飞行器和飞行单元的制作方法

本申请涉及飞行器和飞行器使用的飞行单元。

背景技术：

常见飞行器通常被分为固定翼飞行器、直升飞行器和多旋翼飞行器。

固定翼飞行器要求场地开阔。例如，需要专用的跑道等固定场地。

直升飞行器的主旋翼用于提供飞行器的升力。尾桨用于抵消主旋翼提供升力时产生的反扭矩。驾驶员通过操作操纵杆倾斜主旋翼，从而使得主旋翼的拉力方向发生倾斜，进而使得飞行器发生前后或侧向移动。直升飞行器的驾仪控制难度大。

多旋翼飞行器通常为四旋翼飞行器。四个旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向。四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端。支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。

四旋翼飞行器通过调节四个电机的转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。

四旋翼飞行器主要有以下运动状态：

垂直运动：

请参照图1，同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大。当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地。实现了沿z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

俯仰运动：

请参照图2，电机1的转速上升，电机3的转速下降(改变量大小应相等)，电机2、电机4的转速保持不变。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕y轴旋转。同理，当电机1的转速下降，电机3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。飞行器绕x轴旋转的情形与飞行器绕y轴旋转的情形类似，此处不再赘述。

偏航运动：

旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩。为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图3中，当电机1和电机3的转速上升，电机2和电机4的转速下降时，旋翼1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机1、电机3的转向相反。

水平运动：

要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图4中，增加电机3转速，使拉力增大，相应减小电机1转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。根据图2的说明，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。飞行器后飞、左飞、右飞的情形与飞行器前飞的情形类似，此处不再赘述。

在实现现有技术过程中，发现现有技术中至少存在如下问题：

为了维持四个电机的运转，需要为四个电机配置对应的电能。由于飞行器载荷有限，飞行器的工作时间受到负载的电源的限制。

因此，需要提供一种工作时间相对较长的飞行器。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种飞行器包括：

主基体；

安装于主基体的飞行模组；

安装于主基体的功能模组，用以控制飞行模组的工作状态；

其中，飞行模组至少包括一对飞行单元；

每个飞行单元包括：

飞行架；

安装于飞行架的旋翼；

安装于飞行架、与旋翼配合提供飞行器推进力的舵桨。

进一步的，所述飞行模组仅包括一对飞行单元。

进一步的，所述飞行架包括环形壁；

所述环形壁包围形成风洞，所述旋翼容纳于所述风洞；

所述风洞具有出风口；

所述舵桨安装于所述出风口。

进一步的，所述舵桨的安装轴线贯穿所述环形壁的直径，所述舵桨可在所述飞行架内转动。

进一步的，所述飞行器具有指示前进方向的纵向，所述一对飞行单元沿与纵向相交的横向对称布置。

进一步的，所述舵桨的安装轴线与所述纵向垂直。

进一步的，本申请还提供一种飞行单元，包括：

飞行架；

安装于飞行架的旋翼；

安装于飞行架、与旋翼配合提供飞行器推进力的舵桨。

进一步的，所述飞行架包括环形壁；

所述环形壁包围形成风洞，所述旋翼容纳于所述风洞；

所述风洞具有出风口；

所述舵桨安装于所述出风口。

进一步的，所述舵桨的安装轴线贯穿所述环形壁的直径，所述舵桨可在所述飞行架内转动。

进一步的，所述飞行架设有横贯径向的套管，所述舵桨固定于套管，可以与套管一体相对飞行架转动。

本申请实施例提供的飞行器和飞行单元，至少具有如下有益效果：

从而，相对于现有技术中需要使用四个旋翼才能飞行的飞行器，负载相同容量的电源时，飞行时间可以提高一倍，解决了飞行器工作时间短的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为现有技术中四旋翼飞行器垂直运动原理图。

图2为现有技术中四旋翼飞行器俯仰运动原理图。

图3为现有技术中四旋翼飞行器偏航运动原理图。

图4为现有技术中四旋翼飞行器水平运动原理图。

图5为本申请提供的飞行器的结构示意图。

图6为申请提供的飞行器的飞行模组结构示意图。

图7为申请提供的飞行器的飞行模组另一个角度的结构示意图。

图8为申请提供的飞行器的飞行模组第三个角度的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图5所示，为本申请提供的一种飞行器100的结构示意图。飞行器100包括主基体11、安装于主基体11的飞行模组12、安装于主基体11的功能模组13用以控制飞行模组12的工作状态。

这里的飞行器100通常以无人机的形式出现，用于航拍、提供虚拟现实视角或运输质量较小的物品。为了便于理解，这里仅以提供虚拟现实视角功能的飞行器100为例来说明。

这里的飞行器100的具体形态，通常以旋翼飞行器100的形式出现，但是，不排除固定翼飞行器100、直升飞行器100，甚至不排除采用热力升空的飞行器100。为了便于理解，这里以双旋翼飞行器100为例来说明。

应当指出是，这里的飞行器100的具体的应用功能和具体的出现形式，不应当理解为对本申请的实质性保护范围的限制。

主基体11用于提供飞行器100的架构，可以安装飞行器100的其他装置、机构、组件或零部件。主基体11可以提供功能模组13、飞行模组12的安装位置，并对功能模组13、飞行模组12进行保护。主基体11内部镂空以便安装功能模组13和飞行模组12。

主基体11可以采用多种工艺制造。例如，可以采用注塑、浇铸、机械切割加工等。在本申请提供的具体实施方式中，主基体11可以采用塑胶注塑一体成型而成。当然，也可以注塑成相互耦合的两个半壳，然后再将两个半壳装配，形成主基体11。当然，对于主基体11的某些特殊部件，也可以个别注塑一体成型，然后通过安装的方式装配到两个半壳对应的位置，以形成完整的主基体11。对于主基体11的外表面可以采用抛光、镀膜等工艺降低风阻。

请参照图6，飞行模组12用于为飞行器100提供动力。这里的飞行模组12是指飞行器100中至少包括的一对旋翼121以及与旋翼121配合的舵桨122。具体而言，可以是仅设置一对旋翼121以及与旋翼121配合舵桨122的一个双旋翼飞行器100，也可以是使用一对旋翼121以及与旋翼121配合的舵桨122作为部分动力的供应源。例如，双旋翼飞行器100，或使用一对旋翼121以及与旋翼121配合的舵桨122的固定翼飞行器、直升飞行器，甚至不排除采用热力升空的飞行器。

这里的一对旋翼121直径的大小可以相同，也可以不同。为了控制方便，或者飞行器100的控制算法简便，这里的一对旋翼121可以设置为直径相同。当然，该对旋翼121可以设置为具有可相互替换的特征，也就是说，旋翼121的形状、结构、尺寸完全相同。

请参照图6至图8，飞行模组12可以包括两个飞行单元。一个飞行单元包括上述的一个旋翼121、一个舵桨122、一个飞行架124、一个旋翼电机123、一个舵桨电机125。

旋翼121可以由一个中心筒1211以及自中心筒1211向外延展的叶片1212构成。中心筒1211具有轴向端面，叶片1212相对轴向端面倾斜，以便叶片1212旋转时空气的反向力提供叶片1212轴向的升力。叶片1212可以设置多个，以提高升力。旋翼121可以使用普通塑胶材料一体注塑成型而成。也可以根据需要，使用抗疲劳性能好的轻质合金材料浇铸而成。

旋翼121由旋翼电机123驱动。旋翼电机123的定子或转子与旋翼121的中心筒1211机械配接固定。对应的，旋翼电机123的转子或定子与飞行架124机械配接固定。旋翼电机123可以驱动旋翼121相对飞行架124转动。旋翼121的叶片1212挤压空气，空气对叶片1212施加反向力。反向力提供叶片1212轴向的升力。旋翼电机123可以使用普通电机，也可以根据需要使用无刷电机。

飞行架124包括环绕包围旋翼121的环形壁1241，以及自环形壁1241向飞行架124中间延伸的加强筋1242。若干汇集的加强筋1242在汇集部分形成中间柱1243。或者，飞行架124可以设置中间柱1243，加强筋1242搭接于中间柱1243，以提高飞行架124的牢固性。中间柱1243可以与旋翼电机123的定子锁定。中间柱1243与旋翼电机123的轴线同轴。在本申请提供的实施方式中，为了提高加强筋1242的抗冲击力，加强筋1242为弧形。更具体的，加强筋1242一端连接于环形壁1241，另一端连接于中间柱1243，弧形的加强筋1242外凸朝向环形壁1241。当飞行器100发生碰撞时，冲击力在弧形加强筋1242上分散，从而不易折断加强筋1242。在本申请中加强筋1242可以在圆周上均匀设置三根。每两根加强筋1242之间成120度夹角。

舵桨122可旋转地设置于飞行架124。飞行架124设有横贯径向的套管1244。舵桨122固定于套管1244，可以与套管1244一体相对飞行架124转动。舵桨122与套管1244可以一体注塑成型，也可以分别制造，然后将舵桨122通过焊接、粘接等方式固定到套管1244。为了提高套管1244的强度，套管1244可以采用碳纤维制成。碳纤维管中空，可以容纳导线。为旋翼电机123供电的导线收纳于套管1244内。套管1244中部适当位置开设开口，以便引出导线与旋翼电机123电性连接为旋翼电机123供电。

舵桨122由舵桨电机125驱动。在本申请提供的具体实施方式中，套管1244可以与第一齿轮1245套接。舵桨电机125与第二齿轮1246套接。第一齿轮1245与第二齿轮1246相互啮合。从而，舵桨122可以由舵桨电机125驱动。

飞行单元的升力可以由旋翼121提供，飞行单元的推进力可以由旋翼121及舵桨122两者的配合来提供。为了设计出合格的飞行单元需要对飞行单元进行测试和实验。飞行架124的纵深会带来飞行单元的不同性能表现。更具体的，飞行架124的环形壁1241包围形成的空间通常称为风洞或涵洞。风洞或涵洞的轴向纵深影响飞行器100的飞行性能。下面以风洞统称飞行架124的包覆空间。为了测试不同纵深的风洞对飞行器100的性能的影响，通常需要设计不同纵深的环形壁1241，然后，设计对应的模具，最后，将不同纵深的环形壁1241注塑成型而成。为了降低测试及实验成本，进一步的，在本申请提供的一种优选的实施方式中，所述飞行架124包括位于环形壁1241和位于环形壁1241中间位置的拱顶，环形壁1241和拱顶之间架设有加强筋1242，其中，环形壁1241轴向延伸若干延伸臂1247，所述飞行架124还包括包覆膜1248，所述包覆膜1248包覆所述延伸臂1247，形成延展壁。这样，环形壁1241的轴向纵深可以按照通用尺寸设计，而当需要更大尺寸的风洞时，将包覆膜1248包覆自环形壁1241延伸而出的延伸臂1247，形成延展壁。延展壁延伸了飞行单元的轴向纵深，增大了风洞的尺寸，但是却不必对环形壁1241的轴向纵深尺寸重新设计、开模、制造，从而，提高了飞行单元测试与实验的效率，并且降低了飞行单元测试与实验的成本。

进一步的，在本申请提供的一种优选的实施方式中，所述包覆膜1248可以为筒形橡胶膜。风洞的尺寸决定于环形壁1241的轴向纵深以及延伸臂1247上包覆膜1248包覆的轴向纵深尺寸。这样，在实验时，仅需要将包覆膜1248撑开，套于环形壁1241以及延伸臂1247上即可形成延展壁，从而，提高了飞行单元测试与实验的效率。

飞行模组12的两个飞行单元在主基体11上对称布置。舵桨电机125布置于中间位置。在本申请提供的实施方式中，为了降低飞行器100的尺寸，功能模组13布置于两个飞行单元中间位置。

飞行器100的主基体11与飞行单元之间设有避位空间。当飞行器100发生碰撞时，主基体11发生弹性形变，正对飞行单元的主基体11部分避位空间内弹性变形，仅当该正对飞行单元的主基体11部分的弹性变形超过避位空间尺寸时，才会对飞行单元形成挤压，从而，可以有效的保护飞行单元。进一步的，在本申请提供的一种优选的实施方式中，可以避位空间内填充吸震材料，以降低冲击对飞行单元的影响。

功能模组13一方面用于控制飞行器100的飞行，另一方面用于完成飞行器100的具体的应用功能。

不同的飞行器100具有不同的飞行控制机制。在本申请提供的具体实施方式中，飞行器100至少包括一对旋翼121。旋翼121通过旋翼电机123驱动实现旋转。功能模组13至少包括对旋翼电机123的控制部分。功能模组13至少控制旋翼电机123的停止与启动、正反转、转速的大小。旋翼电机123的停止与启动、正反转、转速的大小，对应旋翼121的不同旋转状态，最终体现为飞行器100的不同飞行状态。

在本申请提供的具体实施方式中，提供一种可以与旋翼121配合工作的舵桨122。舵桨122同样可以通过舵桨电机125驱动。功能模组13至少包括对舵桨电机125的控制部分。功能模组13至少控制舵桨电机125的停止与启动、正反转、转速的大小。舵桨电机125的停止与启动、正反转、转速的大小，对应舵桨122的不同旋转状态，最终体现为飞行器100的不同飞行状态。

在本申请提供的具体实施方式中，为了完成对飞行器100的飞行控制，功能模组13还可以包括数据传输模块、电源管理模块、处理模块、存储模块。

数据传输模块可以包括无线收发器、天线。无线收发器可以使用无线通信波段的电磁波进行数据传输，也可以使用常规波段的WIFI电磁波进行数据传输。具体的例如，使用4G通讯信号，或2.4Ghz WIFI信号。数据传输模块一方面可以接收用户对飞行器100的控制指令，另一方面可以将飞行器100的飞行参数反馈给用户，以便用户更精准地控制飞行器100飞行。当然，数据传输模块还可以将具体应用功能中涉及的参数反馈给用户。

电源管理模块可以管理飞行器100携带的电源。具体的例如，电源电能残余量的及时反馈，电源电能的使用方式等。

处理模块通常表现为处理芯片。存储模块通常可以表现为计算机内存或缓存。序列化指令集通常可以存储于存储模块。处理模块执行序列化指令集以实现功能模组13的功能。飞行器100飞行的控制方法、数据传输方法、电源管理方法等各种方法通常通过编程的方式形成序列化指令集，存储于存储模块。

功能模组13另一方面完成飞行器100的具体的应用功能。为了便于理解，这里以提供虚拟现实视角功能飞行器100为例来说明。这样飞行器100可以包括图像采集模块、定位模块。图像采集模块可以具体的为相机或摄像机。相机或摄像机将采集到的图像自动转换为电信号。或者，相机或摄像机将图像传递到处理模块，由处理模块转换为电信号。电信号经数据传输模块向用户传输。具体的，这里向用户传输可以是向飞行器100的控制室传输，或者向用户所持的虚拟现实眼镜、移动终端传输。电信号经过解码可以再次获得图像，从而用户可以看到飞行器100所监控到的景象，提供飞行器100的虚拟现实视角。定位模块通常表现为电子陀螺仪、电子罗盘等，用以提供飞行器100的空间位置。飞行器100还可以包括转向模块，用以完成图像采集模块采集方向的变更。

功能模组13中具体模块的设置与飞行器100的具体应用功能相对应，这里仅以提供虚拟现实视角功能的飞行器100为例进行了说明，需要指出的是，这里飞行器100的具体应用功能不应当理解为对本申请实质性保护范围的限制。

以上对本申请实施例的结构做了详细阐释，下面介绍本申请的具体实施过程：

将飞行架124、旋翼121、舵桨122分别注塑成型。将旋翼电机123与旋翼121装配到一起。将舵桨122安装于飞行架124。将舵桨电机125与舵桨122装配到一起。最后，一个旋翼121、一个舵桨122、一个飞行架124、一个旋翼电机123、一个舵桨电机125形成一个飞行单元。将成对的飞行单元作为飞行模组12安装于主基体11。将功能模组13安装于主基体11。在飞行时，成对的旋翼121可以保持反扭矩相互平衡。而舵桨122在舵桨电机125作用下倾斜，这样，旋翼121挤压的气流冲向舵桨122，舵桨122两侧气流不平衡从而产生飞行器100的推进力。由于本申请中两个旋翼长时转动产生升力，而舵桨仅在调整推进力时才运动，从而，相对于现有技术中需要使用四个旋翼才能飞行的飞行器，负载相同容量的电源时，飞行时间可以提高一倍，解决了飞行器工作时间短的技术问题。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。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之内。