动力系统及多轴飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种有两个旋翼共轴线布置的动力系统及以该动力系统构建的多轴飞行器。
【背景技术】
[0002]多轴飞行器，通常包括机架及安装于机架上一套以上的动力系统及控制单元，动力系统通常包括一个以上的旋翼单元，旋翼单元通常包括动力装置及由该动力装置驱动的旋翼，其旋翼的桨叶的角度为定值，在飞行过程中，通过改变不同旋翼之间的相对转速来调整飞行器的飞行姿态。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]公布号为CN101934858A的专利文献中公布了一种小型电动涵道螺旋桨式智能无人飞行器，其由涵道、支架、共轴反转旋翼、整流罩、电池、电动机、驱动控制电路和微控制器组成。由于其使用共轴反转式双旋翼设计，两个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，由于上旋翼与下旋翼的桨径相同，沿二者的桨根指向桨尖的方向，桨叶上各点的旋转线速度逐渐增大，从而在邻近桨根区域下洗气流量非常小，由于桨叶形状沿桨根指向桨尖逐渐变化，在桨叶中部区域的下洗气流量最大，当上旋翼的转速大于下旋翼时，上旋翼产生的下洗气流击打于下旋翼的桨叶上，引起较大的能量损失；若上旋翼的转速低于下旋翼时，上旋翼则阻碍了下旋翼的下洗气流吸入，两种情形均使飞行器的气动效率降低；即使上旋翼与下旋翼的转速保持一致，当上旋翼与下旋翼的桨叶在径向上重叠时，上旋翼与下旋翼间将产生较为严重的空气摩擦，这也降低飞行器的气动效率。此外，等桨径的上、下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率。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的是提供一种有两个旋翼共轴线布置的动力系统，以提高以该动力系统构建的多轴飞行器的气动效率；
本发明的另一目的是提供一种以上述动力系统构建的飞行器。
[0005]为了实现上述主要目的，本发明提供一种用于多轴飞行器的动力系统，其包括涵道、第一旋翼单元及第二旋翼单元，第一旋翼单元包括第一旋翼，第二旋翼单元包括第二旋翼；第一旋翼的轴线与第二旋翼的轴线均与涵道的中线共线；第一旋翼与第二旋翼的旋转方向相反；第一旋翼及第二旋翼均置于涵道内；第一旋翼的桨径小于第二旋翼的桨径；第一旋翼用于在第二旋翼的桨根区域提供下洗气流，以补充该区域的下洗气流量。
[0006]由以上方案可见，由于第一旋翼的桨径小于第二旋翼的桨径，使第一旋翼的桨叶的桨尖与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；由于第一旋翼的桨径小于第二旋翼的桨径，二者桨叶旋转形成的覆盖面积部分重叠，且第一旋翼的下洗气流将补充第二旋翼的桨根区域的气流量，使第二旋翼的旋转面内能产生更多的下洗气流量，从而提高以该动力系统构建的多轴飞行器的气动效率。对于旋翼为桨叶的角度为定值的多轴飞行器，其桨毂结构简单，气流阻力比较小，更有利于第一旋翼对第二旋翼桨根区域下洗气流量的补充。此外，由于第一旋翼与第二旋翼的桨径不同，可有效地降低二者在旋转过程中所产生的气流振动噪声。
[0007]具体的方案为第一旋翼的桨径与第二旋翼的桨径之比为0.3至0.6。该桨径比例可以保证两旋翼的下洗气流量重叠较少的条件下，确保直径较小的旋翼提供较充足的下洗气流，更有利于提高以该动力系统构建的飞行器的气动效率。
[0008]优选方案为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轴线附近的气流吸入涵道内，有利于提高气动效率。
[0009]为了实现本发明的另一目的，本发明提供一种多轴飞行器，其包括机架及安装于该机架上一套以上的动力系统，该动力系统包括涵道、第一旋翼单元及第二旋翼单元，第一旋翼单元包括第一旋翼，第二旋翼单元包括第二旋翼，第一旋翼的轴线与第二旋翼的轴线均与涵道的中线共线，第一旋翼与第二旋翼的旋转方向相反；第一旋翼及第二旋翼均置于涵道内；第一旋翼的桨径小于第二旋翼的桨径；第一旋翼用于在第二旋翼的桨根区域提供下洗气流，以补充该区域的下洗气流量。
[0010]由以上方案可见，由于第一旋翼的桨径小于第二旋翼的桨径，使第一旋翼的桨叶的桨尖与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；由于第一旋翼的桨径小于第二旋翼的桨径，二者桨叶旋转形成的覆盖面积部分重叠，且第一旋翼的下洗气流将补充第二旋翼的桨根区域的气流量，使第二旋翼的旋转面内能产生更多的下洗气流量，从而提高该多轴飞行器的气动效率多轴飞行器的桨毂结构简单，气流阻力比较小，更有利于第一旋翼对第二旋翼桨根区域下洗气流量的补充。此外，由于第一旋翼与第二旋翼的桨径不同，可有效地降低二者在旋转过程中所产生的气流振动噪声。
[0011]一个具体的方案为第一旋翼的桨径与第二旋翼的桨径之比为0.3至0.6。
[0012]更具体的方案为第一旋翼的桨径与第二旋翼的桨径之比为0.5至0.6。
[0013]另一个具体的方案为第一旋翼位于第二旋翼的上方。
[0014]再一个具体的方案为第一旋翼的桨距角小于第二旋翼的桨距角。桨距角较小的第一旋翼位于上方，其对气流的作用力的水平分量较小，有效地减少第二旋翼的功率，可以有利于减少第一旋翼下洗气流的变向作用，减少下洗气流对第二旋翼的干扰，能有效地降低能量的损失。
[0015]一个优选的方案为第一旋翼及第二旋翼的桨叶数量均为3片。
[0016]另一个优选的方案为上述多轴飞行器的动力系统的数量为一个；其还包括安装于机架上的4个涵道风扇；该4个涵道风扇均布于动力系统的涵道的周向上。提高该多轴飞行器的姿态调整的响应速度。
【附图说明】
[0017]图1是本发明多轴飞行器第一实施例的立体图；
图2是本发明多轴飞行器第一实施例的结构分解图；
图3是本发明多轴飞行器第一实施例中第一涵道风扇的结构图； 图4是本发明多轴飞行器第一实施例中第二涵道风扇的结构图；
图5是本发明多轴飞行器第一实施例中涵道风扇固定件的立体图；
图6是本发明多轴飞行器第一实施例中反扭矩控制单元的立体图；
图7是本发明多轴飞行器第一实施例中行进控制单元的立体图；
图8是是本发明多轴飞行器第一实施例中第一旋翼、第二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是本发明多轴飞行器第一实施例在飞行过程中各旋翼旋向的示意图；
图10是本发明动力系统第二实施例的立体图；
图11是本发明动力系统第二实施例的结构图；
图12是本发明动力系统第二实施例的第一旋翼与第二旋翼的平面图；
图13是本发明动力系统第三实施例的结构图；
图14是本发明动力系统第四实施例的结构示意图；
图15是本发明动力系统第五实施例的结构示意图；
图16是本发明动力系统第六实施例的结构示意图；
图17是本发明动力系统第七实施例的结构示意图；
图18是本发明多轴飞行器第八实施例中第二导流板旋转轴与第三导流板的安装关系示意图。
[0018]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】
[0019]动力系统及多轴飞行器第一实施例
参见图1及图2，多轴飞行器I由机架及安装于机架上控制单元，反扭矩控制装置14，行进控制单元15，动力系统，电源与4个侧旋翼单元构成。动力系统由涵道11及置于涵道11内的第一旋翼单元与第二旋翼单元构成；4个侧旋翼单元为均匀地分布于涵道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 ;涵道11内固定有一十字型安装支架111，第一旋翼单元中的第一旋翼12及第二旋翼单元中的第二旋翼13的驱动电机通过固定支架安装于安装支架1