本實用新型屬于飛行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇。

背景技術(shù)：

飛艇是一種輕于空氣的飛行器，一般由艇體、推進裝置、舵面及艇倉構(gòu)成。其中推進裝置為飛艇提供前向的推力，通過控制舵面可以改變飛艇的狀態(tài)，實現(xiàn)在前進中左旋、右旋、上升、下降等基本動作。傳統(tǒng)飛艇的推進裝置只能提供向前的推力，行進過程中需積累一定速度舵面才能起到控制作用，所以上升、下降、轉(zhuǎn)彎時都需要較長的滑行距離，因此傳統(tǒng)飛艇只能在較大的空曠的空間飛行，不適合在有限的小型空間內(nèi)飛行。但由于飛艇的安全性(氦氣密度小于空氣密度，氦氣飛艇不會因為電子設(shè)備失控而從高空墜落；艇囊為柔性材料，碰撞時產(chǎn)生的破壞性較小)，因此研究適合于室內(nèi)飛行的飛艇很有必要。

一種更為詳細的理解：傳統(tǒng)飛艇設(shè)計中采用縱向推進裝置，推進裝置只能產(chǎn)生向前的推力，推動飛艇前進。該推進系統(tǒng)唯一能改變的是通過改變螺旋槳轉(zhuǎn)速來改變推進力的大小。舵面分為升降舵和方向舵。和固定翼的舵面一樣，只有氣流流過舵面并且達到一定速度時時舵面才能起到控制作用。因此飛艇必須在前行過程中并且達到一定的速度才能夠改變飛行狀態(tài)，若無外界因素影響只在原地懸停則舵面無效。這就使得傳統(tǒng)飛艇必須在前進過程中上升、下降、左旋、右旋，而不能在懸停時或速度很小時做出上述動作，因此傳統(tǒng)飛艇無法低速機動飛行，也無法迅速空中剎車。若在大型體育場館、會議室等使用飛艇，就會出現(xiàn)不能及時上升、下降、轉(zhuǎn)彎等造成飛艇與墻壁等進行碰撞，造成危險。因此傳統(tǒng)飛艇只有在較大的空間內(nèi)才能實現(xiàn)上升、下降、左旋、右旋等動作，這就使得傳統(tǒng)飛艇的機動性較低，不能夠在有限的室內(nèi)空間內(nèi)完成各種動作。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種增加了矢量推力，推力控制靈活的；結(jié)構(gòu)簡單的；可實現(xiàn)在懸停時或速度很小時前飛、退飛、原地上升、原地下降、原地轉(zhuǎn)彎等動作，機動性好的無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇，其包括艇體，艇體兩側(cè)對稱設(shè)有矢量推進裝置，每個矢量推進裝置均包括y軸轉(zhuǎn)桿、z軸轉(zhuǎn)桿和固定于艇體上的第一驅(qū)動裝置，第一驅(qū)動裝置用于驅(qū)動y軸轉(zhuǎn)桿沿自身的中心軸線轉(zhuǎn)動，且y軸轉(zhuǎn)桿的中心軸線與艇體長度方向上的中心線垂直；y軸轉(zhuǎn)桿上固定安裝有第二驅(qū)動裝置，第二驅(qū)動裝置的輸出軸的中心軸線與y軸轉(zhuǎn)桿的中心軸線垂直；z軸轉(zhuǎn)桿垂直固定于第二驅(qū)動裝置的輸出軸上，z軸轉(zhuǎn)桿遠離第二驅(qū)動裝置的端部上安裝有動力推進器。

本實用新型的飛艇設(shè)計中，引入了多維度的矢量推進裝置，以飛艇前向為x軸正方向，艇體右側(cè)為y軸正方向，垂直艇體向上為z軸正方向。該矢量推進裝置中，動力推進器可繞y軸360度旋轉(zhuǎn)，可在艇體的一側(cè)，繞z軸180度旋轉(zhuǎn)；同時可通過改變螺旋槳轉(zhuǎn)速來改變推力的大小。通過對左右兩個推進系統(tǒng)及飛艇整體的物理建模，可得到各種操作下的推力輸出方式，比如飛艇需要原地上升時，只需兩套矢量推進裝置全部向上，推力向下，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的升力，則飛艇可原地上升；飛艇需要左旋時，左側(cè)推力向前，右側(cè)推力向后，反作用力即可對艇體產(chǎn)生左旋效果；反之，下降和右旋同理。這樣就使得飛艇能夠在一個狹小的空間內(nèi)完成各種動作。而且為螺旋槳配備的涵道能夠有效防止螺旋槳在飛艇運動過程中與其他物體碰撞發(fā)生危險。

本實用新型使用矢量推進裝置的無舵面飛艇，推進裝置為飛艇提供矢量推力，使飛艇能夠在矢量推力的推動下，在懸停時或速度很小時，完成上升、下降、左旋、右旋等動作，甚至可實現(xiàn)退飛。這樣一來就減少了傳統(tǒng)飛艇在運動過程中必須伴隨前行的弊端，在狹小空間內(nèi)應(yīng)用飛艇成為可能。

本實用新型優(yōu)點在于：

1)為飛艇增加了矢量推力，可將推力直接反應(yīng)在飛艇運動狀態(tài)的變化上，控制靈活。

2)無舵面結(jié)構(gòu)，在原安裝舵面的艇體部位無需做額外加固，艇體結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)飛艇結(jié)構(gòu)簡單。

3)使用矢量推進裝置的無舵面飛艇可實現(xiàn)在懸停時或速度很小時，前飛、急剎、退飛、原地上升、原地下降、原地轉(zhuǎn)彎等傳統(tǒng)飛艇不能夠?qū)崿F(xiàn)的動作，機動性好。

4)由于矢量推進裝置的存在，無需像傳統(tǒng)飛艇一樣使用舵面控制飛艇姿態(tài)，從而改變運動狀態(tài)，使得使用矢量推進裝置的無舵面飛艇在完成各種動作時，無姿態(tài)上的變化，是一種更加穩(wěn)定的飛行平臺，無論用于室內(nèi)，還是室外的航空拍攝、安全巡視等功能都更容易實現(xiàn)，尤其適用于體育館、會議室、電影院等公共場所。

具體地，動力推進器為安裝于z軸轉(zhuǎn)桿中的無刷舵機驅(qū)動的螺旋槳；采用無刷舵機為動力，無刷電子調(diào)速器可對無刷舵機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，以及剎車功能。使用模型遙控器對上述設(shè)備進行控制，即可完成在地面上控制飛艇的各種動作。這樣就可以在大型室內(nèi)場所控制飛艇，來進行航空拍攝、信號中繼等功能，且也可以用于室外。

優(yōu)選地，艇體材料為pvc，且內(nèi)充氦氣；質(zhì)量輕盈，材質(zhì)柔軟，碰撞時產(chǎn)生的破壞性較小。目前市場上最流行的是層壓材料。其結(jié)構(gòu)由：防老化層-膠粘層-阻氣層-膠粘層-編織式載荷承載層-膠粘層壓制而成的。防老化層最好的材料就是PVF(聚氟乙烯)其綜合性能都很優(yōu)良。阻氣層的材料分兩類：涂層材料和薄膜材料。涂層材料中的丁基性能很優(yōu)良，薄膜材料中的尼龍.莎綸綜合性能都很好。編織式載荷承載層：滌綸。

相比傳統(tǒng)材料，本實用新型的飛艇蒙皮材料為pvc，強度高，臨界空間飛艇的艇囊體積能做的更大，能攜帶更多有效載荷；重量輕，材料密度小會使飛艇凈浮力不易喪失，甚至可升到平流層高度；環(huán)境性(耐候性)好，可適用于平流層上的環(huán)境惡劣、晝夜溫差、超強紫外線輻射、高輻射、高臭氧，本實用新型的蒙皮材料適應(yīng)這些特殊復(fù)雜環(huán)境。此外，材料為pvc還帶來其它有益性能如抗皺折性、為保持飛艇外型所需的抗蠕變性能、縫合工藝性、易于修補性等。氦氣滲漏性能強，不論飛艇采用氫氣或氦氣為浮升氣體，都需長期工作，滲漏性能顯得十分非常重要。如果使用氫氣則浮空氣體時，由于氫氣分子比氦氣分子更小，對材料阻滲漏性能要求會更高。

具體地，第一驅(qū)動裝置包括安裝于艇體內(nèi)的支架和安裝于支架上的電機，電機的輸出軸通過皮帶和皮帶輪傳動連接y軸轉(zhuǎn)桿；通過皮帶和皮帶輪傳動可實現(xiàn)調(diào)速的功能。

進一步地，第一驅(qū)動裝置、第二驅(qū)動裝置和無刷舵機的動力來源為鋰聚合物電池，安全性能好、厚度小、重量輕、容量大。

進一步地，z軸轉(zhuǎn)桿通過第二驅(qū)動裝置的輸出軸鉸接于y軸轉(zhuǎn)桿上；并且由于第二驅(qū)動裝置固定安裝于y軸轉(zhuǎn)桿上，因此該結(jié)構(gòu)緊湊，減小了矢量推進裝置的體積，進一步減小了飛艇的體積，便于飛艇室內(nèi)飛行。

本實用新型的一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇的有益效果是：

1)為飛艇增加了矢量推力，可將推力直接反應(yīng)在飛艇運動狀態(tài)的變化上，控制靈活。

2)無舵面結(jié)構(gòu)，在原安裝舵面的艇體部位無需做額外加固，艇體結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)飛艇結(jié)構(gòu)簡單。

3)使用矢量推進裝置的無舵面飛艇可實現(xiàn)在懸停時或速度很小時，前飛、急剎、退飛、原地上升、原地下降、原地轉(zhuǎn)彎等傳統(tǒng)飛艇不能夠?qū)崿F(xiàn)的動作，機動性好。

4)由于矢量推進裝置的存在，無需像傳統(tǒng)飛艇一樣使用舵面控制飛艇姿態(tài)，從而改變運動狀態(tài)，使得使用矢量推進裝置的無舵面飛艇在完成各種動作時，無姿態(tài)上的變化，是一種更加穩(wěn)定的飛行平臺，無論用于室內(nèi)的航空拍攝、安全巡視等功能都更容易實現(xiàn)，尤其適用于體育館、會議室、電影院等公共場所。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1是本實用新型的一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇的左視圖；

圖2是本實用新型的一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇的主視圖；

圖3是本實用新型的一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇的矢量推進裝置的三維示意圖；

圖4是本實用新型的一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇的矢量推進裝置的主視圖；

圖5是本實用新型的一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇的矢量推進裝置的俯視圖。

其中:1.艇體；2.y軸轉(zhuǎn)桿；3.z軸轉(zhuǎn)桿；4.第一驅(qū)動裝置，401.支架，402.電機；5.第二驅(qū)動裝置；6.動力推進器。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實用新型有關(guān)的構(gòu)成。

如圖1-圖5所示的本實用新型的一種無舵面結(jié)構(gòu)的飛艇的具體實施例，其包括艇體1，艇體1兩側(cè)對稱設(shè)有矢量推進裝置，每個矢量推進裝置均包括y軸轉(zhuǎn)桿2、z軸轉(zhuǎn)桿3和固定于艇體1上的第一驅(qū)動裝置4，第一驅(qū)動裝置4用于驅(qū)動y軸轉(zhuǎn)桿2沿自身的中心軸線轉(zhuǎn)動，且y軸轉(zhuǎn)桿2的中心軸線與艇體1長度方向上的中心線垂直；y軸轉(zhuǎn)桿2上固定安裝有第二驅(qū)動裝置5，第二驅(qū)動裝置5的輸出軸的中心軸線與y軸轉(zhuǎn)桿2的中心軸線垂直；z軸轉(zhuǎn)桿3垂直固定于第二驅(qū)動裝置5的輸出軸上，z軸轉(zhuǎn)桿3遠離第二驅(qū)動裝置5的端部上安裝有動力推進器6。

本實施例的飛艇設(shè)計中，引入了多維度的矢量推進裝置，以飛艇前向為x軸正方向，艇體右側(cè)為y軸正方向，垂直艇體向上為z軸正方向。該矢量推進裝置中，動力推進器6可繞y軸360度旋轉(zhuǎn)，可在艇體的一側(cè)，繞z軸180度旋轉(zhuǎn)；同時可通過改變螺旋槳轉(zhuǎn)速來改變推力的大小。通過對左右兩個推進系統(tǒng)及飛艇整體的物理建模，可得到各種操作下的推力輸出方式，比如飛艇需要原地上升時，只需兩套矢量推進裝置全部向上，推力向下，螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的升力，則飛艇可原地上升；飛艇需要左旋時，左側(cè)推力向前，右側(cè)推力向后，反作用力即可對艇體產(chǎn)生左旋效果；反之，下降和右旋同理。這樣就使得飛艇能夠在一個狹小的空間內(nèi)完成各種動作。而且為螺旋槳配備的涵道能夠有效防止螺旋槳在飛艇運動過程中與其他物體碰撞發(fā)生危險。

本實施例使用矢量推進裝置的無舵面飛艇，推進裝置為飛艇提供矢量推力，使飛艇能夠在矢量推力的推動下，在懸停時或速度很小時，完成上升、下降、左旋、右旋等動作，甚至可實現(xiàn)退飛。這樣一來就減少了傳統(tǒng)飛艇在運動過程中必須伴隨前行的弊端，在狹小空間內(nèi)應(yīng)用飛艇成為可能。

本實施例優(yōu)點在于：

1)為飛艇增加了矢量推力，可將推力直接反應(yīng)在飛艇運動狀態(tài)的變化上，控制靈活。

2)無舵面結(jié)構(gòu)，在原安裝舵面的艇體部位無需做額外加固，艇體結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)飛艇結(jié)構(gòu)簡單。

3)使用矢量推進裝置的無舵面飛艇可實現(xiàn)在懸停時或速度很小時，前飛、急剎、退飛、原地上升、原地下降、原地轉(zhuǎn)彎等傳統(tǒng)飛艇不能夠?qū)崿F(xiàn)的動作，機動性好。

4)由于矢量推進裝置的存在，無需像傳統(tǒng)飛艇一樣使用舵面控制飛艇姿態(tài)，從而改變運動狀態(tài)，使得使用矢量推進裝置的無舵面飛艇在完成各種動作時，無姿態(tài)上的變化，是一種更加穩(wěn)定的飛行平臺，無論用于室內(nèi)，還是室外的航空拍攝、安全巡視等功能都更容易實現(xiàn)，尤其適用于體育館、會議室、電影院等公共場所。

具體地，動力推進器6為安裝于z軸轉(zhuǎn)桿3中的無刷舵機驅(qū)動的螺旋槳；采用無刷舵機為動力，無刷電子調(diào)速器可對無刷舵機的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，以及剎車功能。使用模型遙控器對上述設(shè)備進行控制，即可完成在地面上控制飛艇的各種動作。這樣就可以在大型室內(nèi)場所控制飛艇，來進行航空拍攝、信號中繼等功能，且也可以用于室外。

優(yōu)選地，艇體1材料為pvc，且內(nèi)充氦氣；質(zhì)量輕盈，材質(zhì)柔軟，碰撞時產(chǎn)生的破壞性較小。目前市場上最流行的是層壓材料。其結(jié)構(gòu)由：防老化層-膠粘層-阻氣層-膠粘層-編織式載荷承載層-膠粘層壓制而成的。防老化層最好的材料就是PVF(聚氟乙烯)其綜合性能都很優(yōu)良。阻氣層的材料分兩類：涂層材料和薄膜材料。涂層材料中的丁基性能很優(yōu)良，薄膜材料中的尼龍.莎綸綜合性能都很好。編織式載荷承載層：滌綸。

相比傳統(tǒng)材料，本實施例的飛艇蒙皮材料為pvc，強度高，臨界空間飛艇的艇囊體積能做的更大，能攜帶更多有效載荷；重量輕，材料密度小會使飛艇凈浮力不易喪失，甚至可升到平流層高度；環(huán)境性(耐候性)好，可適用于平流層上的環(huán)境惡劣、晝夜溫差、超強紫外線輻射、高輻射、高臭氧，本實施例的蒙皮材料適應(yīng)這些特殊復(fù)雜環(huán)境。此外，材料為pvc還帶來其它有益性能如抗皺折性、為保持飛艇外型所需的抗蠕變性能、縫合工藝性、易于修補性等。氦氣滲漏性能強，不論飛艇采用氫氣或氦氣為浮升氣體，都需長期工作，滲漏性能顯得十分非常重要。如果使用氫氣則浮空氣體時，由于氫氣分子比氦氣分子更小，對材料阻滲漏性能要求會更高。

具體地，第一驅(qū)動裝置4包括安裝于艇體1內(nèi)的支架401和安裝于支架401上的電機402，電機402的輸出軸通過皮帶和皮帶輪傳動連接y軸轉(zhuǎn)桿2；通過皮帶和皮帶輪傳動可實現(xiàn)調(diào)速的功能。

進一步地，第一驅(qū)動裝置4、第二驅(qū)動裝置5和無刷舵機的動力來源為鋰聚合物電池，安全性能好、厚度小、重量輕、容量大。

進一步地，z軸轉(zhuǎn)桿3通過第二驅(qū)動裝置5的輸出軸鉸接于y軸轉(zhuǎn)桿2上；并且由于第二驅(qū)動裝置5固定安裝于y軸轉(zhuǎn)桿2上，因此該結(jié)構(gòu)緊湊，減小了矢量推進裝置的體積，進一步減小了飛艇的體積，便于飛艇室內(nèi)飛行。

應(yīng)當(dāng)理解，以上所描述的具體實施例僅用于解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。由本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。