一种带杆飞行器及其应用的制作方法

文档序号:12298003阅读:315来源:国知局

本发明属于飞行领域,特别是一种安全、载重量大的飞行器。



背景技术:

无人机用途广泛、成本低、效费比好、无人员伤亡风险、生存能力强、机动性能好、使用方便,在现代战争中有着极其重要的作用。在民用领域也广泛用于地图测绘、地质勘测、灾害监测、空中交通管制、边境巡逻监控、通信中继、农药喷洒等领域。因此,近年来,对无人机的研究热度一再升温。

无人机主要可以分为固定翼与多旋翼两类。多旋翼相对而言较为灵活,且可以悬停,但是其最大的缺点是其载重量小、飞行时间不长。因为多旋翼无人机一般是采用电池作为能源进行驱动,如果需要载重更大、飞行时间更长,则需要提供更多的电池组,然而,电池组增大之后,又增大了飞机的负载,使得有效载荷的增加非常有限。

中国发明专利cn104691766a公开了一种无人机,包括机身、旋翼主轴及桨夹销轴,同时还包括:发动机,固定于所述机身的内部;所述发动机包括:至少一个气缸,一侧面设置有排气口、缸体,与所述气缸可拆卸式连接;进气阀门,与所述缸体可拆卸式连接,气流从进气阀门流入的方向与尾气从排气口排出的方向所构成的夹角为0°~90°;空气滤清器,固定于所述机身的底部;旋翼连接件,将所述旋翼主轴与所述桨夹销轴活动连接;动平衡部件,套设在所述旋翼主轴上,并与所述桨夹销轴活动连接;本发明解决了或部分解决了传统的发动机因气体燃烧不充分而导致的对无人机飞行作业造成影响的技术缺陷。

该专利的无人机采用了发动机作为动力,这样在一定程度上解决了电池所带来的问题,但是又带来了新的问题:发动机会大大增加无人机的重量,并且燃油也是有重量的。这些都限制了该无人机的载重量与飞行时间,因此目前也一般只能用于农药喷洒等领域,载重十几公斤。

综上所述,当前多旋翼型无人机由于能源问题,载重量小(一般在20公斤以下,绝大多数在10公斤以下)、飞行时间短(一般在一小时以内甚至半小时内),这已经严重限制了无人机在一些重要领域的应用,例如消防、救援、运输、娱乐、载人飞行等领域。



技术实现要素:

发明目的:本发明提供了一种可以大负载、长时间飞行的飞行器。

本发明的飞行器,可以轻松将飞行时间从当前的半个时以内提升到几十、几百小时以上,理论上(不考虑出故障)可以一直飞行。这样,飞行器可以有足够的时间进行作业。

本发明的技术方案如下:


飞行器采用多旋翼型,包括电机、电机上安装的机翼(桨片)、机架、以及控制部件。飞行器的机架上有杆状物;所述杆状物与机架结合牢固,杆状物立于机架的上方。

杆状物可以是金属杆、碳纤维杆等力学强度较大的杆。

作为优选,杆状物与机架采用一体式制造。

杆状物可以承受的拉力的比飞行器的所受的重力还要大m牛顿以上,m的范围是50~50000。

作为优选,杆状物与飞行器的上表面垂直。

作为优选,杆状物的延长线通过飞行器的质心。

作为优选,杆状物上又可以固定带状物的结构,所述的结构包括但不限于孔、圈。

所述带状物是指长径比大于10、或者长度与截面的平方根之商大于10的物体。

在飞行器的杆状物上连接线状物,该线状物的另一端用于连接到飞行器之外的牢固的地方,该线状物可以承受的拉力范围为100~50000牛顿,或该线状物可以承受的负载的质量比飞行器的质量还要大m公斤以上,m的范围是20~5000。

该线状物可以导电,也可以不导电,包括但不限于导线、钢丝绳、尼龙绳,还可以是导电材料与不导电材料组合而成的复合线/绳。

线状物可以为导线,即导线本身也可以充当线状物。例如采用较粗的铜电缆或电线,或者是导线的组成部分中除了导电部分、绝缘部分外,还有拉力增强部分,所述拉力增强部分包括但不限于钢丝、钢丝网。此时,线状物在杆状物上固定之后,再与飞行器上的电调、电机等部件连通、供电。

线状物也可以不导电,例如采用强度较高的钢丝绳、尼龙绳,此时,飞行器的安全由钢丝绳、尼龙绳等线状物来保障。此时,飞行器采用电池供电,或者采用导线连接到外部的电源供电。

线状物可以采用刚性材料或弹性材料做成,作为优选,采用弹性材料制成,也可以是由弹性材料与刚性材料组成的复合材料制成的复合绳。

工作时,将线状物的一端固定在高处,例如屋顶、空中平台等等地方,另一端固定在机架上。这样,当飞行器因故障坠落时,能够被线状物拉住。所述的固定包括但不限于将线状物采用绑、系、扎等方式固定或限定在飞行器/飞行器机架、电源所在位置的牢固、可承受导线拉力的地方。所述的高处,是指离地面3米以上的地方。

当然,还可以将线状物在较低处固定,但是经过高处,再连接到飞行器。这样仍然能够起到与将线状物固定在高处类似的作用。本领域内技术人员根据本发明的方案可以做出的类似变换,也在本发明的保护范围之内。

作为优选,本发明的飞行器接有导线,导线连接到飞行器之外的电源(外接电源)对飞行器供电;或者飞行器/飞行器的机架上预留了电源接口、以便于飞行器工作时用导线连接到飞行器之外的电源。

作为优选,导线的可导电部分的横截面积大于10平方毫米。

所述的外接电源包含但不限于发电机、民用电(线)或工业用电(线)、电池、交通设备上的电源、建筑上的电源、空中的电源等。根据需要,可以将外接电源直接连接到飞行器,或者在飞行器上安装变压器、进行变压后再使用。

作为优选,电源采用民用或工业用电。

本发明的飞行器一般向下飞行,即飞行器飞行时的位置一般比出发时的位置低;或者飞行器也可以从低处开始飞行,但是飞行前把导线或线状物已放置于高处;或者飞行时飞行器的最低位置比导线或线状物的最高点低2米以上。

可以采用绕线装置收放导线或线状物,以控制导线、线状物的长度与飞行器的位置相协调,保证飞行器坠落时能及时拉住,不至于坠落太久后下降速度过快。

所述的绕线装置可以采用手动或机械控制,也可以采用遥控控制。

飞行器的控制部分,可以利用外接电源直接供电,也可以将外接电源变压后供电,或者采用电池进行供电。飞行器中可以包含备用电源,例如电池组,也可以没有。备用电源用于在紧急情况下对电机进行供电,但是飞行器的动力部分主要或全部采用外部的电源供电。正常情况下采用外接电源供电,一旦由于电源出故障,可以迅速切换到备用电源,以防止飞行器由于电源故障而坠落。

本发明所述的电机可以是直流电机,也可以是交流电机。

在飞行器内部安装了用来测量高度与水平位置变化的仪器,包括但不限于超声波传感器、气压计、gps等。飞行器内部还设置了惯性测量单元,包括陀螺仪、加速度计传感器及其它控制部件。

在操作模式上,采用遥控、飞行器上直接操控两种模式之一,或全部采用。这两种模式可以互相切换,以取长补短、确保飞行安全。所述飞行器上直接操控是指人在飞行器上根据操作按钮、手柄或操作界面等直接操控飞行器。例如有的情况下遥控方式可能会存在信号干扰、遮挡等状况,这时采用人工在飞行器上直接操控更加有效。

本发明的飞行器可以安装摄像头之类的监控设备,通过遥控或飞行器上直接操控,可以很方便地监控目标的状况。本发明的飞行器还可以包括落地缓冲系统,以降低飞行器降落时的冲击力,所述缓冲系统可以是在飞行器的触地部位安装支架或弹性部件,或气垫等等。

本发明的飞行器可以安装载人或载物部件,例如平台、舱体或其他形式。载物部件可以用来搭载救援用的物品、食品等。在飞行器之上还可以安装其他工具或配件,以满足飞行器在消防、灭火、救援、运输、娱乐等方面的应用。

飞行器上可以设置救援通道,可以是扶梯、桥、或过道等形式,用于连接飞行器与受困人员所在位置,以便让被救人员登陆飞行器。救援通道可以采用可拆卸、折叠或可伸缩的装置,以便需要的时候使用。

为了防止导线、线状物被桨片碰到,可以采用网罩将桨片罩住,这样,一方面避免了桨片碰到导线、线状物,一方面还可以保护桨片。

有益的效果:

首先飞行器可以不带电池,或者只带很少的电池,大大减轻了飞行器的重量,并且当增加电机时,电机所增加的功率基本上都可以用来增大拉力;第二,由于外接电源,飞行器的飞行时间可以不受限制;第三,由于没有能源方面带来的困扰,本发明的飞行器可以选用功率大的电机,从而产生非常大的拉力。例如,目前多旋翼无人机所采用的电机一般只能拉起10公斤以下的载荷,绝大多数都在5公斤以下。增大电机的功率时,所需要的电池会更多、也就越重,所以实际能够增加的载重量十分有限。因此,即使是当前载荷比较大的用于喷洒农药的无人机,其载荷一般也就是十几公斤,现在有报道的全球最大载重量的多旋翼型无人机也就是能载重30多公斤。然而,本发明的飞行器可以非常便捷地将飞行器的载重量提升到40公斤以上。例如,选用拉力为60公斤甚至更大的电机,制作一个八轴的旋翼型飞行器,则可以拉起400公斤以上的载荷。使用更功率大的电机,产生的拉力会更大。这样的负载能力使得本发明的飞行器足够胜任一些当前人类迫切希望解决的领域,例如高层建筑灭火、救援等等。并且,这些领域很多时候并不需要飞行器飞行非常远的距离,一般是几百米或一千多米的距离便可以了,非常适合采用本发明的飞行器。第四,由于线状物能够承受较大的拉力,且固定在高处,一是避免了飞行器直接跌落到地面造成的后果,是一种安全的设备;二是飞行器可以在比线状物/导线/电源接线处更较低的位置飞行,这样,线状物/导线的大部分自身重量被它们自身承受,飞行器只需要承受极少部分导线/线状物的重量,这样有了更大的负载能力去工作。第五,本发明的成本低,相同载重量的情况下,本发明的成本远远低于其他的飞行器,例如直升机。第六,本发明采用了杆状物,使得即使飞行器的动力停止后,飞行器仍然能够被线状物拉住并保持正常的姿势,既不会倾斜、更不会上下颠倒。

为了便于理解本发明,下面提供附图及实施例用于解释本发明,但它们不构成对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的飞行器的结构示意图。该示意图只标出了本发明的飞行器的基本结构,还有不少附属部件未标出,本领域内技术人员可以根据本发明内容及现有技术安装。

附图标记说明:

1-电机

2-机架

3-机翼(桨)

4-载人部件

5-线状物

6-杆状物

具体实施方式


下面通过结合实施例详细描述本发明的飞行器件。

首先制造机架,在机架上一体制造了垂直于机架上盖板、且通过无人机质心的碳纤维杆,在机架上安装电机,将桨片安装到电机上。再安装电调及飞行控制系统、摄像/监控系统等。导线采用钢丝增强的铜电缆,可承受的拉力为5000n。将导线的一端在机架上固定之后,再与电调/电机连接;当飞行器工作时,将导线的另一端固定到高处、并连接电源。该铜电缆能够同时充当本发明中的线状物。

将铜电缆的一端与碳纤维杆的顶部固定,再与电机、电调等部件连通,待飞行器工作前将另一端固定到高处。

以上所述仅是本发明实施方式的一些例子,应当指出:对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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