專利名稱：四旋翼室內(nèi)飛艇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種室內(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(jì)、制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
室內(nèi)飛艇是一種有推進(jìn)裝置、利用浮力原理升空、可控飛行的浮空飛行器。一般長(zhǎng)度為1 3m，寬度為0. 6 2m，為了增強(qiáng)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(huì)展銷、室內(nèi)演唱會(huì)等宣傳和造勢(shì)活動(dòng)。但是現(xiàn)有的室內(nèi)飛艇，一般通過設(shè)置在吊艙的 2臺(tái)可旋轉(zhuǎn)電機(jī)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(jìn)后退等，這種布局造成運(yùn)動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有效地控制，同時(shí)也降低了室內(nèi)飛艇的平衡性和穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有室內(nèi)飛艇由于采用矢量驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jì)的。本發(fā)明提供了一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔的四旋翼室內(nèi)飛艇，它包括艇囊、旋翼組件和吊艙；四個(gè)所述旋翼組件對(duì)稱布局于艇囊上，每個(gè)旋翼組件包含旋翼支撐臂、旋翼電機(jī)、護(hù)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(jī)固定在旋翼支撐臂外側(cè)，所述螺旋槳安裝在旋翼電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述護(hù)圈將螺旋槳包圍并固定在旋翼電機(jī)上；在所述室內(nèi)飛艇吊艙內(nèi)配置有增穩(wěn)控制器。本發(fā)明的特點(diǎn)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(shí)較長(zhǎng)時(shí)間地保持飛行高度，為與人協(xié)同完成各種活動(dòng)提供了可能，同時(shí)也減少了對(duì)電能的消耗。四旋翼對(duì)稱布局模式，具有自動(dòng)適應(yīng)飛艇多數(shù)采用異形外形的設(shè)計(jì)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(bǔ)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(yùn)動(dòng)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(wú)污染、低噪聲、平穩(wěn)性能好等特點(diǎn)，可促進(jìn)室內(nèi)飛艇的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明所述四旋翼飛艇，四個(gè)旋翼固定安裝，通過左右螺旋槳轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，通過前后螺旋槳轉(zhuǎn)速差實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和倒退，除了螺旋槳外整個(gè)飛艇沒有運(yùn)動(dòng)、折疊等部件，安裝方便，可靠性高，重量輕。四個(gè)旋翼對(duì)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(lái)源于四旋翼直升機(jī)，四旋翼飛艇動(dòng)升力大，很適合室內(nèi)飛艇小型化的應(yīng)用需求。本發(fā)明所述四旋翼飛艇為電動(dòng)或油動(dòng)，考慮到室內(nèi)環(huán)境噪聲和尾氣問題，主要應(yīng)采用電動(dòng)。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(jī)動(dòng)性強(qiáng)、 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(jìn)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(yùn)動(dòng)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。由于所述旋翼組件相對(duì)于艇身縱向左右對(duì)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(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速和方向來(lái)動(dòng)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(gè)旋翼作為飛艇上升、下降、倒飛、前飛的直接動(dòng)力源，這也是與一般室內(nèi)飛艇最主要的不同點(diǎn)，即不需要用方向、水平舵等來(lái)改變飛艇方向和平衡艇體，使室內(nèi)飛艇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(gè)旋翼分成前后兩組，每組中的兩個(gè)旋翼對(duì)稱分布在艇囊兩側(cè)，四個(gè)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(duì)實(shí)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(gè)室內(nèi)飛艇上四個(gè)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(duì)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(dòng)力矩，在平衡力矩的同時(shí)也提供了升力，防止機(jī)身打轉(zhuǎn)。在艇體上的四個(gè)旋翼組件中的螺旋槳上分別安裝了四個(gè)護(hù)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(shí)旋轉(zhuǎn)的槳葉對(duì)操作人員也是致命的威脅，所以設(shè)計(jì)為帶護(hù)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(dòng)升力比設(shè)計(jì)，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(jì)，為此而導(dǎo)致靜升力/動(dòng)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(dòng)升力比低的問題，可以使室內(nèi)飛艇更加小巧、漂亮，增強(qiáng)了其應(yīng)用空間和機(jī)動(dòng)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(gè)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(chǎng)效應(yīng)對(duì)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(dòng)力、控制器的性能以及平穩(wěn)性，本發(fā)明提供的室內(nèi)飛艇采用四旋翼結(jié)構(gòu)，與常規(guī)的室內(nèi)飛艇相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、升力大、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、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(jìn)而大大縮小旋回半徑，因此可以高效快捷地工作。


圖1中所示為本發(fā)明的主視圖；圖2中所示為本發(fā)明的俯視圖3中所示為本發(fā)明的側(cè)視圖；圖4中所示為本發(fā)明的吊艙的俯視圖。圖中1艇囊、2旋翼支撐臂、3旋翼電機(jī)、4護(hù)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(shí)施例方式參看圖1-圖4，四旋翼室內(nèi)飛艇，它包括艇囊1、旋翼組件和吊艙6 ；四個(gè)所述旋翼組件對(duì)稱布局于艇囊1上，每個(gè)旋翼組件包含旋翼支撐臂2、旋翼電機(jī)3、護(hù)圈4和螺旋槳5 ； 所述旋翼支撐臂2的內(nèi)端固連在艇囊1上，所述旋翼電機(jī)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(jī)3的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，所述護(hù)圈4將螺旋槳5包圍并固定在旋翼電機(jī)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1內(nèi)填充氫氣或氦氣或氫氦混合氣或其它輕于空氣的氣體。所述艇囊1采用流線橢球型、球形或其它任何異型結(jié)構(gòu)中的一種。所述四個(gè)旋翼組件相對(duì)于艇身縱向左右對(duì)稱分布。在艇囊1上安裝了所述四個(gè)旋翼組件省去了尾舵控制舵面。所述四個(gè)旋翼組件分兩組對(duì)稱分布于艇囊1兩側(cè)，兩側(cè)采用功率大小相等、旋轉(zhuǎn)方向相反的旋翼電機(jī)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(cè)器——陀螺儀來(lái)感知艇身的平衡程度并將訊號(hào)傳送至微控制器，再通過微控制器內(nèi)部程序的運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制艇體上四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速，以維持整個(gè)艇身的平衡。實(shí)施例四旋翼室內(nèi)飛艇，包括艇囊1、四個(gè)旋翼組件和吊艙6。每個(gè)旋翼組件包含旋翼支撐臂2、旋翼電機(jī)3、護(hù)圈4和螺旋槳5。旋翼支撐臂2的內(nèi)端固連在艇囊1上，旋翼電機(jī)3 固定在旋翼支撐臂2外側(cè)，螺旋槳5安裝在旋翼電機(jī)3的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機(jī)3驅(qū)動(dòng)，護(hù)圈 4將螺旋槳5包圍并固定在旋翼電機(jī)3上；所有旋翼組件相對(duì)于艇身縱向左右對(duì)稱分布，飛行時(shí)，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(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速和方向來(lái)動(dòng)態(tài)平衡四旋翼室內(nèi)飛艇并實(shí)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(dòng)飛行狀態(tài)和被動(dòng)飛行狀態(tài)兩種。當(dāng)四旋翼室內(nèi)飛艇的旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?lái)源于飛艇自身時(shí)，稱為飛艇的主動(dòng)飛行狀態(tài)；當(dāng)四旋翼室內(nèi)飛艇的旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?lái)源于外部氣流或因勢(shì)能減少所產(chǎn)生的空氣動(dòng)力時(shí)，稱為飛艇的被動(dòng)飛行狀態(tài)。在不同飛行狀態(tài)時(shí)四旋翼室內(nèi)飛艇的每個(gè)旋翼均能遵照空氣動(dòng)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⑴、旋翼組件和吊艙(6)；其特征在于四個(gè)所述旋翼組件對(duì)稱布局于艇囊(1)上，每個(gè)旋翼組件包含旋翼支撐臂O)、旋翼電機(jī)(3)、護(hù)圈(4)和螺旋槳(5)；所述旋翼支撐臂O)的內(nèi)端固連在艇囊(1)上，所述旋翼電機(jī)(3)固定在旋翼支撐臂⑵外側(cè)，所述螺旋槳(5)安裝在旋翼電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機(jī)(3)驅(qū)動(dòng)，所述護(hù)圈⑷將螺旋槳(5)包圍并固定在旋翼電機(jī)(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1所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述艇囊(1)內(nèi)填充氫氣或氦氣或氫氦混合氣或其它輕于空氣的氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于，所述艇囊(1)采用流線橢球型、球形或其它任何異型結(jié)構(gòu)中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述四個(gè)旋翼組件相對(duì)于艇身縱向左右對(duì)稱分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于在艇囊(1)上安裝了所述四個(gè)旋翼組件省去了尾舵、水平控制舵面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的四旋翼室內(nèi)飛艇，其特征在于所述四個(gè)旋翼組件分兩組對(duì)稱分布于艇囊(1)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(jī)(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1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1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(cè)器——陀螺儀來(lái)感知艇身的平衡程度并將訊號(hào)傳送至微控制器，再通過微控制器內(nèi)部程序的運(yùn)算產(chǎn)生控制信號(hào)來(lái)控制艇體上四個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速，以維持整個(gè)艇身的平
全文摘要
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(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(duì)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(jì)的。它包括艇囊、四個(gè)旋翼組件和吊艙；所述旋翼組件對(duì)稱布局于艇囊上，每個(gè)旋翼組件包含旋翼支撐臂、旋翼電機(jī)、護(hù)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(jī)固定在旋翼支撐臂外側(cè)，所述螺旋槳安裝在旋翼電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上并由旋翼電機(jī)驅(qū)動(dòng)，所述護(hù)圈將螺旋槳包圍并固定在旋翼電機(jī)上。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性和可操作性強(qiáng)，為與人協(xié)同完成各種活動(dòng)提供了可能；由于采用類似四旋翼直升機(jī)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(diǎn)。其具有節(jié)能、安全可靠，無(wú)污染、低噪聲等特點(diǎn)，可促進(jìn)室內(nèi)飛艇的廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B64B1/30GK102424104SQ20111045680
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月31日
發(fā)明者吳星剛, 張森悅, 李一波, 王揚(yáng)揚(yáng) 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)航空航天大學(xué)