CN101734376B

CN101734376B - 一种可模块化装载伞降回收的小型多用途无人机

Info

Publication number: CN101734376B
Application number: CN 200910217547
Authority: CN
Inventors: 万志强; 王耀坤; 杨超
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN101734376A

Abstract

本发明的无人机适用于科研实验、遥感探测、侦察和空中航拍等飞行任务。该无人机具有如下特点：1)模块化装载，维护简便；2)使用简单，便于操纵；3)稳定性较好，适合搭载自动驾驶仪、航拍相机、摄像机等设备；4)起降方便，可在土跑道上起降，可进行伞降回收。5)拆卸方便，便于运输。6)有较长的续航时间和航程。本发明的小型多用途无人机包括：机身；机翼；垂直尾翼；水平尾翼，其特征在于所述机身具有模块化装载结构且包括：位于所述机身的上部的上层装载部(21)、位于所述机身的中部的中层装载部(22)、以及位于所述机身的下部的下层装载部(23)。

Description

一种可模块化装载伞降回收的小型多用途无人机

技术领域

本发明涉及一种小型可伞降多用途无人机的设计，属于航空飞行器的结构设计领域，特别是有较大载重量要求和复杂起降环境条件的小型无人机结构设计。

背景技术

无人机与有人机相比，由于减少了驾驶员及其配套机载设施，成本较为低廉；更重要的是，由于避免了驾驶人员伤亡的风险，无人机可以执行许多有人机所不能执行的任务。军用领域中无人机可以执行空中侦查、通信中继等任务，在民用领域可以进行航拍、空气采样、遥感探测等飞行任务。

现有无人机，大都按照具体的任务载荷量身定做，对于任务载荷装载的通用性不强；在对没有正式定型的载荷进行搭载试验时，不是非常方便，有时甚至还需要对机体结构进行改造。

常规无人机在使用过程中主要存在如下问题：

1装载方式问题

常规无人机往往针对专用载荷，在设计时着重考虑气动外形和结构设计，对载荷的装卸和固定方式考虑不多，装载部位的通用性不强；有时为了装载一种新的载荷，可能需要对结构进行改造，这样就降低了使用的方便性和结构的可靠性。

2起降问题

对于自重较大的无人飞机，常规轮式起落架一般结构强度较弱，在平整度较差的场地起降时容易损坏，若采用滑橇式起落架，在起飞时可以采用手掷或弹射模式，但如果采用手掷方式起飞，则限于人的体力，飞机总重不能过大，从而限制了机内载荷的重量和数量；如果采用弹射起飞，则需要复杂的弹射机构，也限制了无人机使用时的灵活性。

发明内容

本发明针对现有技术的上述问题，开发了一种可模块化装载及伞降回收的小型多用途无人机。

本发明的无人机适用于科研实验、遥感探测、侦察和空中航拍等飞行任务。该无人机具有如下特点：1)模块化装载，维护简便；2)使用简单，便于操纵；3)稳定性较好，适合搭载自动驾驶仪、航拍相机、摄像机等设备；4)起降方便，可在土跑道上起降，可进行伞降回收。5)拆卸方便，便于运输。6)有较长的续航时间和航程。

根据本发明的一个方面，提供了一种小型多用途无人机，包括：机身；机翼；垂直尾翼；水平尾翼，其特征在于：

所述机身具有模块化装载结构，包括：

位于所述机身的上部的上层装载部，

位于所述机身的中部的中层装载部，以及

位于所述机身的下部的下层装载部。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的无人机整体外形图。

图2是图1所示的无人机的装载部示意图。

图3显示了上层装载部中的设备与上部底板安装情况。

图4显示了上层装载部的底板支撑。

图5显示了设备安装于上层装载部中的效果图。

图6显示了上层装载部下方的设备舱。

图7示意显示了中层装载部中的设备吊装实施方案。

图8用于示意说明下层装载部中的设备安装。

图9是根据本发明的一个实施例的起落架布置图。

图10显示了根据本发明的实施例的机腹载荷舱拆装与起落架的无干涉关系。

图11显示了根据本发明的一个实施例的伞降设备全图。

图12是图11所示实施例的伞降回收示意图。

具体实施方式

本发明主要是通过对小型可伞降多用途无人机的总体布局、结构设计、机械零件的合理设计与规划来实现的。

1)总体布局

该小型无人机采用常规式气动布局(如图1所示)，上单翼，单垂尾，前三点式起落架，拉进式动力装置。

其中，机身7采用盒型方舱设计，上部设有三个舱盖5、6和17。机身内部为一个大容量的机舱，用于机载设备的安装。机头设置有舱盖3，舱盖内安装油箱。位于机头的汽油发动机带动螺旋桨1作为整个飞机飞行时的动力，发动机外安装发动机整流罩2，用于减小发动机的迎风阻力。

机翼14平面形状为矩形。每侧机翼后缘设置有副翼13与襟翼12。机翼为常规双梁式结构，在机翼的30％弦长处设有一根主梁，在76％弦长处设有一根后梁。整个机翼通过主梁和前后缘两处接头与机身连接，用于传递载荷。其中，主梁处的接头为一长条铝板，能够传递部分剪力、弯矩；前后缘接头用于承受机翼主要的扭矩。两侧机翼下翼面各安装有一个机翼撑杆4，机翼撑杆4另一端与机身7相连，用于减小机翼所承受的弯矩。

垂直尾翼8位于水平尾翼11中心线正上方，垂直尾翼后缘安装有方向舵9，水平尾翼后缘安装升降舵10。

前起落架16位于机身7的前下方，主起落架系统15位于机身7中下部。

2)模块化装载设计

为便于机载设备的替换和安装，并减小对飞机结构的影响，该机机身上部、中部、下部分别设计了模块化装载结构(如图2所示)，包括上层装载部21、中层装载部22和下层装载部23。该机模块化装载结构主要有两种。

上层机载设备32安装于上层机载设备底板33的上表面(如图3所示)，底板33的四个角设计有螺钉孔。上层装载部21的底板水平支撑板34固定于飞机的机体结构上，底板水平支撑板34的中央设有与底板33外形轮廓一致的孔60，用于对底板33进行水平定位。底板垂直支撑板35固定于底板水平支撑板34下表面。底板垂直支撑板35沿孔60的边缘上形成台阶61，用于支撑底板33，垂直支撑板35在孔60的四个角的部分上设计有螺钉孔62，螺钉孔中可镶有反抓螺母，用于安装螺钉(如图4所示)以固定底板33。

安装机载设备时，首先将机载设备32固定于底板33上表面，之后将底板33嵌入底板水平支撑板34孔60的台阶61上，再由四颗螺钉63对其进行固定(如图5所示)。

为便于设备的安装，机背设计有可以开闭的口盖5(图1)。

如图6所示，上层装载部下方的机身部分包括一个方形的设备舱37，用于便于搭载体积较大的载荷。该舱37位于飞机重心位置附近，故改变机载中层装载设备64的数量/质量时对飞机重心影响较小。该设备舱37舱容较大，便于搭载较大体积的设备64。

该设备舱包括了中层装载部和下层装载部。根据本发明的一个实施例，中层装载部和下层装载部分别采用不同的搭载方式。

属于中层装载部的设备舱的顶部包括若干根(如三根)横置的梁36，梁36上各有多个(如三个)螺钉固定孔，用于吊装设备64(如图7所示)，从而实现了中层装载部的装载。

设备舱37的底部有两根纵向桁梁38(图8)，桁梁38上有螺钉孔(未显示)。较大体积的设备65可以固定于下层设备底板39上，该下层设备底板再通过螺钉(未显示)固定于桁梁38的所述螺钉孔上(如图8所示)，从而实现了下层装载部的装载。

图7显示了安装在桁梁38上的底板39的侧仰视图。

3)起落架设计

主起落架15布置于机身中部的左右两侧，前起落架位于机头下方(如图9所示)，这种设计可以避免在装卸机腹设备时，起落架与机载设备及机腹载荷舱发生干涉，且便于对位于机腹的机载设备进行快速装卸与检修(如图10所示)。

4)伞降机构设计

为使无人机能在复杂气象、地面情况下回收，设计了伞降机构(如图11所示)。

伞舱41用于存放降落伞，伞舱盖6由铰链固定于伞舱上方，用于保护降落伞，并在飞行时减小飞机的阻力。伞舱盖由开伞机构44与伞舱盖上的突起部42联合控制开启或关闭。

开伞后，伞绳通过40、43、45三个耳片与机身相连(如图12所示)。

2.有益效果

本专利的有益效果在于：

1)该小型无人机采用常规上单翼布局形式，具有良好的稳定性和操纵性；

2)模块化装载设计，便于机载设备的安装和更换，并减小对机体结构的影响。

3)采用前三点起落架，滑跑时具有良好的操纵性；起落架具有减震设计，便于无人机在恶劣地面环境的起降；主起落架避让开载荷舱，便于对机内机载设备的快速更换。

4)装备有伞降机构，便于在复杂气象、地面情况时对无人机回收。

下面通过两种实例对本发明的实施方式进行说明：

实例一：常规任务中机载设备的快速更换

由于模块化设计机载设备底板成本低廉，可以制造多个底板，外场试验前将各种所需机载设备安装于底板上。在外场飞行试验过程中，可拆卸底板螺钉，更换“机载设备-底板”模块，快速改变无人机机载设备配置。

实例二：复杂地面起降

若降落区域地面稍不平整，由于该无人机起落架系统具有较好的避震能力，则可采用常规滑行降落模式。若降落区域地面环境无法常规滑行降落，则在无人机飞行至降落区域上空后，地面操纵人员遥控开伞机构开启伞舱盖，伞舱盖开启后，降落伞弹出并展开，依靠三根伞绳与无人机相连，使无人机徐徐下降直至接地。

应当理解的是，在以上叙述和说明中对本发明所进行的描述只是说明而非限定性的，且在不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的前提下，可以对上述实施例进行各种改变、变形、和/或修正。

Claims

1.小型多用途无人机，包括：

机身（7）；

机翼（14）；

垂直尾翼（8）；

水平尾翼（11），

其特征在于：

所述机身（7）具有模块化装载结构，包括：

位于所述机身（7）的上部的上层装载部（21），

位于所述机身（7）的中部的中层装载部（22），以及

位于所述机身（7）的下部的下层装载部（23），

其中

所述上层装载部（21）包括：

固定于所述无人机的机体结构上的底板水平支撑板（34），

所述底板水平支撑板（34）上设有孔（60），所述孔（60）的轮廓与上层机载设备底板（33）的外形轮廓一致，上层机载设备（32）安装于所述上层机载设备底板（33）的上表面上，

所述中层装载部（22）包括：

位于所述上层装载部（21）的下方的一个方形的设备舱（37），

设置在所述设备舱（37）的顶部的多根横置的梁（36），所述梁（36）用于吊装中层装载设备（64），

所述下层装载部（23）包括：

设置在所述设备舱（37）的底部的两根纵向桁梁（38），

其中，所述两根纵向桁梁（38）用于固定下层设备底板（39），下层装载设备连接在所述下层设备底板（39）上，从而实现了下层装载设备的装载。

2.根据权利要求1所述的小型多用途无人机，其特征在于：

固定于所述底板水平支撑板（34）的下表面上的底板垂直支撑板（35），其中，所述底板垂直支撑板（35）沿所述孔（60）的边缘处形成台阶（61），用于支撑上层机载设备底板（33），

设置在所述底板垂直支撑板（35）在所述孔（60）的四个角的部分上的螺钉孔（62），用于安装螺钉以固定所述上层机载设备底板（33）。

3.根据权利要求1所述的小型多用途无人机，其特征在于：

所述梁（36）上带有多个螺钉固定孔，用于吊装所述中层装载设备（64），从而实现了所述中层装载设备（64）的装载，

所述设备舱（37）位于所述无人机的重心位置附近。

4.根据权利要求1所述的小型多用途无人机，其特征在于

所述两根纵向桁梁（38）上带有螺钉孔，从而可以把所述下层设备底板（39）通过螺钉固定于所述两根纵向桁梁（38）的所述螺钉孔上，从而实现了下层装载部的装载。

5.根据权利要求1－4中任何一项所述的小型多用途无人机，其特征在于进一步包括：

位于所述机身（7）的背部上的可以开闭的口盖（5）。

6.根据权利要求1－4中任何一项所述的小型多用途无人机，其特征在于进一步包括：设置在所述机身（7）上部的伞舱（41），用于存放降落伞，

所述伞舱（41）的伞舱盖（6），其由铰链固定于所述伞舱（41）上方，用于保护降落伞，并在飞行时减小飞机的阻力，

开伞机构（44），用于通过与所述伞舱盖上的一个突起部（42）联合控制所述伞舱盖（6）开启/关闭，

三个耳片（40、43、45），用于在开伞后与伞绳相连。

7.根据权利要求1－4中任何一项所述的小型多用途无人机，其特征在于：

所述机身（7）为盒型方舱设计，

油箱安装在所述机身（7）的头部，

位于所述机身（7）的头部的发动机带动螺旋桨（1）提供整个飞机飞行时的动力，以及

所述机翼（14）为常规双梁式结构。