包含安全防护装置的无人驾驶飞行器的制作方法

本公开的各种实施例涉及一种包含安全防护装置的无人驾驶飞行器。

背景技术：

已用于军事目的的无人驾驶飞行器(uav)正迅速地被引入到通信中继、交通控制和物流运输的领域中。此外，无人驾驶飞行器的市场正迅速扩大，并且相关法律也在增加。

与无人驾驶飞行器有关的规定控制禁飞区域的无执照飞行和使用未经飞行和航空管理局登记的无人驾驶飞行器的商业摄影。

近年来，对无人驾驶飞行器的安全性的兴趣已增加。为了防止由于转子叶片(rotorblade)高速旋转而对无人驾驶飞行器周围的人员造成伤害(这可能是由于起飞和着陆期间驾驶经验不足而发生的)的风险增大，并且为了防止由于飞行器机身本身的碰撞而造成的损坏，存在规定强制性安装安全防护装置的运动。

就无人驾驶飞行器的性能而言，不安装安全防护装置可能是有利的。安全防护装置的安装增大了无人驾驶飞行器的重量和转子叶片的阻力，这对推力具有不好的效果。然而，由于从法律和规定的视角来看需要安装，因此确定对性能影响更小的安全防护装置的形状可能是重要的。

技术实现要素：

技术问题

传统的无人驾驶飞行器具有没有安全防护装置的结构，或者具有安全防护装置不仅覆盖转子叶片而且覆盖整个飞行器机身的结构。因此，设计无人驾驶飞行器时仅考虑安全性(诸如由于飞行期间的碰撞而对转子叶片的损坏以及由于转子叶片高速旋转而对无人驾驶飞行器周围的人员造成伤害的风险)而不是反映转子叶片的流动特性。

根据就覆盖整个转子叶片的传统安全防护装置的形状而言的流动分析结果，当安装安全防护装置以确保转子叶片和飞行器机身的安全性时，飞行器机身的重量和转子叶片的阻力增大，但形成了一般模式的流场。因此，安全防护装置起到了降低无人驾驶飞行器的性能的作用。

本公开的各种实施例能够提供一种包括考虑到由转子叶片引起的流动而增大推力的安全防护装置的无人驾驶飞行器。

技术方案

根据本公开的各种实施例，一种无人驾驶飞行器可包括：转子叶片，用于根据主流的产生提供推力；以及安全防护装置，设置为围绕所述转子叶片，其中，所述安全防护装置可包括：引导构件，与所述转子叶片同轴地设置以相对于所述转子叶片的端部具有间隙，所述引导构件被构造为在所述转子叶片旋转时稳定由负压抽吸的流场，并且在转换到正压时稳定地推动喷射流；以及扩压器(diffuser)，与所述引导构件同轴地设置并且与所述引导构件径向间隔开，所述扩压器被构造为产生朝向主流的二次流动以增大流率。

本发明的有益效果

由于安全防护装置的形状考虑了流动特性和防止损坏转子叶片的稳定性，因此，根据各种实施例的无人驾驶飞行器能够表现出增大的推力。

附图说明

图1是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的分解透视图；

图2是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的截面图；

图3a和图3b是各自示出根据本公开的各种实施例的由于无人驾驶飞行器的安全防护装置而发生的流体流动的示图；

图3c和图3d是分别示出根据本公开的各种实施例的由于无人驾驶飞行器的安全防护装置而发生的流动分析结果中的速度场和压力场的示图；

图4a是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的平面图；

图4b是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的截面侧示图；

图5a是示出根据本公开的各种实施例的扩压器的平面图；

图5b是示出根据本公开的各种实施例的扩压器的底视图；

图5c至图5e是各自示出根据本公开的各种实施例的扩压器的透视图；

图6示出了分别示出了包括传统的安全防护装置的无人驾驶飞行器和包括根据本公开的各种实施例的安全防护装置的无人驾驶飞行器的底部上的流率和平均压力的示图；以及

图7是示出根据本公开的各种其他实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的截面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本公开的各种实施例。然而，它们不旨在将本公开限制于特定实施例，而是应当被解释为覆盖各种修改、等同物和/或它们的替代方案。关于附图的描述，相同或相似的附图标记可用于指示相同或相似的元件。

图1是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的分解透视图。图2是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的截面图。在这里使用的正交坐标系中，x轴可指示宽度方向，y轴可指示长度方向，z轴可指示高度方向。箭头可指示径向方向。z(+)可以是向上的方向，z(-)可以是向下的方向。

参照图1和图2，根据各种实施例的无人驾驶飞行器(10)可包括安全防护装置(14)，以确保飞行器机身和转子叶片(11)防碰撞的稳定性。安全防护装置(14)可设置为围绕转子叶片(11)，以保护转子叶片(11)免受外部环境的影响，并且保护无人驾驶飞行器周围的人员免受无人驾驶飞行器的影响。

根据各种实施例的无人驾驶飞行器(10)可包括转子叶片(11)和安全防护装置(14)。根据各种实施例的转子叶片(11)可根据其旋转操作而产生主流，从而为无人驾驶飞行器(10)提供推力。转子叶片(11)可围绕旋转中心轴线(a)旋转，以提供无人驾驶飞行器(10)的上升推力。

根据各种实施例的安全防护装置(14)可与转子叶片(11)同轴地安装。根据各种实施例的安全防护装置(14)利用合成树脂材料制成，并且可包括引导构件(12)和扩压器(13)。安全防护装置(14)可围绕转子叶片(11)径向地设置。安全防护装置(14)可具有引导构件(12)和扩压器(13)，引导构件(12)和扩压器(13)中的每者沿着径向方向(箭头①)设置。

根据各种实施例的引导构件(12)可与转子叶片(11)同轴地安装，并且可设置为与转子叶片(11)的端部(120a)和(120b)具有间隙。例如，考虑到在转子叶片(11)旋转时与周围组件的干涉，间隙的尺寸可以是大约5mm。转子叶片(11)可容纳在引导构件(12)的内部空间中。

根据各种实施例的引导构件(12)可在转子叶片(11)旋转时起到稳定在负压下抽吸的流场的作用，并且在转换到正压时稳定地推动喷射流。例如，引导构件(12)可包括喇叭口。引导构件(12)可与转子叶片(11)平行地设置，而不与扩压器(13)的上部区域叠置。

根据各种实施例，引导构件(12)可包括：第一部分(120)，至少部分地容纳在扩压器(13)中；以及第二部分(122)，设置为从扩压器(13)突出。例如，引导构件(12)的截面可具有环形形状。第二部分(122)可从第一部分(120)沿着直径增大的倾斜方向延伸。第二部分(122)的截面可形成为弯曲形状。第一部分(120)和第二部分(122)中的每者的截面可具有环形形状。

根据各种实施例，扩压器(13)可与引导构件(12)同轴地设置并在径向方向上与引导构件间隔开。扩压器(13)可提供用于朝向由转子叶片(11)产生的主流混合周围流体(诸如二次流体)的流场。

图3a和图3b是各自示出根据本公开的各种实施例的由于无人驾驶飞行器的安全防护装置而发生的流体流动的示图。图3c和图3d是分别示出根据本公开的各种实施例的由于无人驾驶飞行器的安全防护装置而发生的流动分析结果中的速度场和压力场的示图。

参照图3a至图3d，在一般流场中，具有小动量(momentum)的区域中的流动可被集中并且作为具有大动量的流动被喷射。因此，在根据各种实施例的无人驾驶飞行器(10)中，可通过转子叶片(11)喷射具有大动量的流场(例如，产生主流)，并且可在安全防护装置(14)周围形成具有小动量的流场(例如，二次流场)。

根据各种实施例，在无人驾驶飞行器(10)的流动中，由于二次流场(二次气流(secondaryair-flow))向主流(mainstream)运动以与其混合，因此可获得放大流率的结果。由于这样的流率增大，由无人驾驶飞行器(10)因而施加到地面并分布在地面上的压力增大，因此可增大推力。

在根据各种实施例的无人驾驶飞行器中，通过引导构件的径向双重结构朝向主流引导二次流动。具体地，由于扩压器的形状(例如，由于凹部)，二次流动可朝向主流流动以与其混合。

图4a是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的平面图。图4b是示出根据本公开的各种实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的截面侧视图。

参照图4a和图4b，在根据各种实施例的无人驾驶飞行器(10)中，当扩压器(13)的下端的内径被定义为d1并且转子叶片(11)的直径被定义为d2时，d1/d2的比可以是60％至70％。例如，在根据各种实施例的无人驾驶飞行器(10)中，当d1/d2的比为65％时，流率可被放大到最高水平，从而产生增大的推力。

在根据各种实施例的无人驾驶飞行器(10)中，当转子叶片(11)的直径被定义为d2并且扩压器(13)的竖直宽度被定义为d3时，d3/d2的比可以是20％至25％。例如，在根据各种实施例的无人驾驶飞行器(10)中，当d3/d2的比为22％时，流率可被最大程度地放大，从而产生增大的推力。

图5a是示出根据本公开的各种实施例的扩压器的平面图。图5b是示出根据本公开的各种实施例的扩压器的底视图。图5c至图5e是各自示出根据本公开的各种实施例的扩压器的透视图。

参照图5a至图5e，将描述根据各种实施例的扩压器(13)的形状。

参照图5a至图5e，根据各种实施例的扩压器(13)可包括具有环形形状的顶端(130a)(topend)和具有牵牛花花瓣形状的底端(130b)(bottomend)。例如，扩压器(13)的底端(130b)的形状可包括对称布置的多个凹口(130)，并且多个凹口(130)的数量可以是八个。

例如，扩压器(13)中的凹口(130)的数量不需要限制为八个，而可以是四个、六个或十个。另外，由于多个凹口(130)，扩压器(13)可包括多个凸部(132)。凸部(132)中的每个凸部可定位在相应的相邻凹口(130)之间。凹部(130)和凸部(132)可彼此一体地构造，并且可以以弯曲形状彼此连接。另外，每个凹部(130)通过倾斜壁限定空间，并且由转子叶片的旋转产生的二次流动可沿着倾斜壁朝向主流(中心轴线)前进。

根据各种实施例的扩压器(13)可具有凸部(132)和凹口(130)从顶端(130a)到底端(130b)逐渐增大的形状。在扩压器(13)中，由转子叶片(11)产生的二次流动朝向主流流动并通过凹口(130)与主流混合，因此流率可被最大程度地放大。

根据各种实施例的扩压器(13)可具有凹口(130)和凸部(132)从顶端(130a)到底端(130b)逐渐增大的形状。

根据各种实施例的每个凹口(130)可在对应的内边缘区域(1300)中具有包含曲率的开口形状。相应的凹口(130)可围绕中心轴线(a)竖直对称和水平对称地布置，并且形成在相应的内边缘区域(1300)中的具有曲率的部分围绕中心轴线(a)对称地布置。

图6示出了分别示出了包括传统的安全防护装置的无人驾驶飞行器和包括根据本公开的各种实施例的安全防护装置的无人驾驶飞行器的底部上的流率和平均压力的示图。

参照图6，在包括传统的安全防护装置的无人驾驶飞行器和包括安全防护装置(14)(具有考虑了防损坏的稳定性和流动特性的形状)的无人驾驶飞行器(10)的性能指标之中，如下比较地面上的流率和压力的差异。

包括传统的安全防护装置的无人驾驶飞行器的流率为35.446cmm，并且包括安全防护装置(14)的形状的无人驾驶飞行器(10)的流率为42.708cmm(cubicmeterperminute，立方米每分钟)。也就是说，可看出，与传统的无人驾驶飞行器的流率相比，包括安全防护装置(14)的形状的无人驾驶飞行器(10)的流率增大了约17％。

包括传统的安全防护装置的无人驾驶飞行器的压力为0.044pa(pascal，帕斯卡)，并且包括安全防护装置(14)的形状的无人驾驶飞行器(10)的压力为0.104pa。也就是说，可看出，包括安全防护装置(14)的形状的无人驾驶飞行器(10)的压力相对于地面增大了约2.5倍，并且由于从地面接收的压力的增大，推力也增大约2.5倍。

图7是示出根据本公开的各种其他实施例的无人驾驶飞行器的安全防护装置的截面图。

参照图7，根据各种实施例的引导构件(12)可通过以相等的间隔布置的多个连接框架(15)一体地连接到扩压器(13)。连接框架(15)可与扩压器一体地注塑成型。例如，可以以相等的间隔设置两个、四个或八个连接框架。连接框架(15)可利用与引导构件(12)和扩压器(13)的材料相同的材料制成。

因此，可看出，由于安全防护装置(14)的形状考虑了流动特性和防止损坏飞行器机身和转子叶片(11)的稳定性，因此根据各种实施例的无人驾驶飞行器可具有增大推力的效果。

已呈现了本公开的在说明书和附图中描述和示出的各种实施例，以容易地解释本公开的技术内容并帮助理解本公开的实施例，并且本公开的各种实施例不旨在限制本公开的范围。因此，除了这里公开的实施例之外，本公开的范围应当被解释为包括基于本公开的技术构思衍生的所有改变和修改。