飞行器及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有多个旋翼的飞行器及其控制方法。
【背景技术】
[0002]飞行器，通常包括机架及安装于机架上的控制单元与旋翼单元，旋翼单元通常包括动力装置及由该动力装置驱动的旋翼。控制单元通常包括检测传感器、控制电路板及电调，电调用于调整旋翼的转速；控制单元用于检测飞行器的飞行姿态及调控动力装置以控制飞行器的行进姿态、行进方向及行进速度等。
[0003]公告号为CN104085530A的专利文献中公告了一种涵道共轴多旋翼飞行器，其包括机体系统、动力系统及控制系统，机体系统包括中心涵道、主旋翼及若干均匀分布在中心涵道外围的副旋翼，主旋翼包括上主旋翼及下主旋翼，上主旋翼与下主旋翼的中心位于同一竖直轴线地固定于中心涵道内。该飞行器通过设置反向旋转的上、下主旋翼，在共同提供升力的旋转过程中产生的反扭矩相互抵消，使飞行器稳定地飞行。在飞行过程中，由于上主旋翼与下主旋翼的桨径相同，沿二者的桨根指向桨尖的方向，桨叶的上各点的旋转线速度逐渐增大，从而在邻近桨根区域的下洗气流量非常小，由于桨叶形状沿桨根指向桨尖逐渐变化，在桨叶中部区域下洗气流量最大，当上主旋翼的转速大于下主旋翼时，上主旋翼产生的下洗气流将击打于下主旋翼的桨叶上，引起较大的能量损失；若上主旋翼的转速小于下主旋翼时，上主旋翼则阻碍了下主旋翼的下洗气流的吸入，两种情形均使整个主旋翼的气动效率降低，即使上主旋翼与下主旋翼的转速保持一致，当上主旋翼与下主旋翼的桨叶在径向上重叠时，上主旋翼与下主旋翼间将产生较为严重的空气摩擦，这也降低整个主旋翼的气动效率。此外，等桨径的上、下主旋翼在旋转过程中容易产生气流振动噪声，振动噪声的产生降低了飞行器的能源利用效率。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的是提供一种具有多个旋翼且有两个旋翼共轴线布置的飞行器，以提尚其气动效率；
本发明的另一目的是提供一种上述飞行器的控制方法。
[0005]为了实现上述主要目的，本发明提供的飞行器包括机架及安装于机架上的控制单元、主旋翼单元及两个以上的副旋翼单元；主旋翼单元包括中心涵道及置于该中心涵道内的第一主旋翼与第二主旋翼，第一主旋翼与第二主旋翼的旋转方向相反，第一主旋翼及第二主旋翼的轴线均与中心涵道的中线共线；副旋翼单元均匀地分布于中心涵道的外围；第一主旋翼的桨径小于第二主旋翼的桨径，第一主旋翼用于在第二主旋翼的桨根区域提供下洗气流。
[0006]由以上方案可见，由于第一主旋翼的桨径小于第二主旋翼的桨径，使第一主旋翼的桨叶的桨尖与中心涵道的内侧壁间保持一定的间距，便于对其桨叶设计及制造；由于第一主旋翼的桨径小于第二主旋翼的桨径，第一主旋翼的下洗气流量将成为第二主旋翼的桨根区域的下洗气流量的一个补充，使第二主旋翼的旋转面内能产生更多的下洗气流量，提高该飞行器的气动效率。此外，由于第一主旋翼与第二主旋翼的桨径不同，可有效地降低二者在旋转过程中所产生的气流振动噪音，提高该飞行器的能源利用效率。
[0007]一个具体的方案为上述飞行器还包括反扭矩控制单元；该反扭矩控制单元包括设于中心涵道的下唇口处的第一导流板与第二导流板，第一导流板及第二导流板分别可绕与中心涵道的中线正交的第一导流板旋转轴旋转，第一导流板与第二导流板关于该中心涵道的中线中心对称布置。可以通过反扭矩控制单元的工作，可有效防止飞行器出现滚转显像，也可以在飞行器需要转向时控制飞行器绕中心涵道的中线滚转。
[0008]另一个具体的方案为上述飞行器还包括行进控制单元；该行进控制单元包括设于中心涵道的下唇口处的第三导流板，第三导流板可绕与中心涵道的中线正交的第二导流板旋转轴旋转。可以通过行进控制单元控制飞行器的行进速度。
[0009]更具体的方案为第三导流板自身关于中心涵道的中线中心对称布置。
[0010]再一个具体的方案为上述飞行器的第一主旋翼位于第二主旋翼的上方。
[0011]一个优选的方案为上述飞行器的第一主旋翼桨径与第二主旋翼桨径之比为0.3至0.6。在该比例范围内可有效保证其下洗气流量的同时，减少二者下洗气流量的重叠。
[0012]另一个优选的方案为副旋翼单元的数量为4个以上且为偶数，相对布置的两个副旋翼单元的旋翼的旋转方向相同，一对以上的副旋翼单元的旋翼的旋转方向与其他副旋翼单元的旋翼的旋转方向相反。
[0013]另一个优选的方案为上述副旋翼单元均为涵道风扇。有效地提高该飞行器的副旋翼单元的响应速度，能够迅速地对飞行器的飞行姿态进行调整。
[0014]再一个优选的方案为副旋翼单元的旋翼的旋转轴的轴线均与中心涵道的中线相交于同一交点，该交点位于中心涵道的上方。可有效地提高飞行器在飞行过程中的稳定性。
[0015]为了实现上述另一目的，本发明提供一种飞行器的控制方法，该飞行器包括机架及安装于该机架上的控制单元、主旋翼单元、反扭矩控制单元、行进控制单元及副旋翼单元；主旋翼单元包括中心涵道及置于该中心涵道内的第一主旋翼与第二主旋翼，第一主旋翼与第二主旋翼的旋转方向相反，第一主旋翼及第二主旋翼的轴线均与中心涵道的中线共线，第一主旋翼的桨径小于第二主旋翼的桨径，第一主旋翼用于在第二主旋翼的桨根区域提供下洗气流；副旋翼单元为均匀地分布于中心涵道的外围的涵道风扇，涵道风扇的数量为4个以上且为偶数，相对布置的两个涵道风扇的旋翼的旋转方向相同，一对以上的涵道风扇的旋翼的旋转方向与其他涵道风扇的旋翼的旋转方向相反；反扭矩控制单元包括设于中心涵道的下唇口处的第一导流板与第二导流板，第一导流板及第二导流板分别可绕与中心涵道的中线正交的第一导流板旋转轴旋转，第一导流板与第二导流板关于中心涵道的中线中心对称布置；行进控制单元包括设于中心涵道的下唇口处的第三导流板，该第三导流板可绕与中心涵道的中线正交的第二导流板旋转轴旋转；第一主旋翼位于第二主旋翼的上方，第一主旋翼的桨径与第二主旋翼的桨径之比为0.3至0.6 ;该控制方法包括:反扭矩控制，控制单元控制第一主旋翼的转速大于第二主旋翼的转速，当控制单元检测到中心涵道出现滚转时，控制单元控制第一导流板与第二导流板以相同的转速朝相反方向旋转相应角度至中心涵道停止滚转；行进方向控制，控制单元控制第一导流板与第二导流板与中心涵道的中线间的夹角以使中心涵道朝一方向滚转至行进方向为第三导流板的法向在水平面上的投影；行进速度控制，控制单元通过控制第三导流板与中心涵道的中线间的夹角以达到相应的行进速度。
【附图说明】
[0016]图1是本发明飞行器第一实施例的立体图；
图2是本发明飞行器第一实施例的结构分解图；
图3是本发明飞行器第一实施例中第一涵道风扇的结构图；
图4是本发明飞行器第一实施例中第二涵道风扇的结构图；
图5是本发明飞行器第一实施例中涵道风扇固定组件的立体图；
图6是本发明飞行器第一实施例中反扭矩控制单元的立体图；
图7是本方明飞行器第一实施例中行进控制单元的立体图；
图8是本发明飞行器第一实施例中第一主旋翼、第二主旋翼及其二者驱动电机与固定支架的相对位置示意图；
图9是本发明飞行器第一实施例在飞行过程中各旋翼的旋向示意图；
图10是本发明飞行器第二实施例中第一主旋翼、第二主旋翼及其二者驱动电机与固定支架的相对位置示意图；
图11是本发明飞行器第三实施例中第一主旋翼、第二主旋翼及其二者驱动电机与固定支架的相对位置示意图；
图12是本发明飞行器第八实施例中第一主旋翼的结构示意图；
图13是本发明飞行器第九实施例中第二导流板旋转轴与第三导流板的相对位置示意图。
[0017]以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
【具体实施方式】
[0018]飞行器及其控制方法第一实施例
参见图1及图2，飞行器I由机架，控制单元，主旋翼单元，反扭矩控制单元14，行进控制单元15及4个副旋翼单元构成。主旋翼单元由中心涵道11及置于中心涵道11内的第一主旋翼12和驱动电机，第二主旋翼13和驱动电机构成。4个副旋翼单元为均匀地分布于中心涵道11的外围的第一涵道风扇16，第二涵道风扇17，第一涵道风扇18及第二涵道风扇19 ;中心涵道11内固定有一^h字型安装支架111，第一主旋翼12及第二主旋翼13的驱动电机通过固定支架安装于安装支架11