RU2685107C1 - Multi-copter - Google Patents
Multi-copter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2685107C1 RU2685107C1 RU2018132441A RU2018132441A RU2685107C1 RU 2685107 C1 RU2685107 C1 RU 2685107C1 RU 2018132441 A RU2018132441 A RU 2018132441A RU 2018132441 A RU2018132441 A RU 2018132441A RU 2685107 C1 RU2685107 C1 RU 2685107C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plates
- rings
- rotors
- multicopter
- electric motors
- Prior art date
Links
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 20
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 10
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 9
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 6
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920005830 Polyurethane Foam Polymers 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 235000019788 craving Nutrition 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000897 loss of orientation Toxicity 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 239000011120 plywood Substances 0.000 description 1
- 239000011496 polyurethane foam Substances 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010421 standard material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам и может быть использовано в конструкции мультикоптеров, в том числе, квадрокоптеров с дистанционным управлением для осуществления обучения пользователей управлению летательным аппаратом или для развлечений.The invention relates to rotary-wing aircraft and can be used in the construction of multikopter, including remote-controlled quadrocopters for teaching aircraft control users or for entertainment.
Известен корпус рамы летательного аппарата, содержащий раму, которая окружает корпус летательного аппарата, включая вращающиеся винты с корпусом летательного аппарата, прикрепленным к раме; и множество колес, с возможностью вращения, при этом рама выполнена трубчатой формы (см. US 2017/0050726 А1).The known frame of the frame of the aircraft, containing the frame that surrounds the body of the aircraft, including rotating screws with the body of the aircraft attached to the frame; and a plurality of wheels rotatably, wherein the frame is tubular in shape (see US 2017/0050726 A1).
Недостатками известного решения являются громоздкость летательного аппарата, снабженного такой рамой, а также большая итоговая масса летательного аппарата и связанный с этим избыточно высокий расход энергии на обеспечение полета. Избыточные массогабаритные параметры влекут повышение инерционности и связанную с этим сложность управления летательным аппаратом.The disadvantages of the known solutions are the bulkiness of the aircraft, equipped with such a frame, as well as a large total mass of the aircraft and the associated excessively high energy consumption for flight support. Excess weight and size parameters increase the inertia and the associated complexity of the control of the aircraft.
Известно устройство для очистки включающее летательный аппарат с двигателями и предохранительный каркас для защиты роторов (см. WO 2017/008776 А1).A device for cleaning comprising an aircraft with engines and a safety frame for protecting rotors is known (see WO 2017/008776 A1).
Недостатками известного устройства являются избыточная масса и габариты, что обусловлено тем, что наличие дополнительного элемента в виде общего для всех роторов предохранительного каркаса при наличии индивидуальных защитных колец роторов, как это показано на чертежах, делает устройство больше и тяжелее.The disadvantages of the known device are overweight and dimensions, due to the fact that the presence of an additional element in the form of a safety frame common to all rotors in the presence of individual protective rings of the rotors, as shown in the drawings, makes the device larger and heavier.
Известен летательный аппарат, который содержит: формованный каркасный узел, включающий в себя центральный корпус, образованный из верхнего элемента, имеющего, по меньшей мере, три плеча, выполненных за одно целое с и простирающихся наружу от центрального корпуса, и нижний элемент, имеющий, по меньшей мере, три опоры, выполненные за одно целое с и проходящие вниз; по меньшей мере, три узла двигателя, каждый из которых включает в себя электромеханический двигатель и, по меньшей мере, один соответствующий пропеллер, установленный с возможностью установки вниз; узел печатной платы, функционально установленный на центральном корпусе и выполненный с возможностью управления судном радиочастотными сигналами от портативного дистанционного управления и сменный перезаряжаемый аккумулятор, вставляемый в отсек для батареи, определяемый верхним элементом и нижним элементом, и функционально подключаемый к электрической мощности сборки печатной платы и по меньшей мере трех узлов двигателя, при этом летательный аппарат содержит съемное безопасное кольцо, установленное и простирающееся в периферической части рычагов и выполненное с возможностью защиты пропеллеров от бокового контакта (см. US 2015/0273351 А1).Known aircraft, which contains: a molded frame node that includes a Central case, formed from the upper element having at least three arms, made in one piece with and extending outward from the Central body, and the lower element, having at least three supports made in one piece with and passing down; at least three engine assemblies, each of which includes an electromechanical engine and at least one corresponding propeller installed with the possibility of installation downwards; PCB assembly, functionally installed on the central case and configured to control the vessel with radio frequency signals from a portable remote control and a replaceable rechargeable battery inserted into the battery compartment defined by the upper element and lower element and functionally connected to the electrical power of the PCB assembly and through at least three engine assemblies, while the aircraft contains a removable safety ring mounted and extending into the peripheral the second part of levers and arranged to protect the propeller from the side contact (see. US 2015/0273351 A1).
Недостатками известного решения являются, во-первых, большие габариты, обусловленные наличием кольца безопасности, которое выступает за линии, крайних точек пропеллеров по боковым сторонам устройства, а также наличием выступающих частей устройства в вертикальном направлении. Сверху это корпуса двигателей, а снизу - элементы опоры. Во-вторых, пропеллеры, установленные на оси снизу двигателей особенно уязвимы при вертикальном падении, так как при ударе о грунт, даже без деформации кольца безопасности пропеллер взаимодействует с рельефом грунта, что приводит к выходу из строя не только пропеллера, но и двигателя из-за деформации оси. Указанный недостаток усиливается тем, что масса двигателей, закрепленных на расстоянии от центра при вертикальном ударе в силу инерции стремится опрокинуть известное устройство на бок относительно площади опоры, что приводит к дополнительному механическому воздействию на пропеллер и ось двигателя. В-третьих, конструкция известного устройства, выполненная из множества отдельных соединенных между собой деталей, способствует резонансному раскачиванию легких деталей конструкции, выбирающему малейшие люфты соединений при наличии вибрации от двигателей. Это ухудшает надежность известного решения, ограничивая область его применения, а также влияет на управляемость полета.The disadvantages of the known solutions are, firstly, the large size, due to the presence of the safety ring, which stands for the line, the extreme points of the propellers on the sides of the device, as well as the presence of protruding parts of the device in the vertical direction. On top of this is the engine housing, and below - the elements of support. Secondly, the propellers mounted on the axle below the engines are especially vulnerable during a vertical fall, because when hitting the ground, even without deforming the safety ring, the propeller interacts with the relief of the ground, which leads to the failure of the propeller, but also for deformation axis. This disadvantage is aggravated by the fact that the mass of engines mounted at a distance from the center during a vertical impact due to inertia tends to knock the known device on its side relative to the bearing area, which leads to an additional mechanical effect on the propeller and the motor axis. Thirdly, the design of the known device, made of many individual interconnected parts, contributes to the resonant rocking of light parts of the structure, choosing the slightest play of the connections in the presence of vibration from the engines. This worsens the reliability of the known solution, limiting the scope of its application, and also affects the controllability of the flight.
Наиболее близким по технической сущности - прототипом является дрон поворотное крыло с опорной конструкцией, содержащей, по меньшей мере, первый рычаг, содержащий центральную часть, с радиальными от 3 до 12 компланарными ответвлениями, приспособленными для монтажа двигателей и пропеллеры дрона, в которых упомянутый первый рычаг опорной конструкции также содержит от 3 до 12 защитных кольца, расположенных вокруг центральной втулки выполненных с возможностью закрепления на центральной части упомянутого первого рычага опорной конструкции, причем каждое из указанных защитных колец расположено вокруг каждого из пропеллеров, которые не выступают вертикально за защитные кольца; центральная часть и рычаги, проходящие в радиальном направлении от опорной структуры первого рычага образуют целостный и унитарный корпус, изготовленный из вспененного полимера, имеющего плотность от 20 до 100 г/л измеренный в соответствии с ISO 845:2006, а защитные кольца образуют интегральное и унитарное тело, также выполненное из вспененной смолы, имеющей плотность от 20 до 100 г/л, измеренную в соответствии со стандартом ISO 845:2006; в результате чего пропеллеры защищены от бокового удара (См. ЕР 3116780 В1).The closest to the technical essence of the prototype is a drone swivel wing with a support structure containing at least the first lever containing the central part, with radial from 3 to 12 coplanar branches adapted for mounting engines and drone propellers, in which the said first lever the supporting structure also contains from 3 to 12 protective rings arranged around the central sleeve made with the possibility of mounting on the central part of the said first lever of the supporting structure, p When in use, each of said protection rings disposed around each of the propellers, which does not protrude vertically beyond the protective ring; The central part and the levers extending radially from the support structure of the first lever form an integral and unitary body made of foamed polymer having a density from 20 to 100 g / l measured in accordance with ISO 845: 2006, and protective rings form an integral and unitary a body also made of foamed resin having a density of from 20 to 100 g / l, measured in accordance with ISO 845: 2006; whereby the propellers are protected from side impact (See EP 3116780 B1).
Предполагается, что при столкновении с человеком соответствующая часть мягкого защитного кольца, образующего, защитную оболочку, должна сминаться с тем, чтобы предотвратить травму, или смягчить последствия удара.It is assumed that in the event of a collision with a person, the corresponding part of the soft protective ring that forms the protective sheath should be wrinkled in order to prevent injury, or to mitigate the effects of the impact.
Однако известно, что для создания горизонтальной тяги плоскость несущего винта должна иметь наклон в сторону движения, то есть в момент столкновения дрона с препятствием, расположенным на его пути, плоскость дрона наклонена в сторону движения, причем наклон тем больший чем выше скорость движения дрона. Смятие же кольца в случае столкновения при горизонтальном полете происходит в направлении, противоположном движению, то есть под углом к плоскости наклоненного дрона. В итоге кольцо сминается не в направлении несущего винта, а загибается ниже, под винт, обнажая его. Внешняя режущая кромка на окончании несущего винта, особенно опасна для препятствия, поэтому отсутствие ограничения деформируемой части кольца создает высокую вероятность травмы от вращающегося винта при столкновении. Таким образом, если несущий винт, согласно формулы известного решения всего лишь не выступает вертикально за плоскость кольца, то этого недостаточно для предотвращения угрозы травмирования при столкновении с человеком. Известное решение может обеспечить защиту при статических режимах, но не при столкновении в полете.However, it is known that to create a horizontal thrust plane of the rotor must have an inclination in the direction of motion, that is, at the time of the collision of the drone with an obstacle located in its path, the plane of the drone is inclined in the direction of motion, and the inclination is the greater the higher the speed of the drone. The ring crush in the event of a collision during horizontal flight occurs in the opposite direction of motion, that is, at an angle to the plane of the inclined drone. As a result, the ring is not crushed in the direction of the main screw, but is bent lower, under the screw, exposing it. The outer cutting edge at the end of the rotor is especially dangerous for an obstacle, so the absence of a restriction on the deformable part of the ring creates a high probability of injury from a rotating screw in a collision. Thus, if the bearing screw, according to the formula of a known solution, does not just protrude vertically beyond the plane of the ring, then this is not enough to prevent the risk of injury when colliding with a person. The known solution can provide protection in static modes, but not in a collision in flight.
Более того, при столкновении с препятствием происходит смятие кольца, в результате которого поверхность кольца соприкасается с передним несущим винтом, останавливая его вращение. При этом сам дрон движется по инерции, а задние винты продолжая вращаться и создавая тягу, вызывают опрокидывание дрона на препятствие, что, в свою очередь, грозит причинением дальнейших травм или повреждений препятствию от вращения остальных несущих винтов. Указанные недостатки снижают безопасность использования известного решения и ограничивает тем самым возможности использования известного решения в многолюдных местах.Moreover, when confronted with an obstacle, the ring collapses, as a result of which the ring surface contacts the front rotor, stopping its rotation. At the same time, the drone itself moves by inertia, while the rear screws continue to rotate and create cravings, causing the drone to tip over to an obstacle, which in turn threatens to cause further injuries or damage to the obstacle from the rotation of the other rotors. These drawbacks reduce the safety of using the known solution and thereby limits the possibility of using the known solution in crowded places.
Другой недостаток также связан с возможностью смятия кольца, при котором происходит взаимодействие кольца с вращающимся винтом. Несущий винт представляет собой объемную фигуру, так, что даже при смятии кольца в момент столкновения в направлении под винт внутренняя поверхность кольца соприкасается с вращающимся с высокой скоростью винтом вызывая его деформацию и, как следствие, выход из строя винта. Для дальнейшего использования несущий винт должен быть заменен.Another disadvantage is also associated with the possibility of ring crushing, in which the ring interacts with a rotating screw. The bearing screw is a three-dimensional figure, so that even when the ring is crushed at the moment of collision in the direction of the screw, the inner surface of the ring comes into contact with the screw rotating at high speed causing its deformation and, as a result, failure of the screw. For continued use, the bearing screw must be replaced.
Еще один недостаток связан с конструкцией известного решения, в котором опорная конструкция выполнена в виде радиальных лучей, сходящихся к центральной части, находящейся ниже плоскости защитных колец. В такой конструкции центр тяжести находится ниже плоскости несущих винтов и для создания горизонтальной тяги наклон плоскости винтов должен обеспечить перемещение центра тяжести примерно на величину b=c×sin α,Another disadvantage associated with the design of the known solution, in which the support structure is made in the form of radial rays converging to the central part, which is below the plane of the protective rings. In such a design, the center of gravity is below the plane of the rotors and to create a horizontal thrust, the inclination of the propeller plane should provide for the movement of the center of gravity approximately by the value b = c × sin α
где: с - расстояние между центром тяжести и плоскостью несущих винтов;where: s is the distance between the center of gravity and the plane of the rotors;
α - угол наклона плоскости винтов.α is the angle of inclination of the plane of the screws.
Расстояние, на которое должен быть перемещен центр тяжести пропорционально величине удаления центра тяжести от плоскости винтов, соответственно, чем больше это расстояние, тем большая работа должна быть совершена при наклоне плоскости для получения горизонтальной тяги, то есть тем большие затраты электроэнергии необходимы для осуществления маневрирования.The distance by which the center of gravity should be proportional to the distance of the center of gravity from the plane of the screws, respectively, the greater this distance, the more work must be done when the plane is tilted to obtain horizontal thrust, that is, the greater the cost of electricity needed to perform maneuvering.
Места установки двигателей в известном решении и бокс в центральной части для размещения контроллера находятся на едином корпусе, вследствие чего вибрации от работающих двигателей прикладываются к контроллеру с его чувствительными датчиками, в том числе акселерометрами, что приводит к ошибкам в соответствующих измерениях при осуществлении полета дрона. Ошибочные показания датчиков усложняют полет, ухудшают его управляемость, а также негативно влияют на надежность соединения электрических коннекторов, что является недостатком известного решения и ограничивает область его применения.The installation location of the engines in the well-known solution and the box in the central part to accommodate the controller are on a single case, as a result of which vibrations from the working engines are applied to the controller with its sensitive sensors, including accelerometers, which leads to errors in the corresponding measurements when the drone is flying. Erroneous sensor readings complicate the flight, impair its handling, and also adversely affect the reliability of the connection of electrical connectors, which is a drawback of the known solution and limits its scope.
При вертикальном падении известное решение соприкасается с поверхностью земли в первую очередь нижней центральной частью, которая принимает на себя всю силу удара и при сильном ударе может быть даже разрушена, после чего дрон накреняется и ударяется боковой частью, т.е. соответствующим кольцом, которое изгибается вверх и обнажает вращающийся винт, который, в результате цепляет грунт, что, в свою очередь приводит к выходу соответствующих несущих винтов из строя. Такая уязвимость конструкции при вертикальном падении также является недостатком известного решения.In a vertical fall, the known solution comes into contact with the ground, primarily the lower central part, which assumes all the impact force and with a strong impact can even be destroyed, after which the drone tilts and hits the side part, i.e. corresponding ring, which bends upwards and exposes the rotating screw, which, as a result, catches the ground, which in turn leads to the failure of the respective rotors. Such a design's vulnerability in vertical fall is also a disadvantage of the known solution.
Объемная конструкция дрона, предполагающего наличие заниженной центральной части, наличие выступающих снизу опор, рельефный характер лучей и других элементов конструкции не позволяют известному решению достигать мобильности в сложных условиях наличия препятствий в силу риска зацепления выступающей частью конструкции за ветки или иное препятствие, или за рядом летящий дрон. Последствием зацепления за препятствие является потеря ориентации и падение дрона.The volumetric design of the drone, which implies the presence of an underestimated central part, the presence of protruding supports from below, the relief nature of the rays and other structural elements do not allow the well-known solution to achieve mobility in difficult conditions of obstacles due to the risk of engagement with a protruding part of the construction branch or other obstruction drone. The consequence of engaging the obstacle is the loss of orientation and the fall of the drone.
Техническим результатом является: The technical result is:
- исключение возможности соприкосновения внешней режущей кромки несущих винтов с препятствием при столкновении в горизонтальном полете, обеспечивающее расширение области применения,- the exclusion of the possibility of contact between the outer cutting edge of the rotors with an obstacle during a collision in horizontal flight, ensuring the expansion of the field of application,
- уменьшение вероятности поломки несущих винтов из-за их соприкосновения с внутренней частью бампера при его деформировании от столкновения, обеспечивающее повышение надежности,- reducing the likelihood of breakage of the rotors due to their contact with the inside of the bumper when it is deformed from a collision, providing increased reliability,
- снижение вероятности разрушения конструкции при вертикальном падении, обеспечивающее повышение надежности,- reducing the likelihood of destruction of the structure with a vertical drop, providing increased reliability,
- снижение энергозатрат при маневрировании,- reduction of energy consumption during maneuvering,
- улучшение надежности управления за счет снижения влияния вибрации от двигателей,- improving the reliability of control by reducing the influence of vibration from the engines,
- повышение мобильности в условиях, осложненных наличием препятствий.- increase mobility in conditions complicated by the presence of obstacles.
Указанный технический результат достигается тем, что в мультикоптере, содержащем электродвигатели с несущими винтами и кольца из полимерного материала, указанные кольца из полимерного материала закреплены между двумя верхней и нижней параллельными и соединенными между собой посредством стоек пластинами, образующими индивидуальные защитные кольца вокруг вращающихся несущих винтов, при этом электродвигатели установлены на опорных рычагах одной из пластин, а несущий винт не выступает за плоскости внешних поверхностей пластин.This technical result is achieved by the fact that in a multicopter containing electric motors with bearing screws and rings made of polymeric material, said rings made of polymeric material are fixed between two upper and lower parallel and interconnected by means of racks forming individual protective rings around rotating supporting screws, however, the electric motors are mounted on the support arms of one of the plates, and the rotor does not protrude beyond the planes of the external surfaces of the plates.
Кроме того: Besides:
- пластины выполнены в виде колец, количество которых соответствует количеству несущих винтов;- plates are made in the form of rings, the number of which corresponds to the number of rotors;
- верхняя и нижняя пластины выполнены монолитными в виде двух единых деталей;- the upper and lower plates are made monolithic in the form of two single parts;
- стойки выполнены в виде металлических стержней;- racks are made in the form of metal rods;
- кольца из полимерного материала выполнены в виде единой детали, форма внешнего периметра которой соответствует форме внешнего периметра пластин.- rings made of polymeric material are made in the form of a single part, the shape of the outer perimeter of which corresponds to the shape of the outer perimeter of the plates.
Мультикоптер поясняется с помощью чертежей, где на Фиг 1 показан общий вид мультикоптера, на Фиг. 2 - деформация бампера в результате столкновения с препятствием, на Фиг. 3 - схема соединения конструктивных элементов мультикоптера, на Фиг 4 - схема перемещения центра тяжести мультикоптера при переходе к горизонтальному движению,The multicopter is explained with the help of the drawings, where Fig. 1 shows a general view of the multicopter, Fig. 2 shows the deformation of the bumper as a result of a collision with an obstacle; in FIG. 3 is a diagram of the connection of the structural elements of the multicopter; FIG. 4 is a diagram of the movement of the center of gravity of the multikopter during the transition to horizontal movement;
На чертежах сделаны следующие обозначения:In the drawings made the following notation:
1 и 2 - верхняя и нижняя кольцеобразные пластины, соответственно, 3 - кольцо из полимерного материала или бампер, 4 - алюминиевые стойки или шпильки для жесткого соединения кольцеобразных пластин, 5 - электродвигатель, 6 - несущий винт, 7 - крышка отсека для размещения контроллера и батареи источника питания; 8 - плоскость внешней поверхности верхней пластины, 9 - угол α наклона плоскости винтов при горизонтальном полете; 10 - препятствие, 11 - направление горизонтального движения, 12 - центр тяжести, 13 - величина перемещения центра тяжести при переходе к горизонтальному полету, 14 - плоскость горизонта, 15 - выборки материала пластины, 16 - опорные рычаги на нижней пластине для установки электродвигателя, 17 - плоскость внешней поверхности нижней пластины.1 and 2 - upper and lower ring-shaped plates, respectively, 3 - polymer ring or bumper, 4 - aluminum struts or studs for rigidly connecting ring-shaped plates, 5 - electric motor, 6 - bearing screw, 7 - cover of the compartment to accommodate the controller and battery power supply; 8 - the plane of the outer surface of the upper plate, 9 - the angle α of inclination of the plane of the screws during horizontal flight; 10 is an obstacle, 11 is the direction of horizontal movement, 12 is the center of gravity, 13 is the amount of movement of the center of gravity when moving to horizontal flight, 14 is the horizon plane, 15 is the sample of the plate material, 16 are supporting levers on the bottom plate for mounting the electric motor, 17 - the plane of the outer surface of the bottom plate.
Мультикоптер содержит электродвигатели с несущими винтами, которые установлены между двумя: верхней и нижней параллельными пластинами из листового материала, между которыми закреплен, выполненный единой деталью из вспененного полимерного материала в форме колец вокруг несущих винтов, своеобразный бампер, обеспечивающий гашение вибраций от одной из пластин к другой и смягчение удара при столкновении.The multirotor contains electric motors with rotors, which are installed between two: upper and lower parallel plates of sheet material, between which is fixed, made in one piece of foamed polymeric material in the form of rings around rotors, a kind of bumper providing vibration damping from one of the plates to other and mitigate impact in a collision.
Пластины выполнены в виде колец вокруг несущих винтов и жестко соединены между собой посредством алюминиевых стоек или шпилек, образуя жесткую раму корпуса мультикоптера. При этом верхняя и нижняя пластины выполнены едиными деталями, на одной из которых, в данном случае на нижней, предусмотрены опорные рычаги для установки электродвигателей. Для облегчения конструкции в пластинах и в бампере сделаны выборки, которые могут быть выполнены декоративной формы.The plates are made in the form of rings around the rotors and are rigidly interconnected by means of aluminum struts or studs, forming a rigid frame of the multicopter housing. In this case, the upper and lower plates are made in single parts, on one of which, in this case, on the lower one, support arms for the installation of electric motors are provided. To facilitate the design, samples have been made in the plates and in the bumper, which can be made of a decorative shape.
В конкретном случае исполнения кольцеобразные пластины могут быть выполнены из листового алюминия марки Д16Т, в тоже время для целей снижения веса или, например, снижения стоимости кольцевые пластины могут быть выполнены из других материалов, таких как карбон, пластик, фанера и др. Верхняя и нижняя пластины могут быть выполнены также из разных материалов.In the specific case of execution, the ring-shaped plates can be made of sheet aluminum of the D16T grade, while at the same time for the purpose of reducing weight or, for example, reducing the cost, the ring plates can be made of other materials, such as carbon, plastic, plywood, etc. Top and bottom plates can also be made of different materials.
Кольца из полимерного материала могут быть выполнены из таких материалов, как пенополиуритан с плотностью от 40 до 220 кг/м3, EVA той же плотности и пр.Polymer rings can be made of materials such as polyurethane foam with a density of 40 to 220 kg / m 3 , EVA of the same density, etc.
Кольцеобразные пластины формируют верхнюю и нижнюю плоскости мультикоптера в границах которых установлены электродвигатели с несущими винтами.Ring-shaped plates form the upper and lower planes of the multikopter in the boundaries of which electric motors with rotors are mounted.
Кольца из полимерного материала могут выступать за периметр кольцеобразных пластин, образуя внешнюю часть бампера.Polymer rings may protrude beyond the perimeter of the annular plates, forming the outer part of the bumper.
На опорных рычагах, в данном случае нижней пластины установлены двигатели с несущими винтами, а на другой, в данном случае - верхней пластине в центральной ее части закреплены контроллер. Батарея питания размещена между пластинами в центральной части корпуса устройства.On the support arms, in this case, the bottom plate is fitted with motors with rotors, and on the other, in this case, top plate in its central part, a controller is fixed. The battery is placed between the plates in the central part of the device.
В другом варианте исполнения опорные рычаги для крепления двигателей могут быть выполнены на верхней пластине, а контроллер в этом случае закреплен на нижней пластине.In another embodiment, the support arms for fastening engines can be performed on the upper plate, and the controller in this case is fixed on the lower plate.
Место установки контроллера закрыто крышкой аэродинамической формы из пластика или иного радиопрозрачного материала.The controller's installation site is covered with an aerodynamic-shaped lid made of plastic or other radiotransparent material.
Соединенные между собой через слой вспененного полимерного материала пластины обеспечивают высокую прочность конструкции, в том числе при воздействии на ее изгиб, что особенно актуально при вертикальном падении.Interconnected through a layer of foamed polymeric material plates provide high structural strength, including when exposed to its bending, which is especially important for vertical fall.
Мультикоптер снабжен видеокамерой, размещенной на боковой стороне, между верхней и нижней пластинами.The multirotor is equipped with a video camera located on the side between the upper and lower plates.
При необходимости мультикоптер может быть снабжен навесным внешним оборудованием или грузовым отсеком. В этом случае на нижней пластине могу быть установлены опорные стойки, которые могут быть закреплены на нижней пластине по ее периметру, что обеспечит максимальную устойчивость при посадке.If necessary, the multikopter can be equipped with external equipment or cargo compartment. In this case, on the bottom plate can be installed support struts that can be fixed on the bottom plate along its perimeter, which will ensure maximum stability during landing.
Мультикоптер работает следующим образом.Multikopter works as follows.
Мультикоптер может быть выполнен содержащим три, четыре (в случае квадрокоптера), шесть или более электродвигателей с несущими винтами, управление вращением которых осуществляется с помощью контроллера, запитываемого от батареи источника питания.A multirotor can be made with three, four (in the case of a quadrocopter), six or more electric motors with rotors, the rotation control of which is carried out using a controller powered by a battery power source.
Горизонтальное перемещение мультикоптера обеспечивается за счет разницы в частоте вращения соответствующих несущих винтов, при котором появляется наклон плоскости мультикоптера в сторону горизонтального движения. Конструкция мультикоптера характеризуется размещением наиболее массивных частей, таких как батарея и электродвигатели, внутри рамы корпуса, т.е. между плоскостями верхней и нижней пластин, в силу чего центр тяжести устройства также должен находиться в точке, расположенной между пластинами. В такой конструкции переход на горизонтальный полет связан с совершением минимальной работы на перемещение центра тяжести и, соответственно, требует минимальных энерго затрат, что обеспечивает минимизацию потребление энергии при маневрировании.The horizontal movement of the multicopter is ensured by the difference in the frequency of rotation of the respective rotors, at which an inclination of the multicopter plane appears in the direction of horizontal movement. The multicopter design is characterized by the placement of the most massive parts, such as a battery and electric motors, inside the frame of the case, i.e. between the planes of the upper and lower plates, whereby the center of gravity of the device must also be at a point located between the plates. In this design, the transition to horizontal flight is associated with the performance of the minimum work to move the center of gravity and, accordingly, requires minimal energy costs, which minimizes energy consumption during maneuvering.
Конструкция мультикоптера, ограниченная сверху и снизу плоскостями внешней поверхности кольцевых пластин обеспечивает высокую степень мобильности, позволяющей устройству «проскальзывать» между такими препятствиями как ветки деревьев или параллельно висящие провода без ущерба устройству и без угрозы зацепиться с последующим падением. При касательном столкновении мультикоптеров, благодаря их форме, также низки риски поломки или падения. Таким образом, конструкция мультикоптера обеспечивает высокую его мобильность в условиях, осложненных наличием препятствий.The multicopter construction, bounded above and below by the planes of the outer surface of the annular plates, provides a high degree of mobility, allowing the device to “slip” between obstacles such as tree branches or parallel-hanging wires without damage to the device and without the threat to be hooked and subsequently dropped. With a tangential collision, multikopter, due to their shape, also the risks of breakage or fall are low. Thus, the design of the multicopter provides its high mobility in conditions complicated by the presence of obstacles.
В случае лобового столкновения с препятствием внешняя часть бампера эластично деформируется в пределах, ограниченных краями кольцеобразных пластин. При этом внутренняя часть бампера остается на прежнем месте удерживаемая стойками, соединяющими пластины, что предотвращает выход несущих винтов из строя из-за соприкосновения вращающихся винтов с бампером. Таким образом в большом диапазоне скоростей, благодаря наличию алюминиевых стоек, соединяющих кольцевые пластины, кольцо из полимерного материала при столкновении с препятствием сминается лишь с внешнего края, обеспечивая исключение повреждения несущего винта в большинстве случаев столкновений.In the case of a frontal collision with an obstacle, the outer part of the bumper is elastically deformed within the limits of the edges of the annular plates. At the same time, the internal part of the bumper remains in the same place held by the struts connecting the plates, which prevents the output screws from breaking down due to the contact of the rotating screws with the bumper. Thus, in a large range of speeds, due to the presence of aluminum struts connecting the annular plates, the ring of polymeric material in a collision with an obstacle is crushed only from the outer edge, ensuring that the main rotor is not damaged in most collisions.
Конструкция мультикоптера исключает возможность нанесения травмы вращающимся винтом при столкновении с человеком, так как несущий винт постоянно находится внутри жестко связанных между собой посредством металлических стоек верхней и нижней пластин. В случае очень сильного удара, повлекшего деформацию пластин в направлении винтов, несущий винт своей режущей кромкой может разрушить материал полимерного кольца, но не сможет все-таки выйти за периметр мультикоптера благодаря наличию алюминиевых стоек, которые гарантированно остановят винт, предотвратив возможность нанесения травмы.The design of the multicopter eliminates the possibility of injury by a rotating screw in a collision with a person, since the main rotor is always inside tightly interconnected by means of metal struts of the upper and lower plates. In the case of a very strong impact that caused the plates to deform in the direction of the screws, the bearing screw with its cutting edge can destroy the material of the polymer ring, but it still cannot go beyond the perimeter of the multicopter due to the aluminum pillars that will surely stop the screw, preventing the possibility of injury.
Благодаря тому, что кольца из полимерного материала, а также верхняя и нижняя пластины выполнены едиными деталями, то есть монолитными, пространственная конструкция мультикоптера обладает высокой степенью жесткости и устойчивостью к внешним механическим воздействиям.Due to the fact that the rings of polymer material, as well as the upper and lower plates are made of uniform parts, that is, monolithic, the spatial design of the multicopter has a high degree of rigidity and resistance to external mechanical stress.
При вертикальном падении мультикоптер соприкасается с грунтом или иной поверхностью всей своей плоскостью, что обеспечивает распределение силы удара по элементам всей конструкции, смягчая его для отдельных узлов устройства и уменьшая чувствительность к падениям. При этом, благодаря жесткому взаимному соединению пластин, устойчивому к изгибу, и отсутствию выступающих частей электродвигателя и несущего винта за плоскости верхней и нижней пластин исключается соприкосновение несущих винтов с окружающими предметами, что обеспечивает возможность длительного срока службы, благодаря сохранности в рабочем состоянии винтов и электродвигателей.In the vertical fall, the multi-rotor contacts the ground or another surface with its entire plane, which ensures the distribution of the impact force over the elements of the whole structure, softening it for individual units of the device and reducing the sensitivity to falls. At the same time, due to the rigid interconnection of the plates, resistant to bending, and the absence of protruding parts of the electric motor and the rotor beyond the plane of the upper and lower plates, contact of the rotors with surrounding objects is prevented, which ensures the possibility of a long service life due to the safety of the screws and electric motors .
Низкая чувствительность к падениям, в том числе и от столкновения с внешними препятствиями, такими как ветки деревьев или кустарник обеспечивают высокую живучесть мультикоптера.Low sensitivity to falls, including collisions with external obstacles, such as tree branches or shrubs, ensure a high durability of the multicopter.
Монолитное исполнение конструкции колец из полимерного материала обеспечивает дополнительную жесткость конструкции.The monolithic design of the ring of polymeric material provides additional rigidity.
Одновременное выполнение пластин монолитными, что обеспечивает снижение частоты резонансных колебаний деталей, наличие между двумя монолитными пластинами слоя из полимерного материала, снижающее вибрационную связь между пластинами, а также разнесение мест установки двигателей и датчиков контроллера по разным пластинам обеспечивает гашение вибраций от расположенных на опорных рычагах одной из пластин - нижней двигателей, к другой - верхней пластине, на которой закреплены акселерометры контроллера. Такая комбинация конструктивных элементов обеспечивает результат, не являющийся следствием каждого конструктивного элемента, взятого в отдельности, а именно: исключение негативного влияния вибрации на работу датчиков контроллера. Снижение вибрации на датчиках, в том числе акселерометрах обеспечивает улучшение управляемости полета и повышение надежности управления мультикоптером.Simultaneous implementation of monolithic plates, which reduces the frequency of resonant oscillations of parts, the presence of a layer of polymer material between two monolithic plates, which reduces the vibrational coupling between the plates, and the separation of the installation sites of the engines and sensors of the controller across different plates provides for damping vibrations from the support arms of one from the plates - the bottom of the engines, to the other - the top plate, on which the accelerometers of the controller are fixed. This combination of structural elements provides a result that is not a consequence of each structural element taken separately, namely: the exclusion of the negative influence of vibration on the operation of the sensors of the controller. Reducing vibration on sensors, including accelerometers, provides improved flight controllability and increased reliability of multikopter control.
Комбинация конструктивных свойств, в числе которых выполнение конструкции своеобразного трехслойного сечения с одновременным условием расположения несущего винта в границах верхней и нижней пластин, а также плоское сечение самих внешних пластин обеспечивают достижение высокой устойчивости мультикоптера к механическим воздействиям, а именно к столкновениям и в особенности к падениям, которая не может быть достигнута каждым из конструктивных свойств в отдельности. Высокая устойчивость к механическим воздействиям обеспечивает высокую эксплуатационную надежность устройства.The combination of structural properties, including the construction of a kind of three-layer section with the simultaneous condition of the location of the rotor within the upper and lower plates, as well as a flat section of the outer plates themselves ensure the achievement of high resistance of the multikopter to mechanical impacts, namely collisions and especially to falls which cannot be achieved by each of the constructive properties separately. High resistance to mechanical stress ensures high operational reliability of the device.
Еще один комбинированный эффект обусловлен одновременным выполнением средней части сечения из легкого полимерного материала, и выполнением защиты в виде индивидуальных колец, что позволяет достигнуть минимальной массы мультикоптера, и также снизить его материалоемкость.Another combined effect is due to the simultaneous execution of the middle part of the cross section of a lightweight polymer material, and the execution of protection in the form of individual rings, which allows you to achieve the minimum mass of the multikopter, and also reduce its consumption of materials.
Кроме того, пластины могут быть изготовлены путем вырубки из листового материала и образуют индивидуальные защитные кольца вокруг вращающихся несущих винтов, так, что материал пластин не выступает за линии соединяющие соседние кольца. Таким образом, габариты мультикоптера имеют минимальную возможную ширину при заданных размерах размаха несущих винтов и их взаимного удаления, а масса мультикоптера также стремится к минимальной.In addition, the plates can be made by cutting out sheet material and form individual protective rings around the rotating rotors, so that the plate material does not protrude beyond the lines connecting adjacent rings. Thus, the dimensions of the multicopter have the minimum possible width for given dimensions of the span of the rotors and their mutual removal, and the multicopter mass also tends to the minimum.
Мультикоптер может быть изготовлен с использованием стандартных материалов: пластика, листового пластичного материала и стандартных радиоэлектронных компонентов.A multirotor can be manufactured using standard materials: plastic, sheet plastic material and standard radio-electronic components.
Таким образом, мультикоптер обеспечивает исключение возможности соприкосновения внешней режущей кромки несущих винтов с препятствием при столкновении в горизонтальном полете, что делает его более безопасным и расширяет его область применения.Thus, the multicopter provides an exception to the possibility of the contact of the outer cutting edge of the rotors with an obstacle during a collision in horizontal flight, which makes it safer and expands its scope.
Мультикоптер обеспечивает исключение или уменьшение вероятности поломки несущих винтов по причине их соприкосновения с внутренней частью бампера при его деформировании от столкновения, а также обеспечивает снижение вероятности разрушения конструкции при вертикальном падении что повышает надежность устройства в целом.The multirotor ensures the elimination or reduction of the probability of breakage of the rotors due to their contact with the inside of the bumper when it is deformed from a collision, and also reduces the likelihood of structural failure during a vertical fall, which increases the reliability of the device as a whole.
Мультикоптер обеспечивает минимизацию энергозатрат при маневрировании, а также обеспечивает надежную управляемость за счет снижения влияния вибрации от двигателей.The multirotor minimizes energy consumption during maneuvering, and also provides reliable controllability by reducing the influence of vibration from the engines.
Мультикоптер обеспечивает также повышение мобильности в условиях, осложненных наличием препятствий.Multicopter also provides increased mobility in conditions complicated by the presence of obstacles.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018132441A RU2685107C1 (en) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Multi-copter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018132441A RU2685107C1 (en) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Multi-copter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2685107C1 true RU2685107C1 (en) | 2019-04-16 |
Family
ID=66168362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018132441A RU2685107C1 (en) | 2018-09-12 | 2018-09-12 | Multi-copter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2685107C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113955096A (en) * | 2021-10-09 | 2022-01-21 | 中国直升机设计研究所 | Transverse maneuvering control method for unmanned tilt rotor aircraft |
| RU223130U1 (en) * | 2023-09-14 | 2024-02-01 | Закрытое Акционерное Общество "Авиэтка" | LIGHTWEIGHT UNMANNED AIRCRAFT IN THE FORM OF A QUADROCOPTER DESIGNED FOR MONITORING |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160229530A1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-08-11 | Amazon Technologies, Inc. | Unmanned aerial vehicle protective frame configuration |
| US20170113800A1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-04-27 | Roger Freeman | Unmanned aerial vehicle protective frame configuration |
| WO2017136776A1 (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | Vantage Robotics, Llc | Durable modular unmanned aerial vehicle |
| EP3116780B1 (en) * | 2014-03-12 | 2018-02-28 | AG Project S.r.l. | Rotating-wing drone, with intrinsically protective and accident prevention supporting structure |
| RU2666493C1 (en) * | 2017-07-27 | 2018-09-07 | Акционерное общество "Научно-производственный центр Тверских военных пенсионеров" | Unmanned aerial vehicle |
-
2018
- 2018-09-12 RU RU2018132441A patent/RU2685107C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3116780B1 (en) * | 2014-03-12 | 2018-02-28 | AG Project S.r.l. | Rotating-wing drone, with intrinsically protective and accident prevention supporting structure |
| US20160229530A1 (en) * | 2014-11-24 | 2016-08-11 | Amazon Technologies, Inc. | Unmanned aerial vehicle protective frame configuration |
| US20170113800A1 (en) * | 2015-10-23 | 2017-04-27 | Roger Freeman | Unmanned aerial vehicle protective frame configuration |
| WO2017136776A1 (en) * | 2016-02-05 | 2017-08-10 | Vantage Robotics, Llc | Durable modular unmanned aerial vehicle |
| RU2666493C1 (en) * | 2017-07-27 | 2018-09-07 | Акционерное общество "Научно-производственный центр Тверских военных пенсионеров" | Unmanned aerial vehicle |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113955096A (en) * | 2021-10-09 | 2022-01-21 | 中国直升机设计研究所 | Transverse maneuvering control method for unmanned tilt rotor aircraft |
| CN113955096B (en) * | 2021-10-09 | 2023-06-27 | 中国直升机设计研究所 | Unmanned tilt rotorcraft transverse maneuvering control method |
| RU223130U1 (en) * | 2023-09-14 | 2024-02-01 | Закрытое Акционерное Общество "Авиэтка" | LIGHTWEIGHT UNMANNED AIRCRAFT IN THE FORM OF A QUADROCOPTER DESIGNED FOR MONITORING |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101260370B1 (en) | Composite Protection Structure for Flying Robot with Rotary Wings | |
| US20200385134A1 (en) | Propeller safety for automated aerial vehicles | |
| US10358213B2 (en) | Unmanned aerial vehicle protective frame configuration | |
| US9745071B1 (en) | Ejectable flight data recorder systems, methods, and devices | |
| US10974823B2 (en) | Unmanned aerial vehicle with propeller protection and high impact-survivability | |
| US10096255B1 (en) | Damage avoidance system for unmanned aerial vehicle using stored energy from descent | |
| US9862487B2 (en) | Remote-controlled platform shaped aircraft | |
| US8794566B2 (en) | Vehicle capable of stabilizing a payload when in motion | |
| EP3116780B1 (en) | Rotating-wing drone, with intrinsically protective and accident prevention supporting structure | |
| US20030025032A1 (en) | Remote controlled aircraft, in particular for surveillance or inspection | |
| US20160244162A1 (en) | Enclosed unmanned aerial vehicle | |
| FR3032425A1 (en) | AERIAL ROBOT AND METHOD FOR CATAPULATING AN AIR ROBOT | |
| WO2015177376A1 (en) | Mechanical structure for a multirotor unmanned aerial vehicle | |
| RU2685107C1 (en) | Multi-copter | |
| US11401046B2 (en) | Unmanned aerial vehicle with net assembly | |
| FR2995875A1 (en) | Frame for e.g. quadri-rotor type drone, has set of arms, rigidification unit fixed on face of frame, and absorption unit arranged for absorption of shocks is fixed on face of frame opposed to face receiving rigidification unit | |
| EP3802317B1 (en) | Passive safety system | |
| US20220097847A1 (en) | Aerial drone | |
| CN109515701B (en) | A passive anti-collision shock absorption multi-rotor UAV | |
| CN217396815U (en) | Protective unmanned aerial vehicle | |
| JPWO2020022263A1 (en) | Flying body | |
| CN207045769U (en) | A kind of safe operation protection circuit structure of unmanned plane | |
| CN112678172A (en) | Spherical unmanned aerial vehicle | |
| RU233116U1 (en) | Frame of the unmanned aerial vehicle | |
| CN220096678U (en) | Spherical unmanned aerial vehicle |