具有多个旋翼的飞行器旋翼组件制造技术

本发明专利技术的名称是具有多个旋翼的飞行器旋翼组件。飞行器旋翼组件(12)包括第一旋翼和第二旋翼(42A、42B)以及驱动组件(46)。第一旋翼和第二旋翼可围绕公共轴(A)同步地且相对于彼此旋转。第一旋翼具有从公共轴径向延伸的第一叶片(44A)；第二旋翼具有从公共轴径向延伸，沿着公共轴与第一叶片纵向偏移的第二叶片(44B)。驱动组件联接到第一旋翼和第二旋翼，并配置为在第一旋翼和第二旋翼的连续旋转期间可控地改变投影到垂直于公共轴的平面(P

【技术实现步骤摘要】
具有多个旋翼的飞行器旋翼组件


[0001]本公开一般地涉及飞行器和飞行器部件，并且更具体地涉及用于飞行器的旋翼组件。

技术介绍

[0002]无人机可以配置为垂直起飞和着陆(VTOL)，使其能够在没有跑道的情况下运行。这种飞行器可包括在起飞和着陆期间提供升力的一个或多个旋翼组件。自然地，希望飞行器旋翼组件以高效率运行。在许多情况下，还希望旋翼组件以最小的振动和/或声发射运行。

技术实现思路

[0003]本公开的一个方面涉及飞行器旋翼组件。旋翼组件包括第一旋翼和第二旋翼以及驱动组件。第一旋翼和第二旋翼可围绕公共轴同步地且相对于彼此旋转。第一旋翼具有从公共轴径向延伸的第一叶片。第二旋翼具有从公共轴径向延伸，沿公共轴与第一叶片纵向偏移的第二叶片。驱动组件联接到第一旋翼和第二旋翼并且配置为在第一旋翼和第二旋翼的连续旋转期间可控地改变投影到垂直于公共轴的平面上时分隔第一叶片和第二叶片的差分相位角。
[0004]本
技术实现思路
不旨在确定要求保护的主题的关键特征或基本特征。要求保护的主题的范围也不限于解决在本公开的任何部分中可能注意到的任何问题或缺点的实现。本公开中描述的特征、功能和优点可以在一些实施方式中独立实现并且可以在其他实施中组合。
附图说明
[0005]通过参考附图阅读以下详细描述将更好地理解本公开，其中：
[0006]图1显示了实例飞行器的各方面；
[0007]图2显示了飞行器的实例旋翼组件的各方面；
[0008]图3显示了旋翼组件的实例旋翼的一对固定螺距叶片；
[0009]图4和5显示了图2的实例旋翼组件，其中旋翼被不同值的差分相位角分隔；
[0010]图6是图2、4和5的实例旋翼组件的横截面图；
[0011]图7是图1的飞行器的选定部件的示意框图；
[0012]图8显示了图2、4、5和6的实例旋翼组件的机械互锁的各方面；
[0013]图9显示了用于控制具有多个、共轴旋翼和驱动组件的飞行器旋翼组件的实例方法的各方面，该驱动组件配置为改变旋翼之间的差分相位角；
[0014]图10显示了作为相对风速的函数的差分相位角的实例图；
[0015]图11示出了下游旋翼吸入上游旋翼的旋涡的问题；和
[0016]图12显示了飞行器的实例机载计算机的各方面。
具体实施方式
[0017]如上所述，本公开涉及一种用于飞行器的旋翼组件。旋翼组件的一个目标是在断电状态下(例如，在巡航飞行期间)最小化旋翼组件的旋翼叶片上的气动阻力。以不限制可布置在旋翼组件中的旋翼叶片的数量的方式实现该目标是进一步的好处，因为每个额外的旋翼叶片在给定的旋转速度下提供额外的推力。其他目标包括减少旋翼组件在各种运行模式(例如起飞、着陆、巡航飞行)期间产生的振动和/或噪声的量。
[0018]为满足上述目标，本文的旋翼组件包括多个、共轴旋翼，其具有间隔180度的叶片。然而，分隔不同旋翼的叶片的差分相位角是可调节的。该角度可以扩大以提供用于垂直起飞和着陆的最大推力，而在巡航飞行期间减少到零，其中每个叶片都可以与周围气团的流动方向对准，以减少阻力。
[0019]现在将通过实例并参考附图来描述以上介绍的特征。在一个或多个附图中可能基本相同的部件、工艺步骤和其他元件被协调地标识并以最少的重复进行描述。然而，将注意到，协调标识的元件也可能在某种程度上不同。将进一步注意的是，这些附图是示意性的，通常不是按比例绘制的。相反，附图中所显示的各种绘图比例、纵横比和部件数量可能会被故意扭曲以使某些特征或关系更容易看到。
[0020]图1显示了配置用于垂直起飞和着陆(VTOL)的实例飞行器10的各方面。为此，飞行器包括多个旋翼组件12，其提供基本垂直(即，向上)的推力。为了在起飞和着陆之间实现巡航(即，向前)飞行，飞行器包括固定翼14、尾部16、各种控制面(例如，方向舵18)和至少一个向前推进器20。在一些实例中，旋翼组件12和向前推进器20可相对于彼此具有固定的取向。在一些实例中，旋翼组件12和向前推进器20可以是电动的。因此，飞行器10包括电池22，其配置为存储电力并将电力供应给飞行器。在一些实例中，电池是飞行器的主要动力源。在其他实例中，飞行器可以包括联接到发电机的发动机，其向电池供电。
[0021]飞行器10包括机载计算机24。计算机可以与以下所述的感测和通信部件一起布置在飞行器的机身26中。计算机配置为从多个飞行器传感器接收电子输入信号。这种传感器可以包括相机28、高度计30、加速度计32、磁力计34、空速传感器36和全球定位系统(GPS)接收器38等。计算机配置为向多个电子控制的飞行器部件输出电子控制信号。这种部件可包括用于飞行控制表面的机电致动器以及与旋翼组件12和向前推进器20相关联的电子马达控制器(参见下文)。在典型的飞行控制策略中，计算机24基于飞行员输入和/或感测信号为每个控制变量计算所需的设定点。控制变量的实际值被迭代地或连续地感测并且飞行器部件以闭环方式致动以便将感测值推向它们各自的设定点。在一些变体中，计算机24将设定点输出到执行控制回路的下游致动器部件。在其他变体中，控制回路由计算机本身执行。
[0022]飞行器10包括可操作地联接到计算机24的发射器
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接收器40。发射器
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接收器可以包括任何合适技术的双向无线电。发射器
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接收器可以配置为实现从相机28到远程位置的视频馈送的远程引导和传输。利用该特征，飞行器10可以采用适合于监视、包裹递送以及各种其他军事和民用应用的遥控无人机的形式。类似配置但以更大规模实施的飞行器可适用于运输乘客和/或较重的货物。无论使用场景或实施规模如何，旋翼组件12都使飞行器10能够在不需要跑道的情况下起飞和着陆。
[0023]图2显示了飞行器10的实例旋翼组件12的各方面。旋翼组件12包括多个旋翼42——在所示出的实例中，两个旋翼42A和42B。每个旋翼包括，也如图3中所示，一对固定螺
距叶片44和44'，其彼此固定地分开180度。图3中广泛可用且优化的叶片配置适合于制造相对低成本的飞行器旋翼。然而，这种配置对同样配置为巡航飞行的VTOL飞行器造成了某些问题。除非隐藏在横向气流中或与风向保持静态对准，否则叶片可能会在高速巡航期间产生过度的阻力、湍流和噪声。此外，只有当每个旋翼最多有两个叶片时，才有可能在巡航时将叶片与风向静态对准。然而，为了增加在给定转速下可用的推力的量，需要额外的叶片。本文描述的配置解决了这些问题并提供了额外的优点。
[0024]现在回到图2，旋翼组件12包括第一旋翼42A和第二旋翼42B，每个旋翼可围绕公共轴A旋转。第一旋翼42A具有第一对叶片，44A和44A'，其径向并沿与轴A相反方向延伸。同样地，第二旋翼42B具有第二对叶片，44B和44B'，其径向并沿与轴A相反方向延伸。第一叶片44A与第三叶片44A'分开180度，并且第二叶片44B与第四叶片44B'分开180度。第二对叶片沿轴A与第一对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器旋翼组件(12)，其包括：第一旋翼(42A)，其具有多个固定螺距叶片(44A、44A')，所述多个固定螺距叶片(44A、44A')配置为在第一旋转平面(P
A
)中围绕旋转轴(A)旋转；第一旋翼轴杆(50A)，其从所述第一旋翼延伸；第一电动马达(48A)，其配置使所述第一旋翼轴杆和所述第一旋翼旋转；第二旋翼(42B)，其具有多个固定螺距叶片(44B，44B')，所述多个固定螺距叶片(44B，44B')配置为在第二旋转平面(P
B
)中围绕所述旋转轴旋转，所述第二旋转平面(P
B
)平行于所述第一旋转平面并偏离所述第一旋转平面；第二旋翼轴杆(50B)，其从所述第二旋翼共轴延伸穿过所述第一旋翼轴杆；第二电动马达(48B)，其配置为使所述第二旋翼轴杆和所述第二旋翼旋转；和马达控制系统(52)，其配置为可控地改变所述第一旋翼和所述第二旋翼之间的差分相位角2.根据权利要求1所述的旋翼组件，其进一步包括机械互锁(66)，其配置为限制所述差分相位角，从而允许所述第一电动马达旋转所述第二旋翼或者允许所述第二电动马达旋转所述第一旋翼。3.根据权利要求1所述的旋翼组件，其进一步包括一个或多个电子马达控制器(54)，其可操作地联接到所述第一电动马达和所述第二电动马达；以及一个或多个旋转角传感器(56)，其配置为感测所述第一电动马达和第二电动马达的旋转角，其中所述一个或多个电子马达控制器配置为从所述一个或多个旋转角传感器接收反馈信号。4.根据权利要求3所述的旋翼组件，其中所述一个或多个电子马达控制器配置为将所述第一旋翼的叶片和所述第二旋翼的叶片静态对准。5.根据权利要求1所述的旋翼组件，其中所述第一旋翼包括从所述公共轴径向延伸，与所述第一叶片分隔180度的第三叶片(44A')，并且其中所述第二旋翼包括从所述公共轴径向延伸，与所述第二叶片分隔180度的第四叶片(44B')。6.根据权利要求1所述的旋翼组件，其中所述第一旋翼和所述第二旋翼在每个旋翼都联接到相应马达的三个或多个旋翼中。7.根据权利要求1所述的旋翼组件，其进一步包括：一个或多个旋转角传感器(56)，其配置为感测所述第一马达和所述第二马达或所述第一旋翼和所述第二旋翼的...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：极光飞行科学公司，
类型：发明
国别省市：