一种穿越机机架及穿越机的制作方法

本发明涉及竞速无人机技术领域，尤其涉及一种穿越机机架及穿越机。

背景技术：

无人机即“无人驾驶飞机”的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。如今，大型的无人机竞速比赛直播常常能吸引到上亿人次的电视和网络观看，无人机竞速运动的“浪潮”已经正式到来。

穿越机是无人机的一种，其飞行的最高时速可达到120km/h~230km/h，由于速度极快，通常应用在无人机竞速运动领域中。穿越机是航模三大类-固定翼、直升机、多旋翼中的多旋翼种类，多旋翼飞机以其低门槛易操作的特点，在航拍等运用场景下得到大发展，穿越机便脱胎于航拍运用，以其第一人称视角飞行（又称fpv）的临场感体验，在消费级的航模市场下风靡一时。穿越机有四个电机和四个螺旋桨，也叫四旋翼飞机。穿越机的四个电机和四个螺旋桨分别分布在四边形的四个角，四个电机轴距几何中心的距离相等，等对角的两个轴产生的升力相同时能够保证力矩的平衡，使穿越机不会向任何一个方向倾转；而四个电机一对正转，一对反转的方式使得绕竖直轴方向旋转的反扭矩平衡，保证了穿越机航向的稳定。其基本运动状态分别是：垂直运动、俯仰运动、滚转运动、偏航运动、前后运动、侧向运动。当没有外力并且质量分布均匀时，四个螺旋桨以一样的转速转动，在螺旋桨向上的拉力大于整机的质量时，穿越机就会向上升；在螺旋桨向上的拉力小于整机的质量时，穿越机就会降落；在螺旋桨向上的拉力与整机质量相等时，穿越机就会在空中悬停。

一般情况下，穿越机都只向前飞行，如何在无人机全方位运动的同时，提高穿越机的飞行效率同时兼顾穿越机的飞行安全性和稳定性成为现有技术中需要解决的问题。

技术实现要素：

鉴于此，本发明的目的在于提供一种穿越机机架，以在提高穿越机的飞行效率的同时，保证穿越机飞行的安全性和稳定性；本发明的目的还在于提供一种兼顾飞行效率与飞行安全性和稳定性的穿越机。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种穿越机机架，定义穿越机的前进方向为前后方向，包括：

上机架，包括沿前后方向延伸的上骨架、沿左右方向对称分布在上骨架两侧且与上骨架一体成型的上涵道支撑环，处于上骨架同一侧的上涵道支撑环设有至少两个且同一侧的上涵道支撑环一体连接；

下机架，包括沿前后方向延伸的下骨架、沿左右方向对称分布在下骨架两侧且与下骨架一体成型的下涵道支撑环，下涵道支撑环与上涵道支撑环一一对应且同轴布置，处于下骨架同一侧的下涵道支撑环一体连接；

连接柱，包括骨架连接柱和支撑环连接柱，骨架连接柱用于将上骨架和下骨架连接在一起，支撑环连接柱用于将一一对应的两个上涵道支撑环和下涵道支撑环连接在一起，支撑环连接柱在一一对应的两个上涵道支撑环与下涵道支撑环之间设有至少两个且呈圆周分布，连接柱将上机架与下机架连接成一个整体；

一一对应的上涵道支撑环、下涵道支撑环以及设置在两个涵道支撑环之间的支撑环连接柱形成可供气流流通的涵道，涵道内用于安装驱动电机和螺旋桨，各个涵道相通；

涵道保护罩，设置在所述涵道处，用于形成涵道的涵道壁并使所述涵道形成半开式结构；

防撞缓冲垫，固定连接在涵道保护罩的外侧；

所述上机架和下机架均采用碳纤维材料制作而成。

上述技术方案的有益效果是：本发明的穿越机机架采用半开式的涵道，在穿越机撞击到人而能避免螺旋桨伤到人的前提下，一方面能够减轻整个机架的重量，另一方面半开式的涵道与完全封闭式的涵道相比，更有利于气流的通过，减少了气流阻力，并且各个涵道相通，使穿越机在飞行时更加流畅，提高了穿越机的飞行效率。另外，采用碳纤维材料制成的机架，机身强度更高，重量更轻，进一步能够提高穿越机的飞行效率；上机架和下机架均为一体成型结构，强度更高，飞行更稳定；在防撞缓冲垫的作用下，提高穿越机的耐撞性能，避免发生炸机的风险，整体提高穿越机的飞行安全性和稳定性。

进一步的，所述穿越机机架还包括防护网和电机固定座，电机固定座与涵道一一对应设置，防护网与电机固定座一一对应设置，防护网呈蛛网状，防护网与电机固定座在同一个涵道处上下相对布置。

有益效果：在穿越机升降方向上或者穿越机在特殊环境中飞行时，防护网能起到防护作用，采用蛛网结构，外观更炫酷；并且防护网与电机固定座上下相对布置，结构不紧凑，美观。

进一步的，处于上骨架同一侧的上涵道支撑环设有两个，处于上骨架同一侧的两个电机固定座中，一个与上机架一体成型，另一个与下机架一体成型。

有益效果：在实际安装时，处于上骨架同一侧两个电机中，一个电机轴朝向下方，另一个电机轴朝向上方，这就使得分别与两个电机对应转动装配的两个螺旋桨在竖直方向上产生高度差，结合空气动力学原理，更能提高穿越机的飞行效率；另外，操控人员观察穿越机时，便会看到两个防护网在穿越机的下侧，另外两个防护网在穿越机的上侧，在视觉上不会使观察人员产生密集恐惧症。

进一步的，所述涵道保护罩包括连接环和连接板，连接环与对应的涵道支撑环可拆连接在一起，连接板为与连接环一体成型的弧形板，且连接板的弧长小于连接环的周长，连接板用于形成所述涵道壁。

有益效果：涵道保护罩采用连接板和连接环一体成型的结构，便于涵道保护罩的安装，同时也会对涵道起到一定的保护作用。

进一步的，所述上骨架和下骨架上均设有多个减重穿线孔。

有益效果：减轻整个穿越机机架的重量，同时也便于控制系统中各个元器件间的接线布置。

进一步的，穿越机机架的处于机头的位置处设有摄像头安装部，摄像头安装部包括设置在上骨架与下骨架之间且在左右方向上对称布置的两块摄像头安装板，摄像头安装板套设在对应的骨架连接柱上，摄像头安装板上设有用于与摄像头铰接的连接孔，上骨架与下骨架在机头的对应位置处设有u形卡口，u形卡口用于在摄像头调整上下角度时对摄像头进行限位，所述连接孔处于u形卡口的后侧。

有益效果：摄像头的安装位置处于上骨架和下骨架之间，且位于u形卡口后侧，该处结构形成对摄像头的防护，同时在u形卡口的作用下，便于在一定范围内调整摄像头的角度。

本发明的穿越机的技术方案是：

穿越机包括机架和设置在机架上的动力系统和控制系统，定义穿越机的前进方向为前后方向，机架包括：

上机架，包括沿前后方向延伸的上骨架、沿左右方向对称分布在上骨架两侧且与上骨架一体成型的上涵道支撑环，处于上骨架同一侧的上涵道支撑环设有至少两个且同一侧的上涵道支撑环一体连接；

下机架，包括前后方向延伸的下骨架、沿左右方向对称分布在下骨架两侧且与下骨架一体成型的下涵道支撑环，下涵道支撑环与上涵道支撑环一一对应且同轴布置，处于下骨架同一侧的下涵道支撑环一体连接；

连接柱，包括骨架连接柱和支撑环连接柱，骨架连接柱用于将上骨架和下骨架连接在一起，支撑环连接柱用于将一一对应的两个上涵道支撑环和下涵道支撑环连接在一起，支撑环连接柱在一一对应的两个上涵道支撑环与下涵道支撑环之间设有至少两个且呈圆周分布，连接柱将上机架与下机架连接成一个整体；

一一对应的上涵道支撑环、下涵道支撑环以及设置在两个涵道支撑环之间的支撑环连接柱形成可供气流流通的涵道，涵道内用于安装驱动电机和螺旋桨，各个涵道相通；

涵道保护罩，设置在所述涵道处，用于形成涵道的涵道壁并使所述涵道形成半开式结构；

防撞缓冲垫，固定连接在涵道保护罩的外侧；

所述上机架和下机架均采用碳纤维材料制作而成。

上述技术方案的有益效果是：本发明的穿越机的机架采用半开式的涵道，在穿越机撞击到人而能避免螺旋桨伤到人的前提下，一方面能够减轻整个机架的重量，另一方面半开式的涵道与完全封闭式的涵道相比，更有利于气流的通过，减少了气流阻力，并且各个涵道相通，使穿越机在飞行时更加流畅，提高了穿越机的飞行效率。另外，采用碳纤维材料制成的机架，机身强度更高，重量更轻，进一步能够提高穿越机的飞行效率；上机架和下机架均为一体成型结构，强度更高，飞行更稳定；在防撞缓冲垫的作用下，提高穿越机的耐撞性能，避免发生炸机的风险，整体提高穿越机的飞行安全性和稳定性

进一步的，所述穿越机机架还包括防护网和电机固定座，电机固定座与涵道一一对应设置，防护网与电机固定座一一对应设置，防护网呈蛛网状，防护网与电机固定座在同一个涵道处上下相对布置。

有益效果：在穿越机升降方向上或者穿越机在特殊环境中飞行时，防护网能起到防护作用，采用蛛网结构，外观更炫酷；并且防护网与电机固定座上下相对布置，结构不紧凑，美观。

进一步的，处于上骨架同一侧的上涵道支撑环设有两个，处于上骨架同一侧的两个电机固定座中，一个与上机架一体成型，另一个与下机架一体成型。

有益效果：在实际安装时，处于上骨架同一侧两个电机中，一个电机轴朝向下方，另一个电机轴朝向上方，这就使得分别与两个电机对应转动装配的两个螺旋桨在竖直方向上产生高度差，结合空气动力学原理，更能提高穿越机的飞行效率；另外，操控人员观察穿越机时，便会看到两个防护网在穿越机的下侧，另外两个防护网在穿越机的上侧，在视觉上不会使观察人员产生密集恐惧症。

进一步的，所述涵道保护罩包括连接环和连接板，连接环与对应的涵道支撑环可拆连接在一起，连接板为与连接环一体成型的弧形板，且连接板的弧长小于连接环的周长，连接板用于形成所述涵道壁。

有益效果：涵道保护罩采用连接板和连接环一体成型的结构，便于涵道保护罩的安装，同时也会对涵道起到一定的保护作用。

进一步的，所述上骨架和下骨架上均设有多个减重穿线孔。

有益效果：减轻整个穿越机机架的重量，同时也便于控制系统中各个元器件间的接线布置。

进一步的，穿越机机架的处于机头的位置处设有摄像头安装部，摄像头安装部包括设置在上骨架与下骨架之间且在左右方向上对称布置的两块摄像头安装板，摄像头安装板套设在对应的骨架连接柱上，摄像头安装板上设有用于与摄像头铰接的连接孔，上骨架与下骨架在机头的对应位置处设有u形卡口，u形卡口用于在摄像头调整上下角度时对摄像头进行限位，所述连接孔处于u形卡口的后侧。

有益效果：摄像头的安装位置处于上骨架和下骨架之间，且位于u形卡口后侧，该处结构形成对摄像头的防护，同时在u形卡口的作用下，便于在一定范围内调整摄像头的角度。

附图说明

图1是本发明的穿越机机架的其中一个角度的立体效果图；

图2是本发明的穿越机机架的另外一个角度的立体效果图

图3是本发明的穿越机机架的俯视图（未展示摄像头）；

图4是本发明的穿越机机架的仰视图（未展示摄像头）；

图5是本发明的穿越机机架的上机架的结构示意图；

图6是本发明的穿越机机架的下机架的结构示意图；

图7是本发明的穿越机机架的涵道保护罩的结构示意图；

图8是本发明的穿越机机架的防撞缓冲垫的结构示意图；

图9是本发明的穿越机机架的防护网的结构示意图；

图10是本发明的穿越机机架上摄像头安装板的结构示意图；

图11是本发明的穿越机机架上天线安装架的结构示意图。

附图标记：1-上机架，2-下机架，3-上涵道支撑环，4-下涵道支撑环，5-涵道，6-涵道保护罩，7-连接板，8-连接环，9-防撞缓冲垫，10-天线安装架，11-骨架连接柱，12-支撑环连接柱，13-防护网，14-固定圈，15-电机固定座，16-支杆，17-座体，18-减重穿线孔，19-摄像头安装板，20-连接孔，21-u形卡口，22-上骨架，23-下骨架，24-卡槽，25-摄像头，26-摄像头保护罩。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的穿越机机架的具体实施例：

本发明的穿越机机架采用轻量化设计，坚固耐用，同时采用空气动力学原理对涵道进行优化设计，提高穿越机的飞行效率，同时采用防撞吸能设计使穿越机的飞行更加安全，适用于无人机竞速运动中。

定义穿越机的前进方向为前后方向，穿越机的升降方向为上下方向。如图1至图11所示，穿越机机架包括相互平行的上机架1和下机架2以及设置在上机架1和下机架2之间用于将两者连接成一个整体的连接柱。本实施例中，上机架1和下机架2均采用高强度的碳纤维材料制成，不仅强度高，而且重量轻，有利于提高穿越机的飞行速度。如图5和图6所示，上机架1和下机架2上均设有多个减重穿线孔18，减重穿线孔18的形状有多种，如矩形、三角形、扇形等。减重穿线孔18能够减轻整个机身的重量，同时也供线缆通过。穿越机的控制系统固定在上机架1和下机架2之间且靠近中部的位置处。

具体的，如图5所示，上机架1包括沿前后方向延伸的上骨架22以及沿左右方向对称分布在上骨架两侧且与上骨架一体成型的上涵道支撑环3。本实施例中，处于上骨架22同一侧的上涵道支撑环3设有两个，并且这两个上涵道支撑环一体连接，从而保证上机架1的结构强度。上涵道支撑环3共有四个，分别形成上机架1的四个机臂。

如图6所示，下机架2包括沿前后方向延伸的下骨架23以及沿左右方向对称分布在下骨架23两侧且与下骨架23一体成型的下涵道支撑环4。结合图1，下涵道支撑环4与上涵道支撑环3一一对应并且同轴布置。处于下骨架23同一侧的各个下涵道支撑环4一体连接。下涵道支撑环4的结构和尺寸均与上涵道支撑环3相同，数量共有4个，分别形成下机架2的四个机臂。

如图1和图2所示，连接柱分为两类，分别为骨架连接柱11和支撑环连接柱12。其中，骨架连接柱11用于将上骨架22和下骨架23连接在一起，主要设置在上骨架22与下骨架23之间。支撑环连接柱12用于将一一对应的两个上涵道支撑环3和下涵道支撑环4连接在一起。本实施例中，设置在一一对应的两个上涵道支撑环3与下涵道支撑环4之间的支撑环连接柱12设有两个，并且呈圆周分布。一一对应的上涵道支撑环3、下涵道支撑环4以及设置在两个涵道支撑环之间的支撑环连接柱12形成可供气流流通的涵道5，涵道5内用于安装驱动电机和螺旋桨。本实施例中，各个涵道均相通，可供气流通过。

涵道5处设有涵道保护罩6，如图7所示，涵道保护罩6包括连接环8和连接板7。其中，连接环8的尺寸与上涵道支撑环3的尺寸适配，连接板7为与连接环8一体成型的弧形板，但是连接板7的弧长小于连接环的周长。以其中一个涵道为例，在安装过程中，参考图1、图2和图3，连接环8与上涵道支撑环3或者下涵道支撑环4均通过支撑环连接柱12可拆固定在一起，连接板7扣在涵道5内，并与两个支撑环连接柱12连接，从而形成涵道5的涵道壁，由于连接板7不是一个完整的圆板，从而也使涵道5为一个半开式结构，提高了气流的通过性。

在连接板7的外侧设有与其形状适配的弧形的防撞缓冲垫9，其结构如图8所示，防撞缓冲垫9的两端均设有与支撑环连接柱12的形状适配的卡槽24。安装时，卡槽24顶靠在对应的支撑环连接柱外，同时与连接板7粘接，从而实现自身的固定。本实施例中，防撞缓冲垫9采用eva棉，降低穿越机在碰撞时的炸机风险率。

穿越机机架还包括防护网13和电机固定座15。参考图1至图6可知，电机固定座15与涵道5一一对应设置，防护网13与电机固定座15一一对应设置，防护网13与电机固定座15在同一个涵道5处上下相对布置。处于上骨架同一侧的两个电机固定座中，一个与上机架1一体成型，另一个与下机架2一体成型。具体的，如图5或图6所示，电机固定座15包括座体17和均匀布置在座体17周向上的支杆16，座体17与对应的涵道支撑环同轴。如图9所示，防护网13呈蛛网状，防护网13的圆周方向上具有固定圈14，固定圈14通过对应的支撑环连接柱与连接环8固定装配在一起。无论从俯视或者是仰视来观察穿越机机架，在同一平面内均只能看到两个防护网13，这样一来就避免四个防护网同时设置在整个机身的上侧或下侧，避免操作人员产生密集恐惧症；同时采用蛛网结构的防护网13，外观上更炫酷。

穿越机机架的处于机头的位置处设有摄像头安装部，在处于机尾的位置设置有天线安装架10（如图11所示）。参考图1至图5，摄像头安装部包括设置在上骨架22与下骨架23之间且在左右方向上对称布置的两块摄像头安装板19，如图2和10所示，摄像头安装板19套设在对应的骨架连接柱11上，摄像头安装板19上设有用于与摄像头铰接的连接孔20。上骨架22与下骨架23在机头的对应位置处设有u形卡口21，并且连接孔20处于u形卡口21的后侧。摄像头25的外部套设有摄像头保护罩26，能对摄像头25进行360°的保护。摄像头保护罩26通过铰接轴与两块摄像头安装板19铰接，从而可调整摄像头25的拍摄角度。在转动摄像头时，u形卡口21能够对摄像头保护罩26进行限位。天线安装架10采用tpu保护，有效防止炸机。

本发明的穿越机机架的尺寸可根据实际具体使用情况进行相应设计。

本发明的穿越机机架采用半开式的涵道，在穿越机撞击到人而能避免螺旋桨伤到人的前提下，一方面能够减轻整个机架的重量，另一方面半开式的涵道与完全封闭式的涵道相比，更有利于气流的通过，减少了气流阻力，并且各个涵道相通，使穿越机在飞行时更加流畅，提高了穿越机的飞行效率。另外，采用碳纤维材料制成的机架，机身强度更高，重量更轻，进一步能够提高穿越机的飞行效率；上机架和下机架均为一体成型结构，强度更高，飞行更稳定；在防撞缓冲垫的作用下，提高穿越机的耐撞性能，避免发生炸机的风险，整体提高穿越机的飞行安全性和稳定性。

在其他实施例中，也可以不设置防护网。

在其他实施例中，上机架和下机架上涵道支撑环的数量可根据实际飞行需要设置2个或6个以上，个数需是2的倍数。

在其他实施例中，涵道保护罩的结构也可以仅包括连接板，此时连接板可以与机架一体成型加工。

本发明的穿越机的具体实施例：

穿越机包括机架和设置在机架上的动力系统、控制系统，其中，机架的结构与上述穿越机机架的实施例中穿越机机架的结构相同，在此不再一一赘述。

以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。

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