可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置及其展开方法

本发明涉及可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置及其展开方法，属于航天火星旋翼飞行器。

背景技术：

1、由于火星与地球在行星特征、日照和季节等方面相似，人类致力于探索火星，以促进科技发展、资源利用和人类文明的进步。目前，作为主流探索方式的火星车在探索火星过程中因自身性能和设计的局限性，在穿越峡谷、山脉和陡峭斜坡等复杂地形时面临巨大困难。此困难使火星车无法进行更广泛火星表面的科学研究和资源勘测。与火星车相比，火星飞行器采用空中飞行的方式对火星表面进行探索。因此，火星飞行器受火星地形的影响大大减少，能更全面地、更有效率的勘察火星表面。同时，美国“机智号”火星直升机的成功飞行验证了火星旋翼飞行器的可行性，为未来的火星载人飞行提供了可能。现有技术中，如公开号为cn209225382u，发明创造名称为一种倾旋翼载人飞椅，其技术方案公开了靠背内设有主骨架，通过主骨架分别与顶罩的侧面和座椅侧面连接，座椅的下方设有一前起落架和两后起落架，有益效果为载人飞椅能够实现垂直升降、空中转向和低空飞行等。但是其主骨架与顶罩和座椅采用边部连接的方式，这就增加了装置受力分析的难度，其更适用于小型的或简单的飞行结构。公开号为cn110155313a，发明创造名称为一种多旋翼载人飞行器，其技术方案公开了动力模块有四个，分别固定在电池仓的四个直角处，动力模块包括动力组件和机臂组件，配置成八轴十六桨的形式，有益效果为多旋翼载人飞行器力学性能好、长航时、载重大、安全性更好。但是其在收拢时，同一个直角的旋转桨干涉范围大，导致其收拢时占用的空间依然很大。

2、因此，亟需提出可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置及其展开方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置及其展开方法，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，包括主框架、座椅、着陆架和旋翼组件，主框架与周向等距布置的旋翼组件连接，主框架的中部设置有座椅，座椅的下部设置有着陆架；

4、所述旋翼组件包括正向桨叶、电机、旋翼支臂和反向桨叶，正向桨叶、反向桨叶与电机连接，同轴设置的正向桨叶、反向桨叶通过旋翼支臂与主框架建立连接。

5、优选的：所述旋翼组件还包括电机连接件和电机驱动器，所述电机连接件上安装有电机驱动器，电机连接件的一端与旋翼支臂的一端连接，电机连接件的另一端与两个电机连接，一个电机的输出端与正向桨叶连接，另一个电机的输出端与反向桨叶连接。

6、优选的：所述旋翼组件还包括桨夹，四片正向桨叶通过一个桨夹周向等距连接形成正向旋翼，四片反向桨叶通过另一个桨夹周向等距连接形成反向旋翼，正向旋翼轴心的一个桨夹与一个电机的输出端连接，反向旋翼轴心的另一个桨夹与另一个电机的输出端连接，两个对称的桨夹位于电机连接件的两侧。

7、优选的：所述旋翼组件的数量为八组，八组所述旋翼组件圆周阵列布置。

8、优选的：还包括连接框架和显示器，座椅的两侧分别安装有显示器、连接框架，连接框架的两端分别与着陆架、主框架连接，连接框架上部具有弯折部，显示器、连接框架分别设置在座椅的两侧。

9、优选的：还包括航电单元，主框架的下侧设置有航电单元，航电单元包括外壳、处理器、科学载荷和电源，外壳内设置有用于供电的电源、用于测量数据的科学载荷和处理器，外壳的两侧分别与主框架、连接框架连接，处理器与电机驱动器、显示器电性连接。

10、优选的：还包括旋翼臂折展组件，旋翼臂折展组件用于实现旋翼组件的收展。

11、优选的：所述旋翼臂折展组件包括夹紧件、定位侧板、旋转轴、锁紧弹簧、定位轴、固定侧板和法兰，定位侧板的一侧与夹紧件螺栓连接，定位侧板的中部通过旋转轴与固定侧板转动连接，定位侧板的另一侧加工有凹槽，固定侧板上加工有水平槽，定位轴与水平槽滑动连接，锁紧弹簧的两端分别与旋转轴、定位轴连接，定位轴与凹槽建立配合，法兰与固定侧板连接，法兰与主框架连接，夹紧件与旋翼支臂的另一端连接。

12、优选的：所述旋翼臂折展组件还包括连接轴，夹紧件的数量为两个，两个夹紧件平行设置，夹紧件的中部具有安装孔，旋翼支臂的另一端插入到安装孔中，夹紧件的两侧分别设置有定位侧板，两个定位侧板通过连接轴连接，两个固定侧板设置在定位侧板的内侧，定位轴的两端各与一个固定侧板的水平槽连接，定位轴的中部通过锁紧弹簧与旋转轴的中部连接。

13、可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置的展开方法，采用所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，包括以下步骤：

14、装置处于折叠状态时，相邻的两个旋翼支臂与主框架水平面的夹角分别是α和β，定位轴在锁紧弹簧的拉力作用下紧密贴附在定位侧板的定位弧形槽内；

15、装置展开的过程中，宇航员手动将定位轴拉出定位弧形槽，并围绕旋转轴转动旋翼组件；在此转动过程中，定位轴在锁紧弹簧的拉力作用下始终与定位侧板紧密接触；当旋翼组件旋转至与水平面重合时，定位轴滑入凹槽固定，完成展开过程。

16、本发明具有以下有益效果：

17、本发明操纵简单，能完成载人飞行，对多旋翼式火星载人飞行器总体构型等具有重要意义。

18、本发明的航电单元、连接框架、着陆架采用连接点与重心同轴的布置方式，不仅减小了占用体积，还简化了设计难度，提高了装置的稳定性。

19、本发明为针对火星载人的飞行器，旋翼布置均匀，从而简化了飞行控制，从而减少电子元件的使用数量，使用方便可靠，维修维护方便；本发明不仅适用于大尺寸的旋翼，还便于控制使得收拢时的体积，收拢包络尺寸小。

技术特征：

1.可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：包括主框架(1)、座椅(4)、着陆架(5)和旋翼组件(8)，主框架(1)与周向等距布置的旋翼组件(8)连接，主框架(1)的中部设置有座椅(4)，座椅(4)的下部设置有着陆架(5)；

2.根据权利要求1所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：所述旋翼组件(8)还包括电机连接件(8-4)和电机驱动器(8-5)，所述电机连接件(8-4)上安装有电机驱动器(8-5)，电机连接件(8-4)的一端与旋翼支臂(8-6)连接，电机连接件(8-4)的另一端与两个电机(8-3)连接，一个电机(8-3)的输出端与正向桨叶(8-1)连接，另一个电机(8-3)的输出端与反向桨叶(8-7)连接。

3.根据权利要求2所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：所述旋翼组件(8)还包括桨夹(8-2)，四片正向桨叶(8-1)通过一个桨夹(8-2)周向等距连接形成正向旋翼，四片反向桨叶(8-7)通过另一个桨夹(8-2)周向等距连接形成反向旋翼，正向旋翼轴心的一个桨夹(8-2)与一个电机(8-3)的输出端连接，反向旋翼轴心的另一个桨夹(8-2)与另一个电机(8-3)的输出端连接，两个对称的桨夹(8-2)位于电机连接件(8-4)的两侧。

4.根据权利要求3所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：所述旋翼组件(8)的数量为八组，八组所述旋翼组件(8)圆周阵列布置。

5.根据权利要求1或2所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：还包括连接框架(3)和显示器(6)，座椅(4)的两侧分别安装有显示器(6)、连接框架(3)，连接框架(3)的两端分别与着陆架(5)、主框架(1)连接，连接框架(3)上部具有弯折部，显示器(6)、连接框架(3)分别设置在座椅(4)的两侧。

6.根据权利要求5所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：还包括航电单元(2)，主框架(1)的下侧设置有航电单元(2)，航电单元(2)包括外壳、处理器、科学载荷和电源，外壳内设置有用于供电的电源、用于测量数据的科学载荷和处理器，外壳的两侧分别与主框架(1)、连接框架(3)连接，处理器与电机驱动器(8-5)、显示器(6)电性连接。

7.根据权利要求1-4任一项所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：还包括旋翼臂折展组件(9)，旋翼臂折展组件(9)用于实现旋翼组件(8)的收展。

8.根据权利要求7所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：所述旋翼臂折展组件(9)包括夹紧件(9-1)、定位侧板(9-2)、旋转轴(9-4)、锁紧弹簧(9-5)、定位轴(9-6)、固定侧板(9-7)和法兰(9-8)，定位侧板(9-2)的一侧与夹紧件(9-1)连接，定位侧板(9-2)的中部通过旋转轴(9-4)与固定侧板(9-7)连接，定位侧板(9-2)的另一侧加工有凹槽(9-21)，固定侧板(9-7)上加工有水平槽(9-71)，定位轴(9-6)与水平槽(9-71)滑动连接，锁紧弹簧(9-5)的两端分别与旋转轴(9-4)、定位轴(9-6)连接，定位轴(9-6)与凹槽(9-21)建立配合，法兰(9-8)与固定侧板(9-7)连接，法兰(9-8)与主框架(1)连接，夹紧件(9-1)与旋翼支臂(8-6)的另一端连接。

9.根据权利要求8所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，其特征在于：所述旋翼臂折展组件(9)还包括连接轴(9-3)，夹紧件(9-1)的数量为两个，两个夹紧件(9-1)平行设置，夹紧件(9-1)的中部具有安装孔，旋翼支臂(8-6)的另一端插入到安装孔中，夹紧件(9-1)的两侧分别设置有定位侧板(9-2)，两个定位侧板(9-2)通过连接轴(9-3)连接，两个固定侧板(9-7)设置在定位侧板(9-2)的内侧，定位轴(9-6)的两端各与一个固定侧板(9-7)的水平槽(9-71)连接，定位轴(9-6)的的中部通过锁紧弹簧(9-5)与旋转轴(9-4)的中部连接。

10.可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置的展开方法，其特征在于：采用权利要求1-9任一项所述的可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置，包括以下步骤：

技术总结本发明涉及可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置及其展开方法，属于航天火星旋翼飞行器技术领域。针对已有的火星飞行器总体构型，尚缺少可收展的八轴十六旋翼式火星载人飞行器总体构型。提供可收展的旋翼式火星载人飞行器总体装置及其展开方法，包括主框架、座椅、着陆架和旋翼组件，主框架与周向等距布置的旋翼组件连接，主框架的中部设置有座椅，座椅的下部设置有着陆架；所述旋翼组件包括正向桨叶、电机、旋翼支臂和反向桨叶，正向桨叶、反向桨叶与电机连接，同轴设置的正向桨叶、反向桨叶通过旋翼支臂与主框架建立连接。本发明结构稳定、操纵简单、收拢包络尺寸小，能完成载人飞行，对多旋翼式火星载人飞行器总体构型等具有重要意义。技术研发人员：全齐全,董雅超,潘冬,王储,朱凯杰,唐德威,邓宗全受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30