一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机的制作方法

1.本发明涉及无人机领域，具体涉及一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机。


背景技术：

2.现有随着无人机的应用广泛，大多无人机的螺旋桨桨叶在空气中旋转不断把大量空气(推进介质)向后或向下推去，在桨叶上产生一向前或向上的力，即将发动机转动功率转化为推进力或升力的装置，简称旋翼。螺旋桨结构很特殊，以单支桨叶为例，它为细长而又带有扭角的翼形叶片，桨叶的扭角(桨叶角)相当于飞机机翼的迎角，但桨叶角为桨尖与旋转平面呈平行逐步向桨根变化的扭角。因为固定翼飞机采用大型涡桨发动机，涡喷发动机和涡扇发动机，以及直升机采用大螺旋桨等巨大能量把雨直接蒸发或甩掉，因此大雨及以上雨类型对这些大型航空器及动力影响忽略不计。但小型多旋翼无人机因本身能量微弱，桨叶旋转面积不及上面的千分之一，只能提高每分钟转速来保持飞翔，然而转速一高，因下雨的水动阻力系数和桨尖运动速度的平方成比例，所以雨对高速旋转旋翼的阻力及动力损耗呈指数式上升，从而降低旋翼的推进力或升力，动力损耗增大而续航时间降低，甚至出现摔机。故在大雨及以上情况下就算无人机整体防雨，其下的电机及动力系统都防雨，无人机也无法长时间飞行，因为水的密度是空气的约800倍。流体与高速旋转的桨叶撞击极大限制了这些航空器在大雨及以上情况下的正常工作，使用价值及应用场景少近一半，而且让无人机时刻面临多变的天气而提心吊胆，对安心执行任务或特定任务(如雨天抢险救援、拍摄风景等)造成障碍或较大影响，故要像民航大客机一样对耐候性和耐水性，及在大部分雨天气下或穿云也能正常飞行，是无人机产品需要解决的问题。
3.一般情况下小雨滴为圆形，大雨滴(》5.5mm)开始为纺锤形，在其下降过程中因受空气阻力作用而呈扁平形，两侧微向上弯曲。因此，把直径≤5.5mm的，降落过程中比较稳定的雨滴称稳定雨滴；当雨滴直径》5.5mm时，雨滴不稳定，极易发生碎裂或变形，称暂时雨滴。对于直径《0.25mm的雨滴称为小雨滴。
4.降雨是由大小不同的雨滴组成的，不同直径雨滴所占的比例称为雨滴分布。小雨滴直径约为0.2mm，大雨滴直径约6.0mm以上，一次降雨的雨滴分布，用该次降雨雨滴累积体积百分曲线表示，其中累计体积为50％所对应的雨滴直径称为中数直径，用d50表示。d50表明该次降雨中大于这一直径的雨滴总体积等于小于该直径的雨滴的总体积，它与平均雨滴直径的涵义是不同的。不同强度降雨雨滴分布不同，通常雨愈大d50愈大，降雨强度变小，d50也相应减小。
5.雨强与雨滴平均直径的关系见下表。
[0006][0007]
根据中国气象科普网：大雨(heavy ra i n)，一般指日(24小时)降水量为25-49.9毫米的降雨，或者1小时降水量为8.1—16.0毫米的雨。按照传统天气学定义，把降水定义为小雨(0—9.9mm/d)、中雨(10—24.9mm/d)、大雨(25—49.9mm/d)、暴雨(50.0—99.9mm/d)、大暴雨(100mm—249.9mm/d)和特大暴雨(大于或等于250mm/d)共6个类型。本技术指大雨及以上天气条件下(以下简称大雨)。
[0008]
一种办法是：无人机上加把伞，见日本公司asahi power service设计一种新型的无人机伞，它的测试问题是：一、导致被空气阻隔，多旋翼的拉力明显降低，损耗增加，电池续航能力严重下降；二、太重；三、环境的风对它特别招风，大一点风强下的无人机就很会摔机；
[0009]
但无人机不能对抗大雨天，哪怕整体做防水让内部电路不会受潮漏电短路或铁铜不会受潮生锈也不行。如1、电机轴承2、电调、3、芯片、飞控、4、电路板5、电池6、遥控器等全要达到ip55防水等级，该无人机也不能在大雨下飞行，就算强制飞行，也会出现故障、能源不足，甚至摔机。因为雨哪怕被防水技术隔绝后，我们针对大中小雨分析：针对很小的雨，就有部分一点点雨掉入旋翼中而产生阻力非常小，故针对整体做防水ip55等级以上的无人机可以飞；对中雨(如大于100mm/24h的雨量下飞行)就有部分雨掉入旋翼中而产生一定的阻力，但无人机桨翼高速转动时产生离心力可将雨水甩开，故针对整体做防水ip55等级以上的无人机可以飞，但只能在强烈需求下短时间飞行几分内。
[0010]
针对大雨，则因为水的密度是空气的约800倍。对多旋翼无人机的旋翼每分钟转速在2000-20000转，在桨叶的叶尖末梢，其转速接近声速，因水阻力系数和运动速度的平方成比例，所以大雨对高速旋转旋翼的阻力及损耗呈指数式上升，从而降低旋翼的拉力，降低无人机的载荷能力，就算飞控提升转速，但对电机和电池损耗数倍，电池很快用完电而摔机，有些动力产生的升力不足无人机的重量就摔机，故在大雨下就算整体无人机防雨，也只能尽快降落。
[0011]
同类对比文件如cn201720923346.8，cn214690123u(中心机壳防雨，电机轴封，公开了无人机的防水外壳，公开了电路进行防水处理，而没有公开螺旋桨如何对抗大雨阻力变大的技术。cn201510009189.5公开了用喷气伞、喷气球的方式，cn201810886413.2公开了通过开关通风窗口实现减小与机身相贴合的空气的粘度，达到减小飞行阻力的效果。cn202022258297.5公开了在无人机中央一小部分面积放了一个玻璃罩(类似人的钢盔帽)把一部分机身罩起来的机身防水技术。


技术实现要素：

[0012]
本发明的目的在于提供一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机，旨在解决现有技术中存在的问题，让无人机抵御大雨恶劣天气的能力，特别是防大雨及以上，加了本装置，对无人机动力的性能损耗不到5％，有效续航时间比不加本装置多30％以上且不会摔机，即本装置起到了实质性的防摔、防坏、防飞行时间损耗的功能。
[0013]
本发明是这样实现的，本发明所采用的技术方案是：一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机，包括无人机和遮挡物，所述无人机内置多个所述旋翼，所述旋翼的上方设置遮挡物，所述遮挡物为伞状遮挡物或螺旋状遮挡物，所述遮挡物的俯视投影面能遮住所述无人机的螺旋桨的外圆环；
[0014]
所述遮挡物设有筛网，所述遮挡物的几何中心为中空圆孔的圆心，所述中空圆孔轴心与其下螺旋桨的轴心重合。用于降低对下面所述螺旋桨进风量的阻挡；
[0015]
所述遮挡物的表面材料为疏水材料，用于最快速让雨下落出遮挡物的外面；
[0016]
所述螺旋状遮挡物由数块桨按在圆心向外径方向为轴由水平面转一定斜度的相同角度按等分圆的扇形拼接起来，在俯视投影面下能遮住其下方的所述螺旋桨的外圆环；
[0017]
所述螺旋状遮挡物分为左旋和右旋，并和所述其下对应的螺旋桨的风场方向一致。
[0018]
进一步方案为，所述筛网的孔径为0.5-4mm，用于透风即保持不加遮挡物前对其下螺旋桨的进风量。
[0019]
进一步方案为，所述遮挡物在圆心向外径方向设有倾斜角或斜坡，所述水平倾斜角为5
°‑
50
°
，用于快速让雨沿斜坡下落出遮挡物的外面。
[0020]
进一步方案为，所述中空孔的直径为伞状遮挡物或螺旋状遮挡物外圆直径的0-0.5倍，用于减少对其下方的所述螺旋桨进风量的阻挡。
[0021]
进一步方案为，所述伞状遮挡物或螺旋状遮挡物的外圆直径为所述旋翼直径的1.05-1.4倍。
[0022]
进一步方案为，所述遮挡物与旋翼的垂直间距大于旋翼直径的0.1倍以上，用于拉开遮挡物与旋翼的距离，从而减少对其下螺旋桨进风量的阻挡。
[0023]
进一步方案为，所述无人机的电机的方向朝下，所述旋翼安装在所述电机的下方，所述电机安装于无人机机臂的底部。
[0024]
进一步方案为，所述伞状遮挡物为完整曲面的伞形。
[0025]
进一步方案为，所述螺旋状的遮挡物的每块桨斜面径向最下沿设置有弧柱型的导雨沟。
[0026]
进一步方案为，所述螺旋状的遮挡物用轴承固定在无人机机臂上，在吸入风场的作用下，能自由旋转。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，无人机内置多个旋翼，旋翼的上方设置遮挡物，遮挡物为伞状遮挡物或螺旋状遮挡物，遮挡物的俯视投影面能遮住无人机的螺旋桨的外圆环，遮挡物设有筛网，遮挡物的表面材料为疏水材料，并且中间有中空孔，减少对其下方的螺旋桨进风量的阻挡，让无人机抵御大雨恶劣天气的能力，特别是防大雨及以上，对无人机动力的性能损耗和续航的降低，在同样1小时均等降水量16.0毫米的大雨标准下，加了本装置，有效续航时间比不加本装置多30％
以上且不会摔机，即本装置起到了实质性的防摔、防坏、防飞行时间损耗的功能，理想状态是和不下雨情况下接近的飞行效果，因本遮挡物会有上百克重量，故还是会给无人机一点点负荷。
[0028]
本发明不同于同类对比无人机可以防水，在小雨、中雨下可以飞1分多钟的简单指标，本技术给出了具体的损耗，特别用同等条件下电池的续航时间差距为数据指标来衡量本技术的作用和效果。
附图说明
[0029]
图1为本发明实施例的分解结构示意图；
[0030]
图2为本发明实施例的无人机的伞状遮挡物的整机结构示意图；
[0031]
图3为本发明实施例的无人机的螺旋状遮挡物的整机结构示意图；
[0032]
图4为本发明实施例的无人机的伞状遮挡物的结构示意图；
[0033]
图5为本发明实施例的无人机的螺旋状遮挡物的结构示意图；
[0034]
图6为本发明实施例的无人机的工作原理示意图。
[0035]
附图标记
[0036]
1、无人机；2、旋翼；3、电机；4、遮挡物；401、筛网；402、中空孔；403、支架；404、倾斜角；405、轴承；406、导雨沟；5、螺旋桨。
具体实施方式
[0037]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0038]
如图1至图6所示：本发明具体实施例提供一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机，包括无人机1和遮挡物4，无人机1内设置多个旋翼2或多个机臂，旋翼2的上方设置遮挡物4，遮挡物4为伞状遮挡物4或螺旋状遮挡物4，遮挡物4的俯视投影面能遮住无人机1的螺旋桨5的外圆环。
[0039]
遮挡物4设有筛网401，可以用最薄最轻的丝织品或塑料制品，减轻无人机1额外重量；遮挡物4的几何中心为中空圆孔的圆心，中空圆孔轴心与其下螺旋桨5的轴心重合，中间开个大孔也是用于降低对下面螺旋桨5进风量的阻挡；根据圆周运动线速度v＝s/t＝2πr/t，故螺旋桨5的中间部分桨转速不高，因下雨的水动阻力系数和运动速度的平方成比例，所以雨对螺旋桨5的中间部分的阻力不高，直接让雨下到螺旋桨5的中间部分，从而提升螺旋桨5的吸气量，反而提升旋翼2的升力。
[0040]
遮挡物4的表面材料为疏水材料，用于最快速让雨下落出遮挡物4的外面，防止遮挡物4上的水产生重量，增加飞机负荷；例如，对于遮挡物4为金属而言，并不具备超疏水特性，但是如果通过腐蚀刻蚀来使遮挡物4表面粗糙，同时通过氟化处理使遮挡物4表面能降低，就可以获得大于150度的接触角，从而变成超疏水材料。
[0041]
螺旋状遮挡物4由数块桨按在圆心向外径方向为轴由水平面转一定斜度的相同角度按等分圆的扇形拼接起来，在俯视投影面下能遮住其下方的所述螺旋桨5的外圆环；螺旋状遮挡物4比伞状遮挡物4更大地提升螺旋桨5的吸气量，提升旋翼2的升力。
[0042]
螺旋状遮挡物4分为左旋和右旋，并和其下对应的左旋和右旋螺旋桨5旋转后形成的下压风场方向一致。
[0043]
进一步地，筛网401的孔径为0.5-4mm，用于透风即保持不加遮挡物4前其下螺旋桨5的进风量。用于降低对下面螺旋桨5进风量的阻挡，防止下面螺旋桨5进风量少后减低旋翼2的升力，另一方面把环境自然风穿透，不遭风不兜风，因为大雨天气往往伴随大风，如果没有筛网401，本装置就如同无人机1上安装了降落伞，降落伞很容易把风罩起来形成很强的推力，让无人机1被合力的风挂乱运动。另小雨滴直径约为0.2mm，大雨滴直径约6.0mm以上，仅仅让对螺旋桨5产生微弱阻力的小雨滴直接闯过筛网401落在高速旋转的螺旋桨5，对旋翼2阻力很小。
[0044]
进一步地，遮挡物4在圆心向外径方向设有倾斜角404或斜坡，水平倾斜角404为5
°‑
50
°
，用于快速让大雨滴沿遮挡物4斜坡下落出遮挡物4的外面，这个水平倾斜角404角度越斜，雨落出遮挡物4的外面速度越快，而掉入旋翼2的雨滴比例就少。
[0045]
进一步地，中空孔402的直径为伞状遮挡物4或螺旋状遮挡物4外圆直径的0-0.5倍，中空孔402的直径越大，减少对其下方的螺旋桨5进风量的阻挡越少，但中空孔402的直径太大，中空孔402与遮挡物4的接口处线速度越高，其处落下的雨滴打在螺旋桨5上的阻力越大，故该直径需要不断测试，而获得最优值。
[0046]
中空孔402设置有三个以上的支架403，用于支撑焊接遮挡物4于旋翼上，便于牢固固定遮挡物4于无人机1上。
[0047]
进一步地，伞状遮挡物4或螺旋状遮挡物4的外圆直径为所述旋翼2直径的1.05-1.4倍，因为在无人机1飞行过程中，肯定有自然风，特别是横向的自然风。雨滴在遮挡物4边沿下落是斜线，如遮挡物4与螺旋桨5直径正好一致，就会有很多雨滴斜着打在螺旋桨5上，故需要给遮挡物4再加帽沿，尽量最少的雨滴打在螺旋桨5上，故需要0.05-0.4倍旋翼直径的预留边沿。
[0048]
进一步地，遮挡物4与旋翼2的垂直间距大于旋翼2直径的0.1倍以上，用于拉开遮挡物4与旋翼2的距离，从而减少对其下螺旋桨5进风量的阻挡。遮挡物4不能盖在螺旋桨5上，否则会从上进不了足够的空气而降低旋翼2的升力。
[0049]
进一步地，无人机1的电机3的方向朝下，旋翼2安装在电机3的下方，电机3安装于无人机1机臂的底部，把进入电机3的雨被无人机1机臂挡住而减低电机3为防水而需要的复杂工艺和极高成本。
[0050]
进一步地，如图4所示，伞状遮挡物4为完整曲面的伞形。
[0051]
进一步地，如图5所示，螺旋状的遮挡物4的每块桨斜面径向最下沿设置有弧柱型的导雨沟406，见图5的局部放大图的导雨沟406。让进入螺旋状的遮挡物4的水甩到该导雨沟406，并被离心力甩出遮挡物4。
[0052]
进一步地，螺旋状的遮挡物4用轴承405固定在无人机1机臂上，在吸入风场的作用下，能自由旋转。螺旋桨5的风场近似垂直龙卷风，如果螺旋状的遮挡物4能顺从螺旋桨5的风场而根据该龙卷风的左旋或右旋也同步转起来，故需要轴承405降低摩檫力。加轴承405后，极大提升螺旋桨5的吸气量，提升旋翼2的升力。
[0053]
如图6所示，本发明无人机1的技术方案是：电气控制系统包括中央处理器、电池、电源分配模块、无线电通信模块及控制中心、陀螺仪、卫星定位系统及若干电子调速器或通
道，中央处理器的输入端分别连接无线电通信模块、陀螺仪的输出端及卫星定位系统输出端；若干电子调速器或通道的一端分别连接中央处理器的输出端，每条电子调速器或通道的另一端连接一个动力装置内的燃料发动机或电机3或舵机，电子调速器或通道与燃料发动机或电机3或舵机一一对应，中央处理器的输出端通过电子调速器或通道连接燃料发动机或电机3或舵机的动力控制端，供电装置分别电性连接中央处理器、无线电通信模块及控制中心、陀螺仪、卫星定位系统及若干电子调速器或通道或舵机，燃料发动机或电机3或舵机；燃料发动机或电机3或舵机的极轴上装有螺旋桨5，从而带动螺旋桨5产生升力。
[0054]
本发明的中央处理器根据陀螺仪和卫星定位系统判断无人机1姿态和gps位置控制电机3或燃料发动机或舵机的输出量平衡和控制无人机1姿态和位移。
[0055]
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，无人机1内置多个旋翼2，旋翼2的上方设置遮挡物4，遮挡物4为伞状遮挡物4或螺旋状遮挡物4，遮挡物4的俯视投影面能遮住无人机1的螺旋桨5的外圆环，遮挡物4设有筛网401，遮挡物4的表面材料为疏水材料，并且中间有中空孔402，减少对其下方的螺旋桨5进风量的阻挡，让无人机1抵御大雨恶劣天气的能力，特别是防大雨及以上，对无人机1动力的性能损耗和续航的降低，在同样1小时均等降水量16.0毫米的大雨标准下，加了本装置，有效续航时间比不加本装置多30％以上且不会摔机，即本装置起到了实质性的防摔、防坏、防飞行时间损耗的功能，理想状态是和不下雨情况下接近的飞行效果，因本遮挡物4会有上百克重量，故还是会给无人机1一点点负荷。
[0056]
本发明不同于同类对比无人机1可以防水，在小雨、中雨下可以飞1分多钟的简单指标，本技术给出了具体的损耗，特别用同等条件下电池的续航时间差距为数据指标来衡量本技术的作用和效果。
[0057]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，包括无人机和遮挡物，所述无人机内设置多个所述旋翼，所述旋翼的上方设置遮挡物，所述遮挡物为伞状遮挡物或螺旋状遮挡物，所述遮挡物的俯视投影面能遮住所述无人机的螺旋桨的外圆环；所述遮挡物设有筛网，所述遮挡物的几何中心为中空圆孔的圆心，所述中空圆孔轴心与其下螺旋桨的轴心重合。用于降低对下面所述螺旋桨进风量的阻挡；所述遮挡物的表面材料为疏水材料，用于让雨下落出遮挡物的外面；所述螺旋状遮挡物由数块桨按在圆心向外径方向为轴由水平面转一定斜度的相同角度按等分圆的扇形拼接起来，在俯视投影面下能遮住其下方的所述螺旋桨的外圆环；所述螺旋状遮挡物分为左旋和右旋，并和所述其下对应的螺旋桨的风场方向一致。2.根据权利要求1所述的一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述筛网的孔径为0.5-4mm，用于透风即保持不加遮挡物前对其下螺旋桨的进风量。3.根据权利要求1所述的一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述遮挡物在圆心向外径方向设有倾斜角或斜坡，所述水平倾斜角为5
°‑
50
°
，用于快速让雨沿斜坡下落出遮挡物的外面。4.根据权利要求1所述的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述中空孔的直径为伞状遮挡物或螺旋状遮挡物外圆直径的0-0.5倍，用于减少对其下方的所述螺旋桨进风量的阻挡。5.根据权利要求1所述的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述伞状遮挡物或螺旋状遮挡物的外圆直径为所述旋翼直径的1.05-1.4倍。6.根据权利要求1所述的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述遮挡物与旋翼的垂直间距大于旋翼直径的0.1倍以上，用于拉开遮挡物与旋翼的距离，从而减少对其下螺旋桨进风量的阻挡。7.根据权利要求1所述的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述无人机的电机的方向朝下，所述旋翼安装在所述电机的下方，所述电机安装于无人机机臂的底部。8.根据权利要求1所述的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述伞状遮挡物为完整曲面的伞形。9.根据权利要求1所述的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述螺旋状的遮挡物的每块桨斜面径向最下沿设置有弧柱型的导雨沟。10.根据权利要求1所述的防止下雨阻力的挡旋翼无人机，其特征在于，所述螺旋状的遮挡物用轴承固定在无人机机臂上，在吸入风场的作用下，能自由旋转。

技术总结
本发明提供一种防止下雨阻力的挡旋翼无人机，包括无人机和遮挡物，无人机内置多个旋翼，旋翼的上方设置遮挡物，遮挡物为伞状遮挡物或螺旋状遮挡物，遮挡物的俯视投影面能遮住无人机的螺旋桨的外圆环，防止大雨滴落到盖其下螺旋桨，遮挡物设有筛网，遮挡物的表面材料为疏水材料，并且中间有中空孔，减少对其下方的螺旋桨进风量的阻挡，让无人机抵御大雨恶劣天气的能力，特别是防大雨及以上，对无人机动力的性能损耗和续航的降低，起到了实质性的防摔、防坏、防飞行时间损耗的效果。防飞行时间损耗的效果。防飞行时间损耗的效果。


技术研发人员：吴李海
受保护的技术使用者：安徽阿拉丁航空航天有限公司
技术研发日：2022.11.22
技术公布日：2023/3/31