一种飞艇多旋翼复合式飞行器的制作方法

本发明属于飞行器设计技术领域，具体涉及一种飞艇多旋翼复合式飞行器。

背景技术：

无人飞行器已经在边境巡逻、抗震救灾、线路检视等领域发挥了重要作用。由于这些需要使用无人机的区域大多没有可供滑跑起降的跑道，人们较多使用的是可垂直起降的多旋翼飞行器。然而，虽然多旋翼飞行器能够原地垂直起降，但其停留在空中的方式是使用旋翼不断地旋转以产生对抗重力的升力，这种飞行方式的能量消耗较大，因此在现有的电池水平下多旋翼飞行器大多只能在空中停留较短时间。对于大多数观测和拍摄任务来说这是很不方便。

除了多旋翼飞行器以外，充气飞艇也可以实现原地垂直起降，且飞艇的升力产生方式来源于自身的浮力，不需要消耗额外的能量去对抗重力，因此飞艇几乎可以看做是一种能够“无限续航”的垂直起降飞行器。飞艇的弊端也很明显，即自身的水平移动能力较差，抗风能力差，难以实现大范围快速的移动，不能胜任需要快速到达观测地点的观测任务。郑州航空工业管理学院王晓璐等人申请号为cn201610478903的专利提出了一种艇翼多旋翼无人机，将多旋翼飞行器与固定的充气飞艇结合以增强无人机续航时间和载荷，但这种飞艇艇囊固定不动的设计使得飞行器在前进飞行时的阻力大大增加，飞行器的飞行速度将处于很低的水平，不利于快速抵达目标上空。

技术实现要素：

本发明提出了一种飞艇多旋翼复合式飞行器，具体为将飞艇与多旋翼飞行器结合的可自充气复合式飞行器。本发明所提供的复合式飞行器在高速飞行时，气囊折叠收缩在机身内部；在进入悬停状态后，气囊从机身内部释放，逐渐充气膨胀，产生浮力，使复合式飞行器悬浮在空中，此时复合式飞行器的电机停止运转，延长复合式飞行器续航时间。

本发明提供一种飞艇多旋翼复合式飞行器，包括机身、机臂、电机、螺旋桨、机身盖门、后部辅助杆、前部辅助杆、气囊、通气管、气泵和氦气气瓶，所述机身的上部表面设置有机身盖门，所述机身盖门具有开合功能，机身外壁四周与多个机臂的首端分别固定连接，每个机臂的末端固定安装电机，每个电机上安装一个螺旋桨，所述电机用于驱动螺旋桨转动，所述机身内部设置气泵和氦气气瓶，气泵的进口与氦气气瓶的出口连接，氦气气瓶用于存储氦气，气泵的出口连接通气管的进口，通气管的出口连接气囊，所述气囊充气后膨胀，所述气泵具有充气和抽气功能，通气管具有伸缩功能，所述前部辅助杆的下端固定连接在机身内部，前部辅助杆的上端固定连接在气囊外表面的前部，所述后部辅助杆的下端固定连接在机身内部，后部辅助杆的上端固定连接在气囊外表面的后部，所述前部辅助杆和后部辅助杆具有伸缩功能；在所述飞艇多旋翼复合式飞行器处于飞行器模式时，所述机身盖门处于闭合状态，每个机臂上的电机工作，驱动螺旋桨旋转，所述通气管、气囊、前部辅助杆和后部辅助杆均位于机身内部并处于收缩状态；在所述飞艇多旋翼复合式飞行器处于飞艇模式时，所述机身盖门处于展开状态，所述通气管、前部辅助杆和后部辅助杆均从机身盖门伸出并处于伸长状态，气囊位于机身上方，处于充气状态，每个机臂上的电机停止工作，螺旋桨停止旋转。

在机身外壁的机头位置、机尾位置和机身中部均安装两个机臂，位于机头位置的两个机臂的末端分别安装倾转转轴，同时在位于机尾位置的两个机臂的末端也分别安装倾转转轴，当处于飞艇模式的复合式飞行器需要进行水平位置调控时，机头位置的两个机臂上安装的电机利用倾转转轴进行倾转，机尾位置的两个机臂上安装的电机利用倾转转轴进行倾转，倾转后的电机工作使相应的螺旋桨产生的拉力或推力改变复合式飞行器的水平方向位置，没有倾转的位于机身中部的电机产生的升力或负升力控制复合式飞行器的垂直方向位置，在复合式飞行器从飞艇模式转换为飞行器模式前，倾转的电机从倾转状态复原为未倾转状态。

本发明的优点在于：

本发明提出的一种飞艇多旋翼复合式飞行器，将多旋翼飞行器与飞艇进行结合，既能快速飞往任务地点又能在任务地点上空保持长时间悬停，解决了飞艇飞行速度慢的问题和多旋翼飞行器续航时间短的问题，复合式飞行器处于飞行器模式时，气囊完全收缩在机身内部，同时复合式飞行器中使用的氦气能够循环使用，使复合式飞行器的使用成本得到了有效控制。

附图说明

图1为本发明处于飞行器模式的复合式飞行器俯视图；

图2为本发明处于飞行器模式的复合式飞行器前视图；

图3为本发明处于飞行器模式的复合式飞行器侧视图；

图4为本发明处于飞艇模式且前后电机尚未倾转的复合式飞行器前视图；

图5为本发明处于飞艇模式且前后电机尚未倾转的复合式飞行器侧视图；

图6为本发明处于飞艇模式且前后电机倾转90°的复合式飞行器前视图；

图7为本发明处于飞艇模式且前后电机倾转90°的复合式飞行器侧视图；

图8为本发明飞行器的气囊逐渐收起过程的前视图；

图9为本发明飞行器的气囊逐渐收起过程的侧视图；

图10为本发明机身内部侧视图。

图中：

1、机身；2、机臂；3、电机；4、螺旋桨；5、机身盖门；6、后部辅助杆；7、前部辅助杆；8、气囊；9、通气管；10、倾转转轴；11、气泵；12、氦气气瓶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

本发明所提供的一种飞艇多旋翼复合式飞行器，是在传统的多旋翼飞行器基础上，还安装有气囊、氦气气瓶和气泵等飞艇部件。

如图1、图2、图3、图4、图5和图10所示，本发明提供一种飞艇多旋翼复合式飞行器，具体包括机身1、机臂2、电机3、螺旋桨4、机身盖门5、后部辅助杆6、前部辅助杆7、气囊8、通气管9、气泵11和氦气气瓶12。所述机身1的上部表面设置有机身盖门5，所述机身盖门5具有开合功能，机身1外壁四周与多个机臂2的首端分别固定连接，每个机臂2的末端固定安装电机3，每个电机3上安装一个螺旋桨4，所述电机3用于驱动螺旋桨4转动。所述机身1内部设置气泵11和氦气气瓶12，气泵11的进口与氦气气瓶12的出口连接，氦气气瓶12用于存储氦气，气泵11的出口连接通气管9的进口，通气管9的出口连接气囊8，所述气囊8充气后膨胀。所述气泵11具有充气和抽气功能，实现对气囊8的充气和放气。通气管9具有伸缩功能。所述前部辅助杆7的下端固定连接在机身1内部，前部辅助杆7的上端固定连接在气囊8外表面的前部，所述后部辅助杆6的下端固定连接在机身1内部，后部辅助杆6的上端固定连接在气囊8外表面的后部，所述前部辅助杆7和后部辅助杆6具有伸缩功能。

在所述飞艇多旋翼复合式飞行器处于飞行器模式时，所述机身盖门5处于闭合状态，每个机臂2上的电机3工作，驱动螺旋桨4旋转，所述通气管9、气囊8、前部辅助杆7和后部辅助杆6均位于机身1内部并处于收缩状态。如图4和图5所示，在所述飞艇多旋翼复合式飞行器处于飞艇模式时，所述机身盖门5处于展开状态，所述通气管9、前部辅助杆7和后部辅助杆6均从机身盖门5伸出并处于伸长状态，气囊8位于机身1上方处于充气状态，每个机臂2上的电机3停止工作，螺旋桨4停止旋转。

在机身1外壁的机头位置、机尾位置和机身中部均安装两个机臂2，位于机头位置的两个机臂2的末端分别安装倾转转轴10，同时在位于机尾位置的两个机臂2的末端也分别安装倾转转轴10，当处于飞艇模式的复合式飞行器需要进行水平位置调控时，机头位置的两个机臂2上安装的电机3利用倾转转轴10进行倾转，机尾位置的两个机臂2上安装的电机3利用倾转转轴10进行倾转，倾转后的电机3工作使相应的螺旋桨4产生的拉力或推力改变复合式飞行器的水平方向位置，没有倾转的位于机身中部的电机产生的升力或负升力控制复合式飞行器的垂直方向位置，升力到负升力的变化通过电机和螺旋桨的正反向旋转实现。在复合式飞行器从飞艇模式转换为飞行器模式前，倾转的电机从倾转状态复原为未倾转状态。所述倾转转轴的倾转角度范围为0°～90°。

复合式飞行器在由飞行器模式转换为飞艇模式时，机身盖门5打开，气泵11将氦气气瓶12内的氦气通过通气管9充入气囊8，气囊8的折叠形式为手风琴式折叠，折痕位置安装有支撑气囊8的骨架，随着氦气的不断充入，气囊8逐渐膨胀，通气管9以及固定在气囊8外表面前部位置的前部辅助杆7和固定在气囊8外表面后部位置的后部辅助杆6均随着气囊8的膨胀逐渐伸长，在前部辅助杆7和后部辅助杆6的支撑下，气囊8在机身1的上方形成飞艇姿态，飞艇所受空气浮力保持与复合式飞行器自身重力相等，使复合式飞行器能够实现悬浮，此时复合式飞行器的机臂2上的电机3停止工作，复合式飞行器完成从飞行器模式到飞艇模式的转换。

如图8和图9所示，复合式飞行器在由飞艇模式转换为飞行器模式时，复合式飞行器的机臂2上的电机3开始工作使螺旋桨4旋转，气泵11将气囊8中的氦气通过通气管9抽回氦气气瓶12，使氦气得到循环使用，此时气囊8体积减小，气囊8按照手风琴式折叠的方式在折痕处进行折叠，从机身1正面看去，气囊8的截面面积相应变小。随着气囊8的内部压力逐渐降低，在大气压力和表面预留折痕的作用下，气囊8逐渐折叠成细长形状，通气管9、前部辅助杆7和后部辅助杆6收缩，逐渐将气囊8回收至机身1中，回收完成后机身盖门5关闭，复合式飞行器完成从飞艇模式到飞行器模式的转换。

在实际需要执行任务时，为了能够快速飞行抵达监视目标上空，又能够长时间在监视目标上空保持悬停，本发明所提供的复合式飞行器以飞行器模式从所在位置垂直起飞，凭借复合式飞行器多旋翼飞行的飞行速度优势快速抵达监视位置，进入合适的监视位置后，复合式飞行器从飞行器模式转换为飞艇模式，复合式飞行器在监视目标上空保持悬停并进行执行任务，任务结束后，复合式飞行器从飞艇模式转换为飞行器模式。

由于复合式飞行器处于飞艇模式时，复合式飞行器在悬停时容易受到风的影响发生水平或上下移动。因此，如图6和图7，当处于飞艇模式的复合式飞行器需要进行水平位置调控时，机头位置的两个机臂2上安装的电机3分别利用倾转转轴10向机头方向倾转，机尾位置的两个机臂2上安装的电机3分别利用倾转转轴10向机尾方向倾转，倾转过程中倾转角度的变化范围为0°～90°，倾转后的电机3工作使相应的螺旋桨4产生的拉力或推力改变复合式飞行器的水平位置，没有倾转的两个位于机身1中部位置的电机产生的升力或负升力控制复合式飞行器的垂直方向位置，在复合式飞行器从飞艇模式转换为飞行器模式前，倾转的电机从倾转90°的状态复原为未倾转状态，电机3工作使螺旋桨旋转提供升力。

为了保证后部辅助杆6和前部辅助杆7能够对最终折叠为细长状态的气囊8进行位置控制，前部辅助杆7和后部辅助杆6连接于气囊8的位置在铅垂方向上是不同的，在实际设计中保证后部辅助杆6和前部辅助杆7与气囊8连接处的铅垂位置存在差距即可，如图4和图5所示，后部辅助杆6和前部辅助杆7均为两根，两根前部辅助杆7分别连接在气囊8外表面前部的左右两侧，两根后部辅助杆6分别连接在气囊8外表面后部的左右两侧，在复合式飞行器处于飞艇模式时，后部辅助杆6和前部辅助杆7将气囊8限位，并承担传递气囊8的浮力给机身1的作用。

由技术常识可知，本发明可以通过其他的不脱离其理论实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述的所有实施方案都只是举例说明，并不是仅有的。本发明中各组件的尺寸、截面形状以及相对位置根据设计需求确定，并适用于任何尺寸的飞行器的气动布局设计，所有在本发明权利要求的保护范围内或等同于本发明的保护范围内的改变均被本发明包含。