專利名稱：四旋翼室內(nèi)飛艇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種室內(nèi)飛艇，尤其涉及一種四旋翼室內(nèi)飛艇的艇體結(jié)構(gòu)。屬于室內(nèi)飛艇設(shè)計、制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
室內(nèi)飛艇是一種有推進裝置、利用浮力原理升空、可控飛行的浮空飛行器。一般長度為I 3m,寬度為0. 6 2m,為了增強應(yīng)用效果,而一般采用異性外形，比如恐龍、鯨魚、桌椅等，因其體積較室外飛艇小、且自重輕，可掛載小型的DV，或根據(jù)客戶需求搭載特殊載荷如鮮花、戒指等，此外室內(nèi)飛艇的艇囊部分多使用聚乙烯或聚氯酯材料制作，內(nèi)充氦氣，顏色多樣變化，外形一般采用新奇的異性外形，如海豚、鯊魚等等，可廣泛應(yīng)用于婚慶、室 內(nèi)展會展銷、室內(nèi)演唱會等宣傳和造勢活動。但是現(xiàn)有的室內(nèi)飛艇，一般通過設(shè)置在吊艙的2臺可旋轉(zhuǎn)電機與螺旋槳產(chǎn)生矢量推力，并通過安裝于艇囊尾部的方向舵控制室內(nèi)飛艇的方向、升降和前進后退等，這種布局造成運動機構(gòu)多，可靠性下降，耦合度高，很難適應(yīng)室內(nèi)飛艇異性外形而導(dǎo)致的靜不穩(wěn)定和升力不足問題，并很難實現(xiàn)實時有效地控制，同時也降低了室內(nèi)飛艇的平衡性和穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是為了解決現(xiàn)有室內(nèi)飛艇由于采用矢量驅(qū)動的運動和姿態(tài)高度耦合而導(dǎo)致的飛控系統(tǒng)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，特別是對于室內(nèi)異性飛艇升力不足和靜不穩(wěn)定，安全性差以及噪音大、成本高等技術(shù)問題而設(shè)計的。本實用新型提供了一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡潔的四旋翼室內(nèi)飛艇，它包括艇囊、旋翼組件和吊艙；四個所述旋翼組件對稱布局于艇囊上，每個旋翼組件包含旋翼支撐臂、旋翼電機、護圈和螺旋槳；所述旋翼支撐臂的內(nèi)端固連在艇囊上，所述旋翼電機固定在旋翼支撐臂外側(cè)，所述螺旋槳安裝在旋翼電機的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機驅(qū)動，所述護圈將螺旋槳包圍并固定在旋翼電機上；在所述室內(nèi)飛艇吊艙內(nèi)配置有增穩(wěn)控制器。本實用新型的特點及有益效果四旋翼室內(nèi)飛艇具有很好的平衡性，能以較低飛行速度或較低能耗時較長時間地保持飛行高度，為與人協(xié)同完成各種活動提供了可能，同時也減少了對電能的消耗。四旋翼對稱布局模式，具有自動適應(yīng)飛艇多數(shù)采用異形外形的設(shè)計能力，通過增穩(wěn)控制器而解決了異形外形而導(dǎo)致的靜不穩(wěn)定問題，并通過四旋翼的升力彌補了異形外形而導(dǎo)致的升力不足的問題。艇囊可采用任何應(yīng)用期望的結(jié)構(gòu)形式，特別符合室內(nèi)飛艇的應(yīng)用需求。特別是通過四旋翼組件和增穩(wěn)控制器使其具有優(yōu)良的垂直起降和可靠穩(wěn)定的飛控性能，提高了室內(nèi)飛艇的穩(wěn)定性和可操作性，解決了傳統(tǒng)室內(nèi)飛艇的運動和姿態(tài)高度耦合導(dǎo)致的飛控系統(tǒng)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，安全性差以及噪音大、成本高等一系列問題，因此具有節(jié)能、可靠，無污染、低噪聲、平穩(wěn)性能好等特點，可促進室內(nèi)飛艇的廣泛應(yīng)用。本實用新型所述四旋翼飛艇，四個旋翼固定安裝，通過左右螺旋槳轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，通過前后螺旋槳轉(zhuǎn)速差實現(xiàn)前進和倒退，除了螺旋槳外整個飛艇沒有運動、折疊等部件，安裝方便，可靠性高，重量輕。四個旋翼對稱安裝，解決了異形飛艇的靜不穩(wěn)定問題，四旋翼飛艇技術(shù)來源于四旋翼直升機，四旋翼飛艇動升力大，很適合室內(nèi)飛艇小型化的應(yīng)用需求。本實用新型所述四旋翼飛艇為電動或油動，考慮到室內(nèi)環(huán)境噪聲和尾氣問題，主要應(yīng)采用電動。具體體現(xiàn)在室內(nèi)飛艇采用四旋翼結(jié)構(gòu)，與常規(guī)的室內(nèi)飛艇相比，結(jié)構(gòu)緊湊、升力大、機動性強、安全可靠、能快速靈活地以各種姿態(tài)飛行，如懸停、前飛、側(cè)飛、和倒飛等，進而大大縮小旋回半徑，因此可以高效快捷地工作。并提高了室內(nèi)飛艇的穩(wěn)定性和可操作性，解決了傳統(tǒng)室內(nèi)飛艇的運動和姿態(tài)高度耦合導(dǎo)致的飛控系統(tǒng)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，安全性差以及噪音大、成本聞等一系列問題。由于所述旋翼組件相對于艇身縱向左右對稱分布以及放置在設(shè)備艙增穩(wěn)控制器的增穩(wěn)控制，通過協(xié)同調(diào)整四個旋翼的轉(zhuǎn)速和方向來動態(tài)平衡四旋翼室內(nèi)飛艇的各種飛行狀態(tài)，提高了飛艇的穩(wěn)定性。四個旋翼作為飛艇上升、下降、倒飛、前飛的直接動力源，這也 是與一般室內(nèi)飛艇最主要的不同點，即不需要用方向、水平舵等來改變飛艇方向和平衡艇體，使室內(nèi)飛艇結(jié)構(gòu)簡化、穩(wěn)定性、操縱性及靈活性更好。四旋翼室內(nèi)飛艇以吊艙中電源艙一側(cè)為基準(zhǔn)，作為室內(nèi)飛艇的正前部，將四個旋翼分成前后兩組，每組中的兩個旋翼對稱分布在艇囊兩側(cè)，四個旋翼中心呈矩形或等腰梯形。旋翼的結(jié)構(gòu)的形式和直徑對實現(xiàn)四旋翼室內(nèi)飛艇的效果沒有影響，因此可以應(yīng)用于各種異型室內(nèi)飛艇。同一個室內(nèi)飛艇上四個旋翼的結(jié)構(gòu)和直徑應(yīng)是相同的，以保證艇體左右兩側(cè)結(jié)構(gòu)的對稱。左右兩側(cè)旋翼以相反方向旋轉(zhuǎn)，其目的是為了平衡自身和空氣摩擦產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩，在平衡力矩的同時也提供了升力，防止機身打轉(zhuǎn)。在艇體上的四個旋翼組件中的螺旋槳上分別安裝了四個護圈，若螺旋槳的槳葉暴露在外，旋轉(zhuǎn)的槳葉很容易碰到吊燈、墻壁等物體而產(chǎn)生飛行事故，同時旋轉(zhuǎn)的槳葉對操作人員也是致命的威脅，所以設(shè)計為帶護圈的螺旋槳提高了飛艇的安全系數(shù)。室內(nèi)飛艇與現(xiàn)代飛艇一樣，都采用高靜升力/動升力比設(shè)計，但由于室內(nèi)飛艇一般采用更有視覺沖擊力的異形設(shè)計，為此而導(dǎo)致靜升力/動升力比明顯低于常規(guī)外形室外飛艇，采用具有高升力的四旋翼模式，解決了異形室內(nèi)飛艇靜升力/動升力比低的問題，可以使室內(nèi)飛艇更加小巧、漂亮，增強了其應(yīng)用空間和機動性。通過在吊艙的設(shè)備艙內(nèi)配置增穩(wěn)控制器，維持整個艇身的平衡，保證四旋翼室內(nèi)飛艇順利飛行。通過吊艙內(nèi)設(shè)隔離的設(shè)備艙和電源艙，隔離減弱了電池的熱效應(yīng)和磁場效應(yīng)對電子設(shè)備的干擾，有效提高了系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)通信的可靠性。所述電源艙具有可拆卸艙蓋，便于更換電池。為了使室內(nèi)飛艇更好地滿足人們的需求，提高它的動力、控制器的性能以及平穩(wěn)性，本實用新型提供的室內(nèi)飛艇采用四旋翼結(jié)構(gòu)，與常規(guī)的室內(nèi)飛艇相比，本實用新型結(jié)構(gòu)緊湊、升力大、機動性強、安全可靠、能快速靈活地以各種姿態(tài)飛行，如懸停、前飛、側(cè)飛、和倒飛等，進而大大縮小旋回半徑，因此可以高效快捷地工作。
圖I中所示為本實用新型的主視圖；圖2中所示為本實用新型的俯視圖；圖3中所示為本實用新型的側(cè)視圖；圖4中所示為本實用新型的吊艙的俯視圖。圖中1艇囊、2旋翼支撐臂、3旋翼電機、4護圈、5螺旋槳、6吊艙、7電源艙、8設(shè)備艙、9增穩(wěn)控制器。
具體實施方式
參看圖I-圖4，四旋翼室內(nèi)飛艇，它包括艇囊I、旋翼組件和吊艙6 ;四個所述旋翼 組件對稱布局于艇囊I上，每個旋翼組件包含旋翼支撐臂2、旋翼電機3、護圈4和螺旋槳5 ；所述旋翼支撐臂2的內(nèi)端固連在艇囊I上，所述旋翼電機3固定在旋翼支撐臂2外側(cè)，所述螺旋槳5安裝在旋翼電機3的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機3驅(qū)動，所述護圈4將螺旋槳5包圍并固定在旋翼電機3上；在所述室內(nèi)飛艇吊艙6內(nèi)配置有增穩(wěn)控制器9。其中所述艇囊I內(nèi)填充氫氣或氦氣或氫氦混合氣或輕于空氣的氣體。所述艇囊I采用流線橢球形、球形或任何異型結(jié)構(gòu)中的一種。所述四個旋翼組件相對于艇身縱向左右對稱分布。在艇囊I上安裝了所述四個旋翼組件省去了尾舵控制舵面。所述四個旋翼組件分兩組對稱分布于艇囊I兩側(cè)，兩側(cè)采用功率大小相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋翼電機3。所述吊艙6內(nèi)設(shè)有隔離的設(shè)備艙8和電源艙7。所述設(shè)備艙8內(nèi)包含有導(dǎo)航部件、飛行控制部件和通信部件。所述電源艙7內(nèi)包含有為全艇電子設(shè)備供電的11. IV的3S1P電池電源；所述電源艙7具有可拆卸艙蓋。所述增穩(wěn)控制器9，利用旋轉(zhuǎn)專用的感測器一陀螺儀來感知艇身的平衡程度并將訊號傳送至微控制器，再通過微控制器內(nèi)部程序的運算產(chǎn)生控制信號來控制艇體上四個旋翼的轉(zhuǎn)速，以維持整個艇身的平衡。
實施例四旋翼室內(nèi)飛艇，包括艇囊I、四個旋翼組件和吊艙6。每個旋翼組件包含旋翼支撐臂2、旋翼電機3、護圈4和螺旋槳5。旋翼支撐臂2的內(nèi)端固連在艇囊I上，旋翼電機3固定在旋翼支撐臂2外側(cè)，螺旋槳5安裝在旋翼電機3的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機3驅(qū)動，護圈4將螺旋槳5包圍并固定在旋翼電機3上；所有旋翼組件相對于艇身縱向左右對稱分布，飛行時，電源艙7中的電池提供全艇電子設(shè)備所需的電能，設(shè)備艙8提供導(dǎo)航、通信和控制系統(tǒng)；增穩(wěn)控制器9放在設(shè)備艙中用以提高飛艇的穩(wěn)定性。四旋翼室內(nèi)飛艇通過協(xié)同調(diào)整四個旋翼的轉(zhuǎn)速和方向來動態(tài)平衡四旋翼室內(nèi)飛艇并實現(xiàn)各種飛行狀態(tài)。四旋翼室內(nèi)飛艇的飛行狀態(tài)分為主動飛行狀態(tài)和被動飛行狀態(tài)兩種。當(dāng)四旋翼室內(nèi)飛艇的旋翼轉(zhuǎn)動的主要動力來源于飛艇自身時，稱為飛艇的主動飛行狀態(tài)；當(dāng)四旋翼室內(nèi)飛艇的旋翼轉(zhuǎn)動的主要動力來源于外部氣流或因勢能減少所產(chǎn)生的空氣動力時，稱為飛 艇的被動飛行狀態(tài)。在不同飛行狀態(tài)時四旋翼室內(nèi)飛艇的每個旋翼均能遵照空氣動力學(xué)原理調(diào)整其方向或角度而使飛艇始終穩(wěn)定并獲得最佳的飛行狀態(tài)。
權(quán)利要求1.四旋翼室內(nèi)飛艇，它包括艇囊(I)、旋翼組件和吊艙(6);其特征在于四個所述旋翼組件對稱布局于艇囊(I)上，每個旋翼組件包含旋翼支撐臂(2)、旋翼電機(3)、護圈(4)和螺旋槳(5);所述旋翼支撐臂(2)的內(nèi)端固連在艇囊(I)上，所述旋翼電機(3)固定在旋翼支撐臂(2)外側(cè)，所述螺旋槳(5)安裝在旋翼電機(3)的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機(3)驅(qū)動，所述護圈(4 )將螺旋槳(5 )包圍并固定在旋翼電機(3 )上；在所述室內(nèi)飛艇吊艙(6 )內(nèi)配置有增穩(wěn)控制器(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述艇囊(I)內(nèi)填充氫氣或氦氣或氫氦混合氣或輕于空氣的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于，所述艇囊(I)采用流線橢球形、球形結(jié)構(gòu)中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述四個旋翼組件相對于艇身縱向左右對稱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于在艇囊(I)上安裝了所述四個旋翼組件省去了尾舵、水平控制舵面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任意一項所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述四個旋翼組件分兩組對稱分布于艇囊(I)兩側(cè)，兩側(cè)采用功率大小相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋翼電機(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述吊艙(6)內(nèi)設(shè)有隔離的設(shè)備艙(8)和電源艙(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述設(shè)備艙(8)內(nèi)包含有導(dǎo)航部件、飛行控制部件和通信部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述電源艙(7)內(nèi)包含有為全艇電子設(shè)備供電的11. IV的3S1P電池電源；所述電源艙(7)具有可拆卸艙蓋。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述增穩(wěn)控制器(9)，利用旋轉(zhuǎn)專用的感測器——陀螺儀來感知艇身的平衡程度并將訊號傳送至微控制器，再通過微控制器內(nèi)部程序的運算產(chǎn)生控制信號來控制艇體上四個旋翼的轉(zhuǎn)速，以維持整個艇身的平衡。
專利摘要四旋翼室內(nèi)飛艇，是為解決現(xiàn)有室內(nèi)飛艇由于采用矢量驅(qū)動的運動和姿態(tài)高度耦合而導(dǎo)致的飛控系統(tǒng)復(fù)雜，穩(wěn)定性差，特別是對于室內(nèi)異型飛艇升力不足和靜不穩(wěn)定，安全性差以及噪音大、成本高等技術(shù)問題而設(shè)計的。它包括艇囊、四個旋翼組件和吊艙；所述旋翼組件對稱布局于艇囊上，每個旋翼組件包含旋翼支撐臂、旋翼電機、護圈和螺旋槳；所述旋翼支撐臂的內(nèi)端固連在艇囊上，所述旋翼電機固定在旋翼支撐臂外側(cè)，所述螺旋槳安裝在旋翼電機的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機驅(qū)動，所述護圈將螺旋槳包圍并固定在旋翼電機上。具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性和可操作性強，為與人協(xié)同完成各種活動提供了可能；由于采用類似四旋翼直升機的增穩(wěn)控制與飛行原理，具有適應(yīng)異性艇囊結(jié)構(gòu)、升力不足、靜不穩(wěn)定的特點。其具有節(jié)能、安全可靠，無污染、低噪聲等特點，可促進室內(nèi)飛艇的廣泛應(yīng)用。
文檔編號B64B1/30GK202783762SQ20112057323
公開日2013年3月13日 申請日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者李一波, 王揚揚, 張森悅, 吳星剛 申請人:沈陽航空航天大學(xué)