一种旋翼无人飞行器被动式增升装置及旋翼无人飞行器
阅读说明：本技术 一种旋翼无人飞行器被动式增升装置及旋翼无人飞行器 (Rotor unmanned vehicles passive formula increases lift device and rotor unmanned vehicles ) 是由 张伟 于 2021-02-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种旋翼无人飞行器被动式增升装置,包括被动式增升叶片、固定轴、轴连接件、固定环和固定杆,每一个被动式增升叶片之间通过固定轴、轴连接件连接成整体,相邻的两个固定轴之间通过轴连接件连接,固定杆的一端与轴连接件连接,固定杆的另一端与固定环连接。本发明还公开了一种旋翼无人飞行器。该旋翼无人飞行器被动式增升装置的目的是解决旋翼无人飞行器的飞行效率低的问题。(The invention discloses a rotor unmanned aerial vehicle passive high lift device which comprises passive high lift blades, fixed shafts, shaft connecting pieces, fixing rings and fixing rods, wherein each passive high lift blade is connected into a whole through the fixed shaft and the shaft connecting piece, two adjacent fixed shafts are connected through the shaft connecting pieces, one end of each fixing rod is connected with the shaft connecting piece, and the other end of each fixing rod is connected with the fixing ring. The invention also discloses a rotor unmanned aerial vehicle. The purpose of this rotor unmanned vehicles passive form high lift device is to solve rotor unmanned vehicles's the problem that flight efficiency is low.)
技术领域
本发明属于无人飞行器技术领域，具体涉及一种旋翼无人飞行器被动式增升装置及旋翼无人飞行器。
背景技术
旋翼无人飞行器目前已经广泛应用于军民用领域，虽然旋翼飞行器可以垂直起降，但稳定性和安全性不好。国内外对特殊布局旋翼无人飞行器进行了研发，如固定翼与旋翼复合无人飞行器、倾转旋翼无人飞行器、共轴双旋翼无人飞行器等。但是，这些特殊布局的旋翼飞行器还存在众多不足，附加结构增加了飞行器的重量、续航时间较短、而且飞行效率较低。
同时，经检索，在申请号为201410790940.5，申请名称油动四旋翼无人飞行器的中国专利申请，其中有“由于采用航空发动机做为动力，并增加了四组的旋翼，每一组旋翼的控制是通过伺服舵机和变距系统来实现，从而改变了以往无人飞行器升力靠螺旋浆，操作靠定浆距变转速模式带来的机动性能差，抗风能力弱的缺点，而本发明改为采用的直升机旋翼模式，操纵方式为采用定转速变浆距方式，具有抗风能力强，载荷能力大、机动性能好的优点”的记载，可以通过航空发动机和旋翼提供较大动力和升力，但是会导致飞行器结构复杂、重量增大，并且成本较高，故障率高，维护困难。
申请号为201711331142.6，申请名称为一种折叠式六旋翼植保无人飞行器的中国专利申请中公开了关于旋翼无人机，其中有“飞行器的飞行姿态由主机臂上的四个旋翼完成，次机臂上的两个旋翼仅提供升力，提高了负载能力，同时也实现姿态控制与速度控制的解耦，降低了控制难度。”的记载，虽然通过增加次机臂上的旋翼提供升力和负载能力，但是该六旋翼植保无人机为锂电池供能，增加的两套旋翼系统会增加飞行器的重量，消耗更多的电能，飞行时间会缩短，且旋翼周围无防护结构，会存在一定的安全性问题。
此类专利公开的旋翼无人飞行器能够提供更大的升力，但是目前所记载的技术从根本上都存在以下问题：改变提供动力模式和增加旋翼提供更大的动力和升力，但是都带来了结构复杂、重量增加等众多问题会降低飞机的飞行效率。
有鉴于此，本领域技术人员亟需提供一种旋翼无人飞行器被动式增升装置及旋翼无人飞行器用于解决上述问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明解决的技术问题是旋翼无人飞行器的飞行效率低。
(二)技术方案
本发明提供了一种旋翼无人飞行器被动式增升装置，包括被动式增升叶片、固定轴、轴连接件、固定环和固定杆，每一个所述被动式增升叶片之间通过所述固定轴、所述轴连接件连接成整体，相邻的两个所述固定轴之间通过所述轴连接件连接，所述固定杆的一端与所述轴连接件连接，所述固定杆的另一端与所述固定环连接。
进一步地，所述被动式增升叶片、所述固定轴和所述固定杆中至少有一个为碳纤维材质。
进一步地，所述被动式增升叶片的上翼面的两端设有限位固定结构，所述固定轴的两端分别穿设于对应的所述限位固定结构。
进一步地，所述被动式增升叶片的前、后缘均具有弧度，其前缘外弧直径、后缘内弧直径依据螺旋桨的直径确定。
进一步地，所述被动式增升叶片的后缘内弧与所述螺旋桨的叶平面横向距离为10mm。
进一步地，所述被动式增升叶片在螺旋桨流场中的安装高度与所述螺旋桨的翼尖处于同一水平面。
进一步地，多个所述固定轴连接形成六边形结构。
本发明还提供了一种旋翼无人飞行器，包括无刷电机、螺旋桨、机架和如权利要求-中任一项所述的旋翼无人飞行器被动式增升装置，所述无刷电机设于所述机架的端部，所述旋翼无人飞行器被动式增升装置以所述无刷电机为中心安装于所述机架上。
进一步地，所述固定轴以所述无刷电机为中心，按照°环绕分布于所述螺旋桨的周围，所述固定环套设于所述无刷电机。
进一步地，所述旋翼无人飞行器包括一个或多个所述螺旋桨。
(三)有益效果
本发明提供的旋翼无人飞行器被动式增升装置，包括被动式增升叶片、固定轴、轴连接件、固定环和固定杆，每一个被动式增升叶片之间通过固定轴、轴连接件连接成整体，相邻的两个固定轴之间通过轴连接件连接，固定杆的一端与轴连接件连接，固定杆的另一端与固定环连接。其中，被动式增升叶片安装于旋翼顶端附近，帮助改善流场并为旋翼无人飞行器提供额外的稳定性，与相同直径和等效功率的开放式旋翼相比可以产生更大的推力，在空气稀薄的高海拔地区能够使旋翼飞行器具有较高的稳定性和推进效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器被动式增升装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器被动式增升装置中的被动式增升叶片下翼面的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器被动式增升装置中的被动式增升叶片上翼面的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器被动式增升装置中的被动式增升叶片的独立安装图；
图5是本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器被动式增升装置的飞行状态图；
图6是本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器的自由状态图；
图7是本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器的飞行状态图；
图8是本发明实施例提供的一种被动式增升叶片的原理图；
图9是本发明实施例提供的一种被动式增升叶片升力与螺旋桨平面的距离关系图。
图中：
1-被动式增升叶片；101-限位固定结构；2-固定轴；3-轴连接件；4-固定环；5-固定杆；6-无刷电机；7-螺旋桨；8-机架。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
根据本发明实施例提供的一种旋翼无人飞行器被动式增升装置，如图1-5所示，包括被动式增升叶片1、固定轴2、轴连接件3、固定环4和固定杆5，每一个被动式增升叶片1之间通过固定轴2、轴连接件3连接成整体，相邻的两个固定轴2之间通过轴连接件3连接，固定杆5的一端与轴连接件3连接，固定杆5的另一端与固定环4连接。
在上述实施方式中，旋翼无人飞行器未工作时，被动式增升装置处于自由状态。如图8所示，当无人机悬停或下降飞行时，螺旋桨7的下翼面流出的气流经过桨尖形成数个强烈的涡流并流回螺旋桨7的上翼面，安装在螺旋桨7的翼尖处于同一水平面周围的被动式增升叶片1会被动的向上偏转并保持平行于螺旋桨平面，为旋翼无人飞行器提供额外的升力。
该被动式增升叶片1的弧形结构，拆卸和组装灵活，维护简单。
在一些可选的实施例中，被动式增升叶片1、固定轴2和固定杆5中至少有一个为碳纤维材质。具体地，采用碳纤维材料的优点为质量轻、强度高，对原有旋翼无人机飞行器的结构和质量影响较小。
在一些可选的实施例中，如图3-4所示，被动式增升叶片1的上翼面的两端设有限位固定结构101，固定轴2的两端分别穿设于对应的限位固定结构101。具体地，固定轴2的两端分别穿设于限位固定结构101并与轴连接件3连接，从而将相邻的被动式增升叶片1依次连接成一个整体结构。
在一些可选的实施例中，如图2所示，被动式增升叶片1的前、后缘均具有弧度，其前缘外弧直径、后缘内弧直径依据螺旋桨7的直径确定。
具体地，前后缘弧度范围为50°～60°，能使六个相同的被动式增升叶片1均匀绕螺旋桨7分布。
在一些可选的实施例中，如图5所示，被动式增升叶片1的后缘内弧与螺旋桨7的叶平面横向距离为10mm。其中，能够保证被动式增升叶片1与螺旋桨7有一定安全距离，同时能有较好升力效果。
在一些可选的实施例中，被动式增升叶片1在螺旋桨流场中的安装高度与螺旋桨7的翼尖处于同一水平面。
在上述实施方式中，被动式增升叶片1与螺旋桨7处于同一水平面能提高旋翼无人飞行器向前飞行的稳定性和推进效率。
被动式增升叶片1提供的升力在螺旋桨7平面最大，如图9所示，横坐标为増升叶片与螺旋桨平面的纵向距离，纵坐标为増升叶片与单旋翼的升力比，可知当被动式増升叶片1与螺旋桨7平面的纵向距离为0(即被动式増升叶片1与螺旋桨7处于同一水平面)时，被动式増升叶片1与螺旋桨7的升力比是最大的，最大升力约为一个螺旋桨7所提供升力的8％，在旋翼平面上方或者下方的位置会产生与升力方向相反的力，被动式增升叶片1在纵向离旋翼越远，效果越差。
在一些可选的实施例中，多个固定轴2连接形成六边形结构。具体地，通过碳纤维固定杆5与轴连接件3将被动式增升叶片1固定于六边形分布的碳纤维固定杆5上，同时能够在气流的作用下将被动式增升叶片1限制在水平位置。
根据本发明实施例的第二方面提供的一种旋翼无人飞行器，如图6-7所示，包括无刷电机6、螺旋桨7、机架8及上述旋翼无人飞行器被动式增升装置，无刷电机6设于机架8的端部，旋翼无人飞行器被动式增升装置以无刷电机6为中心安装于机架8上。
在一些可选的实施例中，固定轴2以无刷电机6为中心，按照60°环绕分布于螺旋桨7的周围，固定环4套设于无刷电机6。
在一些可选的实施例中，旋翼无人飞行器包括一个或多个螺旋桨7。
具体地，一种四旋翼飞行器的无刷电机6与机架8之间装有四组被动式增升装置，每个增升装置有装有六个被动式增升叶片1可以使无人飞行器起降更加灵活，飞行稳定性和飞行效率更高。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
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