一种可垂直起降的灵巧火星车制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可垂直起降的灵巧火星车，包括至少一排马格努斯转子、车体和驱动电机，所述马格努斯转子水平设置，且转动连接在车体上，所述马格努斯转子与驱动电机传动连接以驱动马格努斯转子转动。本实用新型专利技术通过在火星车上设置马格努斯转子，利用马格努斯转子在较低的来流速度下即可获得可观的升力，在火星大气低密度低压力低雷诺数的环境中，由马格努斯转子驱动的火星车可以拥有理想的升阻比特性，使得火星车实现垂直起降功能，以极大地提升火星车的机动能力，使其能够适应任意复杂地形且能进一步扩大探寻范围。本实用新型专利技术应用航天设备技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种可垂直起降的灵巧火星车
本技术涉及航天设备
，特别是涉及一种可垂直起降的灵巧火星车。
技术介绍
我国即将于2020年开展实施火星探测任务，实现2021年火星探测器着陆火星。我国自主研制的火星车即将可以在火星上自动行驶，然而，火星表面地形复杂未知，这给火星车的自由移动带来极大困难。如果火星车具备垂直起降功能将可以解决火星车表面的高性能移动问题，以寻找最有价值的考察地点。目前，利用马格努斯效应在机翼上增加旋转体以起到增升作用或者仅以旋转体为产生升力的装置的做法在国内外均有研究，然而通过这项技术开展实现火星车的垂直起降功能研究却鲜有报道。从马格努斯效应被提出以来，它已应用于航空航天领域与船舶制造领域，且相关商业化在船舶领域更为成熟。马格努斯效应在船舶制造领域的相关研究较多，但主要集中于利用马格努斯效应为船舶提供动力，达到节能减排的作用。例如上海海事大学的王勇在上海节能发表的《浅述转简风帆的工作原理及实践应用》，详细阐述了马格努斯效应在船舶中如何提供动力以达到节能目的即转简风帆利用发动机驱动转简自转,使其逆风一侧表面的气压增大，顺风一侧表面的气压降低，从而产生一个垂直于气流方向的横向力，通过调整转简的转速和旋转方向，可以调节帆体受力的大小和方向，从而为船舶提供前进的推力。另在航空领域，自伯努利原理发现以来，就有学者对于利用马格努斯效应来产生升力的想法进行了研究与相关的实验，且有过制造完成运用于实践的飞机，例如在1930年普利茅斯的921-V以及1931年联合飞机公司的X772N,由于马格努斯效应存在一定的能源效率问题，实体化进展缓慢。然而，马格努斯飞行器有独特的优点，旋转的圆筒马格努斯转子在较低的来流速度下即可获得可观的升力，且在火星大气低密度低压力低雷诺数的环境中，由旋转马格努斯转子驱动的灵巧火星车可以拥有理想的升阻比特性，当火星车载荷增大时可以通过条件转速比以及多种动力组合实现其垂直起降功能。另外，针对马格努斯效应研究的调研中发现，马格努斯转子的转速比和雷诺数是影响马格努斯气动特性的关键所在，本研究拟通过计算流体力学方法深入系统研究火星大气条件的影响机理，并创新设计不同的马格努斯转子组合，多种高升力装置辅助使得火星车实现垂直起降功能，以极大地提升火星车的机动能力，增加升力，提高稳定性，使其能够适应任意复杂地形且能进一步扩大探寻范围。
技术实现思路
本技术的目的在于针对火星表面的复杂地形情况，提供一种可垂直起降的灵巧火星车，以解决在火星车表面高性能移动的问题。本技术所采用的技术方案是：一种可垂直起降的灵巧火星车，包括至少一排马格努斯转子、车体和驱动电机，所述马格努斯转子水平设置，且转动连接在车体上，所述马格努斯转子与驱动电机传动连接以驱动马格努斯转子转动。进一步优化，所述车体上还设有辅助垂直升降装置以提供垂直升力。进一步优化，所述辅助垂直升降装置包括四个旋翼，所述旋翼分别两两对称的设置在车体的四侧。进一步优化，所述马格努斯转子的数量为单排。进一步优化，所述马格努斯转子上设有多个随马格努斯转子转动的圆形挡板。进一步优化，所述圆形挡板的数量为三个，两个所述圆形挡板分别设在马格努斯转子的两端，另一个圆形挡板设置在马格努斯转子的中间位置。进一步优化，所述车体的底部设有多组滚轮装置。进一步优化，所述车体采用碳纤维材料制成。进一步优化，所述车体设有太阳能帆板作为电源。本技术的有益效果：本技术通过在火星车上设置马格努斯转子，利用马格努斯转子在较低的来流速度下即可获得可观的升力，在火星大气低密度低压力低雷诺数的环境中，由马格努斯转子驱动的火星车可以拥有理想的升阻比特性，使得火星车实现垂直起降功能，以极大地提升火星车的机动能力，使其能够适应任意复杂地形且能进一步扩大探寻范围。附图说明下面结合附图和实施方式对本技术进一步说明。图1是本技术的一个实施例的结构示意图；图2是来流与马格努斯转子相对方向示意图。具体实施方式如图1所示的一种可垂直起降的灵巧火星车，包括至少一排马格努斯转子100、车体200和驱动电机300，马格努斯转子100水平设置，且转动连接在车体200上，马格努斯转子100与驱动电机300传动连接以驱动马格努斯转子100转动。在火星上，根据需要通过调节驱动电机300，控制马格努斯转子100的转速。如图2所示，当火星上的自然风吹过或者火星车移动过程中产生的相对运动，马格努斯转子100转动，提高向上的升力，实现火星车的起飞。在空中时可以通过降低格努斯马格努斯转子100的转速，实现火星车的下降。本技术通过在火星车的车体200上上设置马格努斯转子100，利用马格努斯转子100在较低的来流速度下即可获得可观的升力，在火星大气低密度低压力低雷诺数的环境中，由马格努斯转子100驱动的火星车可以拥有理想的升阻比特性，使得火星车实现垂直起降功能，以极大地提升火星车的机动能力，使其能够适应任意复杂地形且能进一步扩大探寻范围。车体200上还设有辅助垂直升降装置以提供垂直升力。进一步的，辅助垂直升降装置包括四个旋翼400，旋翼400分别两两对称的设置在车体200的四侧。在升力不足或来流方向的流速较低时可以利用四个旋翼400提供额外的升力，实现火星车的增升。旋翼400的数量及布置方式可根据火星车的具体构造做出相应的调整。马格努斯转子100的数量优选为单排。单排马格努斯转子100系统由于无内部流场间的相互干扰，系统流场呈规律的周期性变化。双排马格努斯转子100系统流场内部存在相互干扰，但这种干扰对提高升力有积极作用，即一号马格努斯转子100的尾流及脱落涡会为二号马格努斯转子100提供额外的升力，所以系统的升力系数较单排马格努斯转子100系统有明显提高。四排马格努斯转子100系统内部同样存在着流场间的相互干扰，由于上下距离过近，上层高压区与下层低压区相互影响，导致流场周期不规律，升力系数较双排马格努斯转子100系统低。进一步的，通过仿真实验，发现双排马格努斯转子100系统流场的升力最好，但是双排马格努斯转子100产生的扭矩过大，这种结构不稳定，很容易造成整合结构的破坏。因此优选单排马格努斯转子100系统。马格努斯转子100上设有多个随马格努斯转子100转动的圆形挡板500。随滚筒旋转，圆形挡板500能够为系统提供额外升力。进一步的，圆形挡板500的数量为三个，两个圆形挡板500分别设在马格努斯转子100的两端，另一个圆形挡板500设置在马格努斯转子100的中间位置。车体200的底部设有多组滚轮装置600。用于满足地面运动，以及减小起飞和降落时火星车与地面的摩擦。车体200采用碳纤维材料制成。具有结构强度高，质量轻的优点。进一步优化，车体200设有太阳能帆板700作为电源，获得稳定的能源供应，提高航行探索时间，此图只是表明位置关系，可以根据需要调整太阳能帆板700的大小。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可垂直起降的灵巧火星车，其特征在于：包括至少一排马格努斯转子(100)、车体(200)和驱动电机(300)，所述马格努斯转子(100)水平设置，且转动连接在车体(200)上，所述马格努斯转子(100)与驱动电机(300)传动连接以驱动马格努斯转子(100)转动。/n

【技术特征摘要】
1.一种可垂直起降的灵巧火星车，其特征在于：包括至少一排马格努斯转子(100)、车体(200)和驱动电机(300)，所述马格努斯转子(100)水平设置，且转动连接在车体(200)上，所述马格努斯转子(100)与驱动电机(300)传动连接以驱动马格努斯转子(100)转动。


2.根据权利要求1所述的可垂直起降的灵巧火星车，其特征在于：所述车体(200)上还设有辅助垂直升降装置以提供垂直升力。


3.根据权利要求2所述的可垂直起降的灵巧火星车，其特征在于：所述辅助垂直升降装置包括四个旋翼(400)，所述旋翼(400)分别两两对称的设置在车体(200)的四侧。


4.根据权利要求1至3任一项所述的可垂直起降的灵巧火星车，其特征在于：所述马格努斯转子(100)的数量为单排。


5.根据权利要求1至3任一项所述的可...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓鹏，姜璐璐，林明月，王粤，许德泉，徐欣，王嘉麟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43