一种油电混合动力多旋翼飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种油电混合动力多旋翼飞行器，属于飞行器领域。
【背景技术】
[0002]多旋翼无人飞行器的旋翼轴为对称分布，是一种能够垂直起降、以四个旋翼作为动力装置的，不载操作人员的飞行器。其用途极为广泛。主要应用有如下几个方面
[0003]1.政府机构:警务应用；火场指挥、抢险救灾、交通管理；
[0004]2.媒体机构:新闻媒体、航空摄影；
[0005]3科研机构:野生动物摄影、环境评估、空中考古；
[0006]4企业机构:房地产管理、管线巡检；
[0007]5个人应用:遥控飞行、空中摄影；
[0008]6未来将在物流领域的大量应用。目前，快递公司通过铁路、公路、航空等交通方式，将客户货物快速送达目的地。快递公司的现代化已经让整体效率提高，规范的流程是现代化的保证，但是针对少数特殊需求的用户还没有做出相应措施，特别针对时间要求高、物件重量轻、体积小的客户可以采用的飞行器进行派送。
[0009]多轴飞行器基于导航定位系统包括地理信息系统和全球定位系统。地理信息系统GIS技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库操作集成在一起。全球定位系统可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。要实现以上所有功能必须具备全球定位系统终端、传输网络和监控平台三个要素。当信息管理平台接收到送达的目的地数据后，会通过地理信息系统和全球定位系统分析整理后选择较为合适的飞行路线。目前导航系统十分成熟，导航仪器商品化较为普遍。
[0010]多轴飞行器所有的应用都基于飞行器够长航时、大载荷飞行，否则所有的应用很窄的范围。目前四旋翼飞行器均采用电池驱动，由于单位质量电池所能存储的能量远小于汽油等化石燃料，所以目前四旋翼飞行器的飞行时间都十分有限，正常负载情况下巡航时间仅为20分钟以内，而燃油动力的单旋翼直升机，巡航时间可长达数个小时。但燃油动力的单旋翼直升飞机飞行姿态的控制、操控的稳定性、精准性目前还是一个难题。因为通过电信号精确控制燃油发动机的转速是一件极其困难的事儿，这使得燃油单旋翼直升飞机无法完成电动多旋翼飞行器，所能完成的任务。两种类型的飞行器，各有优缺点，燃油飞行器具有长航时、大载荷的特性；电动多旋翼飞行器能够被精确操控，可以预先编程，在GPS的导航下沿规定路线完成各种动作，这是燃油飞行器无法实现的，但在需要长巡航时间的应用领域尚不能代替燃油动力的单旋翼。因此，把两者的优点结合起来，才能真正实现飞行器能够被精确操控，同时又具有大载荷长航时的特性。只有这样，才能够实现多旋翼飞行器飞的实际应用。
[0011]目前还有一种油电混合动力四旋翼无人飞行器，其目的是通过油电混合动力的方式延长四旋翼飞行器的续航时间，所提出的油电混合驱动方式是该飞行器在飞行时由自带发动机带动发电机向动力电池进行供电，燃油发动机熄火后，仍可利用储存的电能安全的操纵多旋翼飞行器着陆。该油电混合方式存在着重大的缺陷。因在飞行的过程中，需要通过旋翼高速的旋转提供升力来克服重力，因此，四旋翼无人飞行器的4个电机必须高速运转提供升力来克服整套燃油发电机系统的重力，使得电机的能耗剧烈增加，所消耗的电能需由燃油发电机系统进行补充，所发出来的电能几乎全部用于克服套燃油发电机系统的重力，真正输出的电能极少，既污染了环境，又没有增加续航能力和载荷能力，因此没有任何实用性。
【实用新型内容】
[0012]本实用新型为了克服现有多旋翼飞行器普遍存在的问题，即航程短、载荷小，飞行时间有限的缺陷，利用油电混合动力克服电动多旋翼飞行器固有的缺点，燃油发动机直接驱动主旋翼提供升力，配合电机驱动的副旋翼，实现飞行器能够被精确操控，同时又具有大载荷长航时的特性。
[0013]油电混合动力多旋翼飞行器主要由上主旋翼1、下主旋翼2、多旋翼飞行器天线3、多旋翼飞行器电控板4、电机驱动副旋翼5、电机6、燃油发动机7、转速对偶齿轮箱8、化油器9、电池11、燃油进气风门12、输油管13、油箱15、机臂16、上主旋翼轴18、下主旋翼套管轴19、上伞齿轮20、下伞齿轮21、转速传感器22、发动机排气管23、风门控制步进电机24构成。
[0014]油电混合动力多旋翼飞行器分由主旋翼和副旋翼共同提供飞行动力，主旋翼提供主要升空动力，副旋翼提供小部分升空动力，主旋翼由上主旋翼I和下主旋翼2构成(参见图1所示)，上主旋翼轴18从顶端穿过下主旋翼2下主旋翼套管轴19后与下伞齿轮21焊接后在与发动机动力输出轴连接固定，下主旋翼2的旋转主轴为下主旋翼套管轴19，该套管轴内设空腔，只有上中下3个端面与内部上主旋翼轴18有接触，形成约束，使得下主旋翼套管轴19与上主旋翼轴18能够沿同一轴心线相互独立转动，下主旋翼套管轴19与上伞齿轮20向上的大端面焊接，上伞齿轮20和下伞齿轮21之间设有左右伞齿轮，共计四个齿轮，装入转速对偶齿轮箱8中，左右伞齿轮转轴与齿轮箱侧壁固定，下伞齿轮21下方设置有监测上主旋翼轴18转速的转速传感器21，齿轮箱体固定在燃油发动机机体上，燃油发动机7通过发动机固定托架14固定在机臂16上(参见图2所示)，发动机固定托架14同时固定油箱15，上主旋翼轴穿过多旋翼飞行器的几何中心，油箱15的重心位于多旋翼飞行器的几何中心，起落架17以多旋翼飞行器的几何中心为轴，轴对称安装。
[0015]油箱15的输油管13连接化油器9，化油器连接燃油进气风门12，改进气风门的挡风板转轴连接风门控制步进电机24，用于控制挡风板开闭角度。
[0016]该多旋翼飞行器多旋翼飞行器天线3和多旋翼飞行器电控板4安装在机臂16上，电池11安装在机架下方，调整电池固定架使得天线、电控板与电池构成一体的重心在旋翼飞行器的几何中心，机臂16的端头安装电机座10，电机座固定电机6，电机动力输出轴安装电机驱动副旋翼5，主旋翼和副旋翼在交叉机臂所构成的平面上的投影间隔至少大于3cm，使得两者的气流不发生相互扰动。
[0017]遥控发射器给出发射指令，接受装置接受到指令后，给出主旋翼、油门、前进方向、升降、陀螺这些参数的期望值指令信号传输给飞行控制板，控制多旋翼电机和燃油发动机风门，通过调节飞行器电机的电流改变不同电机的转速，实现飞行器姿态调整，需要精确平稳控制主旋翼转速，采用闭环控制，发动机输出转速反馈信号输入飞行控板，控制步进电机调整风门，实现转速平稳(如图3所示)。
[0018]工作原理:油电混合动力飞行器分由主旋翼和副旋翼共同提供飞行动力，主旋翼提供主要升空动力，一般承担50%以上的升力，副旋翼提供小部分升空动力，所提供的升力小于50%，两者之间存在这样的关系:主旋翼提供的升力占比越尚，滞空时间越长，载荷能力也越大，其缺点是操控能力减弱；副旋翼提供的升力占比越高，这滞空时间就越短，载荷能力也越差，但是操控性能会更好。因此两者之间相互有一个配合，根据实际情况的需要来调整两者之间生力的比例关系。例如不需要飞机灵活飞行，强调长航时大载荷飞行时，那么就必须提高主旋翼生力的占比，如果强调飞行器的表演性能，就必须减少主旋翼升力的占比，以便实现灵活操纵。
[0019]主旋翼由上主旋翼I和下主旋翼2构成(参见图1所示)，上主旋翼轴18从顶端穿过下主旋翼2下主旋翼套管轴19后与下伞齿轮21焊接后在与发动机动力输出轴连接固定，下主旋翼套管轴19与上伞齿轮20向上的大端面焊接，上伞齿轮20和下伞齿轮21之间设有左右伞齿轮，共计四个齿轮，装入转速对偶齿轮箱8中，左右伞齿轮转轴与齿轮箱侧壁固定。这样的结构使得上主旋翼和下主旋翼的转速完全相同，转速方向相反，实现正反扭矩平衡，这样的配置使得多旋翼飞行器不会在空中发生转动。
[0020]下主旋翼2的旋转主轴为下主旋翼套管轴19，该套管轴内设空腔，只有上中下3个端面与内部上主旋翼轴18有接触，形成约束，使得下主旋翼套管轴19与上主旋翼轴18能够沿同一轴心线相互独立转动，套筒构其目的是尽可能减少高速运动所带来的机械摩擦损耗。在使用的过程中，必须加入适合的润滑油以减少摩擦损耗。
[0021]遥控发射器给出发射指令，接受装置接受到指令后，给出主旋翼、油门、前进方向、升降、陀螺这些参数的期望值指令信号传输给飞行控制板，控制多旋翼电机和燃油发动机风门，通过调节飞行器电机的电流改变不同电机的转速，实现飞行器姿态调整，需要精确平稳控制主旋翼转速，采用闭环控制，发动机输出转速反馈信号输入飞行控板，控制步进电机调整风门，实现转速平稳。
[0022]下伞齿轮21下方设置有监测上主旋翼轴18转速的转速传感器21，齿轮箱体固定在燃油发动机机体上，燃油发动机7通过发动机固定托架14固定在机臂16上(参见图2所示)。尽可能选择动力输出轴位于发动机重心位置发动机，上主旋翼轴穿过多旋翼飞行器的几何中心，这样的配置使得主旋翼和副旋翼的升力具有轴对称分布，这样就便于操控;油箱15的重心位于多旋翼飞行器的几何中心，发动机在工作的过程中，油箱里的油会不断减少，这样会使得邮箱的重心仍然在多旋翼飞行器的几何中心位置，使得飞行器在飞行的过程中依然保持水平飞行。
[0023]油箱15的输油