如圖12所示，本實用新型的飛行器在需要調整飛行狀態時，由計算機或人工通過運動控制系統控制導流板傾斜，通過導流板的朝向對動力系統的射流進行導向，射流可分解為垂直方向上的分解力和水平方向上的分解力。水平方向上的分解力實現了對飛行器的前進、后進、懸停、左平移、右平移、左旋轉、右旋轉調整。而垂直方向上的分解力需保持相等，或者不完全相等但均處于允許的偏差范圍內，這樣所有的動力系統對機身的向上的推進力是基本相等的，保持機身始終為平衡狀態。
[0053]如圖13所示，機身的平衡控制，是通過飛行器上安裝的姿態傳感器(如陀螺儀、加速度傳感器等)，姿態傳感器在飛行過程中不斷探測飛行器的飛行姿態，然后將探測到數據發送給計算機。經過計算機對飛行姿態數據的計算后輸出控制信號給飛控系統，飛控系統根據控制信號來控制各動力系統的輸出功率，使各動力系統的縱向分解力相等或者均處于允許的偏差范圍內。并通過反饋回路，通過姿態傳感器將經過調整后的飛行姿態再次發送給計算機，由計算機不斷重復進行上述計算及控制過程對飛行姿態進行修正，實現機身的平衡。
[0054]以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型不限于以上實施例。可以理解，本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和構思的前提下直接導出或聯想到的其他改進和變化，均應認為包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，其特征在于:包括機身和安裝在其上的動力系統、導流系統、運動控制系統、姿態傳感器、飛控系統以及計算機;所述動力系統相對于機身的朝向保持不變并且產生垂直向下的射流，所述導流系統安裝于動力系統的射流方向上并且相對于機身的朝向可調;所述計算機分別與所述姿態傳感器、飛控系統、運動控制系統相連接，飛控系統與動力系統相連接，運動控制系統與導流系統相連接;計算機接收姿態傳感器的數據，通過飛控系統控制動力系統的射流輸出功率，并通過運動控制系統控制導流系統的朝向。2.根據權利要求1所述的基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，其特征在于:所述動力系統和導流系統均具有多個，兩者數量相等，一個動力系統和一個導流系統對應為一組，每組中的動力系統和導流系統可連接安裝，也可分離安裝。3.根據權利要求1所述的基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，其特征在于:所述動力系統包括但不限于電動機、內燃機或噴氣機。4.根據權利要求1所述的基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，其特征在于:所述導流系統包括但不限于導流板或矢量噴口。5.根據權利要求1所述的基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，其特征在于:所述運動控制系統的傳動方式包括但不限于機械結構傳動或電動傳動。6.根據權利要求1所述的基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，其特征在于，所述運動控制系統與導流系統的一種結構組成為: 所述運動控制系統包括連接在機身上向外伸出的機臂末端的萬向球頭關節軸承，所述萬向球頭關節軸承通過轉軸與導流系統連接;至少兩個固定座安裝在所述萬向球頭關節軸承與機臂之間，至少兩根推桿分別通過活動鉸鏈連接在所述固定座與轉軸的側壁之間；所述每根推桿包括多段分推桿，各段分推桿之間相互套接并可相對伸縮； 所述導流系統為導流板，包括四塊呈十字布置的分導流板，所述四塊分導流板可以一體成型后安裝在所述運動控制系統的轉軸上，也可以分別成90度安裝在所述運動控制系統的轉軸上。7.根據權利要求1所述的基于控制射流方向運動的多發動機飛行器，其特征在于，所述運動控制系統與導流系統的另一種結構組成為: 所述運動控制系統包括兩根呈十字布置的轉軸，所述兩根轉軸的端部分別通過軸承安裝在所述導流系統的筒體中； 所述導流系統包括一個連接在機身上向外伸出的機臂末端的筒體，所述筒體內安裝有上下兩個支架，動力系統安裝在所述兩個支架之間；四塊葉片分別安裝在所述呈十字布置的轉軸的四條支路上。
【文檔編號】B64C11/18GK205554585SQ201620321113
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月14日
【發明人】陳樂春
【申請人】江蘇數字鷹科技發展有限公司