CN105109680A - 一种垂直起降无人机 - Google Patents

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张�杰
于春光
刘卓斌
周毅
张旺
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Abstract

一种垂直起降无人机,包括:机身和机翼,还包括:第一电机,第一电机包括第一电机轴承,第一电机可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转;第一螺旋桨,第一螺旋桨与第一电机轴承连接;第二电机,第二电机包括第二电机轴承,第二电机轴承轴线平行于机身对称面和机身纵面;第二螺旋桨,第二螺旋桨与第二电机轴承连接。垂直起降无人机的第二电机以驱动第二螺旋桨绕自身轴线自转产生升力。第一螺旋桨自转产生升力时,垂直起降无人机可以悬停、零水平速度起飞等。当第一螺旋桨自转产生平行于机身轴线,可以使垂直起降无人机高速水平飞行。

Description

一种垂直起降无人机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种无人机,特别涉及到一种垂直起降无人机。
背景技术
[0002] 由于无人机具有体型小、成本低等优势,而且随着飞控技术、通信技术和电子技术的快速发展,无人机的性能不断增强、类型不断增多,使其在军用领域和民用领域中的应用需求不断增大。
[0003] 无人机通常被分为固定翼无人机与旋转翼无人机。
[0004] 其中固定翼无人机依靠引擎推动,引擎驱动产生平行于机身轴线的水平推力,使无人机可以在空中高速飞行。但是由于引擎不能产生垂直于机身轴线的升力,所以固定翼无人机只能通过固定翼与空气间的相对运动来获得升力,以克服固定翼无人机的重力,升力的大小和固定翼与空气间的相对运动速度存在正相关关系,相对运动速度越大,固定翼无人机所获得的升力也越大。现有技术中,固定翼无人机存在着两个缺点:第一,起飞时需要较长的跑道才能使固定翼无人机获得足够的水平速度,以使固定翼无人机获得足够的升力起飞;第二,固定翼无人机在起飞后需要保持足够的飞行速度才能获得足够的升力以克服自身的重力。
[0005] 旋转翼无人机依靠引擎使旋转翼绕自身轴线自转,旋转翼自转时与空气产生相对运动获得升力。由于旋转翼无人机产生的升力直接由引擎驱动旋转翼自转而产生,因此旋转翼无人机起飞无需具有水平飞行速度,即不再依赖跑道,克服了固定翼无人机依赖较长跑道的缺点。同时,旋转翼无人机也克服了固定翼无人机起飞后需要保持足够的飞行速度的缺点,旋转翼无人机可以垂直升降、空中悬停、向前后左右飞行,具有飞行姿态多样化的优点。但是由于旋转翼提供的主要是升力,旋转翼无人机获得的平行于机身轴线的水平推力较小,所以水平飞行速度较慢。
[0006] 综上所述,现有技术中,无人机要么需要依赖长跑道,且起飞后需要保持足够的飞行速度;要么水平飞行速度较慢。
发明内容
[0007] 本发明解决的问题是现有技术中无人机要么需要依赖长跑道,且起飞后需要保持足够的飞行速度;要么水平飞行速度较慢。
[0008] 为解决上述问题,本发明提供一种垂直起降无人机,包括:机身和机翼,还包括:
[0009] 第一电机,第一电机包括第一电机轴承,第一电机可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转;
[0010] 第一螺旋桨,第一螺旋桨与第一电机轴承连接;
[0011] 第二电机,第二电机包括第二电机轴承,第二电机轴承轴线平行于机身对称面和机身纵面;
[0012] 第二螺旋桨,第二螺旋桨与第二电机轴承连接。
[0013] 进一步,第一电机和第一螺旋桨的数量为两个。
[0014] 进一步,第二电机和第二螺旋桨的数量为两个。
[0015] 进一步,两个第一电机分别位于机身对称面两侧,且两个第一电机沿机身对称面镜面对称设置。
[0016] 进一步,两个第二电机分别位于机身对称面两侧,且两个第二电机沿机身对称面镜面对称设置。
[0017] 进一步,位于机身对称面同一侧的第一电机和第二电机沿机身纵面镜面对称设置。
[0018] 进一步,所述第一电机和第二电机通过电机支架与机身或者机翼连接,电机支架包括:
[0019] 横杆,横杆第一端与机身或者机翼连接;
[0020] 纵杆,纵杆第一端与第一电机或第二电机连接,纵杆第二端与横杆第二端连接。
[0021] 进一步,横杆第一端与机翼连接,横杆轴线平行于机身轴线,横杆轴线垂直于纵杆轴线。
[0022] 进一步,位于机身对称面同一侧的两个横杆的第一端相连接。
[0023] 进一步,与第一电机连接的纵杆可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转。
[0024]与现有技术相比,本发明的技术方案具有以下优点:
[0025] 本发明的技术方案中,垂直起降无人机包括第一电机和第二电机,由于第二电机轴承轴线平行于机身对称面和机身纵面,所以第二电机可以驱动第二螺旋桨绕自身轴线自转产生升力。
[0026] 第一电机可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转,第一电机驱动第一螺旋桨自转产生不同方向的力。
[0027] 当第一螺旋桨自转产生升力时,与第二螺旋桨产生的升力相互配合可以使垂直起降无人机悬停、零水平速度起飞等,克服了现有技术中无人机需要依赖长跑道,且起飞后需要保持足够的飞行速度的缺点。
[0028]当第一螺旋桨自转产生平行于机身轴线,且朝向机身头部的拉力时,使第二螺旋桨停止自转,可以使垂直起降无人机高速水平飞行,克服了现有技术中旋转翼无人机水平飞行速度较慢的缺点。
附图说明
[0029] 图1是本发明一种垂直起降无人机的结构示意图;
[0030] 图2是本发明一种垂直起降无人机由起飞阶段过渡到水平飞行阶段的示意图。
具体实施方式
[0031] 现有技术中无人机要么需要依赖长跑道,且起飞后需要保持足够的水平飞行速度;要么水平飞行速度较慢。
[0032] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0033] 与固定翼无人机相比,垂直起降无人机能够以零速度起飞着陆,具备悬停能力,并能以固定翼飞行的方式水平飞行。垂直起降无人机对跑道无依赖,且具有可悬停的优势。
[0034] 与旋转翼无人机相比,垂直起降无人机具有高得多的前飞速度,并具有更大的航程。
[0035] 正是基于这些优点,垂直起降无人机尤其适用于需要悬停或对起降场地有特殊要求的场合。
[0036] 参考图1,本发明提供一种垂直起降无人机,包括:
[0037] 机身I和机翼2。
[0038] 所述机身I的内部装有锂电池、飞行控制系统。所述锂电池提供能量使电机驱动螺旋桨绕自身轴线旋转。飞行控制系统用于遥控器对垂直起降无人机飞行状态的控制。
[0039] 所述机身I沿对称面呈镜面对称设置,所述对称面称为机身对称面。经过垂直起降无人机重心,且垂直于机身轴线的平面为机身纵面。
[0040] 在本实施例中,所述机身I上设置有插槽,所述机翼2通过嵌入所述插槽与机身I连接,这种设计使所述机翼2可拆卸。所述机翼2上设置有翼尖小翼3。
[0041] 所述机身I尾部设置有垂尾4,所述垂尾4沿机身对称面对称设置。
[0042] 在其他实施例中,所述垂直起降无人机还包括:升降舵、副翼和方向舵等常用部件。
[0043] 在本实施例中,所述垂直起降无人机还包括:第一电机5,第一电机5包括第一电机轴承,第一电机5可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转,第一电机轴承与第一螺旋桨6连接。
[0044] 由于第一电机5可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转,第一电机5驱动第一螺旋桨6自转产生不同方向的力。
[0045] 在本实施例中,第一电机5和第一螺旋桨6的数量为两个,两个第一电机5分别位于机身对称面两侧,且两个第一电机5沿机身对称面镜面对称设置。
[0046] 在本实施例中,所述垂直起降无人机还包括:第二电机9,第二电机9包括第二电机轴承,第二电机轴承轴线平行于机身对称面和机身纵面,即垂直起降无人机水平飞行时,第二电机轴承轴线垂直于水平面。第二电机轴承与第二螺旋桨10连接。
[0047] 由于第二电机轴承轴线平行于机身对称面和机身纵面,所以第二电机9可以驱动第二螺旋桨10绕自身轴线自转产生升力。
[0048] 在本实施例中,第二电机9和第二螺旋桨10的数量为两个,两个第二电机9分别位于机身对称面两侧,且两个第二电机9沿机身对称面镜面对称设置。
[0049] 位于机身对称面同一侧的第一电机5和第二电机9沿机身纵面镜面对称设置。这可以使第一电机5和第二电机9驱动第一螺旋桨6和第二螺旋桨10产生升力时,升力能够使所述垂直起降无人机保持平衡而平稳起飞或者悬停。
[0050] 在本实施例中,所述第一电机5和第二电机9通过电机支架与机身I或者机翼2连接,电机支架包括:
[0051] 横杆8,横杆8第一端与机身I或者机翼2连接;
[0052] 纵杆7,纵杆7第一端与第一电机5或第二电机9连接,纵杆7第二端与横杆8第二端连接。
[0053] 在本实施例中,横杆8第一端与机翼2连接,横杆8轴线平行于机身轴线,横杆8轴线垂直于纵杆7轴线。
[0054] 在本实施例中,位于机身对称面同一侧的两个横杆8的第一端相连接,如固定连接或者为一体结构。
[0055]与第一电机5相连的纵杆7可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转。与第二电机9相连的纵杆7固定,不能旋转。
[0056] 在本实施例中,第一电机5和第二电机9通过嵌入纵杆7的第一端与纵杆7连接,第一电机轴承和第二电机轴承穿出纵杆7的第一端,并与第一螺旋桨6和第二螺旋桨10连接。
[0057] 在本实施例中,与第一电机5连接的纵杆7由舵机驱动,使其可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转,带动与其连接的第一电机5和第一螺旋桨6绕垂直机身对称面的旋转轴旋转。
[0058] 在其他实施例中,横杆8第一端与机身I连接,横杆8轴线垂直于机身对称面,横杆8轴线垂直于纵杆7轴线。
[0059] 下面介绍本实施例中的垂直起降无人机的操作方法:
[0060] 起飞时,使第一电机5绕垂直机身对称面的旋转轴旋转,当第一电机轴承平行于机身对称面和机身纵面时,启动第一电机5和第二电机9,带动第一螺旋桨6和第二螺旋桨10绕自身轴线自转产生升力,当所述升力大于垂直起降无人机的重力时,垂直起降无人机的开始起飞。克服了现有技术中固定翼无人机需要依赖长跑道。
[0061] 垂直起降无人机起飞后,保持第一电机5方向不变,且第一电机5和第二电机9保持开启,可以使垂直起降无人机保持悬停或低速前飞,克服了现有技术中固定翼无人机起飞后需要保持足够的飞行速度的缺点;还可以通过第一电机5和第二电机9转速的不同组合,采用差动控制垂直起降无人机的俯仰、滚转及偏航。
[0062] 逐渐降低第一电机5和第二电机9的转速,升力逐渐减小,当升力小于垂直起降无人机的重力时,垂直起降无人机的开始降落。
[0063] 参考图1和图2,垂直起降无人机起飞到一定高度后,使第一电机5绕垂直机身对称面的旋转轴旋转,带动第一螺旋桨6朝机身头部方向偏转,第一螺旋桨6自转产生向前的拉力分量,并逐渐减低第二电机的转速,垂直起降无人机的水平飞行速度逐渐增加,进入起飞状态至水平飞行状态的过度阶段。
[0064]当第一螺旋桨6继续向机身头部方向偏转而使第一螺旋桨6自转产生的力全为拉力时,使第二电机9停止工作,垂直起降无人机进入高速水平飞行状态。垂直起降无人机可以高速水平飞行,克服了现有技术中旋转翼无人机水平飞行速度较慢的缺点。
[0065] 当垂直起降无人机希望从高速水平飞行状态转变为悬停状态时,使第一电机5绕垂直机身对称面的旋转轴旋转,带动第一螺旋桨6朝机身尾部方向偏转,第一螺旋桨6自转产生向上的升力分量,并启动第二电机9,当第一螺旋桨6自转产生的力完全是向上的升力时,使第二电机9的转速与第一电机5的转速相同。垂直起降无人机的水平飞行速度由于没有拉力作用而逐渐降低,当垂直起降无人机的水平飞行速度减为零时,垂直起降无人机进入悬停状态。
[0066] 虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种垂直起降无人机,包括:机身和机翼,其特征在于,还包括: 第一电机,第一电机包括第一电机轴承,第一电机可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转; 第一螺旋桨,第一螺旋桨与第一电机轴承连接; 第二电机,第二电机包括第二电机轴承,第二电机轴承轴线平行于机身对称面和机身纵面; 第二螺旋桨,第二螺旋桨与第二电机轴承连接。
2.如权利要求1所述的垂直起降无人机,其特征在于,第一电机和第一螺旋桨的数量为两个。
3.如权利要求1或2所述的垂直起降无人机,其特征在于,第二电机和第二螺旋桨的数量为两个。
4.如权利要求2所述的垂直起降无人机,其特征在于,两个第一电机分别位于机身对称面两侧,且两个第一电机沿机身对称面镜面对称设置。
5.如权利要求3所述的垂直起降无人机,其特征在于,两个第二电机分别位于机身对称面两侧,且两个第二电机沿机身对称面镜面对称设置。
6.如权利要求5所述的垂直起降无人机,其特征在于,位于机身对称面同一侧的第一电机和第二电机沿机身纵面镜面对称设置。
7.如权利要求5或6所述的垂直起降无人机,其特征在于,所述第一电机和第二电机通过电机支架与机身或者机翼连接,电机支架包括: 横杆,横杆第一端与机身或者机翼连接; 纵杆,纵杆第一端与第一电机或第二电机连接,纵杆第二端与横杆第二端连接。
8.如权利要求7所述的垂直起降无人机,其特征在于,横杆第一端与机翼连接,横杆轴线平行于机身轴线,横杆轴线垂直于纵杆轴线。
9.如权利要求7所述的垂直起降无人机,其特征在于,位于机身对称面同一侧的两个横杆的第一端相连接。
10.如权利要求7所述的垂直起降无人机,其特征在于,与第一电机连接的纵杆可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转。
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Inventor before: Yu Chunguang

Inventor before: Liu Zhuobin

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Inventor before: Zhang Wang

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Assignee: Zhangjiagang Guanghuang new Mstar Technology Ltd

Assignor: SHANGHAI SHENGYAO INTELLIGENT TECHNOLOGY CO., LTD.

Contract record no.: 2016310000024

Denomination of invention: Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle and precise positioning and obstacle avoidance method thereof

License type: Exclusive License

Record date: 20160505

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