控，并且節(jié)約電耗。
[0113] 主動調(diào)控方面：假如飛行器在上升過程中人工控制，使其迅速的發(fā)生偏轉(zhuǎn)運動，現(xiàn) 有技術(shù)偏轉(zhuǎn)運動中同轉(zhuǎn)向兩個螺旋槳拉力增大，假設(shè)幅度為30 %，反轉(zhuǎn)的另外兩個螺旋槳 拉力下降（拉力上升亦可，但幅度要小于30 %，不過這樣電機所在平面方向的扭矩差就很 小，偏轉(zhuǎn)的非常慢），假設(shè)幅度為其10%，這樣總拉力增加10%，飛行器上升，同時電機所在 平面的扭矩不再平衡，發(fā)生偏轉(zhuǎn)運動。本實用新型可以采用實施例中所述調(diào)控方式中的XY 平面上的偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動的調(diào)控模式，4個支撐臂方向的可調(diào)裝置同平面上產(chǎn)生同向的扭矩，使得 飛行器可以快速的偏轉(zhuǎn)；同時每個電機提高其10%的拉力即可使得其總拉力增加10%，達(dá) 到和現(xiàn)有方法一樣的效果，但需要電機增加的轉(zhuǎn)速很小，需要的電機的反應(yīng)時間更短，電流 變化更小，調(diào)控速度更快，總能耗更低。根據(jù)表1和表2中電機的效率對比，4個電機增加 10 %的拉力的電耗，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2個電機增加30 %拉力的電耗，更加避免了 2個電機減速 10 %產(chǎn)生的"剎車"電耗。
[0114] 被動調(diào)控方面：假設(shè)較大側(cè)風(fēng)使得飛行器往某個X軸方向俯仰，影響了飛行器的 穩(wěn)定性，飛行器通過負(fù)反饋控制，迅速的重新恢復(fù)水平，現(xiàn)有調(diào)控技術(shù)采取提高下沉方向電 機的拉力，減低上抬方向電機的拉力，使得飛行器逆向俯仰，恢復(fù)水平；本實用新型可以采 取實施例中X軸方向俯仰運動的調(diào)控方式，非常短的時間讓產(chǎn)生飛行器產(chǎn)生俯仰運動的力 矩差，如果該力矩差不足以恢復(fù)飛行器水平，還可以采用現(xiàn)有調(diào)控模式，加大力矩差，但因 為部分力矩差無需由電機的拉力變化提供，這樣減少了電機的調(diào)速變化，減少了調(diào)控時間， 同時減少了電耗。
[0115] 事實上，通過設(shè)計適當(dāng)?shù)目烧{(diào)裝置的面積以及位置，能產(chǎn)生足夠的特定方向力矩 差，在外界干擾不大的情況下，足以完成飛行器的各種姿態(tài)調(diào)整，無需對電機的拉力進(jìn)行調(diào) 整，使得飛行器的調(diào)控速度非常快。即使是需要同時啟用現(xiàn)有的調(diào)控技術(shù)，由于電機的調(diào)速 范圍的下降，同樣減少了電機的調(diào)速所需時間，總體上也提高了飛行器的綜合調(diào)控速度。
[0116] 可操控性的提尚，有利于飛彳丁器的穩(wěn)定性和機動性的綜合提尚。尤其是對于中大 型飛行器，其動力冗余較大，但現(xiàn)有技術(shù)的響應(yīng)速度相對較慢，大大影響其負(fù)反饋調(diào)節(jié)的速 度，這個瓶頸很大程度限制了其穩(wěn)定性和機動性，本實用新型超快的調(diào)控響應(yīng)速度，可以充 分利用其動力冗余，克服這個瓶頸，大大提高其穩(wěn)定性和機動性。
[0117] 綜上所述，本實用新型中所述的調(diào)控裝置和其相應(yīng)的調(diào)控方式，可單獨或同步與 現(xiàn)有調(diào)控系統(tǒng)使用，其超快的響應(yīng)速度和超低的能耗可以使得小型飛行器在不犧牲操控性 和機動性的前提下，裝備更大的電機和螺旋槳，提高電機效率，增大拉力，從而提高載重能 力，并大大降低電耗，同時可以選擇加裝更多的電池來進(jìn)一步提高使用時間；亦可讓已經(jīng)裝 有大型電機和大螺旋槳的大型飛行器在已有電機效率高，載重大和穩(wěn)定性強的基礎(chǔ)上，擁 有不亞于小飛行器的可操控性和機動性，同時節(jié)約電耗。本實用新型和現(xiàn)有飛行器的設(shè)計 能比較完美的融合在一起，對于現(xiàn)有多旋翼飛行器，電機效率，載重能力，操控性，穩(wěn)定性， 機動性和使用時間等相互矛盾的各種屬性可以通過本實用新型做出良好的協(xié)調(diào)，做到全面 優(yōu)化和提尚。
[0118] 此外，本實用新型能使飛行器的安全性有革命性的改進(jìn)。現(xiàn)有多旋翼飛行器雖然 結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)控方法也很簡單，但任意一個方向的動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，飛行器很難操控， 墜毀的概率很大。本實用新型的調(diào)控系統(tǒng)是一套完全獨立的系統(tǒng)，而且電路系統(tǒng)和機械結(jié) 構(gòu)非常簡單，故障率非常低，能在飛行器動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候，完全替代現(xiàn)有調(diào)控技術(shù) 進(jìn)行飛行器的基本控制。上述實施例描述中已經(jīng)說明，相對于現(xiàn)有的多旋翼飛行器而言，本 實用新型能在失去一個軸甚至多個軸的動力的極端環(huán)境下，通過本實用新型的調(diào)控系統(tǒng)使 得飛行器不僅不會立刻墜毀，而且還能繼續(xù)進(jìn)行操控，直至能安全著落。因此本實用新型能 最大程度上提高飛行器的安全冗余度，克服現(xiàn)有技術(shù)中致命的缺陷。
[0119] 本實用新型通過產(chǎn)生一個新的作用力"f"，來實現(xiàn)特定方向的力矩變化，從而完 成飛行器的各種操控。本實用新型的特點在于不需要飛行器的電機發(fā)生轉(zhuǎn)速變化即可完成 飛行器的各種操控，新作用力"f"的來源基本需要新增輔助的電機和機械裝置來提供，上述 包含葉片的可調(diào)裝置通過與螺旋槳的下洗氣流相互作用而產(chǎn)生該作用力，利用微調(diào)電機來 控制可調(diào)裝置以平行于支撐臂方向為轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動以調(diào)節(jié)"f"的大小和方向。事實上， 其他結(jié)構(gòu)的可調(diào)裝置也可以以任意軸向進(jìn)行360度的轉(zhuǎn)動，或者發(fā)生多個方向的位移，均 可以對螺旋槳的下洗氣流產(chǎn)生干擾從而產(chǎn)生作用力"f"。
[0120] 在本實施例中，可調(diào)裝置的位置設(shè)定為沿著支撐臂的軸向方向外延，盡量增加力 臂長度，長度不超過螺旋槳的半徑，總面積的選擇則通過計算使其在圖6形態(tài)下產(chǎn)生等于 飛行器10%的載重的垂直向下的力量即可。事實上可調(diào)裝置的位置只要使得可調(diào)裝置在螺 旋槳下洗氣流覆蓋的范圍內(nèi)均可，尺寸大小和位置可根據(jù)實際需求而定，例如小飛行器自 身轉(zhuǎn)動慣量小，較小尺寸的可調(diào)裝置亦可產(chǎn)生足夠的力矩來進(jìn)行靈活的操控，中大型飛行 器自身轉(zhuǎn)動慣量大，則需要較大尺寸的可調(diào)裝置來增加產(chǎn)生的力矩。
[0121] 上述實施例中采用特殊的匹配模式使得微控電機改變對應(yīng)的可調(diào)裝置的形態(tài)。可 以理解，也可通過其他匹配模式來進(jìn)行調(diào)整，例如每個可調(diào)裝置中的葉片分為軸對稱的兩 組，每組分別由一個微控電機來調(diào)控，這樣實施例中微控電機數(shù)量變?yōu)?個，雖然微控電機 數(shù)量增加了一倍，但微控電機非常輕，功率非常小，對于飛行器的重量和總功率影響很小， 同時由于這種1對1的匹配模式可以更靈活的實現(xiàn)各種形態(tài)組合，對于飛行器的姿態(tài)調(diào)控 將更加靈敏迅速。
[0122] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本 實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種多旋翼飛行器，包括多個螺旋槳以及多個電機，每個電機驅(qū)動相應(yīng)一個螺旋槳 轉(zhuǎn)動，其特征在于，還包括多個可調(diào)裝置以及操控可調(diào)裝置的微控電機，所述可調(diào)裝置設(shè)置 在螺旋槳產(chǎn)生的下洗氣流的范圍內(nèi)，并與下洗氣流相互作用以產(chǎn)生特定方向的新的力矩， 所述微控電機用于操控可調(diào)裝置以控制可調(diào)裝置形成的新的力矩。2. 如權(quán)利要求1所述的多旋翼飛行器，其特征在于，包括機身以及設(shè)置在機身上的支 撐臂，所述螺旋槳、電機、可調(diào)裝置均設(shè)置在支撐臂上，微控電機設(shè)置在機身或者支撐臂上。3. 如權(quán)利要求2所述的多旋翼飛行器，其特征在于，所述可調(diào)裝置和微控電機的數(shù)量 與螺旋槳的數(shù)量一致。4. 如權(quán)利要求2所述的多旋翼飛行器，其特征在于，所述可調(diào)裝置設(shè)置在支撐臂的末 端或者外延。5. 如權(quán)利要求2所述的多旋翼飛行器，其特征在于，所述可調(diào)裝置包括若干葉片，所述 葉片沿支撐臂呈軸對稱分布，每一葉片的軸向與支撐臂平行，且每一葉片可由微控電機帶 動而繞自身的軸向轉(zhuǎn)動。6. 如權(quán)利要求5所述的多旋翼飛行器，其特征在于，所述微控電機為步進(jìn)電機或伺服 電機，所述微控電機用于控制葉片形成既定方向和角度的轉(zhuǎn)動。7. 如權(quán)利要求5所述的多旋翼飛行器，其特征在于，所述多旋翼飛行器為偶數(shù)旋翼飛 行器，一微控電機控制位于兩個支撐臂方向上的兩個呈中心對稱分布的可調(diào)裝置的葉片形 成既定方向和角度的轉(zhuǎn)動，另一微控電機控制位于所述兩個支撐臂方向上的兩個呈中心對 稱分布的可調(diào)裝置的葉片形成另一既定方向和角度的轉(zhuǎn)動。8. 如權(quán)利要求2所述的多旋翼飛行器，其特征在于，所述微控電機帶動葉片沿支撐臂 發(fā)生位移。
【專利摘要】本實用新型涉及一種多旋翼飛行器。該多旋翼飛行器包括多個螺旋槳以及多個電機，每個電機驅(qū)動相應(yīng)一個螺旋槳轉(zhuǎn)動，還包括多個可調(diào)裝置以及操控可調(diào)裝置的微控電機，所述可調(diào)裝置設(shè)置在螺旋槳產(chǎn)生的下洗氣流的范圍內(nèi)，并與下洗氣流相互作用以產(chǎn)生特定方向的新的力矩，所述微控電機用于操控可調(diào)裝置以控制可調(diào)裝置形成的力矩。本實用新型通過引入可調(diào)裝置對螺旋槳的氣流形成相互作用而產(chǎn)生額外的作用力，由此產(chǎn)生的新的力矩與螺旋槳形成的力矩同時作用，從而同步提升飛行器的最大負(fù)載，可操控性，穩(wěn)定性，機動性，續(xù)航時間和安全性能等性能。
【IPC分類】B64C27/08, B64C27/12
【公開號】CN204776021
【申請?zhí)枴緾N201520492679
【發(fā)明人】楊小韜
【申請人】楊小韜
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年7月9日