CN103213683A

CN103213683A - 一种油箱嵌入翼身融合体的小型多用途无人机

Info

Publication number: CN103213683A
Application number: CN2013101053730A
Authority: CN
Inventors: 万志强; 杨超; 王耀坤; 周磊; 丁未龙
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2013-07-24

Abstract

一种油箱嵌入翼身融合体的V尾布局无人机，可用于执行科研实验、遥感探测和空中航拍等飞行任务。该无人机具有如下特点：1）续航时间较长，便于开展对航时要求较高的飞行任务；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）对起降条件要求较低。根据本发明的一个方面的小型无人机包括：机身（1）；连接在所述机身（1）上的机翼（3）；尾翼（7）；以及，分别设置在所述机身（1）内部左前方、左后方、右前方和右后方各布置有左前油箱（16）、左右油箱（15）、右前油箱（13）以及右后油箱（14）。根据进一步的方面，上述左前油箱、右前油箱、左后油箱、右后油箱具有与所述机身的翼型适配的形状和平衡的耗油顺序。

Description

一种油箱嵌入翼身融合体的小型多用途无人机

本申请是中国专利申请201010125833.2号的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种油箱嵌入翼身融合体的小型多用途无人机的设计，属于航空飞行器的结构设计领域，特别是有较大续航时间要求的小型无人机结构设计。

背景技术

无人机成本较为低廉，能够避免驾驶人员的伤亡，可以执行许多有人机所不能执行的任务，应用前景广阔。

现有无人机主要采用简单的盒型机身，常规六面体形状油箱，飞行阻力大，机内空间利用率低，所载燃油量较小，航程航时都较短。并且大多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。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明人开发了一种油箱嵌入翼身融合体的V尾布局无人机。

本发明的无人机主要用于执行科研实验、遥感探测和空中航拍等飞行任务。该无人机具有如下特点：1）续航时间较长，便于开展对航时要求较高的飞行任务；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）对起降条件要求较低。

根据本发明的一个方面，提供了一种小型无人机，其特征在于包括：机身；连接在所述机身上的机翼；尾翼；以及，分别设置在所述机身内部左前方、左后方、右前方和右后方的左前油箱、左后油箱、右前油箱以及右后油箱。

根据本发明的一个进一步的方面，上述小型无人机进一步包括：安装在所述机身的前端的发动机；所述发动机驱动的螺旋桨，用于为飞机提供飞行所需的拉力。

根据本发明的一个进一步的方面，上述小型无人机进一步包括：设置在所述机身的上部的一个机舱盖，其与所述机身限定了一个机舱；其中所述机身为一个具有一定翼型的扁平升力体。

根据本发明的一个进一步的方面，上述尾翼为V型尾翼，尾翼后缘设有控制面，从而可通过V尾混控模式实现升降舵和方向舵的功能。根据本发明的另一个方面的无人机进一步包括模块化装载设计，包括位于机身（1）中部的底板支撑板（32），用于安装机载设备。

附图说明

图1显示了根据本发明的一个实施例的小型无人机的整体外形图。

图2显示了根据本发明的一个实施例的油箱布置示意图。

图3显示了根据本发明的一个实施例油箱连接示意图。

图4显示了根据本发明的一个实施例的底板示意图。

图5显示了根据本发明的一个实施例的设备与底板安装示意图。

图6显示了根据本发明的一个实施例的设备安装与效果图。

具体实施方式

为了解决现有小型无人机航程、航时较小，且在机载设备“拆卸—安装”模式上耗费时间较长、过程烦琐等问题；本发明的一个基本方面是提供了一款阻力小、结构设计合理的小型无人机方案，能够对机载设备快速装卸。

本发明的一个进一步的方面是提供了一款阻力小，载油量大，航时较长，能够执行远程飞行任务的小型无人机方案，该方案采用机载设备模块化装卸设计，能够对机载设备快速装卸。

根据本发明的一个实施例主要是通过对翼身融合体的V尾布局无人机的总体布局的合理设计与装配调试来实现的。

根据本发明的一个进一步的实施例主要是通过对油箱嵌入翼身融合体的V尾布局无人机的总体布局、嵌入式油箱设计、交替式供油方式以及模块化机载设备安装形式的合理设计与装配调试来实现的。

以下结合具体实施例说明本发明的技术方案：

1）小型无人机的总体布局

该小型无人机采用常规式气动布局（如图1所示），翼身融合体设计，拉进式动力装置，V型尾翼及前三点式起落架。

其中机身（1）为一个具有一定翼型的扁平升力体，上部设有一个机舱盖（9），内部为一个大容量的机舱，用于机载设备的安装。机身两侧通过合理的曲线与机翼（3）融合，保证较好的气动特性。机身前端安装有发动机（10），发动机（10）驱动螺旋桨（11），为飞机提供飞行所需的拉力。

根据一个实施例，机翼（3）平面形状为梯形，其前缘后掠、后缘前掠。每侧机翼外侧后缘设置有副翼（4），内侧后缘设置有襟翼（5）。

根据一个实施例，尾翼采用V型尾翼（7）。根据一个具体实施例，尾翼（7）的左右尾翼互成约120°。尾翼后缘设有控制面（6），通过V尾混控模式可实现升降舵和方向舵的功能。

V型尾翼（7）与机身（1）的连接通过尾撑（8）实现。尾撑（8）采用诸如带锥度的碳纤维复合材料圆管；根据一个具体实施例，该圆管直径较小的一端用于安装V型尾翼（7），直径较大的一端与机身（1）的尾部连接。

前起落架（12）位于机身（1）的前下方，主起落架系统（2）位于机身（1）中下部。

2）嵌入式油箱设计

根据本发明的一个实施例，如图2所示，机身内部左前方、左后方、右前方和右后方各布置有左前油箱（16）、左后油箱（15）、右前油箱（13）以及右后油箱（14），这样设计既不额外增加阻力，又为机身中部载荷舱（17）留出尽可能大的空间，提高了飞机的装载能力。油箱的外形与常规六面体形状不同，而是根据翼身融合体机身外形而定，即左、右前油箱（13）、（16）侧面呈翼型前缘形状，左、右后油箱（14）、（15）后部呈翼型后缘形状，内部中空，装载油料。

3）交替式供油方式

根据本发明的一个实施例，如图3所示，进气管（22）插入左后油箱（15），左后油箱（15）通过油管（21）与右前油箱（13）相连，右前油箱（13）通过油管（20）与右后油箱（14）相连，右后油箱（14）通过油管（19）与左前油箱（16）相连，左前油箱（16）通过油管（23）与防气泡油箱（18）相连，防气泡油箱（18）通过油管（24）与发动机相连。

油箱按上文连接完毕后，飞行中发动机耗油的顺序是先使用左后油箱（15）中的燃油，接着使用右前油箱（13）中的燃油，再接着使用右后油箱（14）中的燃油，最后使用左前油箱（16）中的燃油。这样，燃油在全机的消耗顺序依次为左后—右前—右后—左前，这样每消耗一个后部油箱的燃油，就相应消耗一个前部油箱的燃油，避免两个后部油箱同时消耗或两个前部油箱同时消耗，从而保证燃油消耗对整机重心的影响在容许范围之内。

防气泡油箱（18）的主要特点是相对主油箱体积较小，这样可以保证在整个飞行过程中，不论主油箱（13）、（14）、（15）、（16）内油位如何变化，防气泡油箱（18）内均为满油状态，从而为发动机稳定供油。

4）模块化装载

为便于机载设备的安装和替换，并减小对飞机结构的影响，该机机身中部设计了模块化装载结构（如图4所示）。

底板支撑板（32）设计于机身（1）中部，上面设计有螺钉孔（31），螺钉孔背面镶有反抓螺母，用于安装螺钉以固定底板（42）。底板支撑板（32）的前部设计有方孔（33），成“口”形，为安装探测云台等机载设备预留空间。

机载设备（41）安装于底板（42）上表面（如图5所示），底板的四个角设计有螺钉孔（43）。

安装机载设备时，首先将机载设备（41）固定于底板（42）上表面，之后用螺钉将底板（42）固定于底板支撑板（32）上（如图6所示）。

下面通过两个实例对本发明的实施方式进行更具体的说明：

实例一，长航时带任务飞行

整机采用翼身融合体和“V”形尾翼设计以及拉进式动力装置，阻力小，升力大。由于安装了采用交替式供油型式的嵌入式油箱，在无人机起飞后，采用左后油箱—右前油箱—右后油箱—左前油箱的顺序依次为发动机供油，在耗油过程中整机重心纵向变化量较小，且由于油箱具有较大容积，可以实现较长时间的飞行。

实例二，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。

有益效果

本发明的优点在于：

1）该小型无人机采用翼身融合体、单尾撑、V型尾翼和拉进式动力的布局型式，具有优异的空气动力学特性，特别是翼身融合体设计等增加全机升力，减小翼身干扰阻力；

2）采用嵌入式油箱设计，在不增加额外阻力的前提下，充分利用机身内部空间装载燃油，不仅节省载荷舱空间，还增加了载油量，提高了整机续航时间；

3）采用交替式供油型式，避免飞行过程中两个前油箱或两个后油箱或两个同侧油箱同时耗尽，从而保证燃油消耗对整机纵向重心的影响在容许范围之内；

4）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。

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

1.一种小型无人机，其特征在于包括：

机身（1）；

连接在所述机身（1）上的机翼（3）；

尾翼（7）；

分别设置在所述机身（1）内部左前方、左后方、右前方和右后方的左前油箱（16）、左后油箱（15）、右前油箱（13）以及右后油箱（14）；

其中

所述机身（1）为一个具有一定翼型的扁平升力体；

左前油箱、右前油箱侧面呈所述翼型的前缘的形状；

左后油箱、右后油箱后部呈所述翼型的后缘的形状。

2.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：

插入左后油箱（15）的进气管（22），

连接左后油箱（15）与右前油箱（13）的油管（21），

连接右前油箱（13）与右后油箱（14）的油管（20），

连接右后油箱（14）与左前油箱（16）的油管（19），

连接左前油箱（16）与一个防气泡油箱（18）的油管（23），

所述防气泡油箱（18），以及

连接所述防气泡油箱（18）与发动机的油管（24）。

3.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：

安装在所述机身（1）的前端的发动机（10）；

发动机（10）驱动的螺旋桨（11），用于为飞机提供飞行所需的拉力，

其中发动机耗油的顺序是先使用左后油箱（15）中的燃油，接着使用右前油箱（13）中的燃油，再接着使用右后油箱（14）中的燃油，再使用左前油箱（16）中的燃油。

4.根据权利要求3所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：

位于发动机和主油箱之间的防气泡油箱（18）：

防气泡油箱（18）的体积相对左前油箱（16）、左后油箱（15）、右前油箱（13）以及右后油箱（14）的总体积较小，这样可以保证在整个飞行过程中，不论左前油箱（16）、左后油箱（15）、右前油箱（13）和/或右后油箱（14）内油位如何变化，防气泡油箱（18）内均为满油状态，从而为发动机稳定供油。

5.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于进一步包括尾撑（8），用于实现所述尾翼（7）与机身（1）的连接。

6.根据权利要求5所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：

设置在所述机身（1）的上部的一个机舱盖（9），其与所述机身（1）限定了一个机舱；

其中：

机翼（3）平面形状为梯形，其前缘后掠、后缘前掠。每侧机翼外侧后缘设置有副翼（4），内侧后缘设置有襟翼（5）。

7.根据权利要求5所述的小型无人机，其特征在于

所述尾翼为V型尾翼（7），V型尾翼（7）的左右尾翼互成约120°，后缘设有控制面（6），从而可通过V尾混控模式实现升降舵和方向舵的功能，

所述尾撑（8）为一个圆管，圆管采用碳纤维复合材料，其直径较小的一端用于安装V型尾翼（7），直径较大的一端与机身（1）的尾部连接。

8.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：

位于机身（1）的前下方的前起落架（12），以及

位于机身（1）中下部的主起落架系统（2）。