飛行器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)旋翼的飛行器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行器，通常包括機(jī)架及安裝于機(jī)架上的控制單元與旋翼單元，旋翼單元通常包括動(dòng)力裝置及由該動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)的旋翼。控制單元通常包括檢測傳感器、控制電路板及電調(diào)，電調(diào)用于調(diào)整旋翼的轉(zhuǎn)速；控制單元用于檢測飛行器的飛行姿態(tài)及調(diào)控動(dòng)力裝置以控制飛行器的行進(jìn)姿態(tài)、行進(jìn)方向及行進(jìn)速度等。
[0003]公告號為CN104085530A的專利文獻(xiàn)中公告了一種涵道共軸多旋翼飛行器，其包括機(jī)體系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及控制系統(tǒng)，機(jī)體系統(tǒng)包括中心涵道、主旋翼及若干均勻分布在中心涵道外圍的副旋翼，主旋翼包括上主旋翼及下主旋翼，上主旋翼與下主旋翼的中心位于同一豎直軸線地固定于中心涵道內(nèi)。該飛行器通過設(shè)置反向旋轉(zhuǎn)的上、下主旋翼，在共同提供升力的旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的反扭矩相互抵消，使飛行器穩(wěn)定地飛行。在飛行過程中，由于上主旋翼與下主旋翼的槳徑相同，沿二者的槳根指向槳尖的方向，槳葉的上各點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)線速度逐漸增大，從而在鄰近槳根區(qū)域的下洗氣流量非常小，由于槳葉形狀沿槳根指向槳尖逐漸變化，在槳葉中部區(qū)域下洗氣流量最大，當(dāng)上主旋翼的轉(zhuǎn)速大于下主旋翼時(shí)，上主旋翼產(chǎn)生的下洗氣流將擊打于下主旋翼的槳葉上，引起較大的能量損失；若上主旋翼的轉(zhuǎn)速小于下主旋翼時(shí)，上主旋翼則阻礙了下主旋翼的下洗氣流的吸入，兩種情形均使整個(gè)主旋翼的氣動(dòng)效率降低，即使上主旋翼與下主旋翼的轉(zhuǎn)速保持一致，當(dāng)上主旋翼與下主旋翼的槳葉在徑向上重疊時(shí)，上主旋翼與下主旋翼間將產(chǎn)生較為嚴(yán)重的空氣摩擦，這也降低整個(gè)主旋翼的氣動(dòng)效率。此外，等槳徑的上、下主旋翼在旋轉(zhuǎn)過程中容易產(chǎn)生氣流振動(dòng)噪聲，振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生降低了飛行器的能源利用效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的是提供一種具有多個(gè)旋翼且有兩個(gè)旋翼共軸線布置的飛行器，以提尚其氣動(dòng)效率；
本發(fā)明的另一目的是提供一種上述飛行器的控制方法。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述主要目的，本發(fā)明提供的飛行器包括機(jī)架及安裝于機(jī)架上的控制單元、主旋翼單元及兩個(gè)以上的副旋翼單元；主旋翼單元包括中心涵道及置于該中心涵道內(nèi)的第一主旋翼與第二主旋翼，第一主旋翼與第二主旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，第一主旋翼及第二主旋翼的軸線均與中心涵道的中線共線；副旋翼單元均勻地分布于中心涵道的外圍；第一主旋翼的槳徑小于第二主旋翼的槳徑，第一主旋翼用于在第二主旋翼的槳根區(qū)域提供下洗氣流。
[0006]由以上方案可見，由于第一主旋翼的槳徑小于第二主旋翼的槳徑，使第一主旋翼的槳葉的槳尖與中心涵道的內(nèi)側(cè)壁間保持一定的間距，便于對其槳葉設(shè)計(jì)及制造；由于第一主旋翼的槳徑小于第二主旋翼的槳徑，第一主旋翼的下洗氣流量將成為第二主旋翼的槳根區(qū)域的下洗氣流量的一個(gè)補(bǔ)充，使第二主旋翼的旋轉(zhuǎn)面內(nèi)能產(chǎn)生更多的下洗氣流量，提高該飛行器的氣動(dòng)效率。此外，由于第一主旋翼與第二主旋翼的槳徑不同，可有效地降低二者在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的氣流振動(dòng)噪音，提高該飛行器的能源利用效率。
[0007]一個(gè)具體的方案為上述飛行器還包括反扭矩控制單元；該反扭矩控制單元包括設(shè)于中心涵道的下唇口處的第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板，第一導(dǎo)流板及第二導(dǎo)流板分別可繞與中心涵道的中線正交的第一導(dǎo)流板旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板關(guān)于該中心涵道的中線中心對稱布置。可以通過反扭矩控制單元的工作，可有效防止飛行器出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)顯像，也可以在飛行器需要轉(zhuǎn)向時(shí)控制飛行器繞中心涵道的中線滾轉(zhuǎn)。
[0008]另一個(gè)具體的方案為上述飛行器還包括行進(jìn)控制單元；該行進(jìn)控制單元包括設(shè)于中心涵道的下唇口處的第三導(dǎo)流板，第三導(dǎo)流板可繞與中心涵道的中線正交的第二導(dǎo)流板旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。可以通過行進(jìn)控制單元控制飛行器的行進(jìn)速度。
[0009]更具體的方案為第三導(dǎo)流板自身關(guān)于中心涵道的中線中心對稱布置。
[0010]再一個(gè)具體的方案為上述飛行器的第一主旋翼位于第二主旋翼的上方。
[0011]一個(gè)優(yōu)選的方案為上述飛行器的第一主旋翼槳徑與第二主旋翼槳徑之比為0.3至0.6。在該比例范圍內(nèi)可有效保證其下洗氣流量的同時(shí)，減少二者下洗氣流量的重疊。
[0012]另一個(gè)優(yōu)選的方案為副旋翼單元的數(shù)量為4個(gè)以上且為偶數(shù)，相對布置的兩個(gè)副旋翼單元的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相同，一對以上的副旋翼單元的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向與其他副旋翼單元的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反。
[0013]另一個(gè)優(yōu)選的方案為上述副旋翼單元均為涵道風(fēng)扇。有效地提高該飛行器的副旋翼單元的響應(yīng)速度，能夠迅速地對飛行器的飛行姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。
[0014]再一個(gè)優(yōu)選的方案為副旋翼單元的旋翼的旋轉(zhuǎn)軸的軸線均與中心涵道的中線相交于同一交點(diǎn)，該交點(diǎn)位于中心涵道的上方?？捎行У靥岣唢w行器在飛行過程中的穩(wěn)定性。
[0015]為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明提供一種飛行器的控制方法，該飛行器包括機(jī)架及安裝于該機(jī)架上的控制單元、主旋翼單元、反扭矩控制單元、行進(jìn)控制單元及副旋翼單元；主旋翼單元包括中心涵道及置于該中心涵道內(nèi)的第一主旋翼與第二主旋翼，第一主旋翼與第二主旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反，第一主旋翼及第二主旋翼的軸線均與中心涵道的中線共線，第一主旋翼的槳徑小于第二主旋翼的槳徑，第一主旋翼用于在第二主旋翼的槳根區(qū)域提供下洗氣流；副旋翼單元為均勻地分布于中心涵道的外圍的涵道風(fēng)扇，涵道風(fēng)扇的數(shù)量為4個(gè)以上且為偶數(shù)，相對布置的兩個(gè)涵道風(fēng)扇的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相同，一對以上的涵道風(fēng)扇的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向與其他涵道風(fēng)扇的旋翼的旋轉(zhuǎn)方向相反；反扭矩控制單元包括設(shè)于中心涵道的下唇口處的第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板，第一導(dǎo)流板及第二導(dǎo)流板分別可繞與中心涵道的中線正交的第一導(dǎo)流板旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板關(guān)于中心涵道的中線中心對稱布置；行進(jìn)控制單元包括設(shè)于中心涵道的下唇口處的第三導(dǎo)流板，該第三導(dǎo)流板可繞與中心涵道的中線正交的第二導(dǎo)流板旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；第一主旋翼位于第二主旋翼的上方，第一主旋翼的槳徑與第二主旋翼的槳徑之比為0.3至0.6 ;該控制方法包括:反扭矩控制，控制單元控制第一主旋翼的轉(zhuǎn)速大于第二主旋翼的轉(zhuǎn)速，當(dāng)控制單元檢測到中心涵道出現(xiàn)滾轉(zhuǎn)時(shí)，控制單元控制第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板以相同的轉(zhuǎn)速朝相反方向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度至中心涵道停止?jié)L轉(zhuǎn)；行進(jìn)方向控制，控制單元控制第一導(dǎo)流板與第二導(dǎo)流板與中心涵道的中線間的夾角以使中心涵道朝一方向滾轉(zhuǎn)至行進(jìn)方向?yàn)榈谌龑?dǎo)流板的法向在水平面上的投影；行進(jìn)速度控制，控制單元通過控制第三導(dǎo)流板與中心涵道的中線間的夾角以達(dá)到相應(yīng)的行進(jìn)速度。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例的立體圖；
圖2是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)分解圖；
圖3是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例中第一涵道風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例中第二涵道風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)圖；
圖5是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例中涵道風(fēng)扇固定組件的立體圖；
圖6是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例中反扭矩控制單元的立體圖；
圖7是本方明飛行器第一實(shí)施例中行進(jìn)控制單元的立體圖；
圖8是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例中第一主旋翼、第二主旋翼及其二者驅(qū)動(dòng)電機(jī)與固定支架的相對位置示意圖；
圖9是本發(fā)明飛行器第一實(shí)施例在飛行過程中各旋翼的旋向示意圖；
圖10是本發(fā)明飛行器第二實(shí)施例中第一主旋翼、第二主旋翼及其二者驅(qū)動(dòng)電機(jī)與固定支架的相對位置示意圖；
圖11是本發(fā)明飛行器第三實(shí)施例中第一主旋翼、第二主旋翼及其二者驅(qū)動(dòng)電機(jī)與固定支架的相對位置示意圖；
圖12是本發(fā)明飛行器第八實(shí)施例中第一主旋翼的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖13是本發(fā)明飛行器第九實(shí)施例中第二導(dǎo)流板旋轉(zhuǎn)軸與第三導(dǎo)流板的相對位置示意圖。
[0017]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
【具體實(shí)施方式】
[0018]飛行器及其控制方法第一實(shí)施例
參見圖1及圖2，飛行器I由機(jī)架，控制單元，主旋翼單元，反扭矩控制單元14，行進(jìn)控制單元15及4個(gè)副旋翼單元構(gòu)成。主旋翼單元由中心涵道11及置于中心涵道11內(nèi)的第一主旋翼12和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，第二主旋翼13和驅(qū)動(dòng)電機(jī)構(gòu)成。4個(gè)副旋翼單元為均勻地分布于中心涵道11的外圍的第一涵道風(fēng)扇16，第二涵道風(fēng)扇17，第一涵道風(fēng)扇18及第二涵道風(fēng)扇19 ;中心涵道11內(nèi)固定有一^h字型安裝支架111，第一主旋翼12及第二主旋翼13的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過固定支架安裝于安裝支架11