一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器

本发明涉及一种基于电磁直驱调姿的火星飞行器，属于航天火星飞行器。

背景技术：

1、火星地表大气稀薄，具有古老的地质特征，开展火星探测可以帮助人类了解行星形成与演化的历史。同时，火星是太阳系内除了地球最宜居的星球，因此探测火星可以拓宽人类的生存空间。

2、目前探测火星的主要方式为火星车巡视探测，受限于火星地表的崎岖地形，其探测效率较低。为了进一步探测火星地表的孔洞、悬崖等复杂地形，常采用纵向尺寸包络更小，更加适合探测复杂狭窄的地形的多轴式飞行器，如平行轴式飞行器。

3、但是，传统平行轴式飞行器需要采用涵道结构或者利用额外的驱动器使转子倾斜以调节飞行器姿态，其结构复杂，功率损耗大。

4、因此，亟需提出一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明解决传统平行轴式飞行器需要采用涵道结构或者利用额外的驱动器使转子倾斜以调节飞行器姿态，其结构复杂，功率损耗大的问题，提供一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，包括旋翼、支臂及着陆腿、着陆腿和机体，机体的前后两侧设置有支臂及着陆腿，支臂及着陆腿的端部设置有旋翼，机体的左右两侧设置有着陆腿。

4、优选的：所述旋翼包括桨叶、桨夹、轴承、销轴、磁铁、桨毂、线圈、电机定子和电机转子，桨毂的下部与电机转子的输出轴连接，桨毂的内侧设置有磁铁，桨毂的外侧设置有线圈，桨毂的上部通过轴承与销轴连接，销轴两端设置的桨夹与桨叶连接，线圈与电机定子连接，电机定子与壳体连接，壳体与支臂及着陆腿建立连接。

5、优选的：所述旋翼还包括垫圈，桨叶通过螺栓与桨夹连接，桨夹的侧面具有通孔，桨夹通过通孔与销轴连接，桨夹与轴承之间设置有垫圈。

6、优选的：所述旋翼的壳体包括线圈安装座、上外壳、下外壳和支臂连接件，线圈安装座上设置有线圈，线圈安装座与电机定子螺栓连接，电机定子与上外壳螺栓连接，线圈、电机定子、电机转子均设置在上外壳内侧，桨毂的上部从上外壳上端的开口伸出，使销轴位于上外壳上方，下外壳连接在外壳的下端，下外壳的下侧设置有支臂连接件。

7、优选的：支臂及着陆腿包括复合铰链座、第一腿杆弹簧、第一腿杆连接件、臂杆弹簧、臂杆轴承、臂杆销轴、臂杆铰链、旋翼臂杆、臂杆弹簧销、第一着陆腿杆、第一着陆腿垫和第一缓冲铝片，旋翼臂杆一端与支臂连接件连接，旋翼臂杆另一端与臂杆铰链连接，臂杆铰链与臂杆销轴连接，臂杆销轴通过臂杆轴承与复合铰链座转动连接，臂杆销轴上套装有臂杆弹簧，臂杆弹簧的一端通过臂杆弹簧销与复合铰链座连接，臂杆弹簧的另一端与臂杆铰链连接；

8、第一着陆腿杆的下端设置有第一着陆腿垫，第一着陆腿杆的上端设置有第一腿杆连接件，第一腿杆连接件的侧面设置有第一缓冲铝片，第一腿杆连接件上部通过一个第一塞打螺栓与复合铰链座转动连接，第一腿杆弹簧的两端分别与第一腿杆连接件、复合铰链座连接。

9、优选的：着陆腿包括铰链座、第二腿杆弹簧、第二腿杆连接件、第二着陆腿杆、第二着陆腿垫和第二缓冲铝片，第二着陆腿杆的下端设置有第二着陆腿垫，第二着陆腿杆的上端设置有第二腿杆连接件，第二腿杆连接件的侧面设置有第二缓冲铝片，第二腿杆连接件上部通过一个第二塞打螺栓与铰链座转动连接，第二腿杆弹簧的两端分别与第二腿杆连接件、铰链座连接。

10、优选的：支臂及着陆腿还包括第一腿杆垫片，另一个第一塞打螺栓与复合铰链座连接，两个第一塞打螺栓均与第一腿杆垫片连接，第一腿杆弹簧通过第一腿杆垫片与复合铰链座连接，第一腿杆连接件的端部加工有凹槽，第一腿杆连接件通过轴承与一个第一塞打螺栓连接，第一腿杆连接件的凹槽与另一个第一塞打螺栓建立配合；

11、着陆腿还包括第二腿杆垫片，另一个第二塞打螺栓与铰链座连接，两个第二塞打螺栓均与第二腿杆垫片连接，第二腿杆弹簧通过第二腿杆垫片与铰链座连接，第二腿杆连接件的端部加工有凹槽，第二腿杆连接件通过轴承与一个第二塞打螺栓连接，第二腿杆连接件的凹槽与另一个第二塞打螺栓建立配合。

12、优选的：机体包括太阳能板、天线、电池、主控板、电池支撑、激光高度计安装座和激光高度计，太阳能板、天线设置在机体的架体上侧，机体的架体内通过电池支撑设置有电池，主控板周向布置，激光高度计安装座与机体的架体连接，激光高度计与激光高度计安装座连接。

13、优选的：机体的架体包括聚酰亚胺上盖板、支臂连接座、机体上框架、机体立柱框架、机体下框架、聚酰亚胺下盖板和聚酰亚胺外壳，方形的机体上框架与方形的机体下框架之间通过若干均匀布置的机体立柱框架连接形成主体结构，方形的机体上框架侧面布置有周向等距布置的四个支臂连接座，前后的支臂连接座与复合铰链座连接，左右的支臂连接座与铰链座连接，天线与太阳能板通过螺栓固定在机体上框架上方，在太阳能板与机体上框架间布置有聚酰亚胺上盖板，方形的机体下框架底部布置有聚酰亚胺下盖板，聚酰亚胺外壳周向布置在主体结构的外侧。

14、优选的：太阳能板与电池电性连接，电池通过主控板与线圈、天线、激光高度计电性连接。

15、本发明具有以下有益效果：

16、本发明设计合理，平行轴式火星飞行器能够通过电磁直驱调姿装置改变桨尖平面矢量方向，操纵飞行器实现悬停、平动、横滚及偏航运动，并且飞行器的纵向包络尺寸小，能够用于探测狭窄地形，结构巧妙，功率损耗低。

技术特征：

1.一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：包括旋翼(1)、支臂及着陆腿(2)、着陆腿(3)和机体(4)，机体(4)的前后两侧设置有支臂及着陆腿(2)，支臂及着陆腿(2)的端部设置有旋翼(1)，机体(4)的左右两侧设置有着陆腿(3)。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：所述旋翼(1)包括桨叶(1-1)、桨夹(1-2)、轴承(1-4)、销轴(1-5)、磁铁(1-6)、桨毂(1-7)、线圈(1-9)、电机定子(1-11)和电机转子(1-12)，桨毂(1-7)的下部与电机转子(1-12)的输出轴连接，桨毂(1-7)的内侧设置有磁铁(1-6)，桨毂(1-7)的外侧设置有线圈(1-9)，桨毂(1-7)的上部通过轴承(1-4)与销轴(1-5)连接，销轴(1-5)两端设置的桨夹(1-2)与桨叶(1-1)连接，线圈(1-9)与电机定子(1-11)连接，电机定子(1-11)与壳体连接，壳体与支臂及着陆腿(2)建立连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：所述旋翼(1)还包括垫圈(1-3)，桨叶(1-1)通过螺栓与桨夹(1-2)连接，桨夹(1-2)的侧面具有通孔，桨夹(1-2)通过通孔与销轴(1-5)连接，桨夹(1-2)与轴承(1-4)之间设置有垫圈(1-3)。

4.根据权利要求2所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：所述旋翼(1)的壳体包括线圈安装座(1-8)、上外壳(1-13)、下外壳(1-14)和支臂连接件(1-15)，线圈安装座(1-8)上设置有线圈(1-9)，线圈安装座(1-8)与电机定子(1-11)螺栓连接，电机定子(1-11)与上外壳(1-13)螺栓连接，线圈(1-9)、电机定子(1-11)、电机转子(1-12)均设置在上外壳(1-13)内侧，桨毂(1-7)的上部从上外壳(1-13)上端的开口伸出，使销轴(1-5)位于上外壳(1-13)上方，下外壳(1-14)连接在外壳(1-13)的下端，下外壳(1-14)的下侧设置有支臂连接件(1-15)。

5.根据权利要求4所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：支臂及着陆腿(2)包括复合铰链座(2-1)、第一腿杆弹簧(2-2)、第一腿杆连接件(2-3)、臂杆弹簧(2-5)、臂杆轴承(2-6)、臂杆销轴(2-7)、臂杆铰链(2-8)、旋翼臂杆(2-9)、臂杆弹簧销(2-10)、第一着陆腿杆(2-11)、第一着陆腿垫(2-12)和第一缓冲铝片(2-13)，旋翼臂杆(2-9)一端与支臂连接件(1-15)连接，旋翼臂杆(2-9)另一端与臂杆铰链(2-8)连接，臂杆铰链(2-8)与臂杆销轴(2-7)连接，臂杆销轴(2-7)通过臂杆轴承(2-6)与复合铰链座(2-1)转动连接，臂杆销轴(2-7)上套装有臂杆弹簧(2-5)，臂杆弹簧(2-5)的一端通过臂杆弹簧销(2-10)与复合铰链座(2-1)连接，臂杆弹簧(2-5)的另一端与臂杆铰链(2-8)连接；

6.根据权利要求5所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：着陆腿(3)包括铰链座(3-1)、第二腿杆弹簧(3-2)、第二腿杆连接件(3-3)、第二着陆腿杆(3-11)、第二着陆腿垫(3-12)和第二缓冲铝片(3-13)，第二着陆腿杆(3-11)的下端设置有第二着陆腿垫(3-12)，第二着陆腿杆(3-11)的上端设置有第二腿杆连接件(3-3)，第二腿杆连接件(3-3)的侧面设置有第二缓冲铝片(3-13)，第二腿杆连接件(3-3)上部通过一个第二塞打螺栓与铰链座(3-1)转动连接，第二腿杆弹簧(3-2)的两端分别与第二腿杆连接件(3-3)、铰链座(3-1)连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：支臂及着陆腿(2)还包括第一腿杆垫片(2-4)，另一个第一塞打螺栓与复合铰链座(2-1)连接，两个第一塞打螺栓均与第一腿杆垫片(2-4)连接，第一腿杆弹簧(2-2)通过第一腿杆垫片(2-4)与复合铰链座(2-1)连接，第一腿杆连接件(2-3)的端部加工有凹槽，第一腿杆连接件(2-3)通过轴承与一个第一塞打螺栓连接，第一腿杆连接件(2-3)的凹槽与另一个第一塞打螺栓建立配合；

8.根据权利要求6或7所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：机体(4)包括太阳能板(4-1)、天线(4-3)、电池(4-7)、主控板(4-8)、电池支撑(4-9)、激光高度计安装座(4-10)和激光高度计(4-11)，太阳能板(4-1)、天线(4-3)设置在机体(4)的架体上侧，机体(4)的架体内通过电池支撑(4-9)设置有电池(4-7)，主控板(4-8)周向布置，激光高度计安装座(4-10)与机体(4)的架体连接，激光高度计(4-11)与激光高度计安装座(4-10)连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：机体(4)的架体包括聚酰亚胺上盖板(4-2)、支臂连接座(4-4)、机体上框架(4-5)、机体立柱框架(4-6)、机体下框架(4-12)、聚酰亚胺下盖板(4-13)和聚酰亚胺外壳(4-14)，方形的机体上框架(4-5)与方形的机体下框架(4-12)之间通过若干均匀布置的机体立柱框架(4-6)连接形成主体结构，方形的机体上框架(4-5)侧面布置有周向等距布置的四个支臂连接座(4-4)，前后的支臂连接座(4-4)与复合铰链座(2-1)连接，左右的支臂连接座(4-4)与铰链座(3-1)连接，天线(4-3)与太阳能板(4-1)通过螺栓固定在机体上框架(4-5)上方，在太阳能板(4-1)与机体上框架(4-5)间布置有聚酰亚胺上盖板(4-2)，方形的机体下框架(4-12)底部布置有聚酰亚胺下盖板(4-13)，聚酰亚胺外壳(4-14)周向布置在主体结构的外侧。

10.根据权利要求9所述的一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，其特征在于：太阳能板与电池电性连接，电池通过主控板与线圈、天线、激光高度计电性连接。

技术总结
本发明涉及一种基于电磁直驱调姿的平行轴式火星飞行器，属于航天火星飞行器技术领域。本发明解决传统平行轴式飞行器需要采用涵道结构或者利用额外的驱动器使转子倾斜以调节飞行器姿态，其结构复杂，功率损耗大的问题。包括旋翼、支臂及着陆腿、着陆腿和机体，机体的前后两侧设置有支臂及着陆腿，支臂及着陆腿的端部设置有旋翼，机体的左右两侧设置有着陆腿。本发明设计合理，平行轴式火星飞行器能够通过电磁直驱调姿装置改变桨尖平面矢量方向，操纵飞行器实现悬停、平动、横滚及偏航运动，并且飞行器的纵向包络尺寸小，能够用于探测狭窄地形，结构巧妙，功率损耗低。

技术研发人员：唐德威,吴奇,全齐全,吴元旭,邓宗全
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15