一种飞行器制造技术

本发明专利技术提供了一种飞行器。该飞行器包括：氦气舱、载荷舱、两个方向舵机、降落支撑、至少两个旋翼助推器和浮力调节装置；所述浮力调节装置包括：压缩空气罐、压缩氦气罐、气体压缩/透平系统和控制器。应用本发明专利技术可以在该飞行器飞行的任何阶段(起飞、巡航以及降落)有效地、大范围地调节该飞行器的浮力大小。

An aircraft

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器
本申请涉及飞行器制造
，尤其涉及一种包含轻质气体气囊作为主要浮力提供形式，可变角度旋转的多旋翼作为辅助浮力和主要平动动力的飞行器。
技术介绍
根据升力产生的来源，现有技术中所使用的飞行器一般可大致分为三类：固定翼飞行器、旋翼飞行器和浮空器。其中，固定翼飞行器的升力来源于空气动力；旋翼飞行器的升力来源于矢量推力；浮空器的升力来源于轻质气体产生的浮力。近几年来，随着相关技术的成熟，多旋翼飞行器得到越来越多的关注。多旋翼飞行器的优点在于可以垂直起降、易于实现电动化、飞控系统成熟、飞行品质稳定等。由于旋翼飞行器在整个飞行过程中，旋翼需提供足够的竖直升力和前进动力，因此能源消耗大。为了增大飞行器的航程，需要在飞行器上设置更多的电池组，使得旋翼的输出功率和能耗进一步加大，而且又带来更大的重量。因此，由于续航里程有限，多旋翼飞行器的应用场景有较大的局限性。现有技术中还提出了一种结合多旋翼和固定翼的技术方案，该技术方案具有垂直起降、飞行速度快、航程远等优点，但是开发难度非常大，仅有少数公司开发成功。现有技术中已经提出了一种轻质气体气囊和多旋翼结合的飞行器技术方案。该技术方案综合了浮空器和多旋翼飞行器的优点，能够实现垂直升降，载重大，能耗小，结构简单，成本低廉，易于实现电动化。但是，这种飞行器还存在需要攻克的难点，例如，在装载/卸载负荷时，如何有效调节升力的问题。假设飞行器的自重为M1，载荷为M2，旋翼所能提供的最大升力为F1max，浮空器所能提供的最大浮力为F2max，则当该飞行器平飞时应满足的条件为：有负载情况下：F1+F2＝M1+M2；(1)无负载情况下：F1'+F2'＝M1；(2)其中，F1和F1'是旋翼在两种情况下所提供的升力，F1和F1'的取值范围是[0，F1max]，即最小为0，最大为F1max；F2和F2'是浮空器在两种情况下所提供的升力，F2和F2'的取值范围是[0，F2max]，即最小为0，最大为F2max。为了最大程度地利用浮空器的浮力来承担载荷以节约能耗，假设F2和F2'均为定值F2max，在上述两式成立的情况下，当F1'＝0时，浮空器的浮力最大值F2max将与飞行器的自重M1相等，即浮空器的浮力全用于抵消飞行器的自重。此时，旋翼所提供的升力用于提供相当于载荷的重量的升力，即：有负载情况下：F1＝M2，F2＝F2max＝M1(3)根据旋翼飞行器的载荷与能耗关系图表可知，旋翼飞行器的载荷与小时能耗呈指数关系。例如，当旋翼飞行器的载荷分别是基础载荷的5倍、10倍、50倍和100倍时，小时能耗分别是原来的11.2倍、31.8倍、246.3倍和586.1倍。因此可知，减少旋翼飞行器的载荷是降低小时能耗的关键，即增大航程的关键。根据上述的公式(1)和(2)可知，F1和F1'的取值范围是[0，F1max]，最小的取值为0，此时可以最大化地减少耗能，因此有：有负载情况下：F2＝M1+M2；(4)无负载情况下：F2'＝M1；(5)因此可知，浮空器所能提供的浮力的取值范围最好是在飞行器的自重M1以及飞行器的自重与载荷重量的和之间。飞行器的自重相对载荷重量的比例越小，浮空器浮力的调节范围也就越大。所以，设计出可以有效地、大范围地调节浮力大小的浮空器是实现该飞行器的技术要求的关键因素。现有技术中的浮空器一般是通过地面和飞行服务人员装载/抛弃压舱物来实现浮力的调整。但是，该技术方案可能需要地面或控制服务人员的辅助才能实现，且具有一定的危险性，因此还存在较大的缺陷，其使用的场景受到了较大的限制。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种飞行器，从而可以在该飞行器飞行的任何阶段(起飞、巡航以及降落)有效地、大范围地调节该飞行器的浮力大小。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种飞行器，该飞行器包括：氦气舱、载荷舱、两个方向舵机、降落支撑、至少两个旋翼助推器和浮力调节装置；所述多个旋翼助推器分别对称设置在所述氦气舱的两侧；所述载荷舱设置在所述氦气舱的底部，或者设置在所述氦气舱的前端，或者设置在所述氦气舱的后端；所述方向舵机两个分别对称设置在所述氦气舱的顶部；所述降落支撑设置在所述氦气舱的底部的两侧；所述浮力调节装置包括：压缩空气罐、压缩氦气罐、气体压缩/透平系统和控制器；所述压缩空气罐、压缩氦气罐设置在所述氦气舱中；所述压缩空气罐，用于储存压缩空气；所述压缩氦气罐，用于储存压缩氦气；所述气体压缩/透平系统包括：空气压缩/透平装置和氦气压缩/透平装置；所述空气压缩/透平装置的一端与压缩空气罐连接，另一端与外界连通；所述氦气压缩/透平装置的一端与压缩氦气罐连接，另一端与所述氦气舱连通；所述控制器，用于向所述空气压缩/透平装置和氦气压缩/透平装置发送控制指令；所述空气压缩/透平装置，用于根据控制指令将压缩空气罐中的压缩空气释放到外界，或者根据控制指令将外界的空气增压后压缩进压缩空气罐中；所述氦气压缩/透平装置，用于根据控制指令将压缩氦气罐中的压缩氦气释放到所述氦气舱中，或者根据控制指令将所述氦气舱中的氦气增压后压缩进压缩氦气罐中。较佳的，所述压缩空气罐的空气高压进气口和空气高压排气口分别通过管路与所述空气压缩/透平装置的一端连接；所述空气压缩/透平装置的另一端通过空气低压进气口、空气低压排气口和管路分别与外界连通；所述压缩氦气罐的氦气高压排气口和氦气高压进气口分别通过管路与所述氦气压缩/透平装置的一端连接；所述氦气压缩/透平装置的另一端通过氦气低压排气口、氦气低压进气口和管路分别与所述氦气舱连通；所述空气高压进气口、空气高压排气口、空气低压进气口、空气低压排气口、氦气高压排气口、氦气高压进气口、氦气低压排气口、氦气低压进气口上均设置有止通阀。较佳的，所述空气压缩/透平装置和氦气压缩/透平装置均包括：储能单元、电动机/发电机、第一能量可逆转换器和第二能量可逆转换器；所述储能单元，用于向电动机/发电机供电，或者用于储存电能；所述电动机/发电机，用于在对气体进行压缩时作为电动机，将电能转换成机械能；或者在对气体进行透平时作为发电机，将机械能转换成电能；所述第一能量可逆转换器，用于实现机械能和气体动能之间的转换；所述第二能量可逆转换器，用于实现气体动能和气体势能之间的转换。较佳的，所述第一能量可逆转换器和第二能量可逆转换器为径向压气机或者轴向压气机。较佳的，所述第二能量可逆转换器所使用的最大压力为7.25个大气压。较佳的，所述气体压缩/透平系统设置在氦气舱中或载荷舱中；所述控制器可以设置在所述载荷舱中。较佳的，所述氦气舱包括：绗架结构和轻质膜结构；所述绗架结构呈笼状，包括一个纵向环状结构、多个横向环状结构和多个固定节点；所述纵向环状结构和横向环状结构，用于支撑所述氦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行器，其特征在于，该飞行器包括：氦气舱、载荷舱、两个方向舵机、降落支撑、至少两个旋翼助推器和浮力调节装置；/n所述多个旋翼助推器分别对称设置在所述氦气舱的两侧；/n所述载荷舱设置在所述氦气舱的底部，或者设置在所述氦气舱的前端，或者设置在所述氦气舱的后端；/n所述方向舵机两个分别对称设置在所述氦气舱的顶部；/n所述降落支撑设置在所述氦气舱的底部的两侧；/n所述浮力调节装置包括：压缩空气罐、压缩氦气罐、气体压缩/透平系统和控制器；/n所述压缩空气罐、压缩氦气罐设置在所述氦气舱中；/n所述压缩空气罐，用于储存压缩空气；/n所述压缩氦气罐，用于储存压缩氦气；/n所述气体压缩/透平系统包括：空气压缩/透平装置和氦气压缩/透平装置；/n所述空气压缩/透平装置的一端与压缩空气罐连接，另一端与外界连通；/n所述氦气压缩/透平装置的一端与压缩氦气罐连接，另一端与所述氦气舱连通；/n所述控制器，用于向所述空气压缩/透平装置和氦气压缩/透平装置发送控制指令；/n所述空气压缩/透平装置，用于根据控制指令将压缩空气罐中的压缩空气释放到外界，或者根据控制指令将外界的空气增压后压缩进压缩空气罐中；/n所述氦气压缩/透平装置，用于根据控制指令将压缩氦气罐中的压缩氦气释放到所述氦气舱中，或者根据控制指令将所述氦气舱中的氦气增压后压缩进压缩氦气罐中。/n...

【技术特征摘要】
1.一种飞行器，其特征在于，该飞行器包括：氦气舱、载荷舱、两个方向舵机、降落支撑、至少两个旋翼助推器和浮力调节装置；
所述多个旋翼助推器分别对称设置在所述氦气舱的两侧；
所述载荷舱设置在所述氦气舱的底部，或者设置在所述氦气舱的前端，或者设置在所述氦气舱的后端；
所述方向舵机两个分别对称设置在所述氦气舱的顶部；
所述降落支撑设置在所述氦气舱的底部的两侧；
所述浮力调节装置包括：压缩空气罐、压缩氦气罐、气体压缩/透平系统和控制器；
所述压缩空气罐、压缩氦气罐设置在所述氦气舱中；
所述压缩空气罐，用于储存压缩空气；
所述压缩氦气罐，用于储存压缩氦气；
所述气体压缩/透平系统包括：空气压缩/透平装置和氦气压缩/透平装置；
所述空气压缩/透平装置的一端与压缩空气罐连接，另一端与外界连通；
所述氦气压缩/透平装置的一端与压缩氦气罐连接，另一端与所述氦气舱连通；
所述控制器，用于向所述空气压缩/透平装置和氦气压缩/透平装置发送控制指令；
所述空气压缩/透平装置，用于根据控制指令将压缩空气罐中的压缩空气释放到外界，或者根据控制指令将外界的空气增压后压缩进压缩空气罐中；
所述氦气压缩/透平装置，用于根据控制指令将压缩氦气罐中的压缩氦气释放到所述氦气舱中，或者根据控制指令将所述氦气舱中的氦气增压后压缩进压缩氦气罐中。


2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于：
所述压缩空气罐的空气高压进气口和空气高压排气口分别通过管路与所述空气压缩/透平装置的一端连接；所述空气压缩/透平装置的另一端通过空气低压进气口、空气低压排气口和管路分别与外界连通；
所述压缩氦气罐的氦气高压排气口和氦气高压进气口分别通过管路与所述氦气压缩/透平装置的一端连接；所述氦气压缩/透平装置的另一端通过氦...

【专利技术属性】
技术研发人员：童恬，任天游，
申请(专利权)人：童恬，任天游，
类型：发明
国别省市：上海;31