一种双环形旋翼球形舱飞机的制作方法

本发明涉及一种飞行器，更具体地说，它涉及一种双环形旋翼球形舱飞机。

背景技术：

随着国家把通用航空确定为支柱产业，人们对飞机的关注度越来越高。固定翼飞机需要跑道，普通直升飞机的旋翼裸露安全性不高，且因负荷扭矩大而配备大功率发动机，传动系统复杂且易引起机件疲劳要定期更换，飞机的维护费用高，这些都极大地限制了通用航空业的发展。目前，无人机发展很快，用于拍摄甚至运送快递，但是现在的很多无人机旋翼叶片裸露在外，存在碰撞折断的风险，而且无人机调姿不便又不能实现大载重能力。

技术实现要素：

本发明克服了飞机旋翼叶片裸露在外，存在碰撞折断的风险，而且飞机调姿不便的不足，提供了一种双环形旋翼球形舱飞机，飞机旋翼叶片隐藏在保护罩内，转动过程中不会发生碰撞折断的现象，而且旋翼叶片长度短，有利于降低对旋翼叶片强度的严苛要求且无需经常更换旋翼叶片，飞机飞行过程中调姿方便可靠；双环形旋翼球形舱飞机大大简化了传动结构，减轻飞机自重，降低维护强度和费用，加大了动力输出半径，降低了对发动机功率的要求，极大地减少了能耗，无需尾翼，结构简单优化。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种双环形旋翼球形舱飞机，包括球形舱、上保护罩、下保护罩、旋翼固定环、上旋翼转子、下旋翼转子、控制系统，上保护罩、下保护罩、上旋翼转子、下旋翼转子均呈环形，上保护罩、下保护罩上均设有通风格栅，上保护罩和下保护罩的外圈连接在一起，旋翼固定环连接在上保护罩和下保护罩的内圈之间，旋翼固定环上转动安装调姿环，球形舱转动安装在调姿环内，调姿环和旋翼固定环之间连接两相对设置的调姿关节轴，球形舱和调姿环之间连接两相对设置的机舱关节轴，调姿关节轴和机舱关节轴轴线垂直，一调姿关节轴以及一机舱关节轴均传动连接调姿电机；上旋翼转子、下旋翼转子均包括运动环、强磁转子、均布连接在运动环上的若干旋翼叶片，旋翼固定环上和强磁转子对应安装励磁线圈定子，运动环可转动安装在旋翼固定环上，旋翼固定环上安装陀螺仪，调姿电机、励磁线圈定子、陀螺仪均与控制系统电连接。

励磁线圈定子和强磁转子一起构成无刷直流电机，双环形旋翼球形舱飞机运行时，控制系统对励磁线圈定子通电，强磁转子带动运动环一起旋转。上旋翼转子、下旋翼转子转动方向始终相反，空气产生的反扭矩相互抵消，当改变其中一个旋翼转子的转速，飞机即能转变方向。球形舱中心靠近下端位置，球形舱下端低于下保护罩。通过一对调姿关节轴和一对机舱关节轴的设置，使球形舱和旋翼固定环之间能以任意角度转动。由控制系统控制两调姿电机的运转实现调姿关节轴和机舱关节轴的转动，由于球形舱重心始终竖直向下，调姿关节轴和机舱关节轴的转动使旋翼固定环相对于球形舱形成一定的倾角，飞机即可获得一个水平方向的推力，使飞机能够向倾角方向飞行。陀螺仪将检测到的倾角信号和方向信号传递到控制系统，控制系统根据陀螺仪传递来的信号对两个调姿电机发出指令，控制调姿电机的转速和转动角度。上旋翼转子、下旋翼转子均置于上保护罩和下保护罩之间，旋翼叶片隐藏式设置，转动过程中不会发生碰撞折断的现象。上旋翼转子、下旋翼转子均呈环形，螺旋桨叶片长度短，有利于降低对螺旋桨叶片强度的严苛要求。这种双环形旋翼球形舱飞机的螺旋桨叶片隐藏在保护罩内，转动过程中不会发生碰撞折断的现象，而且螺旋桨叶片长度短，有利于降低对螺旋桨叶片强度的严苛要求，飞机飞行过程中调姿方便可靠。

作为优选，旋翼固定环上设有两环形的安装槽，运动环上均设有悬浮环，悬浮环内壁上安装吸附环，悬浮环、吸附环与安装槽侧壁之间均设有悬浮间隙，悬浮环上、下表面上均安装有活动永磁环，安装槽侧壁上和活动永磁环对应位置安装有固定永磁环，活动永磁环与固定永磁环的相对面磁极相同；旋翼固定环上均布安装若干电磁块，电磁块径向朝向吸附环且可通电吸引吸附环，旋翼固定环上靠近电磁块位置均安装有径向朝向吸附环设置的位移传感器；电磁块、位移传感器均与控制系统电连接。

活动永磁环与固定永磁环的相对面同极相斥，使悬浮环处于悬浮状态；吸附环和安装槽侧壁之间始终保持有间隙，确保运动环转动过程中始终处于悬浮状态。控制系统对电磁块线圈通电使电磁块吸引吸附环，位移传感器检测到的信号输送到控制系统，控制系统根据读取的位移传感器的信号对电磁块的线圈是否通电以及通电电流大小进行控制。电磁块错时通断，同一时段对检测到的位移传感器与吸附环内壁之间最大距离位置的电磁块进行通电，从而使该电磁块对吸附环进行吸引，缩短位移传感器与吸附环内壁之间的距离。控制系统读取位移传感器信号并对单个电磁块通电的频率根据需要进行设定，从而使悬浮环始终处于动态平衡状态。上旋翼转子、下旋翼转子转动过程中运动环始终处于悬浮状态，振动和噪音小，不需要润滑，无机械磨损，使用寿命长，维护费用低。

作为优选，运动环上表面上设有防护环，旋翼固定环外壁上均布安装若干防撞轴承，防撞轴承外壁与防护环内壁之间设有防撞间隙，防撞间隙径向间距小于吸附环内壁与安装槽侧壁之间的径向间距。

当电磁块出现故障时，运动环转动过程中径向出现细微偏移，防撞轴承对防护环内壁进行支撑，防止旋翼转子转动过程中径向出现较大偏差，能够保证电磁块出现故障时运动环也能正常运转。

另一种方案，旋翼固定环和运动环之间安装转动轴承。旋翼固定环和运动环之间采用转动轴承实现转动连接，运动环运转平稳可靠。

作为优选，控制系统由蓄电池供电，蓄电池和控制系统均安装在球形舱内。由蓄电池供电，更加环保。

作为优选，旋翼固定环下端连接若干均布设置的起落架。起落架的设置便于飞机的起飞和降落。

作为优选，下保护罩上表面靠近外边缘位置设有定位凸环，上保护罩下表面外边缘设有盖合环，定位凸环与盖合环适配插装在一起，盖合环下端支撑在下保护罩上表面上。上保护罩和下保护罩通过盖合环和定位凸环的适配插装，连接更加平稳可靠。

作为优选，强磁转子包括转子环、永磁体磁瓦，转子环上均布设有若干连接槽，连接槽中均安装一永磁体磁瓦，相邻两永磁体磁瓦内表面磁性相反。励磁线圈定子包括定子环、若干励磁线圈，每一永磁体磁瓦对应一励磁线圈，励磁线圈安装在定子环上，定子环上安装若干霍尔传感器，霍尔传感器径向朝向永磁体磁瓦设置，霍尔传感器、励磁线圈与控制系统电连接。这种结构设置构成的无刷直流电机运转平稳可靠。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）双环形旋翼球形舱飞机的螺旋桨叶片隐藏在保护罩内，转动过程中不会发生碰撞折断的现象，而且螺旋桨叶片长度短，有利于降低对螺旋桨叶片强度的严苛要求且无需经常更换旋翼叶片，飞机飞行过程中调姿方便可靠；（2）双环形旋翼球形舱飞机大大简化了传动结构，减轻飞机自重，降低维护强度和费用，加大了动力输出半径，降低了对发动机功率的要求，极大地减少了能耗，无需尾翼，结构简单优化。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是本发明的爆炸图；

图3是本发明的调姿原理图；

图4是本发明的实施例1的局部剖视图；

图5是本发明的实施例1的悬浮环的悬浮原理图；

图6是本发明的无刷直流电机的原理图；

图中：1、球形舱，2、上保护罩，3、下保护罩，4、旋翼固定环，5、上旋翼转子，6、下旋翼转子，7、控制系统，8、通风格栅，9、调姿环，10、调姿关节轴，11、机舱关节轴，12、调姿电机，13、运动环，14、强磁转子，15、旋翼叶片，16、励磁线圈定子，17、陀螺仪，18、安装槽，19、悬浮环，20、吸附环，21、活动永磁环，22、固定永磁环，23、电磁块，24、位移传感器，25、防护环，26、防撞轴承，27、加强环，28、蓄电池，29、起落架，30、定位凸环，31、盖合环，32、转子环，33、永磁体磁瓦，34、连接槽，35、定子环，36、励磁线圈，37、霍尔传感器，38、铝合金感应环，39、延伸环。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：一种双环形旋翼球形舱飞机（参见附图1至附图6），包括球形舱1、上保护罩2、下保护罩3、旋翼固定环4、上旋翼转子5、下旋翼转子6、控制系统7，上保护罩、下保护罩、上旋翼转子、下旋翼转子均呈环形，上保护罩、下保护罩上均设有通风格栅8，上保护罩和下保护罩的外圈连接在一起，旋翼固定环连接在上保护罩和下保护罩的内圈之间，旋翼固定环上转动安装调姿环9，球形舱转动安装在调姿环内，调姿环和旋翼固定环之间连接两相对设置的调姿关节轴10，球形舱和调姿环之间连接两相对设置的机舱关节轴11，调姿关节轴和机舱关节轴轴线垂直，一调姿关节轴以及一机舱关节轴均传动连接调姿电机12；一调姿电机安装在球形舱上，另一调姿电机安装在旋翼固定环上。上旋翼转子、下旋翼转子均包括运动环13、强磁转子14、均布连接在运动环上的若干旋翼叶片15，旋翼固定环上和强磁转子对应安装励磁线圈定子16，运动环可转动安装在旋翼固定环上，旋翼固定环上安装陀螺仪17，调姿电机、励磁线圈定子、陀螺仪均与控制系统电连接。上旋翼转子、下旋翼转子转动方向始终相反。同一运动环上的旋翼叶片外端通过加强环27连接成一个整体。加强环的设置有利于提高旋翼叶片的结构强度。控制系统由蓄电池28供电，蓄电池和控制系统均安装在球形舱内。旋翼固定环下端连接若干均布设置的起落架29。下保护罩上表面靠近外边缘位置设有定位凸环30，上保护罩下表面外边缘设有盖合环31，定位凸环与盖合环适配插装在一起，盖合环下端支撑在下保护罩上表面上。强磁转子包括转子环32、永磁体磁瓦33，转子环上均布设有若干连接槽34，连接槽中均安装一永磁体磁瓦，相邻两永磁体磁瓦内表面磁性相反。励磁线圈定子包括定子环35、若干励磁线圈36，每一永磁体磁瓦对应一励磁线圈，励磁线圈安装在定子环上，定子环上安装若干霍尔传感器37，霍尔传感器径向朝向永磁体磁瓦设置，霍尔传感器、励磁线圈与控制系统电连接。运动环上设有向下延伸的延伸环39，强磁转子连接在延伸环下端内壁上。

旋翼固定环上设有两环形的安装槽18，运动环上均设有悬浮环19，悬浮环内壁上安装吸附环20，吸附环为铁环，悬浮环、吸附环与安装槽侧壁之间均设有悬浮间隙，悬浮环上、下表面上均安装有活动永磁环21，安装槽侧壁上和活动永磁环对应位置安装有固定永磁环22，活动永磁环与固定永磁环的相对面磁极相同；旋翼固定环上均布安装若干电磁块23，电磁块径向朝向吸附环且可通电吸引吸附环，旋翼固定环上靠近电磁块位置均安装有径向朝向吸附环设置的位移传感器24；电磁块、位移传感器均与控制系统电连接。运动环上表面上设有防护环25，旋翼固定环外壁上均布安装若干防撞轴承26，本实施例中防撞轴承设置八个，防撞轴承外壁与防护环内壁之间设有防撞间隙，防撞间隙径向间距小于吸附环内壁与安装槽侧壁之间的径向间距。旋翼固定环上和防撞轴承对应设有安装柱，防撞轴承内圈紧密安装在安装柱上。吸附环内壁上安装铝合金感应环38，位移传感器径向朝向铝合金感应环，位移传感器为电涡流位移传感器。电磁块呈u形结构，电磁块的两端分别朝向吸附环内壁上铝合金感应环的上下两侧。安装槽内壁上与固定永磁环对应位置设有定位槽，固定永磁环紧固安装在定位槽中；悬浮环上与活动永磁环对应位置设有紧固槽，活动永磁环紧固安装在紧固槽中。

励磁线圈定子和强磁转子一起构成无刷直流电机，双环形旋翼球形舱飞机运行时，控制系统对励磁线圈定子通电，强磁转子带动运动环一起旋转。上旋翼转子、下旋翼转子转动方向始终相反，空气产生的反扭矩相互抵消，当改变其中一个旋翼转子的转速，飞机即能转变方向。球形舱中心靠近下端位置，球形舱下端低于下保护罩。通过一对调姿关节轴和一对机舱关节轴的设置，使球形舱和旋翼固定环之间能以任意角度转动。由控制系统控制两调姿电机的运转实现调姿关节轴和机舱关节轴的转动，由于球形舱重心始终竖直向下，调姿关节轴和机舱关节轴的转动使旋翼固定环相对于球形舱形成一定的倾角，飞机即可获得一个水平方向的推力，使飞机能够向倾角方向飞行。陀螺仪将检测到的倾角信号和方向信号传递到控制系统，控制系统根据陀螺仪传递来的信号对两个调姿电机发出指令，控制调姿电机的转速和转动角度。上旋翼转子、下旋翼转子均置于上保护罩和下保护罩之间，旋翼叶片隐藏式设置，转动过程中不会发生碰撞折断的现象。上旋翼转子、下旋翼转子均呈环形，螺旋桨叶片长度短，有利于降低对螺旋桨叶片强度的严苛要求。活动永磁环与固定永磁环的相对面同极相斥，使悬浮环处于悬浮状态；吸附环和安装槽侧壁之间始终保持有间隙，确保运动环转动过程中始终处于悬浮状态。控制系统对电磁块线圈通电使电磁块吸引吸附环，位移传感器检测到的信号输送到控制系统，控制系统根据读取的位移传感器的信号对电磁块的线圈是否通电以及通电电流大小进行控制。电磁块错时通断，同一时段对检测到的位移传感器与吸附环内壁之间最大距离位置的电磁块进行通电，从而使该电磁块对吸附环进行吸引，缩短位移传感器与吸附环内壁之间的距离。控制系统读取位移传感器信号并对单个电磁块通电的频率根据需要进行设定，从而使悬浮环始终处于动态平衡状态。上旋翼转子、下旋翼转子转动过程中运动环始终处于悬浮状态，振动和噪音小，不需要润滑，无机械磨损，使用寿命长，维护费用低。

实施例2：一种双环形旋翼球形舱飞机，其结构与实施例1相似，主要不同点在于本实施例中旋翼固定环和运动环之间安装转动轴承。旋翼固定环和运动环之间采用转动轴承实现转动连接，运动环运转平稳可靠。其它结构与实施例1相同。

以上所述的实施例只是本发明较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。