動力系統及多軸飛行器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種有兩個旋翼共軸線布置的動力系統及以該動力系統構建的多軸飛行器。
【背景技術】
[0002]多軸飛行器，通常包括機架及安裝于機架上一套以上的動力系統及控制單元，動力系統通常包括一個以上的旋翼單元，旋翼單元通常包括動力裝置及由該動力裝置驅動的旋翼，其旋翼的槳葉的角度為定值，在飛行過程中，通過改變不同旋翼之間的相對轉速來調整飛行器的飛行姿態。控制單元通常包括檢測傳感器、控制電路板及電調，電調用于調整旋翼的轉速；控制單元用于檢測飛行器的飛行姿態及調控動力裝置以控制飛行器的行進姿態、行進方向及行進速度等。
[0003]公布號為CN101934858A的專利文獻中公布了一種小型電動涵道螺旋槳式智能無人飛行器，其由涵道、支架、共軸反轉旋翼、整流罩、電池、電動機、驅動控制電路和微控制器組成。由于其使用共軸反轉式雙旋翼設計，兩個旋翼在共同提供升力的旋轉過程中產生的反扭矩相互抵消，使飛行器穩定地飛行。在飛行過程中，由于上旋翼與下旋翼的槳徑相同，沿二者的槳根指向槳尖的方向，槳葉上各點的旋轉線速度逐漸增大，從而在鄰近槳根區域下洗氣流量非常小，由于槳葉形狀沿槳根指向槳尖逐漸變化，在槳葉中部區域的下洗氣流量最大，當上旋翼的轉速大于下旋翼時，上旋翼產生的下洗氣流擊打于下旋翼的槳葉上，引起較大的能量損失；若上旋翼的轉速低于下旋翼時，上旋翼則阻礙了下旋翼的下洗氣流吸入，兩種情形均使飛行器的氣動效率降低；即使上旋翼與下旋翼的轉速保持一致，當上旋翼與下旋翼的槳葉在徑向上重疊時，上旋翼與下旋翼間將產生較為嚴重的空氣摩擦，這也降低飛行器的氣動效率。此外，等槳徑的上、下旋翼在旋轉過程中容易產生氣流振動噪聲，振動噪聲的產生降低了飛行器的能源利用率。

【發明內容】

[0004]本發明的主要目的是提供一種有兩個旋翼共軸線布置的動力系統，以提高以該動力系統構建的多軸飛行器的氣動效率；
本發明的另一目的是提供一種以上述動力系統構建的飛行器。
[0005]為了實現上述主要目的，本發明提供一種用于多軸飛行器的動力系統，其包括涵道、第一旋翼單元及第二旋翼單元，第一旋翼單元包括第一旋翼，第二旋翼單元包括第二旋翼；第一旋翼的軸線與第二旋翼的軸線均與涵道的中線共線；第一旋翼與第二旋翼的旋轉方向相反；第一旋翼及第二旋翼均置于涵道內；第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑；第一旋翼用于在第二旋翼的槳根區域提供下洗氣流，以補充該區域的下洗氣流量。
[0006]由以上方案可見，由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，使第一旋翼的槳葉的槳尖與涵道的內側壁間保持一定的間距，便于對其槳葉設計及制造；由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，二者槳葉旋轉形成的覆蓋面積部分重疊，且第一旋翼的下洗氣流將補充第二旋翼的槳根區域的氣流量，使第二旋翼的旋轉面內能產生更多的下洗氣流量，從而提高以該動力系統構建的多軸飛行器的氣動效率。對于旋翼為槳葉的角度為定值的多軸飛行器，其槳轂結構簡單，氣流阻力比較小，更有利于第一旋翼對第二旋翼槳根區域下洗氣流量的補充。此外，由于第一旋翼與第二旋翼的槳徑不同，可有效地降低二者在旋轉過程中所產生的氣流振動噪聲。
[0007]具體的方案為第一旋翼的槳徑與第二旋翼的槳徑之比為0.3至0.6。該槳徑比例可以保證兩旋翼的下洗氣流量重疊較少的條件下，確保直徑較小的旋翼提供較充足的下洗氣流，更有利于提高以該動力系統構建的飛行器的氣動效率。
[0008]優選方案為第一旋翼位于第二旋翼的上方。第一旋翼位于第二旋翼的上方有利于加速旋翼軸線附近的氣流吸入涵道內，有利于提高氣動效率。
[0009]為了實現本發明的另一目的，本發明提供一種多軸飛行器，其包括機架及安裝于該機架上一套以上的動力系統，該動力系統包括涵道、第一旋翼單元及第二旋翼單元，第一旋翼單元包括第一旋翼，第二旋翼單元包括第二旋翼，第一旋翼的軸線與第二旋翼的軸線均與涵道的中線共線，第一旋翼與第二旋翼的旋轉方向相反；第一旋翼及第二旋翼均置于涵道內；第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑；第一旋翼用于在第二旋翼的槳根區域提供下洗氣流，以補充該區域的下洗氣流量。
[0010]由以上方案可見，由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，使第一旋翼的槳葉的槳尖與涵道的內側壁間保持一定的間距，便于對其槳葉設計及制造；由于第一旋翼的槳徑小于第二旋翼的槳徑，二者槳葉旋轉形成的覆蓋面積部分重疊，且第一旋翼的下洗氣流將補充第二旋翼的槳根區域的氣流量，使第二旋翼的旋轉面內能產生更多的下洗氣流量，從而提高該多軸飛行器的氣動效率多軸飛行器的槳轂結構簡單，氣流阻力比較小，更有利于第一旋翼對第二旋翼槳根區域下洗氣流量的補充。此外，由于第一旋翼與第二旋翼的槳徑不同，可有效地降低二者在旋轉過程中所產生的氣流振動噪聲。
[0011]一個具體的方案為第一旋翼的槳徑與第二旋翼的槳徑之比為0.3至0.6。
[0012]更具體的方案為第一旋翼的槳徑與第二旋翼的槳徑之比為0.5至0.6。
[0013]另一個具體的方案為第一旋翼位于第二旋翼的上方。
[0014]再一個具體的方案為第一旋翼的槳距角小于第二旋翼的槳距角。槳距角較小的第一旋翼位于上方，其對氣流的作用力的水平分量較小，有效地減少第二旋翼的功率，可以有利于減少第一旋翼下洗氣流的變向作用，減少下洗氣流對第二旋翼的干擾，能有效地降低能量的損失。
[0015]一個優選的方案為第一旋翼及第二旋翼的槳葉數量均為3片。
[0016]另一個優選的方案為上述多軸飛行器的動力系統的數量為一個；其還包括安裝于機架上的4個涵道風扇；該4個涵道風扇均布于動力系統的涵道的周向上。提高該多軸飛行器的姿態調整的響應速度。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明多軸飛行器第一實施例的立體圖；
圖2是本發明多軸飛行器第一實施例的結構分解圖；
圖3是本發明多軸飛行器第一實施例中第一涵道風扇的結構圖； 圖4是本發明多軸飛行器第一實施例中第二涵道風扇的結構圖；
圖5是本發明多軸飛行器第一實施例中涵道風扇固定件的立體圖；
圖6是本發明多軸飛行器第一實施例中反扭矩控制單元的立體圖；
圖7是本發明多軸飛行器第一實施例中行進控制單元的立體圖；
圖8是是本發明多軸飛行器第一實施例中第一旋翼、第二旋翼及其二者驅動電機與固定支架的相對位置示意圖；
圖9是本發明多軸飛行器第一實施例在飛行過程中各旋翼旋向的示意圖；
圖10是本發明動力系統第二實施例的立體圖；
圖11是本發明動力系統第二實施例的結構圖；
圖12是本發明動力系統第二實施例的第一旋翼與第二旋翼的平面圖；
圖13是本發明動力系統第三實施例的結構圖；
圖14是本發明動力系統第四實施例的結構示意圖；
圖15是本發明動力系統第五實施例的結構示意圖；
圖16是本發明動力系統第六實施例的結構示意圖；
圖17是本發明動力系統第七實施例的結構示意圖；
圖18是本發明多軸飛行器第八實施例中第二導流板旋轉軸與第三導流板的安裝關系示意圖。
[0018]以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
【具體實施方式】
[0019]動力系統及多軸飛行器第一實施例
參見圖1及圖2，多軸飛行器I由機架及安裝于機架上控制單元，反扭矩控制裝置14，行進控制單元15，動力系統，電源與4個側旋翼單元構成。動力系統由涵道11及置于涵道11內的第一旋翼單元與第二旋翼單元構成；4個側旋翼單元為均勻地分布于涵道11的外圍的第一涵道風扇16，第二涵道風扇17，第一涵道風扇18及第二涵道風扇19 ;涵道11內固定有一十字型安裝支架111，第一旋翼單元中的第一旋翼12及第二旋翼單元中的第二旋翼13的驅動電機通過固定支架安裝于安裝支架1