基于马格努斯效应的涵道单螺旋桨飞行器制造技术

基于马格努斯效应的涵道单螺旋桨飞行器，它涉及一种涵道单螺旋桨飞行器。本发明专利技术为了解决现有的现有的共轴双螺旋桨无人飞行器存在安全性差、结构复杂、而且不易实现各种飞行动的控制的问题。技术要点：所述舵机涵道（Ｉ）、气流调整涵道（ＩＩ）和动力涵道（ＩＩＩ）三个涵道依次连通，动力装置（３）用于在动力涵道（ＩＩＩ）内产生螺旋形空气流，气流调整装置（２）用于将动力涵道（ＩＩＩ）中的螺旋形空气流转换为垂直喷射形空气流，在舵机涵道（Ｉ）中已被调整的垂直喷射形空气流在空芯轮（１１）的侧表面上产生马格努斯效应力。本发明专利技术以空芯轮旋转时所产生的马格努斯效应力作为控制输入，进而实现各种飞行动作的飞行器，具有结构简易紧凑、低能耗、安全、动作灵活等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种涵道单螺旋桨飞行器，具体涉及一种基于马格努斯效应的涵道单 螺旋桨飞行器，属于飞行器

技术介绍
目前，共轴双螺旋桨无人飞行器由于采用了两副螺旋桨，在相同约束条件下，螺旋 桨半径仅为单旋翼飞行器的70%。由于机身包括在桨盘面积范围之内，总体纵向尺寸仅为 单螺旋桨带尾翼飞行器的60%左右，因此减少了俯仰和偏航的转动惯量。以上的结构特点 说明共轴双螺旋桨飞行器的航向的操纵性能优于单螺旋桨带尾翼飞行器。但这是一种采用 两个独立的动力装置或者采用复杂的航向操纵系统、复杂的机械传动系统为代价的设计， 同时高速旋转的螺旋桨对地面人员是致命的威胁，高速旋转的桨叶还很容易碰到物体而产 生飞行事故，造成的50%左右飞行事故在起飞和着陆时发生。总之，现有的共轴双螺旋桨无 人飞行器存在安全性差、结构复杂、而且不易实现各种飞行动作的控制等问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于马格努斯效应的涵道单螺旋桨飞行器，以解决现有 的共轴双螺旋桨无人飞行器存在安全性差、结构复杂、而且不易实现各种飞行动作的控制 的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是本专利技术所述的基于马格努斯效应 的涵道单螺旋桨飞行器舵机装置、气流调整装置、动力装置和飞行器壳体；所述飞行器壳体 包括外圆筒，所述舵机装置、气流调整装置以及动力装置由下至上设置并沿轴向对中安装 在所述外圆筒上(即舵机装置、气流调整装置以及动力装置三者的中心线与外圆筒的轴线 重合)；所述舵机装置由四个舵机单元构成，每个舵机单元包括空芯轮和马达；所述四个 舵机单元沿外圆筒的圆周方向均布设置，四个空芯轮均置于外圆筒的内腔中，四个马达均 安装在外圆筒的外侧壁上(即四个马达均位于外圆筒的外部)，每个马达的输出轴上安装 有一个空芯轮；所述气流调整装置由多个栅板构成，所述多个栅板沿外圆筒内壁的圆周方向均布 设置在外圆筒的内腔中，所述多个栅板形成的轮廓形状是与外圆筒同轴的圆筒体，每个栅 板的板面与外圆筒的回转曲面(旋转曲面)产生的相贯线与外圆筒的轴线平行；与舵机装置所在位置对应的外圆筒下部空腔为舵机涵道，与气流调整装置所在位 置对应的外圆筒中部空腔为气流调整涵道，与动力装置所在位置对应的外圆筒上部空腔为 动力涵道，所述舵机涵道、气流调整涵道和动力涵道三个涵道依次连通，动力装置用于在动 力涵道内产生螺旋形空气流，气流调整装置用于将动力涵道中的螺旋形空气流转换为垂直 喷射形空气流，在舵机涵道中已被调整的垂直喷射形空气流在空芯轮的侧表面上产生马格 努斯效应力。本专利技术的有益效果是本专利技术属于无人飞行器，由用于安装四个空芯轮的舵机涵道、对螺旋桨的反作用 扭矩起到抑制作用的同时把螺旋形空气流转换为垂直喷射形空气流的气流调整涵道、装有 螺旋桨的动力涵道构成，是一种以空芯轮旋转时所产生的马格努斯效应力作为控制输入， 进而实现各种飞行动作的飞行器。本专利技术具有结构简易紧凑、低能耗、安全、动作灵活等优 点。适合于反恐侦查、空中摄影等应用领域。本专利技术通过气流调整涵道内的多个栅板把动 力涵道中螺旋桨引起的螺旋形空气流转换成垂直喷射形空气流，并且对螺旋桨旋转时所产 生的反作用扭矩起到抑制作用。最终，这一垂直喷射形空气流，在舵机涵道中的空芯轮表面 上，产生一种用于飞行控制的马格努斯效应力。本专利技术具备了与传统共轴双螺旋桨无人飞 行器相同的飞行功能。本专利技术的具体优点主要表现在以下几个方面1、机动性强，高效的马格努斯效应力保证了飞行过程中各种动作实现；2、工作可靠，复合涵道结构显著改善了涵道内不确定空气紊流的影响；3、高安全性，涵道螺旋桨设计对飞行器飞行和人员的安全大有改善；4、飞行效率高，并节省燃料，构造简单，维护简便，经济实用；5、结构紧凑，可在任何地方垂直起降、悬停、盘旋。根据以上的优点，本专利技术可以在在民用和军事应用中，作为一种高效辅助手段，执 行人类本身无法完成的各种棘手任务。如战术控制站、军事侦察、反恐作战、汛情监测、高 压电网故障监测、空中摄影、广告宣传、通信中继等领域中。本专利技术对节省任务执行成本，保 证人身安全，以及提高任务执行的效率、可靠性、准确度等方面具有实际意义。附图说明图1是本专利技术的立体结构示意图(虚线圆A和虚线圆B是两个假想圆，将飞行器 壳体的内部空腔由下至上分成舵机涵道I、气流调整涵道II和动力涵道III ；为了图更加清 晰，沿周向布置的栅板21只画出一部分)；图2是本专利技术的立体结构示意图(图中画出了起 落架5等)；图3是本专利技术的主视图(虚线箭头代表气流)；图4是图3的仰视图；图5是 舵机涵道仰视图；图6是气流调整涵道仰视图；图7是动力涵道仰视图；图8是本专利技术在自 旋模式下舵机涵道内部空芯轮旋转运动、马格努斯力、转矩示意图；图9是本专利技术在转弯模 式下舵机涵道内部空芯轮旋转运动、马格努斯力、转矩示意图；图10是本专利技术在平移模式 下舵机涵道内部空芯旋转运动、马格努斯力、转矩示意图。具体实施例方式具体实施方式一如图1 10所示，本实施方式所述的基于马格努斯效应的涵道 单螺旋桨飞行器包括舵机装置1、气流调整装置2、动力装置3和飞行器壳体4 ；所述飞行器 壳体4包括外圆筒41，所述舵机装置1、气流调整装置2以及动力装置3由下至上设置并沿 轴向对中安装在所述外圆筒41上(即舵机装置1、气流调整装置2以及动力装置3三者的 中心线与外圆筒41的轴线重合)；所述舵机装置1由四个舵机单元构成，每个舵机单元包括空芯轮11和马达12 ；所 述四个舵机单元沿外圆筒41的圆周方向均布设置，四个空芯轮11均置于外圆筒41的内4腔中，四个马达12均安装在外圆筒41的外侧壁上(即四个马达12均位于外圆筒41的外 部)，每个马达12的输出轴上安装有一个空芯轮11 ；所述气流调整装置2由多个栅板21构成，所述多个栅板21沿外圆筒41内壁的圆 周方向均布设置在外圆筒41的内腔中，所述多个栅板21形成的轮廓形状是与外圆筒41同 轴的圆筒体，每个栅板21的板面与外圆筒41的回转曲面(旋转曲面)产生的相贯线与外 圆筒41的轴线平行；与舵机装置1所在位置对应的外圆筒41下部空腔为舵机涵道I，与气流调整装置 2所在位置对应的外圆筒41中部空腔为气流调整涵道II，与动力装置3所在位置对应的外 圆筒41上部空腔为动力涵道III，所述舵机涵道I、气流调整涵道II和动力涵道III三个 涵道依次连通，动力装置3用于在动力涵道III内产生螺旋形空气流，气流调整装置2用于 将动力涵道III中的螺旋形空气流转换为垂直喷射形空气流，在舵机涵道I中已被调整的 垂直喷射形空气流在空芯轮11的侧表面上产生马格努斯效应力。基于马格努斯效应(Magnus Effect)，以他的发现者马格努斯命名，是一个流体力 学当中的现象，是一个在流体中转动的物体(如圆柱体)受到的力，当一个旋转物体的旋转 角速度矢量与物体飞行速度矢量不重合时，在与旋转角速度矢量和平动速度矢量组成的平 面相垂直的方向上将产生一个横向力。在这个横向力的作用下物体飞行轨迹发生偏转的现 象称作马格努斯效应。具体实施方式二 如图1 4所示，本实施方式所述动力装置3由螺旋桨31、动力 源32和机架33构成，所述动力源32通过机架33固定在外圆筒41的上端，螺旋桨31安装 在动力源32的驱动轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于马格努斯效应的涵道单螺旋桨飞行器，其特征在于：所述飞行器包括舵机装置（１）、气流调整装置（２）、动力装置（３）和飞行器壳体（４）；所述飞行器壳体（４）包括外圆筒（４１），所述舵机装置（１）、气流调整装置（２）以及动力装置（３）由下至上设置并沿轴向对中安装在所述外圆筒（４１）；所述舵机装置（１）由四个舵机单元构成，每个舵机单元包括空芯轮（１１）和马达（１２）；所述四个舵机单元沿外圆筒（４１）的圆周方向均布设置，四个空芯轮（１１）均置于外圆筒（４１）的内腔中，四个马达（１２）均安装在外圆筒（４１）的外侧壁上，每个马达（１２）的输出轴上安装有一个空芯轮（１１）；所述气流调整装置（２）由多个栅板（２１）构成，所述多个栅板（２１）沿外圆筒（４１）内壁的圆周方向均布设置在外圆筒（４１）的内腔中，所述多个栅板（２１）形成的轮廓形状是与外圆筒（４１）同轴的圆筒体，每个栅板（２１）的板面与外圆筒（４１）的回转曲面产生的相贯线与外圆筒（４１）的轴线平行；与舵机装置１所在位置对应的外圆筒（４１）下部空腔为舵机涵道（Ｉ），与气流调整装置（２）所在位置对应的外圆筒（４１）中部空腔为气流调整涵道（Ⅱ），与动力装置（３）所在位置对应的外圆筒（４１）上部空腔为动力涵道（Ⅲ），所述舵机涵道（Ｉ）、气流调整涵道（Ⅱ）和动力涵道（Ⅲ）三个涵道依次连通，动力装置（３）用于在动力涵道（Ⅲ）内产生螺旋形空气流，气流调整装置（２）用于将动力涵道（Ⅲ）中的螺旋形空气流转换为垂直喷射形空气流，在舵机涵道（Ｉ）中已被调整的垂直喷射形空气流在空芯轮（１１）的侧表面上产生马格努斯效应力。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵杰，金弘哲，樊继壮，王忠信，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93