一種油電混合動力多旋翼飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種油電混合動力多旋翼飛行器，屬于無飛行器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多旋翼無人飛行器的旋翼軸為對稱分布，是一種能夠垂直起降、以四個旋翼作為動力裝置的，不載操作人員的飛行器。其用途極為廣泛。主要應(yīng)用有如下幾個方面
1.政府機構(gòu):警務(wù)應(yīng)用；火場指揮、搶險救災(zāi)、交通管理；
2.媒體機構(gòu):新聞媒體、航空攝影；
3科研機構(gòu):野生動物攝影、環(huán)境評估、空中考古；
4企業(yè)機構(gòu):房地產(chǎn)管理、管線巡檢；
5個人應(yīng)用:遙控飛行、空中攝影；
6未來將在物流領(lǐng)域的大量應(yīng)用。目前，快遞公司通過鐵路、公路、航空等交通方式，將客戶貨物快速送達(dá)目的地?？爝f公司的現(xiàn)代化已經(jīng)讓整體效率提高，規(guī)范的流程是現(xiàn)代化的保證，但是針對少數(shù)特殊需求的用戶還沒有做出相應(yīng)措施，特別針對時間要求高、物件重量輕、體積小的客戶可以采用的飛行器進行派送。
[0003]多軸飛行器基于導(dǎo)航定位系統(tǒng)包括地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)GIS技術(shù)把地圖這種獨特的視覺化效果和地理分析功能與一般的數(shù)據(jù)庫操作集成在一起。全球定位系統(tǒng)可以提供車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監(jiān)控及呼叫指揮等功能。要實現(xiàn)以上所有功能必須具備全球定位系統(tǒng)終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺三個要素。當(dāng)信息管理平臺接收到送達(dá)的目的地數(shù)據(jù)后，會通過地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)分析整理后選擇較為合適的飛行路線。目前導(dǎo)航系統(tǒng)十分成熟，導(dǎo)航儀器商品化較為普遍。
[0004]多軸飛行器所有的應(yīng)用都基于飛行器夠長航時、大載荷飛行，否則所有的應(yīng)用很窄的范圍。目前四旋翼飛行器均采用電池驅(qū)動，由于單位質(zhì)量電池所能存儲的能量遠(yuǎn)小于汽油等化石燃料，所以目前四旋翼飛行器的飛行時間都十分有限，正常負(fù)載情況下巡航時間僅為20分鐘以內(nèi)，而燃油動力的單旋翼直升機，巡航時間可長達(dá)數(shù)個小時。但燃油動力的單旋翼直升飛機飛行姿態(tài)的控制、操控的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性目前還是一個難題。因為通過電信號精確控制燃油發(fā)動機的轉(zhuǎn)速是一件極其困難的事兒，這使得燃油單旋翼直升飛機無法完成電動多旋翼飛行器，所能完成的任務(wù)。兩種類型的飛行器，各有優(yōu)缺點，燃油飛行器具有長航時、大載荷的特性；電動多旋翼飛行器能夠被精確操控，可以預(yù)先編程，在GPS的導(dǎo)航下沿規(guī)定路線完成各種動作，這是燃油飛行器無法實現(xiàn)的，但在需要長巡航時間的應(yīng)用領(lǐng)域尚不能代替燃油動力的單旋翼。因此，把兩者的優(yōu)點結(jié)合起來，才能真正實現(xiàn)飛行器能夠被精確操控，同時又具有大載荷長航時的特性。只有這樣，才能夠?qū)崿F(xiàn)多旋翼飛行器飛的實際應(yīng)用。
[0005]目前還有一種油電混合動力四旋翼無人飛行器，其目的是通過油電混合動力的方式延長四旋翼飛行器的續(xù)航時間，所提出的油電混合驅(qū)動方式是該飛行器在飛行時由自帶發(fā)動機帶動發(fā)電機向動力電池進行供電，燃油發(fā)動機熄火后，仍可利用儲存的電能安全的操縱多旋翼飛行器著陸。該油電混合方式存在著重大的缺陷。因在飛行的過程中，需要通過旋翼高速的旋轉(zhuǎn)提供升力來克服重力，因此，四旋翼無人飛行器的4個電機必須高速運轉(zhuǎn)提供升力來克服整套燃油發(fā)電機系統(tǒng)的重力，使得電機的能耗劇烈增加，所消耗的電能需由燃油發(fā)電機系統(tǒng)進行補充，所發(fā)出來的電能幾乎全部用于克服套燃油發(fā)電機系統(tǒng)的重力，真正輸出的電能極少，既污染了環(huán)境，又沒有增加續(xù)航能力和載荷能力，因此沒有任何實用性。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有多旋翼飛行器普遍存在的問題，即航程短、載荷小，飛行時間有限的缺陷，利用油電混合動力克服電動多旋翼飛行器固有的缺點，燃油發(fā)動機直接驅(qū)動主旋翼提供升力，配合電機驅(qū)動的副旋翼，實現(xiàn)飛行器能夠被精確操控，同時又具有大載荷長航時的特性。
[0007]油電混合動力多旋翼飛行器主要由上主旋翼1、下主旋翼2、多旋翼飛行器天線3、多旋翼飛行器電控板4、電機驅(qū)動副旋翼5、電機6、燃油發(fā)動機7、轉(zhuǎn)速對偶齒輪箱8、化油器
9、電池11、燃油進氣風(fēng)門12、輸油管13、油箱15、機臂16、上主旋翼軸18、下主旋翼套管軸19、上傘齒輪20、下傘齒輪21、轉(zhuǎn)速傳感器22、發(fā)動機排氣管23、風(fēng)門控制步進電機24構(gòu)成。
[0008]油電混合動力多旋翼飛行器分由主旋翼和副旋翼共同提供飛行動力，主旋翼提供主要升空動力，副旋翼提供小部分升空動力，主旋翼由上主旋翼1和下主旋翼2構(gòu)成(參見圖1所示)，上主旋翼轉(zhuǎn)軸18從頂端穿過下主旋翼2下主旋翼套管軸19后與下傘齒輪21焊接后在與發(fā)動機動力輸出軸連接固定，下主旋翼2的旋轉(zhuǎn)主軸為下主旋翼套管軸19，該套管軸內(nèi)設(shè)空腔，只有上中下3個端面與內(nèi)部上主旋翼軸18有接觸，形成約束，使得下主旋翼套管軸19與上主旋翼轉(zhuǎn)軸18能夠沿同一軸心線相互獨立轉(zhuǎn)動，下主旋翼套管軸19與上傘齒輪20向上的大端面焊接，上傘齒輪20和下傘齒輪21之間設(shè)有左右傘齒輪，共計四個齒輪，裝入轉(zhuǎn)速對偶齒輪箱8中，左右傘齒輪轉(zhuǎn)軸與齒輪箱側(cè)壁固定，下傘齒輪21下方設(shè)置有監(jiān)測主旋翼轉(zhuǎn)軸18轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器21，齒輪箱體固定在燃油發(fā)動機機體上，燃油發(fā)動機7通過發(fā)動機固定托架14固定在機臂16上(參見圖2所示)，發(fā)動機固定托架14同時固定油箱15，主旋翼轉(zhuǎn)軸穿過多旋翼飛行器的幾何中心，油箱15的重心位于多旋翼飛行器的幾何中心，起落架17以多旋翼飛行器的幾何中心為軸，軸對稱安裝。
[0009 ]油箱15的輸油管13連接化油器9，化油器連接燃油進氣風(fēng)門12，改進氣風(fēng)門的擋風(fēng)板轉(zhuǎn)軸連接風(fēng)門控制步進電機24，用于控制擋風(fēng)板開閉角度。
[0010]該多旋翼飛行器多旋翼飛行器天線3和多旋翼飛行器電控板4安裝在機臂16上，電池11安裝在機架下方，調(diào)整電池固定架使得天線、電控板與電池構(gòu)成一體的重心在旋翼飛行器的幾何中心，機臂16的端頭安裝電機座10，電機座固定電機6，電機動力輸出軸安裝電機驅(qū)動副旋翼5，主旋翼和副旋翼在交叉機臂所構(gòu)成的平面上的投影間隔至少大于3cm，使得兩者的氣流不發(fā)生相互擾動。
[0011]遙控發(fā)射器給出發(fā)射指令，接受裝置接受到指令后，給出主旋翼、油門、前進方向、升降、陀螺這些參數(shù)的期望值指令信號傳輸給飛行控制板，控制多旋翼電機和燃油發(fā)動機風(fēng)門，通過調(diào)節(jié)飛行器電機的電流改變不同電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)飛行器姿態(tài)調(diào)整，需要精確平穩(wěn)控制主旋翼轉(zhuǎn)速，采用閉環(huán)控制，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速反饋信號輸入飛行控板，控制步進電機調(diào)整風(fēng)門，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)(如圖3所示)。
[0012]工作原理:油電混合動力飛行器分由主旋翼和副旋翼共同提供飛行動力，主旋翼提供主要升空動力，一般承擔(dān)50%以上的升力，副旋翼提供小部分升空動力，所提供的升力小于50%，兩者之間存在這樣的關(guān)系:主旋翼提供的升力占比越尚，滯空時間越長，載荷能力也越大，其缺點是操控能力減弱；副旋翼提供的升力占比越高，這滯空時間就越短，載荷能力也越差，但是操控性能會更好。因此兩者之間相互有一個配合，根據(jù)實際情況的需要來調(diào)整兩者之間生力的比例關(guān)系。例如不需要飛機靈活飛行，強調(diào)長航時大載荷飛行時，那么就必須提高主旋翼生力的占比，如果強調(diào)飛行器的表演性能，就必須減少主旋翼升力的占比，以便實現(xiàn)靈活操縱。
[0013]主旋翼由上主旋翼1和下主旋翼2構(gòu)成(參見圖1所示)，上主旋翼轉(zhuǎn)軸18從頂端穿過下主旋翼2下主旋翼套管軸19后與下傘齒輪21焊接后在與發(fā)動機動力輸出軸連接固定，下主旋翼套管軸19與上傘齒輪20向上的大端面焊接，上傘齒輪20和下傘齒輪21之間設(shè)有左右傘齒輪，共計四個齒輪，裝入轉(zhuǎn)速對偶齒輪箱8中，左右傘齒輪轉(zhuǎn)軸與齒輪箱側(cè)壁固定。這樣的結(jié)構(gòu)使得上主旋翼和下主旋翼的轉(zhuǎn)速完全相同，轉(zhuǎn)速方向相反，實現(xiàn)正反扭矩平衡，這樣的配置使得多旋翼飛行器不會在空中發(fā)生轉(zhuǎn)動。
[0014]下主旋翼2的旋轉(zhuǎn)主軸為下主旋翼套管軸19，該套管軸內(nèi)設(shè)空腔，只有上中下3個端面與內(nèi)部上主旋翼軸18有接觸，形成約束，使得下主旋翼套管軸19與上主旋翼轉(zhuǎn)軸18能夠沿同一軸心線相互獨立轉(zhuǎn)動，套筒構(gòu)其目的是盡可能減少高速運動所帶來的機械摩擦損耗。在使用的過程中，必須加入適合的潤滑油以減少摩擦損耗。
[0015]遙控發(fā)射器給出發(fā)射指令，接受裝置接受到指令后，給出主旋翼、油門、前進方向、升降、陀螺這些參數(shù)的期望值指令信號傳輸給飛行控制板，控制多旋翼電機和燃油發(fā)動機風(fēng)門，通過調(diào)節(jié)飛行器電機的電流改變不同電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)飛行器姿態(tài)調(diào)整，需要精確平穩(wěn)控制主旋翼轉(zhuǎn)速，采用閉環(huán)控制，發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速反饋信號輸入飛行控板，控制步進電機調(diào)整風(fēng)門，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。
[0016]下傘齒輪21下方設(shè)置有監(jiān)測主旋翼轉(zhuǎn)軸18轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器21，齒輪箱體固定在燃油發(fā)動機機體上，燃油發(fā)動機7通過發(fā)動機固定托架14固定在機臂16上(參見圖2所示)。盡可能選擇動力輸出軸位于發(fā)動機重心位置發(fā)動機，主旋翼轉(zhuǎn)軸穿過多旋翼飛行器的幾何中心，這樣的配置使得主旋翼和副旋翼的升力具有軸對稱分布，這樣就便于操控;油箱15的重心位于多旋翼飛行器的幾何中心，發(fā)動機在工作的過程中，油箱里的油會不斷減少，這樣會使得郵箱的重心仍然在多旋翼飛行器的幾何中心位置，使得飛行器在飛行的過程中依然保持水平飛行。
[0017]油箱15的輸油管13連接化油器9，化油器