具有优化的能耗的电动或混合动力的多旋翼飞行器
阅读：620发布：2020-05-11
专利汇可以提供具有优化的能耗的电动或混合动力的多旋翼飞行器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种电动或混合动 力 的多旋翼 飞行器 ，在提升、推进和控制的所有功能方面具有完全的冗余，该飞行器具有优化的能耗且包括：具有两个 纵梁 (21)的纵向结构(20)；紧固到纵向结构(20)的 机身 (25)；两个固定翼(31)，其基本上用于在巡航飞行中为飞行器(10)提供升力并设置在纵向结构(20)的相应端部且在共有的第一平面中；至少六个旋翼(41)，其基本上用于在 起飞 和着陆阶段为飞行器(10)提供升力，旋翼(41)以不垂直位于固定翼的上方或下方的方式设置在与第一平面不同且平行的共有的第二平面中；以及两个推进螺旋桨(51)。电动或混合动力的动力设备用于驱动旋翼(41)和推进螺旋桨(51)旋转。，下面是具有优化的能耗的电动或混合动力的多旋翼飞行器专利的具体信息内容。
1.一种多旋翼式飞行器(10)，其包括：
-纵向结构(20)，其具有两个纵向端部；
-机身(25)，其紧固到纵向结构(20)上；
-一组固定升力面(30)，其具有在巡航阶段期间产生飞行器(10)所需的大部分升力的两个固定翼(31)，两个固定翼(31)连接至纵向结构(20)的相应的端部；
-一组旋转升力面(40)，其具有在起飞和着陆阶段期间产生飞行器(10)所需的大部分升力的至少六个旋翼(41)，旋翼(41)设置在紧固到固定翼(31)上的相应的支架(43)上，每个旋翼(41)紧固成使得每个旋翼(41)不垂直地位于固定翼(31)的上方或下方；
-推进组件(50)，其包括至少一个推进螺旋桨(51)；
-动力设备，其包括多个电动马达(42，52)和至少一个电能源(61)：电动马达(42，52)各自驱动相应的旋翼(41)或相应的推进螺旋桨(51)；并且至少一个电能源(61)包括一个或多个电能储存装置(65)；以及
-用于飞行器(10)的自动驾驶系统(70)；
其中，两个固定翼(31)刚性地紧固到纵向结构(20)的相应的纵向端部，纵向结构(20)主要在第一平面(P1)中延伸，并且旋翼(41)都设置在与第一平面(P1)不同的共有的第二平面(P2)中。
2.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，纵向结构(20)包括在第一平面(P1)中延伸的两个纵梁(21)，至少一个固定翼(31)紧固到纵梁(21)上。
3.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，纵向结构(20)包括在第一平面(P1)中延伸的刚性箱体(23)，至少一个固定翼(31)紧固到刚性箱体(23)。
4.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，纵向结构(20)包括相对于第一平面(P1)倾斜的两个连接梁(24)，并且两个固定翼(31)中的一个被紧固到连接梁(24)的第一端部上并且相对于第一平面(P1)垂直偏移。
5.根据权利要求4所述的飞行器(10)，其中，当纵向结构(20)包括两个纵梁(21)时，连接梁(24)分别刚性地紧固到每个纵梁(21)上，并且纵向结构(20)包括将两个纵梁(21)连接在一起的横梁(22)。
6.根据权利要求4所述的飞行器(10)，其中，当纵向结构(20)具有两个纵梁(21)时，纵梁(21)和连接梁(24)一起构成单个部件。
7.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，机身(25)通过连杆(26)紧固到纵向结构(20)上。
8.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，至少一个固定翼(31)包括四个可动襟翼(33)，成对的可动襟翼(33)横向设置在纵向结构(20)的两侧。
9.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，至少一个固定翼(31)包括两个垂直安定面(35)，其各自设置有至少一个可动襟翼(36)，垂直安定面(35)设置在固定翼(31)的相应的自由端部处。
10.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，旋翼(41)沿两条纵向线对齐，从而限制气动阻力的产生。
11.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，旋翼(41)包括相应的涵道(47)，每个涵道通过一个或多个连接臂(48)连接至相应的一个支架(43)。
12.根据权利要求11所述的飞行器(10)，其中，每个旋翼(41)的涵道(47)包括多个声能吸收系统(49)。
13.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，至少一个推进螺旋桨(51)设置在固定翼(31)上方。
14.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，推进组件(50)包括紧固到纵向结构(20)上的两个推进螺旋桨(51)。
15.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，动力设备的每个电动马达(42，52)是气冷的。
16.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，动力设备包括至少两个独立的电能源(61)，其为每个电动马达(42，52)供电，至少两个电能源(61)彼此分离且隔离开，使得在一个电能源(61)上发生的事故不会波及到另一个电能源(61)。
17.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，旋翼(41)设置成使得两个相邻的旋翼(41)反向旋转。
18.根据权利要求1所述的飞行器(10)，其中，第一平面(P1)平行于第二平面(P2)。
具有优化的能耗的电动或混合动力的多旋翼飞行器
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2018年9月28日提交的FR1801009号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及多旋翼飞行器的领域，尤其涉及专用于运输人员或货物的多旋翼飞行器。
背景技术
[0004] 本发明涉及一种电动或混合动力的多旋翼飞行器，在其提升、推进和控制的功能方面具有完全的冗余，并且具有优化的能耗。
[0005] 为方便起见，下面使用词语“多旋翼飞行器”来表示具有构成相应的旋转翼的至少两个旋翼的飞行器。例如，目前，常规使用的多旋翼飞行器可具有三个、四个、六个或八个旋翼。有时，多旋翼飞行器可以执行基本上垂直的起飞和着陆。为此目的，多旋翼飞行器的一个或多个旋翼被设置成使得它们的旋翼桨盘是基本上水平的，即，使得这些旋翼具有基本上垂直的旋转轴线，从而构成相应的旋转翼。当没有机载飞行员也没有任何机载乘客时，多旋翼飞行器也通过“无人机”这一词语来表示。
[0006] 已经研究了多种多旋翼飞行器架构，对于已经认为是最有利的架构，不仅形成了样品而且还进行了生产。目前正在继续探索新的架构。这种多旋翼飞行器的尺寸在长度(即，纵向)和宽度(即，横向)上均可以在几厘米到几十米的范围内。
[0007] 在本发明的上下文中，多旋翼飞行器主要用于具有商业或准公共性质并且在诸如城市或者国家公园等环境敏感区域中且通常在50公里(km)到100km范围内的受限距离上的航空运输任务。因此，这种航空运输的持续时间短，例如，大约几十分钟到一小时，并且它用于运输一个或多个乘客和/或货物。此外，位于敏感区域内会产生严格的环境和安全限制。
[0008] 这些多样的架构可以组合使用专用于为飞行器提供升力的旋翼(即，具有基本上垂直的旋转轴线并形成旋转翼)和专用于推进飞行器的旋翼(即，具有基本上水平的旋转轴线并形成推进螺旋桨)，或者替代地相同的旋翼可以为飞行器既提供升力又提供推进力。这些多样的架构也可以组合使用固定翼和旋转翼。
[0009] 与由一个或多个固定翼提供向前飞行时的升力的飞行器架构相比，仅由旋翼提供升力的飞行器架构在平移飞行时消耗的能量更多，因此它们的航程受到限制。此外，在平移飞行时，这种仅由旋翼提供升力的飞行器的飞行姿态持续不确定，可能导致较差的飞行舒适性。
[0010] 举例来说，文献US3089666描述了一种飞行器，其具有一个或多个固定翼和关于横向水平轴线倾斜的多个旋翼。因此，旋翼在起飞和着陆阶段期间仅提供基本上垂直的气动升力，并且在巡航阶段期间仅提供基本上水平的气动推进力。
[0011] 文献WO2017/200609描述了一种飞行器，其具有两个翼以及分别由这些翼承载的多个旋翼。承载旋翼的翼关于横向水平轴线倾斜，使得旋翼根据翼的位置而产生升力或推进力。
[0012] 然而，在这两种架构中，控制水平飞行和垂直飞行之间的过渡阶段可能是复杂的。此外，使旋翼或者每个翼倾斜涉及到的机械系统同样是复杂的并且可能具有相当大的重量。最后，这种机械倾斜系统的失效可能会使驾驶飞行器非常困难，甚至很危险。
[0013] 还已知文献WO2018/075414、WO2013/013084、US10081436、WO2012/012474、US2012/0012692和US2016/0207625，它们描述的多旋翼飞行器具有一个或多个固定翼以及旋翼桨盘是基本上水平的并且适于产生垂直升力的多个旋翼，还具有旋翼桨盘是基本上垂直的一个或多个旋翼，一起形成用于水平推进的相应的螺旋桨。
[0014] 文献US2016/0207625特别描述了一种多旋翼飞行器，其具有两个尺寸基本相同的固定翼、位于各个翼的相应自由端部的四个旋翼以及一个或多个推进螺旋桨。文献WO2018/075414具体描述了一种多旋翼飞行器，其具有安装在翼前方或后方的十二个旋翼，每个旋翼能够关于纵向水平轴线倾斜。然而，旋翼与翼接近可能导致出现与为飞行器提供升力相反的、向下指向的气动力，称为“负升力”。在这种情况下，为了补偿这种负升力而增加飞行器的能耗，结果限制了飞行器的航程。
[0015] 文献US10081436描述了一种具有鸭式构造翼的无人机，其具有设置在共有平面中的中央主体、主翼和前翼，前翼小于主翼。两个纵向支架在中央主体两侧将前翼连接至主翼。多个旋翼在由翼形成的平面的上方或下方设置在纵向支架上。推进螺旋桨设置在中央主体的后部。
[0016] 文献WO2013/013084、WO2012/012474和US2012/0012692描述了一种多旋翼飞行器，其具有设置在两个不同的平行平面中的尺寸不同的两个翼、八个旋翼以及位于后翼后方的两个推进螺旋桨。八个旋翼形成纵向对齐的两组四个旋翼。这两组旋翼位于两个翼之间并且基本上与后翼处于同一平面内。该多旋翼飞行器可包括用于每组旋翼的涵道，从而限制气动阻力的出现。尽管如此，在作为较大的翼并在巡航飞行期间提供大部分升力的后翼上掠过的气流在掠过位于后翼上游的旋翼后受到干扰。因此，后翼的效率降低，从而促使飞行器的能耗增加并因此缩短其航程。
[0017] 最后，本发明的技术背景还包括以下文献EP3056425、WO 2018/103458、CN205440869、CN206417197、CN205221105和CN206231620。
[0018] 此外，无论多旋翼飞行器的架构如何，每个旋翼都可以由电动马达或者由内燃机或者由本身由一个或多个内燃机驱动的机械传动装置直接驱动。当每个旋翼由相应的电动马达驱动时，飞行器可以具有单一电能源，例如包括一个或多个电能储存装置，例如可选地为可充电电池，或者为燃料电池。飞行器还可以具有第二电能源，其包括由内燃机驱动的发电机。因此，多旋翼飞行器可以仅仅是电动的，或者它可以是混合动力的，即，既通过电力又通过燃烧燃料提供动力。
[0019] 此外，根据这种多旋翼飞行器的架构，旋翼或者马达失效的后果在机械强度和飞行器平衡方面可能是很严重的，而且在飞行器安全飞行能力方面也是很严重的。具体地，某个旋翼失效会导致由飞行器的一组旋翼产生的升力和/或推进力不平衡，这可能会导致在飞行器结构中产生机械应力、特别是弯曲应力和/或扭转应力。
[0020] 此外，某个旋翼的这种失效会导致升力和/或推进力的损失，如果不被其他旋翼补偿，则可能因使飞行器难以控制而危及其飞行安全并因此使飞行器着陆变得复杂且危险。
发明内容
[0021] 本发明旨在提供一种能够避免上述限制的电动或混合动力的多旋翼飞行器，其既具有优化的能耗又能够缓解来自至少一个旋翼的升力的损失而不危及飞行器的飞行安全，并且不危及其结构完整性。
[0022] 本发明提供一种电动或混合动力的多旋翼飞行器，该飞行器包括：
[0023] ·纵向结构，其具有两个纵向端部；
[0024] ·机身，其紧固到纵向结构上；
[0025] ·一组固定升力面，其具有在巡航飞行阶段期间产生飞行器所需的大部分气动升力的两个固定翼，这两个固定翼连接至纵向结构的相应的端部；
[0026] ·一组旋转升力面，其具有在起飞和着陆阶段期间产生飞行器所需的大部分气动升力的至少六个旋翼，旋翼设置在紧固到固定翼的相应的支架上，每个旋翼紧固成使得每个旋翼不垂直地位于固定翼的上方或下方；
[0027] ·推进组件，其包括至少一个推进螺旋桨；
[0028] ·动力设备，其包括多个电动马达和至少一个电能源：
[0029] 每个电动马达驱动相应的旋翼或相应的推进螺旋桨；并且
[0030] 至少一个电能源包括一个或多个电能储存装置；以及
[0031] ·用于飞行器的自动驾驶系统。
[0032] 词语“纵向结构”表示基本上平行于飞行器的纵向方向X延伸的结构。该纵向方向X从飞行器的后部朝向飞行器的前部延伸。此外，飞行器的竖直方向Z垂直于纵向方向X向下延伸。最后，横向方向Y垂直于纵向方向X和竖直方向Z从左向右延伸。
[0033] 因此，词语“纵向”涉及平行于纵向方向X的任何方向。同样地，词语“横向”涉及平行于横向方向Y的任何方向，并且词语“竖直”或词语“垂直”涉及平行于竖直方向Z的任何方向。
[0035] 本发明的多旋翼飞行器的显著之处在于，两个固定翼刚性地紧固到纵向结构的相应的一个纵向端部上，纵向结构主要在第一平面P1中延伸，并且旋翼设置在与第一平面P1不同的共有的第二平面P2中。优选地，第二平面P2基本上平行于第一平面P1。
[0036] 因此，第一平面P1附属于纵向结构，并且优选平行于纵向方向X和横向方向Y。
[0037] 第二平面P2由旋翼的分别的旋转轴线与由它们的叶片形成的平均平面相交的点形成。旋翼的旋转轴线基本上平行于竖直方向Z。
[0038] 多旋翼飞行器的飞行包括起飞阶段、巡航阶段和着陆阶段。词语“巡航阶段”用于表示由在基本水平的方向上和/或在连续的水平高度处以基本上水平和纵向的前进速度进行的巡航飞行构成的飞行阶段。举例来说，在巡航阶段期间，前进速度大于或等于预定的前进速度。
[0039] 对于该预定的前进速度，一组固定升力面有利地产生飞行器所需的大部分或所有升力。例如，一组固定升力面可以产生飞行器在这种巡航阶段期间所需的升力的80％至100％。
[0040] 当飞行器以小于预定的前进速度的前进速度前进时，飞行器所需的升力由一组固定升力面和一组旋转升力面产生。
[0041] 然而，在垂直飞行期间(即，在起飞和着陆的阶段期间)以及低速前进飞行期间，一组固定升力面产生很小的升力。在这种情况下，一组旋转升力面产生了飞行器所需的大部分升力。
[0042] 因此，本发明的多旋翼飞行器就其提升功能而言有利地提供了冗余。
[0043] 纵向结构可设置有两个纵梁，它们主要在第一平面P1中延伸并且至少一个固定翼直接紧固到其上。两个纵梁是平直的并且以共面的方式设置。因此，通过这些纵梁的中心线更精确地形成第一平面P1。举例来说，两个纵梁由金属制成，直接由钢或铝合金制成，或者它们由复合材料制成，例如碳纤维。
[0044] 代替上述两个纵梁，纵向结构可包括刚性箱体。刚性箱体主要是平面形状并且在第一平面P1中延伸，其中至少一个固定翼直接紧固到刚性箱体上。举例来说，刚性箱体的横截面可以是矩形或椭圆形。举例来说，刚性箱体可以制成复合材料的单体。
[0045] 在本发明的多旋翼飞行器的第一实施方式中，两个固定翼刚性地紧固到纵向结构上并且基本上处于第一平面P1中。因此，两个固定翼通常作为两个纵梁或者刚性箱体的延长被紧固，从而用于形成纵向结构。
[0047] 因此，两个固定翼基本上设置在第一平面P1中或者非常靠近该第一平面P1，因此它们相对于旋翼和第二平面P2垂直偏移。然而，两个固定翼可以具有不同的取向，从而改善飞行器的气动性能。因此，两个固定翼既不彼此平行也不与第一平面P1平行。
[0048] 在本发明的多旋翼飞行器的第二实施方式中，一个固定翼相对于另一个固定翼和第一平面P1垂直地偏移，优选向下偏移。因此，两个固定翼都相对于旋翼垂直偏移，使得两个固定翼都不设置在第二平面P2中。
[0049] 优选地，在纵向上位于本发明的多旋翼飞行器的纵向结构前部的前固定翼相对于在纵向上位于多旋翼飞行器的纵向结构后部的后固定翼以及相对于第一平面P1垂直向下偏移。
[0050] 因此，纵向结构具有相对于第一平面P1倾斜的两个连接梁，并且该垂直偏移的固定翼被紧固到每个连接梁的相应的第一端部。与固定翼和纵向结构的其余部分一起，两个连接梁有助于形成刚性中心框架。
[0051] 例如，两个连接梁在连接梁的相应的第二端部处刚性地紧固到纵向结构的刚性箱体上。连接梁的第二端部远离紧固到连接梁上的固定翼。与固定翼一起，两个连接梁和刚性箱体形成刚性中心框架。
[0052] 在另一个例子中，两个连接梁经由每个连接梁的相应的第二端部刚性地紧固到纵向结构的两个纵梁中的相应的一个上。与固定翼一起，两个连接梁和两个纵梁形成刚性中心框架。
[0053] 此外，在这种情况下，纵向结构还可以包括例如在连接梁的第二端部处刚性地紧固到两个纵梁上的横梁。横梁将两个纵梁连接在一起，并且有助于加强刚性中心框架。
[0054] 举例来说，两个连接梁和横梁(如果有的话)可以由金属制成，或者它们可以由复合材料制成。
[0056] 在本发明的任何实施方式中，形成一组固定升力面的两个固定翼定位在纵向结构的纵向端部处，从而限制飞行器的纵向尺寸。
[0057] 此外，在任何实施方式中，形成一组旋转升力面的旋翼相对于纵向结构和固定翼水平和垂直地偏移。首先，旋翼和固定翼之间在水平平面中(即，垂直于竖直方向Z)具有偏移可以使旋翼都不位于固定翼的上方，因此有利地避免了产生在飞行器的固定翼上出现的负升力。
[0058] 此后，旋翼和固定翼之间在垂直平面中(即，平行于竖直方向Z)具有偏移有利地可以优化每个固定翼的升力产生。具体地，掠过两个固定翼的气流位于第一平面P1中，这尤其适用于掠过后固定翼的气流，并且其受到在不同于第一平面P1的第二平面P2中位于固定翼上游的旋翼的很少干扰或根本不受干扰，从而能够以最佳方式产生升力。
[0059] 此外，在本发明的多旋翼飞行器的第二实施方式中，两个固定翼之间的垂直偏移还在不考虑飞行器的迎角的情况下提高了每个固定翼的气动效率。
[0060] 此外，在巡航阶段期间，当由固定翼产生的升力足以使飞行器飞行时，可以减小或者停止旋翼的旋转速度。因此，本发明的多旋翼飞行器有利地在优化能耗的同时执行巡航阶段。
[0061] 刚性中心框架的存在为飞行器提供了机械强度和相当大的刚度，有利地能够承受来自固定翼和旋翼的所有的力和力矩。此外，在为本发明的多旋翼飞行器提供升力的至少一个旋翼失去升力的情况下，保持运行的旋翼产生的气动升力将会是不平衡的，并且会在多旋翼飞行器上、特别是在其纵向结构上产生额外的机械应力。有利地，这种刚性中心框架的存在用于吸收这些机械应力、特别是可能出现的扭转。
[0062] 在至少一个旋翼失去升力的情况下，可以增大保持运行的其他每个旋翼产生的升力来补偿这种至少一个旋翼的升力损失，这可能会帮助增加可能出现在多旋翼飞行器上、特别是其纵向结构上的机械应力。刚性中心框架为多旋翼飞行器提供足够的机械强度以承受这些额外的机械应力。
[0063] 本发明的多旋翼飞行器的机身用于运输一个或多个乘客和/或货物。机身例如通过连杆紧固到纵向结构上。因此，例如，如果需要可以容易地更换机身，从而从仅运输乘客改变到运输货物。
[0064] 机身还可包括起落架，例如带轮子的起落架或带滑橇的起落架。
[0065] 此外，旋翼设置成使得两个相邻的旋翼反向旋转。因此，最靠近另外的旋翼(或多个旋翼)的旋翼(或多个旋翼)在与该另外的旋翼的旋转方向相反的旋转方向上旋转。因此，由这些旋翼的相应旋转产生的惯性效应相互补偿，而不需要使用通常在直升机上使用的抗力矩装置。
[0066] 一组旋转升力面有利地包括至少六个旋翼。使用大量旋翼可以限制驱动每个旋翼旋转所需的安装功率，从而可以使用低功率的马达，并因此可以使用各种尺寸的马达，而无论马达是电动马达还是内燃机。特别地，这种电动马达可以在仅用空气冷却的同时有利地操作，从而避免存在包括液体冷却剂的装置，该装置将会是复杂、沉重且昂贵的。与具有电动马达和包括液体冷却剂的装置的飞行器相比，使用气冷电动马达还可以提高多旋翼飞行器的可靠性和可用性。
[0067] 此外，使用大量旋翼有利地可以使一个或两个旋翼的升力损失通过其他保持运行的旋翼来补偿，由此使这种升力损失对飞行器的飞行能力没有显著影响。举例来说，旋翼可能由于驱动旋翼的马达的失效或者由于旋翼叶片的断裂而损失升力。
[0068] 例如，一组旋转升力面包括六个旋翼或八个旋翼。
[0069] 每个旋翼具有基本上垂直的旋转轴线，并且优选包括定距叶片，其中每个旋翼产生的升力通过改变旋翼的旋转速度而改变。举例来说，每个旋翼可具有三个叶片。旋翼优选全都具有相同的尺寸。然而，旋翼可以具有不同的尺寸，从而具体地优化本发明的多旋翼飞行器的尺寸。
[0070] 旋翼安装在紧固到一个或另一个固定翼上的相应的支架上。因此，多个旋翼连接至每个固定翼。每个旋翼优选设置在紧固到固定翼上的支架的端部处。
[0071] 一组旋转升力面中的每个旋翼还可包括相应的涵道，从而在向前飞行期间限制旋翼产生的气动阻力。这种涵道还可以使旋翼叶片的旋转在向前飞行期间停止，而不产生振动或气动干扰。
[0072] 例如，这种涵道还用于保护叶片免受突出物体或鸟撞击。
[0073] 这种涵道还可以包括用于形成声能吸收系统的多个腔体或其他形状，从而限制人耳难以承受的噪声的传播。举例来说，这种腔体或其他形状可以形成亥姆霍兹共振器，其特别用于消散可能由旋翼叶片的旋转产生的气流引起的共振现象，从而避免人耳难以承受的声音振动的传播。
[0074] 举例来说，涵道可以连接至通过一个或多个连接臂紧固有旋翼的支架。此外，除了由一组固定升力面产生的升力之外，每个旋翼的涵道也可以有利地在巡航阶段期间产生升力。
[0075] 一组旋转升力面的旋翼优选沿两条纵向线对齐，从而在巡航阶段期间限制由这些旋翼产生的气动阻力。有利地，紧固有形成纵向线的旋翼的支架本身也纵向对齐，从而同样限制由这些支架产生的阻力。
[0076] 形成纵向线的旋翼的涵道可以部分地合并在一起，以形成共有的整流罩。
[0077] 此外，沿着旋翼的每条纵向线，旋翼的旋转方向在两个连续的旋翼之间反转，使得纵向线中的任何两个相邻的旋翼反向旋转。
[0078] 此外，设置在纵向结构的相应端部处的两个固定翼可具有相同的尺寸。然而，两个固定翼也可以具有不同的尺寸，例如前固定翼的尺寸可以小于后固定翼的尺寸。因此，前固定翼基本上用于在巡航阶段期间稳定飞行器，而后固定翼在巡航阶段期间提供飞行器的大部分升力。
[0079] 至少一个固定翼可以包括可动襟翼，其在纵向结构的两侧横向地安装在固定翼的后缘处。这些可动襟翼处于导航控制下，从而使多旋翼飞行器能够关于其俯仰轴线和横滚轴线进行运动。优选地，固定翼具有四个可动襟翼，成对的可动襟翼横向地设置在纵向结构的两侧，从而缓解一个可动襟翼的失效(例如卡住)，从而使多旋翼飞行器能够完全安全地控制。
[0080] 优选地，两个固定翼都包括设置在它们的后缘处的可动襟翼。
[0081] 例如，在飞行器的自动驾驶系统的控制下，襟翼的失效也可以通过适当不同地使用来自旋翼的升力来进行补偿。
[0082] 因此，本发明的多旋翼飞行器在关于其俯仰轴线和横滚轴线的飞行控制功能方面有利地提供了冗余。
[0083] 此外，本发明的多旋翼飞行器的推进组件包括具有基本上水平和纵向设置的旋转轴线的至少一个推进螺旋桨。该至少一个推进螺旋桨例如可以设置在固定翼上方。优选地，至少一个推进螺旋桨通过挂架紧固在后固定翼的上方。每个推进螺旋桨的旋转轴线有利地相对于固定翼的第一平面P1和旋翼的第二平面P2偏移，使得每个推进螺旋桨具有从其中穿过的相对不受干扰的气流。
[0084] 举例来说，每个推进螺旋桨具有三个叶片，这些叶片可共同地变距。因此，由每个螺旋桨产生的推进力可以通过改变推进螺旋桨的旋转速度来调节，并且还可以通过改变其叶片的共同桨距来调节。
[0085] 推进组件可包括紧固到纵向结构上的两个推进螺旋桨，从而为飞行器提供更好的机械强度。举例来说，每个推进螺旋桨可以与纵向结构的其中一个纵梁对齐。来自两个螺旋桨的差动推力可有利地用于在向前飞行期间执行偏航运动。
[0086] 因此，本发明的多旋翼飞行器在其推进功能方面有利地提供了冗余。
[0087] 至少一个固定翼还可以包括至少一个垂直安定面，从而提供本发明的多旋翼飞行器关于偏航轴线的稳定性。该至少一个垂直安定面还可以包括用于控制多旋翼飞行器的偏航运动的至少一个可动襟翼。在具有至少两个推进螺旋桨的多旋翼飞行器中，包括至少一个可动襟翼的这种垂直安定面还用于在关于偏航轴线控制多旋翼飞行器方面缓解其中一个推进螺旋桨的失效。
[0088] 因此，本发明的多旋翼飞行器在关于其偏航轴线的飞行控制功能方面有利地提供了冗余。
[0089] 举例来说，每个垂直安定面都设置在固定翼、优选后固定翼的自由端部，并且举例来说它可以向下延伸，从而限制横滚和偏航之间的气动耦合。固定翼可以具有分别设置在其每个自由端部处的两个垂直安定面。
[0090] 垂直安定面也可以由支撑推进螺旋桨的挂架形成。
[0091] 动力设备包括多个电动马达和至少一个电能源。每个电动马达驱动相应的旋翼或相应的推进螺旋桨。每个电动马达优选是气冷的。
[0092] 电能源包括一个或多个电能储存装置。举例来说，电能储存装置可以是可充电电池或者是燃料电池。因此，电能源可以包括电能管理装置，其尤其用于控制电能储存装置的放电。
[0093] 电能源还可以包括发电机和用于驱动发电机产生电能的内燃机。因此，本发明的多旋翼飞行器的动力设备被称为是“混合动力的”。由发电机产生的电能可以随后直接用于为电动马达供电，或者用于对每个电能储存装置进行再充电。因此，电能源可以包括尤其用于控制电能储存装置的充电和放电的电能管理装置。
[0094] 此外，动力设备可以包括至少两个电能源，它们是不同的并且独立地为每个电动马达供电。因此，优选将这至少两个电能源彼此分离且隔离开，使得在一个电能源发生事故的情况下(例如热失控或脱气)该事故不会波及到另外的电能源。举例来说，这至少两个电能源通过分隔壁分离，或者它们设置在各自的专用密闭箱体中。
[0095] 每个电能源都可以位于多旋翼飞行器的机身的专用隔间中，例如，在机身后部或在纵向结构中。
[0096] 自动驾驶系统设置有传感器，该传感器使旋翼、每个推进螺旋桨以及可动襟翼能够以自主方式被控制，从而控制本发明的多旋翼飞行器。然而，本发明的多旋翼飞行器可以包括使多旋翼飞行器的乘员能够直接驾驶多旋翼飞行器的控制装置。附图说明
[0097] 在以下通过举例说明并参照附图给出的实施方式的描述的上下文中更详细地呈现本发明及其优点，在附图中：
[0098] ·图1至图5示出了多旋翼飞行器的第一实施方式；
[0099] ·图6和图7示出了多旋翼飞行器的第二实施方式；
[0100] ·图8是飞行器的机身的一部分及其电能源的详细视图。
具体实施方式
[0101] 在一个以上的图中示出的元件在每个图中都具有相同的附图标记。
[0102] 本发明的多旋翼飞行器10的第一实施方式具有三种变型。第一变型在图1至图3中示出，在图1中以立体图示出，在图2中以平面图示出，在图3中以侧视图示出。
[0103] 第二变型在图4中以立体图示出，第三变型在图5中以平面图示出。
[0104] 本发明的多旋翼飞行器10的第二实施方式在图6中以侧视图示出并且在图7中以平面图示出。
[0105] 这些图示出了(X，Y，Z)参考系。纵向方向X从飞行器10的后部朝向飞行器10的前部延伸。竖直方向Z垂直于纵向方向X向下延伸，并且横向方向Y垂直于纵向方向X和竖直方向Z从左到右延伸。
[0106] 因此，纵向方向X是飞行器10的横滚轴线，横向方向Y是其俯仰轴线，竖直方向Z是其偏航轴线。
[0107] 对于这两个实施方式相同的是，多旋翼飞行器10包括：
[0108] ·纵向结构20，其基本上平行于纵向方向X延伸；
[0109] ·机身25，其通过连杆26紧固到纵向结构20上；
[0110] ·一组固定升力面30，其具有刚性地连接至纵向结构20的相应的纵向端部的两个固定翼31；
[0111] ·一组旋转升力面40，其具有设置在紧固到固定翼31的相应支架43上的至少六个旋翼41；
[0112] ·推进组件50，其包括两个推进螺旋桨51；
[0113] ·动力设备，其包括多个电动马达机42、52和至少一个电能源61：
[0114] -电动马达42、52各自驱动相应的旋翼41或相应的推进螺旋桨51；
[0115] 并且
[0116] -至少一个电能源61包括多个电能储存装置65；以及
[0117] ·用于飞行器10的自动驾驶系统70。
[0118] 机身25用于运输一个或多个乘客和/或货物。机身25通过连杆26紧固到纵向结构20上。机身包括起落架27。
[0119] 在多旋翼飞行器10的第一实施方式中，纵向结构20是平面的并且沿着平行于纵向方向X和横向方向Y的第一平面P1延伸。两个固定翼31作为纵向结构20的延长被紧固，并且它们基本上位于第一平面P1中。
[0120] 在多旋翼飞行器10的该第一实施方式的第一变型和第三变型中，纵向结构20具有在第一平面P1中延伸的两个平直的纵梁21，其中固定翼31刚性地紧固到它们的端部上。
[0121] 在多旋翼飞行器10的该第一实施方式的第二变型中，纵向结构20包括在第一平面P1中延伸的刚性且扁平的单体式箱体23。两个固定翼31直接紧固到刚性的箱体23上。
[0122] 因此，在该第一实施方式中，并且不考虑变型，由纵向结构20和两个固定翼31形成刚性中心框架。根据变型，该刚性中心框架由纵梁21和两个固定翼31形成，或者由刚性的箱体23和两个固定翼31形成。
[0123] 在纵向上位于纵向结构20前部的前固定翼31的尺寸小于在纵向上位于纵向结构20后部的后固定翼31的尺寸。因此，在巡航飞行阶段期间，后固定翼31提供飞行器10的大部分升力，而前固定翼31基本上用于稳定多旋翼飞行器10。
[0124] 然而，两个固定翼31可以具有相同的尺寸。
[0125] 两个固定翼31各自具有安装在其后缘处的四个可动襟翼32，成对的可动襟翼32横向地设置在纵向结构20的两侧。这些可动襟翼32处于导航控制下，从而使多旋翼飞行器10能够围绕其俯仰轴线和横滚轴线进行运动。
[0126] 后固定翼31还具有两个垂直安定面35，它们设置在后固定翼31的相应的自由端部处并向下延伸，从而提供多旋翼飞行器10相对于偏航轴线的稳定性。每个垂直安定面35具有可动襟翼36，从而对多旋翼飞行器10的偏航运动提供导航控制。
[0127] 如图3和图6所示，一组旋转升力面40的旋翼41设置在与第一平面P1不同并且平行于第一平面P1的共有的第二平面P2中。此外，两个固定翼31相对于旋翼41和第二平面P2垂直偏移。
[0128] 每个旋翼41具有基本上垂直的旋转轴线并且包括三个定距叶片45。第二平面P2由旋翼41分别的旋转轴线与由它们的叶片45形成的平均平面相交的点形成。每个旋翼41由相应的气冷电动马达42驱动旋转。应该注意叶片的数量不受限制。
[0129] 旋翼41设置成相对于固定翼31垂直偏移，具体地，两个固定翼31都不位于由旋翼41形成的第二平面P2中。
[0130] 旋翼41还设置成相对于两个固定翼31水平偏移，即旋翼41都不垂直地位于固定翼31的上方或下方。
[0131] 在该第一实施方式的第二变型中，一组旋转升力面40包括六个旋翼41。两个旋翼41通过相应的支架43紧固到前固定翼31上，并且四个旋翼41通过相应的支架43紧固到后固定翼31上。
[0132] 在飞行器10的该第一实施方式的第二变型和第三变型中，一组旋转升力面40包括八个旋翼41。四个旋翼41通过相应的支架43紧固到前固定翼31上，并且四个旋翼41通过相应的支架43紧固到后固定翼31上。
[0133] 在多旋翼飞行器10的第二实施方式中，纵向结构20包括两个纵梁21、两个连接梁24和一个横梁22。每个连接梁24刚性地紧固到相应的纵梁21的前端部上。横梁22刚性地紧固到两个纵梁21上并在它们的前端部将它们连接在一起。
[0134] 后固定翼31在第一平面P1中刚性地紧固到纵向结构20上，而前固定翼31刚性地紧固到两个连接梁24上并且相对于后固定翼31和第一平面P1垂直向下偏移。
[0135] 因此，在该第二实施方式中，刚性的中心框架同样由纵向结构20和两个固定翼31形成，更确切地说，由纵梁21、连接梁24、横梁22和两个固定翼31形成。
[0136] 因此，在多旋翼飞行器10的任何实施方式中，刚性的中心框架都为多旋翼飞行器10提供相当大的机械强度，特别是使其能够承受其在飞行中受到的机械应力以及由于至少一个旋翼41的升力损失而产生的应力。
[0137] 旋翼41和固定翼31之间在垂直平面中的偏移在向前飞行期间、特别是在巡航飞行期间使在第一实施方式的第一变型中的后固定翼31上掠过的气流和在第一实施方式的第二变型和第三变型以及第二实施方式中的两个固定翼31上掠过的气流能够受到位于后固定翼31上游以及在适用的情况下位于前固定翼31上游的旋翼41的很少的干扰或根本不受干扰。因此，有利地优化了通过这些固定翼31中的每一个进行的升力产生。
[0138] 此外，旋翼41和固定翼31之间在水平平面中的偏移确保了穿过每个旋翼41的气流不会掠过固定翼31，因此有利地不会在固定翼31上导致任何负升力的出现。
[0139] 每个旋翼41还具有涵道47，其用于限制在多旋翼飞行器10的向前飞行期间、特别是在巡航飞行期间由旋翼41产生的阻力。涵道47通过三个连接臂48紧固到支架43上。
[0140] 在多旋翼飞行器10的第一实施方式的第二变型中，在图4中可以看出，每个旋翼40的涵道47包括多个腔体，这些腔体构成用于限制人耳难以承受的噪声从每个旋翼40传播的声能吸收系统49。
[0141] 在图1至图3所示的第一实施方式的第一变型中以及在图6和图7所示的第二实施方式中，紧固到前固定翼31上的两个旋翼41具有比紧固到后固定翼31上的旋翼41更小的直径尺寸，从而优化多旋翼飞行器10的整体尺寸。
[0142] 在飞行器10的第一实施方式的第二变型和第三变型中，一组旋转升力面40的所有八个旋翼41都具有相同的尺寸。然而，在图4所示的第二变型中，紧固到前固定翼31上的旋翼41和紧固到后固定翼31上的旋翼41横向偏移，以限制多旋翼飞行器10的纵向侧部。
[0143] 相比之下，在图5所示的第三变型中，旋翼41沿两条纵向线对齐，从而在向前飞行期间限制由旋翼41产生的气动阻力。因此，第三变型中的多旋翼飞行器10的纵向尺寸大于第二变型中的飞行器10的纵向尺寸，然而与第二变型的性能相比第三变型的气动性能得到提高。
[0144] 此外，旋翼41设置成两个纵向相邻的旋翼41反向旋转，从而限制由这些旋翼41的分别的旋转产生的惯性效应。
[0145] 在多旋翼飞行器10的任何实施方式中，多旋翼飞行器10的推进组件50的两个推进螺旋桨51具有基本上水平和基本上纵向的相应的旋转轴线。两个推进螺旋桨51紧固到纵向结构20上，并且它们设置在后固定翼31的上方，同时每个推进螺旋桨51的旋转轴线位于不同于第一平面P1和第二平面P2的平面内。每个推进螺旋桨51经由挂架54紧固到纵向结构20上并且与纵梁21对齐。
[0146] 每个推进螺旋桨51具有三个可共同变距的叶片55并且其由相应的气冷电动马达52驱动旋转。应该注意叶片的数量不受限制。
[0147] 多旋翼飞行器10的动力设备包括分别驱动旋翼41和推进螺旋桨51的电动马达42、52以及设置在机身25后部的一个或多个电能源。
[0148] 在第一实施方式的第一变型和第二实施方式中，多旋翼飞行器10的动力设备包括电能源61，其设置有两个电能储存装置65和电能管理装置62，如图2和图3所示。管理装置62特别地控制两个电能储存装置65的放电。该第一实施方式中的多旋翼飞行器10的动力设备是纯电动的。
[0149] 在第一实施方式的第三变型中，如图5和图8所示，多旋翼飞行器10的动力设备具有两个不同且独立的电能源。两个电能源61分别为电动马达42、52供电，另外它们彼此分离且隔离开，使得涉及到两个电能源61中的一个的事故不会波及到另一个电能源61。为此目的，两个电能源61设置在分别的专用密闭箱体67中。
[0150] 每个电能源61包括四个可充电电能储存装置65、电能管理装置62，并且还包括内燃机63和由内燃机63驱动从而产生电能的发电机64。在与管理装置62一起的可充电电能储存装置65和与发电机64一起的内燃机63之间设置有防火墙66，从而例如在内燃机63附近发生火情时提供隔离。本实施方式中的多旋翼飞行器10的动力设备被称为是“混合动力的”。管理装置62因此控制电能储存装置65的充电和放电。
[0151] 自动驾驶系统70(例如，设置在多旋翼飞行器10的机身25前部的区域中)设置有传感器(未被示出)，并且以自主方式控制旋翼41、推进螺旋桨51和可动襟翼32、36，从而驾驶多旋翼飞行器10。
[0152] 多旋翼飞行器10的飞行包括起飞阶段、着陆阶段和巡航阶段。
[0153] 在起飞和着陆阶段期间，多旋翼飞行器10所需的升力大部分由一组旋转升力面40(即，旋翼41)产生。
[0154] 在巡航阶段期间，多旋翼飞行器10所需的升力大部分由一组固定升力面30(即，两个固定翼31)产生。
[0155] 在起飞或着陆阶段与巡航阶段之间的过渡阶段期间，一组固定升力面30和一组旋转升力面40一起作用产生多旋翼飞行器10所需的升力。
[0156] 当然，本发明可以在实施方面做出多种变型。尽管描述了若干实施方式，但应该容易理解的是不可能想到穷举所有可能的实施方式。当然可以设想在不超出本发明范围的情况下由等效手段替换描述的任何手段。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 一种对于未知风机结构的无人机巡检方法 | 2020-05-12 | 492 |
| 桨尖射流的自转旋翼机及其实现垂直跳跃起飞的方法 | 2020-05-11 | 837 |
| 基于微型气压传感器的小型无人机增稳控制装置及其方法 | 2020-05-08 | 294 |
| 一种复合型垂直/短距起降飞行器 | 2020-05-12 | 582 |
| 一种红外引导无人机降落方法及装置 | 2020-05-12 | 547 |
| 火箭转运起竖系统 | 2020-05-08 | 498 |
| 一种舰载垂直起降侦察较射无人机起降控制方法 | 2020-05-08 | 734 |
| 一种电动飞艇 | 2020-05-13 | 497 |
| 一种基于无人机的遥测抛物面天线电轴动态标定方法 | 2020-05-08 | 643 |
| 一种可实现垂直起飞的固定翼无人机 | 2020-05-13 | 571 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈