一种共轴双旋翼机构及大型共轴多旋翼涵道机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种共轴双旋翼机构及大型共轴多旋翼涵道机。

背景技术

涵道机的旋翼被包在涵道内，可以很好地起到保护旋翼的作用，此外，涵道可以为飞行器提供更佳的气动力，可以提高飞行器的气动效率。

现有的大型共轴多旋翼涵道机一般包括8个及以上的共轴双旋翼机构，每个共轴双旋翼机构都是通过一根椭圆管形状的机臂连接两个电机和绕同一理论轴线一正一反旋转的上下两副旋翼，上下旋翼旋转方向相反，因此，两副旋翼产生的扭矩在航向不变的飞行状态下可以相互平衡。

但共轴多旋翼涵道机上旋翼与下旋翼页之间也存在着干扰，具体来说，如图1和图2所示，当共轴多旋翼涵道机前飞时，下旋翼92前面大半部分进入常压区，小半部分则与上旋翼91的尾流重合，形成同向区。其中，同向区是指下旋翼与上旋翼的水平方向有同向分量的重合区域。此时，同向区的相对速度大大降低，当下旋翼92所处位置是如图1所示的平行前行方向时，水平方向完全一致，此时，两边升力差为最大值，因此振动也最大。

此外，由于上下旋翼旋转方向相反的，因此，上旋翼91带动的气流是由相对地球静止变成运动，当上旋翼91的下洗气流到达下桨叶的时候，气流的相对运动速度的旋转平面垂直分量为上旋翼螺距的80～85％，相对速度的旋转平面水平分量与上旋翼旋转方向相同，与下旋翼旋转方向相反，因此给下旋平行于翼旋转面方向形成一个来流，使得下旋翼达到二次升力的效果，所产生下洗气流运动速度的垂直分量由螺距×转动角速度的80～85％提升至138～147％。此时，由于下洗气流运动速度的垂直分量大于螺距×转动角速度，若想依靠弯曲应力支撑起的机体则会导致机臂重量增加。

因此，若不想依靠增加机臂重量来增大弯曲应力，则如何避免前飞时错位导致的反作用力降低的影响是关键。

发明内容

本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。

为克服现有技术的问题，本发明提供一种共轴双旋翼机构，包括涵道壳以及设置在所述涵道壳内的旋翼组件；其中：

所述旋翼组件包括机臂以及位于所述机臂两端的上旋翼和下旋翼，所述上旋翼和下旋翼能沿相反的方向旋转；

所述涵道壳包括套设在所述机臂的外侧的机臂套、外壳体以及多个导流板；所述导流板的一端与所述外壳体相连，另一端与所述机臂套相连，且所述导流板与旋转面垂线的夹角为所述上旋翼截面倾角的一半。

在本发明的一个实施例中，所述导流板为弧形板。

在本发明的一个实施例中，所述导流板为4个。

在本发明的一个实施例中，所述机臂套、外壳体以及多个导流板一体成型。

本发明还提供一种大型共轴多旋翼涵道机，包括起落架以及与所述起落架相连的多个本发明提供的共轴双旋翼机构。

在本发明的一个实施例中，相邻的所述共轴双旋翼机构的外壳体通过同一根第一连杆与所述起落架相连。

在本发明的一个实施例中，相邻的所述共轴双旋翼机构的外壳体通过同一根第二连杆与所述起落架相连，所述第一连杆与第二连杆成锐角。

在本发明的一个实施例中，所述起落架具有相互平行的顶面和底面，所述第一连杆水平连接到所述顶面，所述第二连杆倾斜铰接到所述底面。

在本发明的一个实施例中，多个所述共轴双旋翼机构环绕所述起落架设置。

在本发明的一个实施例中，所述共轴双旋翼机构的个数为8～16个。

本发明提供了一种共轴双旋翼机构及大型共轴多旋翼涵道机，利用导流板与旋转面垂线的夹角γ为上旋翼截面倾角α的一半，使导流板将上旋翼部分下洗气流的水平分量转化为垂直反作用力，从而使上旋翼尾流产生的水平相应速度抵达下旋翼时不会引起错位，避免了前飞时错位导致的反作用力降低的影响。

通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：

图1为飞行器前飞时旋翼固定涡系的结构示意图。

图2为下旋翼与上旋翼的水平方向的同向区的示意图。

图3为本发明实施例的共轴双旋翼机构的结构示意图。

图4为本发明实施例的导流板的结构示意图。

图5为本发明实施例的导流板与旋翼的角度示意图。

图6为本发明实施例的大型共轴多旋翼涵道机的结构示意图一。

图7为本发明实施例的大型共轴多旋翼涵道机的结构示意图二。

具体实施方式

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

实施例1

如图3、图4所示，本发明提供一种共轴双旋翼机构，包括涵道壳以及设置在涵道壳内的旋翼组件；其中：

旋翼组件包括机臂26以及位于机臂26两端的上旋翼22和下旋翼24，上旋翼22和下旋翼24能沿相反的方向旋转；在具体实施时，机臂26的两端可以设置电机(图中未显示)从而带动上旋翼22和下旋翼24旋转。上旋翼22沿半径方向的截面与水平面的夹角记为截面倾角α。

涵道壳包括机臂套25、外壳体21以及多个导流板23。机臂套25与外壳体21同轴设置，机臂套25套设在机臂26的外侧，更具体地，机臂套25套设在机臂26的中部。

导流板23的一端与外壳体21相连，另一端与机臂套25相连，且导流板23与旋转面垂线的夹角为γ。一般地，导流板为2～8个，例如是4个，沿机臂套25的周长方向均匀间隔设置。为在受力允许的情况下尽可能轻量化，导流板可以根据涵道壳的大小尽量设置较少的个数。本实施例中，导流板23为弧形板，在本发明的另一实施例中，导流板23的横截面为弓形。

在具体实施时，机臂套25、外壳体21以及多个导流板23一体成型。

请同时参照图5，本发明中，导流板23与旋转面垂线的夹角γ为上旋翼截面倾角α的一半，即α＝γ/2。

导流板23与旋转面垂线的夹角γ同时也是下洗气流与导流板的入射角和反射角，β则为γ的补角，v为旋翼截面的瞬时速度方向，可见导流板23能将上旋翼部分下洗气流的水平分量转化为垂直反作用力，使得反作用力得到进一步提升，进而消除同向区，避免了前飞时错位导致的反作用力降低的影响。

本发明提供的共轴双旋翼机构，结构简单，利用导流板23与旋转面垂线的夹角γ为上旋翼截面倾角α的一半，将经过导流板那部分气流的水平分量转化垂直分量，消除这部分的同向区，从而使上旋翼尾流产生的水平相应速度抵达下旋翼时不会引起错位，大大降低振幅。

实施例2

如图6和图7所示，本发明还提供一种大型共轴多旋翼涵道机，包括起落架10以及与起落架10相连的多个如图3至图4所示的共轴双旋翼机构20。

该多个共轴双旋翼机构20相邻并环绕起落架10设置，且相邻的共轴双旋翼机构的外壳体21通过同一根第一连杆31与起落架10相连，组成桁架联动结构。更具体地，当共轴双旋翼机构20为n个时，此时第一连杆31也为n个，需要说明的是，不同的第一连杆31的长度可以是不等的，可以根据机体的形状自行设计。桁架联动结构可以让材料的轴向拉伸和压缩取代机臂的弯曲应力比现有的机臂结构更轻量化。由于振动是有频率和周期的，本实施例将涵道最外围通过桁架相连，从而使相邻之间产生振动的波峰与波谷通过调教后在相逢时相互抵消，让整机更加稳定。

在本发明的另一个实施例，起落架10具有相互平行的顶面11和底面12。相邻的共轴双旋翼机构的外壳体通过同一根第一连杆31水平连接到起落架的顶面11，并通过第二连杆32倾斜链接到起落架的底面12。第一连杆31与第二连杆32成锐角。本实施例中，相邻的共轴双旋翼机构的外壳体21、第一连杆31与第二连杆32相互三连，进一步加强整机的稳定性。

上述第一连杆31与第二连杆32采用管状金属，管状金属的轴向压压缩和拉伸应力远远大于弯曲应力，因此桁架联动结构会让材料的轴向拉伸和压缩取代机臂的弯曲应力能比现有的机臂结构更轻量化。

本发明提供的大型共轴多旋翼涵道机的共轴双旋翼机构的个数为8～16个，例如是8个。

本实施例提供的大型共轴多旋翼涵道机，其采用的共轴双旋翼机构利用导流板与旋转面垂线的夹角γ为上旋翼截面倾角α的一半，使导流板将上旋翼部分下洗气流的水平分量转化为垂直反作用力，从而使上旋翼尾流产生的水平相应速度抵达下旋翼时不会引起错位，大大降低振幅的同时还能避免前飞时错位导致的反作用力降低的影响。

通过桁架联动结构使其在飞行时的水平扭力在涵道联动的作用下得到相应抵消让整机更加稳定。

以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。