CN105346718A - 一种垂直起降无人机 - Google Patents

Abstract

一种垂直起降无人机，包括：机身和机翼，第一电机，第一电机包括第一电机轴承，第一电机轴承轴线与机身对称面的夹角小于90°，第一电机与机身头部连接，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，第二电机轴承轴线位于机身对称面内，第二电机与机身尾部连接；第二螺旋桨，第二螺旋桨与第二电机轴承连接，且位于机身上侧。垂直起降无人机的第一电机可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转，可实现垂直起降无人机零水平速度起降、悬停，且能高速水平飞行。

Description

一种垂直起降无人机

技术领域

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

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。

无人机通常被分为固定翼无人机与旋转翼无人机。

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。

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。

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

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。

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：

第一电机，第一电机包括第一电机轴承，第一电机轴承轴线与机身对称面的夹角小于90°，第一电机与机身头部连接，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，第二电机轴承轴线位于机身对称面内，第二电机与机身尾部连接；

第二螺旋桨，第二螺旋桨与第二电机轴承连接，且位于机身上侧。

进一步，第一电机包括第一左电机和第一右电机，第一左电机和第一右电机沿机身对称面呈镜面对称分布；

第一螺旋桨包括第一左螺旋桨和第一右螺旋桨。

进一步，还包括：

前左电机支臂，第一左电机通过前左电机支臂与机身头部连接；

前右电机支臂，第一右电机通过前右电机支臂与机身头部连接。

进一步，前左电机支臂包括左横杆和左纵杆，左横杆的第一端与机身头部连接，左横杆的第二端与左纵杆的第二端连接，第一左电机置于左纵杆内，第一左电机轴承穿出左纵杆的第一端，并与第一左螺旋桨连接。

进一步，前右电机支臂包括右横杆和右纵杆，右横杆的第一端与机身头部连接，右横杆的第二端与右纵杆的第二端连接，第一右电机置于右纵杆内，第一右电机轴承穿出右纵杆的第一端，并与第一右螺旋桨连接。

进一步，左横杆轴线垂直于机身对称面，左纵杆轴线垂直于左横杆轴线；

右横杆轴线垂直于机身对称面，右纵杆轴线垂直于右横杆轴线。

进一步，机身内设置有舵机，所述舵机可以驱动左横杆和右横杆绕自身轴线自转。

进一步，左横杆的第一端与右横杆的第一端固定连接；

或者，左横杆与右横杆为一体结构。

进一步，还包括：尾电机支臂，第二电机通过尾电机支臂与机身尾部连接。

进一步，尾电机支臂包括尾横杆和尾纵杆，尾纵杆轴线位于机身对称面内，第二电机置于尾纵杆内，第二电机轴承穿出尾纵杆并与第二螺旋桨连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明的技术方案中，垂直起降无人机具有可以绕垂直机身对称面的旋转轴旋转的第一电机，第一电机带动第一螺旋桨一起绕该旋转轴转动，因此可以改变第一螺旋桨自转时产生的力的方向，如第一螺旋桨产生升力时，可以实现垂直起降无人机零水平速度起降、悬停；第一螺旋桨产生推力时，可以使垂直起降无人机高速水平飞行。可以克服固定翼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；而且，可以克服旋转翼无人机飞行速度慢的缺点。

第二电机轴承轴线位于机身对称面内，第二螺旋桨产生升力时可以保持垂直起降无人机起降或者悬停时的平衡。

附图说明

图1是本发明一种垂直起降无人机的结构示意图；

图2是本发明一种垂直起降无人机垂直起降时的结构示意图；

图3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；

图4是本发明一种垂直起降无人机的水平飞行状态示意图。

具体实施方式

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。

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。

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。

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。

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。

参考图1和图2，本发明提供一种垂直起降无人机，包括：

机身1和机翼2。

所述机翼2包括第一机翼和第二机翼，第一机翼和第二机翼设置于机身1两侧，且沿对称面呈镜面对称设置，所述对称面称为机身对称面。机身轴线位于机身对称面内。

在具体实施例中，所述机翼2翼尖上还设置有垂尾3，所述垂尾3朝向机身1上侧，垂尾3与机翼2固定连接。垂尾3用于提高垂直起降无人机的操稳特性。

在具体实施例中，垂直起降无人机还包括副翼4，副翼4与所述机翼2尾部铰接，可以通过安装在机翼2中的舵机使副翼4转动以控制垂直和改变起降无人机的飞行状态。

第一电机，第一电机包括第一电机轴承，第一电机轴承轴线与机身对称面的夹角小于90°，第一电机与机身头部连接，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。

第一电机包括第一左电机和第一右电机，第一左电机和第一右电机沿机身对称面呈镜面对称分布。

第一螺旋桨包括第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6。

在本实施例中，垂直起降无人机包括前左电机支臂，第一左电机通过前左电机支臂与机身头部连接；前右电机支臂，第一右电机通过前右电机支臂与机身头部连接。

前左电机支臂包括左横杆5’和左纵杆10’，左横杆5’的第一端与机身头部连接，左横杆5’的第二端与左纵杆10’的第二端连接，第一左电机置于左纵杆10’内，第一左电机轴承穿出左纵杆10’的第一端，并与第一左螺旋桨6’连接。

左横杆5’和左纵杆10’固定连接或者为一体结构，第一左电机轴承轴线与左纵杆10’的轴线平行或者重合。

在具体实施例中，左横杆5’轴线垂直于机身对称面，左纵杆10’的轴线垂直于左横杆5’的轴线。这就使第一左电机轴承轴线平行于机身对称面，也就是第一左电机轴承轴线与机身对称面的夹角为0°。

在其他实施例中，第一左电机轴承轴线与机身对称面的夹角可以为大于0°小于90°的任意角度。

前右电机支臂包括右横杆5和右纵杆10，右横杆5的第一端与机身头部连接，右横杆5的第二端与右纵杆10的第二端连接，第一右电机置于右纵杆10内，第一右电机轴承穿出右纵杆10的第一端，并与第一右螺旋桨6连接。

右横杆5和右纵杆10固定连接或者为一体结构，第一右电机轴承轴线与右纵杆10的轴线平行或者重合。

在具体实施例中，右横杆5轴线垂直于机身对称面，右纵杆10的轴线垂直于右横杆5的轴线。这就使第一右电机轴承轴线平行于机身对称面，也就是第一右电机轴承轴线与机身对称面的夹角为0°。

在其他实施例中，第一右电机轴承轴线与机身对称面的夹角可以为大于0°小于90°的任意角度。

在具体实施例中，左横杆5’的第一端与右横杆5的第一端固定连接；或者，左横杆5’与右横杆5为一体结构。左横杆5’与右横杆5的轴线在一条直线上，形成轴线7。

上述前左电机支臂和前右电机支臂沿机身对称面呈镜面对称设置，使得第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6也呈面对称设置。当第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6在电机的驱动下绕自身轴线自转时产生的力沿机身对称面对称，能够保持垂直起降无人机的飞行平衡。

而且，机身内设置有舵机，所述舵机可以驱动左横杆5’和右横杆5绕自身轴线自转，这带动左纵杆10’和右纵杆10，第一左电机和第一右电机、第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6绕左横杆5’的轴线和右横杆5的轴线旋转，由于第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6的方向可以改变，因此可以改变第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6由第一左电机和第一右电机驱动而自转时产生的力的方向，如第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6产生升力时，可以实现垂直起降无人机零水平速度起降、悬停；第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6产生推力时，可以使垂直起降无人机高速水平飞行。克服了固定翼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；而且，可以克服旋转翼无人机水平飞行速度慢的缺点。

在具体实施例中，垂直起降无人机还包括第二电机，第二电机包括第二电机轴承，第二电机轴承轴线位于机身对称面内，第二电机与机身尾部连接。

在本实施例中，还包括尾电机支臂，第二电机通过尾电机支臂与机身尾部连接。尾电机支臂包括尾横杆8和尾纵杆，尾纵杆轴线位于机身对称面内。

与所述机身对称面垂直的平面称为横平面，所述尾纵杆轴线垂直于所述横平面。

尾横杆8和尾纵杆固定连接，尾横杆8轴线与尾纵杆轴线垂直。

第二电机置于尾纵杆内，第二电机轴承穿出尾纵杆并与第二螺旋桨9连接。所述第二电机轴承轴线与所述尾纵杆轴线平行或者重合。第二螺旋桨9与第二电机轴承连接，且位于机身1上侧。

第二电机轴承轴线位于机身对称面内，第二螺旋桨9产生升力时可以保持垂直起降无人机起降或者悬停时的平衡。

下面介绍垂直起降无人机的起降及水平飞行时的操作方法：

参考图1和图2，起飞时，舵机驱动左横杆5’和右横杆5绕自身轴线自转，带动第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6绕左横杆5’的轴线和右横杆5的轴线旋转，使第一左电机轴线和第一右电机轴线垂直于横平面，第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6由第一左电机和第一右电机驱动而自转，产生垂直横平面向上的升力；同时启动第二电机，第二螺旋桨9在第二电机的驱动下自转，产生垂直横平面向上的升力。此时，垂直起降无人机开始零水平速度起飞。

参考图1和图3，当垂直起降无人机上升到一定高度后，舵机驱动左横杆5’和右横杆5绕自身轴线自转，带动第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6绕左横杆5’的轴线和右横杆5的轴线旋转，使第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6向前转动，第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6产生向前的拉力分量，同时第二电机转速逐渐减慢，第二螺旋桨9产生的升力减小，垂直起降无人机产生向前的速度，垂直起降无人机进入过渡飞行阶段。

参考图1和图4，随着第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6向前转动，螺旋桨产生的升力逐渐转变为水平飞行拉力，第二电机转速逐渐减为零，第二螺旋桨9产生的升力减为零，垂直起降无人机进入高速水平飞行阶段。

垂直起降无人机需要降落时，转动第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6，使第一左螺旋桨6’和第一右螺旋桨6产生升力，并启动第二电机，使第二螺旋桨9产生升力，当升力的小于垂直起降无人机自身重力时，垂直起降无人机开始降落。

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，第一电机轴承轴线与机身对称面的夹角小于90°，第一电机与机身头部连接，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，第二电机轴承轴线位于机身对称面内，第二电机与机身尾部连接；

第二螺旋桨，第二螺旋桨与第二电机轴承连接，且位于机身上侧。

2.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，第一电机包括第一左电机和第一右电机，第一左电机和第一右电机沿机身对称面呈镜面对称分布；

第一螺旋桨包括第一左螺旋桨和第一右螺旋桨。

3.如权利要求2所述的垂直起降无人机，其特征在于，还包括：

前左电机支臂，第一左电机通过前左电机支臂与机身头部连接；

前右电机支臂，第一右电机通过前右电机支臂与机身头部连接。

4.如权利要求3所述的垂直起降无人机，其特征在于，前左电机支臂包括左横杆和左纵杆，左横杆的第一端与机身头部连接，左横杆的第二端与左纵杆的第二端连接，第一左电机置于左纵杆内，第一左电机轴承穿出左纵杆的第一端，并与第一左螺旋桨连接。

5.如权利要求4所述的垂直起降无人机，其特征在于，前右电机支臂包括右横杆和右纵杆，右横杆的第一端与机身头部连接，右横杆的第二端与右纵杆的第二端连接，第一右电机置于右纵杆内，第一右电机轴承穿出右纵杆的第一端，并与第一右螺旋桨连接。

6.如权利要求5所述的垂直起降无人机，其特征在于，左横杆轴线垂直于机身对称面，左纵杆轴线垂直于左横杆轴线；

右横杆轴线垂直于机身对称面，右纵杆轴线垂直于右横杆轴线。

7.如权利要求5所述的垂直起降无人机，其特征在于，机身内设置有舵机，所述舵机可以驱动左横杆和右横杆绕自身轴线自转。

8.如权利要求5所述的垂直起降无人机，其特征在于，左横杆的第一端与右横杆的第一端固定连接；

或者，左横杆与右横杆为一体结构。

9.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，还包括：尾电机支臂，第二电机通过尾电机支臂与机身尾部连接。

10.如权利要求9所述的垂直起降无人机，其特征在于，尾电机支臂包括尾横杆和尾纵杆，尾纵杆轴线位于机身对称面内，第二电机置于尾纵杆内，第二电机轴承穿出尾纵杆并与第二螺旋桨连接。