CN105775121A - 一种变翼式无人机及其方法 - Google Patents

Abstract

一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机包括一机身；两机翼，每所述机翼对称地设置于所述机身；以及至少三螺旋桨，每所述螺旋桨分别设置于所述机身和每所述机翼，其中设置于每所述机翼的所述螺旋桨得以座相对于所述机身的轴向运动。

Description

一种变翼式无人机及其方法

技术领域

本发明涉及一种无人机，特别涉及一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机可以基于不同的飞行需要，来调整飞行状态。

背景技术

随着电子商务的不断发展，快递运输变得越来越重要。

众所周知，快递运输中至关重要的两个因素就是时间和安全性。

当用户购买了一个商品时，可能很急于拿到商品。即使没有特别急切的需求，如果看到及时送到的商品也是心情愉悦的一件事情。另外一方面，运输过程的安全性也是至关重要，如果用户看到被送来的东西出现破损，可以想见，用户的心情应该是不太愉悦。

另一种情况，用户在邮寄一些小件东西或者一些重要文件时，对于时间的要求会更高，可能需要在极短的时间内送到对方地点。可是基于寄件的基本流程、人力资源的配置以及交通情况等多方面的因素，不管是在输送购买的商品还是急于邮寄的物件，时间总是没有办法做到即时。

对于这样的现状，各大型快递公司致力于无人机运输的研究。现有的各种多轴飞行器，即是在无人机运输方面的尝试。一般来说，多轴飞行器的结构为，由多个交叉连接的轴，构成飞行机翼。每一个机翼的端部设置一螺旋桨，作为动力机构。机翼交叉连接位置也就是重心位置作为货物运载位置。但是这种多轴飞行器由于其自身的结构特点，存在诸多问题。

由于多轴飞行器近似圆形的结构，不符合空气动力学的流线设计，使其在飞行过程中，受到的阻力较大，起飞过程需要的动力也较大，因此消耗的电能较多，存在续航时间短、航程短的明显缺点。

相应地，对于这样的问题，也出现了模仿大型飞机而设计的三轴无人机。现有的三轴无人机，一般的结构采用鸭式布局，包括一个主翼和两组鸭翼，两组鸭翼并排垂直连接于主翼。这种类型的无人机相对于多轴飞行器，结构上来说，相同规模的两种新形状，鸭式布局相对于多轴飞行器受到的阻力更小，更符合空气动气学原理，因此在具有相同动力源的条件下，鸭式布局的三轴无人机的续航能力以及航程会有相对改进。现有的鸭式布局的三轴无人机改进了某些方面，可是仍旧存在很多问题。

首先，多轴飞行器虽然结构不具有流线型，可是由于其多轴特点，在每一个轴的端部都安装有一个螺旋桨作为动力源，因此多轴也就具有更多的动力源，因此采用鸭式布局的三轴无人机，由于其结构的改变，在符合空气动力学的基础上，能够安装螺旋桨的位置较少，升力的大小由飞机滑行过程中速度的大小有关，因此必须有一定的滑行场地，使其达到一定的速度，才能够起飞。另一方面，在结构上减小的飞行过程中的空气阻力，可是提供的动力源减少，因此在续航时间和航程方面仍旧存在有待提高的地方。

另一方面，现有的一种鸭式布局的无人机，在鸭翼两侧安装螺旋桨作为动力源，如上所说，这种类型的无人机，提供的动力源较少，在起飞以及飞行过程中都具有较高难度。

此外，为了快速制动，现有技术中，存在一种变翼式无人机，螺旋桨安装在鸭翼两侧，鸭翼的两侧可以在一定角度内转动。在起飞，飞行，以及降落的过程中鸭翼处于不同的状态，从而改变螺旋桨提供动力的方向，因此在一定程度上改进了鸭式布局的无人机的性能。可是这种变翼式无人机，同样存在几个方面的问题。

首先，直升机以及多轴飞行器由于其安装的动力源一般都在机身正上方，因此可以在较小的距离起飞或者说可以实现垂直起降，可是这种鸭式布局的无人机，由于其提供的动力源的位置以及拉长的机身形状，使其必须具有一定的滑行距离，使其到达一定速度，通过机翼提供升力才能起飞，因此不能实现垂直起降，不适于小场地飞行。

其次，这种鸭式布局的飞机对于航向控不灵敏。也就是说，通过改变机翼两侧的螺旋桨的速度来改变航向，调节的速度较慢，影响飞行航线的精确性。

第三，这个鸭式布局的飞机不能实现端部的俯仰控制。也就是说，在竖直飞行高度的改变方面可调节的范围很小，可能到达某一飞行高度进行后，需要突然改变飞机的飞行高度或者飞行方向，这种情况则难以实现。

综合现有技术中存在的各种小型飞行器存在的优缺点，本发明从上述各方面存在的问题入手，期望得到一种更适于在小型货物运输中应用的无人机。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机可以基于不同的飞行需要，来调整飞行状态。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机可以在任何适于起降的场地进行起降，以扩大所述变翼式无人机的使用范围。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机具有较长的续航能力，以使所述变翼式无人机适于长距离的飞行。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，相对于现有技术的飞行器来说，所述变翼式无人机可以具有多轴飞行器特有的稳定性的飞行特征，也可以具有长航时、长距离飞行以及高气动效率等固定翼飞行器的飞行特征，从而，所述变翼式无人机在不需要增加自重的前提下，具有良好的飞行状态。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机能够快速地调整飞行状态，尤其是所述变翼式无人机能够快速地实现从水平飞行状态到悬停飞行状态之间的调整。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机提供多个螺旋桨，通过每所述螺旋桨的配合，所述变翼式无人机能够实现诸如转弯、俯冲、抬头等飞行状态，并且所述变翼式无人机的飞行灵活性能够得到有效地保障。例如，所述变翼式无人机的转弯可以通过每所述螺旋桨的差速(转速差，即每所述螺旋桨具有不同的转速)来实现。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中安装于所述变翼式无人机的一机身的所述螺旋桨可以是一共轴反转螺旋桨，这样，所述变翼式无人机的飞行平稳性能够得到保证，以确保所述变翼式无人机的飞行安全。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机的布局类似于传统的鸭式飞行器的布局特征，其飞行平稳性能够得到有效地保障。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机在大迎角飞行状态下，具有较高的抗失速能力。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中所述变翼式无人机特别适于小件货物的空运。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中载荷可作用于所述变翼式无人机重心的下方位置，具有较高的悬停稳定度，通过这样的方式，所述变翼式无人机的飞行安全被保障。

本发明的一个目的在于提供一种变翼式无人机及其方法，其中两架或两架以上的所述变翼式无人机能够协同工作，以实现大体量的货物的运输。换言之，多架所述变翼式无人机可以具有良好的协同能力。

为了达到上述目的，本发明提供一种变翼式无人机，其包括：

一机身；

两机翼，每所述机翼对称地设置于所述机身；以及

至少三螺旋桨，每所述螺旋桨分别设置于所述机身和每所述机翼，其中设置于每所述机翼的所述螺旋桨得以做相对于所述机身的轴向运动。

根据本发明的一个优选的实施例，所述变翼式无人机还包括一动力装置，所述动力装置设置于所述机身，并且每所述螺旋桨分别耦接于所述动力装置。

根据本发明的一个优选的实施例，所述变翼式无人机还包括一运载装置，所述运载装置设置于所述机身，并且所述运载装置作用于所述机身的作用点与所述机身的中心处于同一垂直方向。

根据本发明的一个优选的实施例，所述变翼式无人机还包括一起降装置，所述起降装置设置于所述机身的下方。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述螺旋桨选择性地设置于所述机翼的中部或端部。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述机翼分别包括一连接翼和一调整翼，每所述连接翼设置于所述机身，每所述调整翼可转动地设置于每所述连接翼，并且每所述螺旋桨分别设置于每所述连接翼。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述机翼分别包括一连接翼和一调整翼，每所述连接翼设置于所述机身，每所述调整翼可转动地设置于每所述连接翼，并且每所述螺旋桨分别设置于每所述调整翼。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述螺旋桨得以具有转速差。

根据本发明的一个优选的实施例，设置于所述机身的所述螺旋桨为一共轴反转螺旋桨。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述螺旋桨分别包括至少一桨叶，每所述桨叶分别具有一前桨面和一后桨面，并且所述前桨面的曲率大于所述后桨面的曲率。

根据本发明的一个方面，其还提供一种变翼式无人机，其包括：

一机身；

至少二螺旋桨；以及

两机翼，每所述机翼分别包括一连接翼以及一调整翼，其中每所述连接翼对称地设置于所述机身，每所述调整翼分别可转动地设置于每所述连接翼，并且每所述螺旋桨选择性地设置于每所述连接翼或每所述调整翼。

根据本发明的一个优选的实施例，一个所述螺旋桨设置于所述机身，并且所述螺旋桨为一共轴反转螺旋桨。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述螺旋桨得以具有转速差。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述螺旋桨分别包括至少一桨叶，每所述桨叶分别具有一前桨面和一后桨面，并且所述前桨面的曲率大于所述后桨面的曲率。

根据本发明的一个优选的实施例，所述变翼式无人机还包括一动力装置，所述动力装置设置于所述机身，并且每所述螺旋桨分别耦接于所述动力装置。

根据本发明的一个优选的实施例，所述变翼式无人机还包括一运载装置，所述运载装置设置于所述机身，并且所述运载装置作用于所述机身的作用点与所述机身的中心处于同一垂直方向。

根据本发明的一个优选的实施例，所述变翼式无人机还包括一起降装置，所述起降装置设置于所述机身的下方。

根据本发明的一个方面，其还提供一种变翼式无人机的飞行方法，所述变翼式无人机包括一机身以及对称地设置于所述机身的一机翼，其中所述方法包括使分别设置于每所述机翼的一螺旋桨在水平方向和垂直方向之间调整，以改变所述变翼式无人机的飞行状态。

根据本发明的一个优选的实施例，在上述方法中，还包括步骤：

(a)提供对称地设置于所述机身的一连接翼；

(b)提供可转动地设置于每所述连接翼的一调整翼，每所述连接翼与每所述调整翼分别形成每所述机翼，并且每所述螺旋桨选择性地设置于每所述连接翼或每所述调整翼；以及

(c)使每所述调整翼在所述水平方向和所述垂直方向调整。

根据本发明的一个优选的实施例，在上述方法中，设置一个所述螺旋桨于所述机身，并且所述螺旋桨为一共轴反转螺旋桨。

根据本发明的一个优选的实施例，在上述方法中，使每所述螺旋桨产生转速差。

根据本发明的一个优选的实施例，在上述方法中，使每所述螺旋桨产生转速差。

根据本发明的一个优选的实施例，每所述螺旋桨分别包括至少一桨叶，每所述桨叶分别具有一前桨面和一后桨面，并且所述前桨面的曲率大于所述后桨面的曲率。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的立体示意图。

图2是根据本发明的上述优选实施例一个变形实施方式的立体示意图。

图3是根据本发明的另个优选实施例的一个视角的立体示意图。

图4是根据本发明的上述优选实施例的另个视角的立体示意图。

图5是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机的起降状态示意图。

图6是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机的悬停状态示意图。

图7是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机从悬停飞行到水平飞行的状态的调整过程示意图。

图8是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机的水平飞行状态示意图。

图9A和图9B分别是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机在俯、仰状态的示意图。

图10是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机在侧转向状态的示意图。

图11是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机的一种运用方式的示意图。

图12是根据本发明的上述优选实施例的变翼式无人机的一种控制方式的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1所示是根据本发明的一个优选实施例的变翼式无人机，其可以被应用于诸如物流运输等多种不同的行业，因为所述变翼式无人机能够基于飞行需要在不同的状态之间进行调整，从而所述变翼式无人机能够提高物品运输的效率和安全性。本技术领域的技术人员应当理解，根据实际需要，所述变翼式无人机还可以被应用于其他的行业和领域，因此，在上述所举的实例并不能被视为对本发明的内容和范围的限制。

具体地说，所述变翼式无人机包括一机身10、两机翼20、至少二螺旋桨30、以及其他必要的构件，其中每所述机翼20对称地设置于所述机身10，每所述螺旋桨30分别设置于所述机身10和每所述机翼20。例如，在本发明的这个实施例中，所述螺旋桨30的数量可以被实施为三个，其中每所述螺旋桨30可以被分别设置于所述机身10和每所述机翼20，通过这样的方式，所述变翼式无人机在飞行状态下的平衡性能够得到有效地保证，从而，确保所述变翼式无人机的飞行安全。

值得一提的是，在其他的示例中，所述变翼式无人机还可以包括两副翼210和一尾翼220，其中每所述副翼210对称地设置于所述机身10的前部，所述尾翼220设置于所述机身10的后部，并且每所述副翼210和每所述机翼20具有相同的延伸方向，以使每所述副翼210、每所述机翼20与所述机身10构成所述变翼式无人机的主体结构，通过这样的方式，在本发明的一些实施例中，所述变翼式无人机可以具有传统的飞行器的结构，例如，所述变翼式无人机可以具有鸭式布局结构，以确保所述变翼式无人机在飞行时具有良好的平衡性和稳定性，从而保证飞行的安全。优选地，所述尾翼220设置于所述机身10的尾部上侧，以平衡所述变翼式无人机的动量。

值得一提的是，每所述副翼210设置于所述机身10的前部，每所述机翼20设置于所述机身10的后部，并且每所述副翼210的尺寸小于每所述机翼20的尺寸，从而，在所述变翼式无人机处于飞行状态时，每所述副翼210能够用于协同每所述机翼20给所述变翼式无人机提供升力。

进一步地，在本发明的一些实施例中，每所述机翼20具有一上侧面201和一下侧面202，其中所述上侧面201的曲率优选为大于所述下侧面202的曲率，换句话说，所述上侧面201的凸起程度大于所述下侧面202的凸起程度，通过这样的方式，一方面，能够减少空气对于处于飞行状态下的所述变翼式无人机的阻力，从而，使所述变翼式无人机具有更快的航速和更远的飞行距离，另一方面，还能够使每所述机翼20具有更好的升力。值得一提的是，每所述副翼210也可以具有每所述机翼20的结构，从而，使所述变翼式无人机飞行更安全、可靠。

一般情况下，飞行器的外部形态与其飞行状态具有密切的关联性，例如，飞行器的外形构造和布局会关系到飞行器的飞行特征和飞行性能，传统地，为了满足不同的时候需要，不同类型的飞行器的外部形态会有所不同，例如，在本发明的这个实施例中，所述变翼式无人机可以形成传统的鸭式布局结构，通过这样的方式，可以使所述变翼式无人机在做大强度的诸如上仰、小半径盘旋等机动性的动作时，所述变翼式无人机的每所述副翼210和每所述机翼20都会产生使所述变翼式无人机周围的空气形成强大的涡流，不同强度的涡流之间的相互耦合会增强其产生的升力。尤其是在所述变翼式无人机处于大迎角的状态下，每所述副翼210只需要减少产生升力即可使所述变翼式飞行器产生低头力矩，从而，有效地保证处于大迎角状态下的所述变翼式无人机被抑制过度抬头的可控性。因此，在本发明的特定的实施例中，采用鸭式布局的所述变翼式无人机能够使其具有更好的可控性。

尽管如此，本技术领域的技术人员应当理解，在本发明的其他的实施例中，所述变翼式无人机还可以具有其他类型的布局，以满足不同的飞行需要。因此，采用鸭式布局的所述变翼式无人机仅作为一个示例来描述所述变翼式无人机的优点，其并不作为对本发明的内容和范围的限制。

如图1所示，是根据本发明的一个优选实施例的所述变翼式无人机，其中设置于所述机身10的所述螺旋桨30被定义为一机身螺旋桨31，相应的，设置于每所述机翼20的每所述螺旋桨30被定义为一机翼螺旋桨32，可以理解的是，在不同的实施例中，所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的类型可以一致，也可以不一致。例如，在这个实施例中，每所述机翼螺旋桨32可以具有传统的螺旋桨的结构，所述机身螺旋桨31被实施为一共轴反转螺旋桨31，以增强所述变翼式无人机的飞行性能。

其中每所述机翼螺旋桨32分别可转动地设置于每所述机翼20，以使每所述机翼螺旋桨32可以做相对于所述机身10的轴向运动。具体地说，设定所述机身10方向为水平方向，设定高度方向为垂直方向，在本发明的这个实施例中，每所述机翼螺旋桨32可以在所述水平方向和所述垂直方向之间调整，以改变所述变翼式无人机的飞行状态，从而，实现所述变翼式无人机在水平飞行和悬停飞行的状态之间调整。也就是说，在本发明中，设置于每所述机翼20的每所述螺旋桨30得以做相对于所述机身10的轴向运动，以使每所述螺旋桨30处于所述水平方向时，所述变翼式无人机可以以水平飞行状态快速地飞行，每所述螺旋桨30处于所述垂直方向时，所述变翼式无人机可以以悬停飞行状态飞行。相对于现有技术的飞行器来说，所述变翼式无人机具有显著的进步。

值得一提的是，在如图1所述的这个实施例中，每所述机翼螺旋桨32可以设置于每所述机翼20的端部；在如图2所述的这个实施例中，每所述机翼螺旋桨32还可以设置于每所述机翼20的中部。换句话说，每所述机翼螺旋桨32可以选择性地设置于每所述机翼20的端部或中部，这样，可以使得所述变翼式无人机的结构布局能够基于需要被选择。应当理解的是，每所述机翼螺旋桨32在其他的实施例中，还可以被设置于其他任何可以被实施的位置，并确保每所述机翼螺旋桨32能够在所述水平方向和所述垂直方向进行调整。

值得一提的是，通过所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的差速(转速差，即每所述螺旋桨30可以具有不同的转速)，还可以方便地使所述变翼式无人机实现诸如转向等飞行状态的调整，以提高所述变翼式无人机在飞行状态下的灵活性。

如图3和图4所示是根据本发明的另一优选实施例的变翼式无人机，相对于上述优选实施例来说，所述变翼式无人机能够快速地实现从水平飞行的状态到悬停飞行的状态的调整。

具体地说，每所述机翼20分别包括一连接翼21和一调整翼22，其中每所述连接翼21设置于所述机身10，每所述调整翼22分别可转动地连接于每所述连接翼21，例如，在这个实施例中，每所述连接翼21是每所述机翼20靠近所述机身10的部分，每所述调整翼22是每所述机翼20远离所述机身10的部分。通过调整每所述调整翼22的方向，可以使所述变翼式无人机能够实现从水平飞行的状态到悬停飞行的状态的快速的调整，也可以使所述变翼式无人机能够实现从悬停飞行的状态到水平飞行的状态的调整。在本发明的一些实施例中，每所述机翼螺旋桨32可以被设置于每所述连接翼21，通过分别驱动每所述机翼螺旋桨32与每所述调整翼22从所述水平方向调整到所述垂直方向，可以使所述变翼式无人机能够实现从水平飞行的状态到悬停飞行的状态的快速的调整。在本发明的另一些实施例中，每所述机翼螺旋桨32还可以被设置于每所述调整翼22，这样，可以同步地驱动每所述机翼螺旋桨32与每所述调整翼22从所述水平方向调整到所述垂直方向，以使所述变翼式无人机的飞行状态能够更快和更便捷地被调整，从而提高所述变翼式无人机的可控性和灵活性。

优选地，每所述机翼螺旋桨32分别与对应位置的每所述调整翼22平行，具体地说，当每所述机翼螺旋桨32处于所述水平方向时，每所述调整翼22也位于所述水平方向；相应地，当每所述机翼螺旋桨32处于所述垂直方向时，每所述调整翼22也位于所述垂直方向，因为每所述机翼螺旋桨32被设置于每所述调整翼22，当驱动每所述调整翼22转动时，每所述机翼螺旋桨32会自动地转动，换句话说，每所述机翼螺旋桨32与每所述调整翼22的运动同步。

进一步地，每所述螺旋桨30还包括至少一桨叶33，每所述桨叶33形成的每所述螺旋桨30会同时形成一个轴，以使每所述桨叶33都能够以所述轴为轴做旋转运动，值得一提的是，不同位置的所述螺旋桨30可以具有相同的数量以及相同结构组合的每所述桨叶33，也可以具有不同数量或不同结构组合的每所述桨叶33。例如，在图3和图4示出的这个示例中，所述机身螺旋桨31的所述桨叶33的数量可以是六个，其中每两个所述桨叶33重叠地设置，以形成所述机身螺旋桨31的上浆和下浆，每所述机翼螺旋桨32的所述桨叶33的数量可以是两个，从而，使所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32可以具有不同的功能。本技术领域的技术人员应当理解，上述示例所列举的所述机身螺旋桨31与每所述机翼螺旋桨32的类型仅作为示例性的说明，在其他的实施例中，所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32还可以具有其他的结构，因此，其并不能够被视为对本发明的内容和范围的限制。

所述变翼式无人机还包括一动力装置40，所述动力装置40设置于所述机身10，以用于为所述变翼式无人机提供动力源，其中每所述螺旋桨30可以耦接于所述动力装置40，在所述变翼式无人机飞行的过程中，所述动力装置40通过驱动每所述螺旋桨33的转动，以实现所述变翼式无人机不同的飞行状态，可以理解的是，所述动力装置40同样为所述变翼式无人机的飞行提供动力源。特别地，所述动力装置40可以分别使每所述螺旋桨33具有不同的转速来使每所述螺旋桨32之间产生速度差，以形成每所述螺旋桨30之间的差速，例如，通过改变所述机身螺旋桨31的转速，可以使所述变翼式无人机做出抬头或俯冲的飞行动作，通过使每所述机翼螺旋桨32具有不同的转速，可以辅助所述变翼式无人机执行转弯等相应的动作，通过这样的方式，可以调整所述变翼式无人机不同的飞行状态，从而，提高所述变翼式无人机的灵活性。

在本发明这个实施例中，所述机身螺旋桨31同样可以被实施为所述共轴反转螺旋桨31，其中所述共轴反转螺旋桨31耦接于所述动力装置40，所述动力装置40可以驱动所述共轴反转螺旋桨31做旋转运动，并且所述动力装置40能够控制所述共轴反转螺旋桨31的转速。换言之，通过所述动力装置40，可以使被实施为所述共轴反转螺旋桨31的所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32具有相同或不同的转速，来协同地调整所述变翼式无人机的飞行状态，从而，增强所述变翼式无人机的诸如飞行灵活性、飞行平稳性、飞行安全性等性能。

值得一提的是，通过调整每所述螺旋桨30和每所述调整翼22的位置，可以使所述变翼式无人机具有不同的飞行状态，在如图5至图10所示的示例中，本发明以每所述机翼螺旋桨32设置于每所述调整翼22的这个具体的实施例，来描述每所述机翼螺旋桨32和每所述调整翼22在不同的状态下的具体情况，以使本技术领域的技术人员对本发明的内容和优势具有进一步的了解。

在本发明中，在将每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32从所述水平方向调整到所述垂直方向、以及从所述垂直方向调整到所述水平方向时，所述变翼式无人机会有不同的状态。例如，在本发明的一个实施例中，当所述变翼式无人机的每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32以处于所述水平方向为初始方向开始飞行过程时，所述变翼式无人机所经历的过程会是但不限于“地面-起飞-水平飞行-抬头或低头-侧向转弯-悬停-水平飞行-降落-地面”；相应的，当所述变翼式无人机的每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32以处于所述垂直方向为初始方向开始飞行过程时，所述变翼式无人机所经历的过程会是但不限于“地面-起飞-悬停-水平飞行-低头或抬头-侧向转弯-悬停-降落-地面”。可以理解的是，无论所述变翼式无人机以何种状态开始飞行，所述变翼式无人机在飞行的过程中都可以在水平飞行和悬停飞行的状态之间进行调整，以满足不同的飞行需要。本技术领域的技术人员应当理解，以不同初始状态进行飞行的所述变翼式无人机对于场地会有不同的要求，例如，当所述变翼式无人机以所述调整翼22和所述机翼螺旋桨32以所述垂直方向为初始状态进行飞行时，所述变翼式无人机可以实现垂直的起飞，当然，所述变翼式无人机也可以实现垂直的降落，这样，所述变翼式无人机的起降动作会尽可能少地受到飞行场地的限制，其允许在小场地上来完成起飞和降落的动作。

在本发明的以下描述中，将以所述变翼式无人机的每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32以处于所述垂直方向为初始方向对所述变翼式无人机的飞行过程进行详细的描述和揭露。

如图5所示，当所述变翼式无人机需要由停止于地面垂直起飞时，也就是所述变翼式无人机以所述垂直方向为初始方向开始执行飞行动作时，每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32可以被首先从所述水平方向调整到所述垂直方向，此时，每所述调整翼22会垂直于每所述连接翼21，所述动力装置40可以分别驱动所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的每所述桨叶33转动。

例如，界定所述变翼式无人机所处的空间为XYZ轴向，其中定义X轴向和Y轴向为所述水平方向，定义Z轴向为所述垂直方向。当所述变翼式无人机需要产生向上的飞行动作时，所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32都处于所述垂直方向，相应的，所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的每所述桨叶33会以所述轴为轴在所述水平方向转动。在所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的每所述桨叶33高速转动的过程中，每所述桨叶33的前浆面和后浆面会分别受到来自空气的反作用力，在本发明中，每所述桨叶33的前浆面和后浆面会有不同的曲率，例如每所述桨叶33的前浆面的曲率优选为大于后浆面的曲率，此时，每所述桨叶33的前浆面的空气流速会大于相应的所述桨叶33的后浆面的空气流速，从而，每所述桨叶33的前浆面受到的空气压力大于相应的所述桨叶33的后浆面受到的空气压力，在每所述桨叶33的前浆面和后浆面会形成向前向上的压力差，并且该压力差会以向上为主，从而给所述变翼式无人机提供向前以及向上的升力，以驱动所述变翼式无人机实现大致垂直的起飞过程。并且在这个过程中，所述机身螺旋桨31的上浆和下浆在所述动力装置40的驱动下以相反的方向转动，以协同每所述机翼螺旋桨32给所述变翼式无人机提供向上的升力。

另外，在这个过程中，处于所述垂直方向的每所述调整翼22会受到所述水平方向的空气阻力，可以理解的是，因为受力面积的增加，每所述调整翼22在所述垂直方向受到的空气阻力会大于其在所述水平方向受到的空气阻力。

具体地说，在分析所述变翼式无人机在整个过程中的受力情况之后，本技术领域的技术人员应当知道，在每所述调整翼22处于所述垂直方向时，所述变翼式无人机主要受到所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨31提供的斜向上的升力、同时所述变翼式无人机受到所述水平方向的空气阻力、并且因为所述变翼式无人机的自重而具有重力。在调整所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的转速改变斜向上的升力时，所述变翼式无人机受到的所述水平方向的空气阻力也会相应的改变。在这个过程中，当斜向上的升力分解后，在所述水平方向的力与所述变翼式无人机受到的在所述水平方向的空气阻力相平衡、并且在所述垂直方向的力大于所述变翼式无人机的重力时，所述变翼式无人机会垂直地向上运动，从而，所述变翼式无人机会实现垂直起飞。

如图7所示，在所述变翼式无人机在飞行的状态中，当所述变翼式无人机的每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32被从初始状态的所述垂直方向调整到所述水平方向时，此时，每所述调整翼22会与每所述连接翼21的方向一致，同样，所述动力装置40仍然可以驱动所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32转动。

具体地说，在这个过程中，所述变翼式无人机的每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32被从所述垂直方向调整到所述水平方向，此时，所述机翼螺旋桨32的每所述桨叶33会在所述垂直方向高速转动。更具体地说，在每所述机翼螺旋桨32的每所述桨叶33高速转动的过程中，每所述桨叶33的前浆面和后浆面都会受到相应位置的空气的压力。同样因为每所述桨叶33的前浆面的曲率大于相应的所述桨叶33的后浆面的曲率，每所述桨叶33的前浆面的空气流速大于相应的所述桨叶33的后浆面的空气流速，从而，每所述桨叶33的前浆面上受到的空气压力会大于相应的所述桨叶33的后浆面的空气压力，此时，会在每所述桨叶33的前浆面和后浆面之间形成向后向下的压力差，并且以向后为主。在这个过程中，所述变翼式无人机会受到空气作用于每所述桨叶33的反作用力，以提供所述变翼式无人机向前的动力。并且在这个过程中，所述机身螺旋桨31的上浆和下浆在所述动力装置40的驱动下以相反的方向转动，以协同每所述机翼螺旋桨32给所述变翼式无人机提供向上的升力。

值得一提的是，在这个过程中，每所述连接翼21和处于所述水平方向的每所述调整翼22主要受到所述垂直方向的升力。

具体地说，在分析所述变翼式无人机在整个过程中的受力情况之后，本技术领域的技术人员应当知道，当每所述调整翼22处于所述水平方向时，所述变翼式无人机主要受到每所述机翼20提供的向上的升力、所述变翼式无人机会受到所述水平方向的空气阻力、所述变翼式无人机会受到向前的空气的反作用力、以及所述变翼式无人机会受到所述垂直方向的重力。在调整每所述机翼螺旋桨32主要改变所述水平方向的作用力，调整所述机身螺旋桨31改变斜向上的升力后，所述变翼式无人机受到的所述水平方向的阻力也会相应的改变。并且在所述变翼式无人机受到的所述水平方向和所述垂直方向的力平衡时，所述变翼式无人机会保持水平飞行。

本技术领域的技术人员应当知道，当每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32处于所述水平位置时，所述机身螺旋桨31能够提供更多的动力源，并且每所述机翼螺旋桨32也会提供辅助的动力源，以使所述变翼式无人机能够实现更长时间、更远距离的飞行，并且会使所述变翼式无人机具有更高的气动效率。值得一提的是，在这种状态下，尤其是所述变翼式无人机在大迎角的飞行时，每所述副翼210会先于每所述机翼20失速，此时，所述机身10的前部会自动下俯，因此，相对于传统的固定翼飞行器来说，所述变翼式无人机具有更高的抗失速能力。

相应的，在所述变翼式无人机的飞行状态在从水平飞行向悬停飞行调整的过程中，每所述调整翼22和每所述机翼螺旋桨32会从所述水平方向被调整到所述垂直方向，此时，所述调整翼22会垂直于所述连接翼21。所述机翼螺旋桨32的每所述桨叶33会在所述水平方向转动，并且在每所述桨叶33高速转动的过程中，每所述桨叶33的前浆面和后浆面都会受到空气的压力。并且由于每所述桨叶33的前浆面的曲率大于后浆面的曲率，因此，每所述桨叶33前浆面受到的空气压力或大于相应的所述桨叶33的后浆面的空气压力，从而，在所述桨叶33的前浆面和后浆面之间形成向前向上的压力差，并且以向上为主，以提供所述变翼式无人机向前和向上的升力。

另外，在这个过程中，处于所述垂直方向的每所述调整翼22会受到所述水平方向的空气阻力，可以理解的是，每所述调整翼22在所述垂直方向受到的空气阻力会大于其在所述水平方向受到的空气阻力。

具体地说，在分析所述变翼式无人机在整个过程中的受力情况之后，本技术领域的技术人员应当知道，在每所述调整翼22处于所述垂直方向时，所述变翼式无人机主要受到所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨31提供的斜向上的升力、所述变翼式无人机会受到所述水平方向的空气阻力、并且因为所述变翼式无人机的自重而具有重力。当调整所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的转速改变斜向上的升力，所述变翼式无人机受到的所述水平方向的空气阻力也会相应的改变。在斜向上的升力分解后，在所述水平方向的力与所述变翼式无人机受到的在所述水平方向的空气阻力相平衡、并且在所述垂直方向的力与所述变翼式无人机的重力相平衡时，所述变翼式无人机不会向任何方向运动，从而，使所述变翼式无人机实现悬停飞行的飞行状态，如图6所示。

值得一提的是，在每所述调整翼22从所述水平方向向所述垂直方向调整的过程中，每所述调整翼22受到的空气阻力会由于受力面积的增加而增加，此时，所述变翼式无人机的飞行速度会受到很大的影响，以至于使所述变翼式无人机能够从高速的飞行状态快速地被调整到低速的飞行状态，并最终实现悬停飞行，从而，使所述变翼式无人机具有稳定的飞行特征。相对于现有技术的多轴飞行器来说，所述变翼式无人机具有显著的进步。

如图9A和图9B所示，当所述变翼式无人机的飞行状态从悬停飞行被调整到抬头或低头的飞行状态时，此时，所述变翼式无人机的所述机身10的前部会做出向上或向下的动作，在所述变翼式无人机处于悬停飞行状态时，通过调整所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的转速，以使所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32具有不同的转速，从而在所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32之间具有相对的差速，使所述变翼式无人机在所述垂直方向的受力不平衡，以使得合力方向向上或向下，从而，使所述变翼式无人机实现低头和抬头力矩，此时，所述变翼式无人机能够实现向上和向下的飞行。

例如，当所述机身10需要产生向上的力矩时，通过所述动力装置40来使所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32具有不同的转速，使其出现不平衡的旋翼差速，如，增大所述机身螺旋桨31的转速，保持所述机翼螺旋桨32的转速不变，可以产生抬头力矩；或者保持机身螺旋桨31的转速不变，减小所述机翼螺旋桨32的转速，同样产生抬头力矩；或者同时调整所述机身螺旋桨31和所述机翼螺旋桨32的转速，使得位于所述机身10前部的所述机身螺旋桨31的相对速度大于位于所述机身10后部的每所述机翼螺旋桨32的相对速度，从而使得所述机身10产生向上的抬头力矩。

相应地，当所述机身10需要产生向下的力矩时，通过所述动力装置40调节所述机身螺旋桨31和所述机翼螺旋桨32的转速，使其出现不平衡的旋翼差速，如，减小所述机身螺旋桨31的转速，保持每所述机翼螺旋桨32的转速不变，产生低头力矩；或者保持所述机身螺旋桨31的转速不变，增大每所述机翼螺旋桨32的转速，同样产生低头力矩；或者同时调整所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的转速，使得位于所述机身10前部的所述机身螺旋桨31的相对速度小于位于所述机身10后部的所述机翼螺旋桨32的相对速度，从而使得所述机身10产生向下的抬头力矩。

在所述变翼式无人机的飞行状态由低头或抬头状态被调整到转弯飞行状态时，所述机身螺旋桨31协同每所述机翼螺旋桨32的动作，来实现所述变翼式无人机的转弯飞行。具体地说，调整所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的相对速度，使得在侧向出现差速，从而使所述机身10的前部向侧边转向。例如，保持所述机身螺旋桨31的转动速度不变，改变每所述机翼螺旋桨32中的其中任何一个所述机翼螺旋桨32的速度，所述机身10会出现侧边力矩，从而实现向侧边转弯。本技术领域的技术人员可以理解，当所述变翼式无人机处于低头或抬头的飞行状态时，差速出现于所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32，此时，每所述机翼螺旋桨32的转速一致；当所述变翼式无人机处于侧向转弯状态时，差速出现于所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32之间，此时，每所述机翼螺旋桨32之间的转速也不一致。

如图10所示，在所述变翼式无人机的飞行状态从侧向转弯状态被调整到垂直下降状态时，通过调整所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32的相对速度，并调整每所述调整翼22的方向，使每所述调整翼22与每所述机翼螺旋桨32从所述水平方向被调整到所述垂直方向，相对应地，调整所述机身螺旋桨31和每所述机翼螺旋桨32改变斜向上的升力，所述水平方向的空气阻力也会相应的改变。在所述斜向上的升力分解后在所述水平方向的力与所述变翼式无人机在所述水平方向受到的空气阻力相平衡、并且在所述垂直方向的力小于所述重力时，所述变翼式无人机会垂直地做下降运动，从而，实现了所述变翼式无人机的垂直降落。

所述变翼式无人机还可以包括一运载装置50，所述运载装置50可以被选择性地设置于所述机身10的内部或下方，其中所述运载装置50可以用来装在被运输的物品等，在所述变翼式无人机处于飞行的状态时，所述运载装置50以及被装在所述运载装置50内部的物品作用于所述机身10的作用点位于所述机身10的重心或重心的下方，这样，可以确保所述变翼式无人机的飞行安全。例如，在如图11的这个示例中，两架或两架以上的所述变翼式无人机还可以协同来运载物品，具体地说，多架所述变翼式无人机在通过所述运载装置50运载物品时，物品通过所述运载装置50作用于所述机身10的作用点会在所述机身10的重心位置的正下方，也就是说，物品通过所述运载装置50作用于所述机身10的作用点与所述机身10的重心在同一个垂直方向(即所述物品通过所述运载装置50作用于所述机身10的作用点与所述机身10的重心共轴)，从而，确保所述变翼式无人机在运输物品的过程中，其具有良好的飞行平稳性，以进一步确保所述变翼式无人机的飞行安全。

所述变翼式无人机还可以包括一起降装置60，其中所述起降装置60设置于所述机身10的下部，以用于辅助所述变翼式无人机起降，如图3所示，所述起降装置60在一个具体的示例中可以被实施为一个起降架，尽管如此，本技术领域的技术人员应当理解，在本发明的其他的实施例中，所述起降装置60在其他的实施例中也可以被实施为起降轮或者类似的装置，因此，所述起降装置60的类型并不能够被视为对本发明的内容和范围的限制。

如图12所示，所述变翼式无人机还可以被一控制装置70控制，具体地说，将所述动力装置40可通信地联接于所述控制装置70，操作人员可以利用所述控制装置70通过控制所述动力装置40的能量输出来控制每所述螺旋桨30的转速和状态，从而，使每所述螺旋桨30之间能够通过产生差速来实现所述变翼式无人机在不同的飞行状态下的切换。例如，在本发明中，操作人员可以利用所述控制装置70来增加被实施为所述机身螺旋桨31的所述螺旋桨30的转速，以使所述变翼式无人机具有抬头的飞行动作。尽管如此，本技术领域的技术人员应当理解，所述控制装置70还可以对所述变翼式无人机的自动化控制，也就是说，可以在所述控制装置70内设定程序，以替代操作人员对所述变翼式无人机的飞行状态进行操作。

相应的，本发明还提供一种变翼式无人机的飞行方法，其中相对于现有技术的固定翼飞行器和多轴飞行器来说，所述变翼式无人机的所述飞行方法具有显著的进步。具体地说，所述方法包括使分别设置于每所述机翼20的每所述螺旋桨30在所述水平方向和所述垂直方向之间调整，以改变所述变翼式无人机的飞行状态。

优选地，所述方法还包括步骤。

(a)提供对称地设置于所述机身10的所述连接翼21。

(b)提供可转动地设置于每所述连接翼21的所述调整翼22，每所述连接翼21和每所述调整翼22分别形成每所述机翼20，并且每所述螺旋桨30选择性地设置于每所述连接翼21或每所述调整翼22。值得一提的是，在本发明的如图3所示的这个实施例中，被实施为所述机翼螺旋桨32的每所述螺旋桨33被设置于所述调整翼22，以使每所述机翼螺旋桨32可以与每所述调整翼22的运动同步。尽管如此，本技术领域的技术人员应当理解，即便是在所述机翼螺旋桨32设置于所述连接翼21的这个实施例中，通过分别调整所述机翼螺旋桨32与所述调整翼22的位置，也可以达到同样的目的。

(c)使每所述调整翼22在所述水平方向和所述垂直方向之间调整。通过这样的方式，所述变翼式无人机在后续的飞行过程中，其飞行状态能够被灵活地改变。

值得一提的是，在上述方法中，通过使每所述螺旋桨30之间产生转速差，可以使所述变翼式无人机在不同的飞行状态之间进行调整，例如，所述变翼式无人机可以实现诸如抬头、低头、转弯等飞行过程，从而，可以增加所述变翼式无人机的灵活性。

本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (23)

1.一种变翼式无人机，其特征在于，包括：

一机身；

两机翼，每所述机翼对称地设置于所述机身；以及

至少三螺旋桨，每所述螺旋桨分别设置于所述机身和每所述机翼，其中设置于每所述机翼的所述螺旋桨得以做相对于所述机身的轴向运动。

2.如权利要求1所述的变翼式无人机，其中所述变翼式无人机还包括一动力装置，所述动力装置设置于所述机身，并且每所述螺旋桨分别耦接于所述动力装置。

3.如权利要求1所述的变翼式无人机，其中所述变翼式无人机还包括一运载装置，所述运载装置设置于所述机身，并且所述运载装置作用于所述机身的作用点与所述机身的中心处于同一垂直方向。

4.如权利要求1所述的变翼式无人机，其中所述变翼式无人机还包括一起降装置，所述起降装置设置于所述机身的下方。

5.如权利要求1至4中任一所述的变翼式无人机，其中每所述螺旋桨选择性地设置于所述机翼的中部或端部。

6.如权利要求1至4中任一所述的变翼式无人机，其中每所述机翼分别包括一连接翼和一调整翼，每所述连接翼设置于所述机身，每所述调整翼可转动地设置于每所述连接翼，并且每所述螺旋桨分别设置于每所述连接翼。

7.如权利要求1至4中任一所述的变翼式无人机，其中每所述机翼分别包括一连接翼和一调整翼，每所述连接翼设置于所述机身，每所述调整翼可转动地设置于每所述连接翼，并且每所述螺旋桨分别设置于每所述调整翼。

8.如权利要求7所述的变翼式无人机，其中每所述螺旋桨得以具有转速差。

9.如权利要求7所述的变翼式无人机，其中设置于所述机身的所述螺旋桨为一共轴反转螺旋桨。

10.如权利要求7所述的变翼式无人机，其中每所述螺旋桨分别包括至少一桨叶，每所述桨叶分别具有一前桨面和一后桨面，并且所述前桨面的曲率大于所述后桨面的曲率。

11.一种变翼式无人机，其特征在于，包括：

一机身；

至少二螺旋桨；以及

两机翼，每所述机翼分别包括一连接翼以及一调整翼，其中每所述连接翼对称地设置于所述机身，每所述调整翼分别可转动地设置于每所述连接翼，并且每所述螺旋桨选择性地设置于每所述连接翼或每所述调整翼。

12.如权利要求11所述的变翼式无人机，其中一个所述螺旋桨设置于所述机身，并且所述螺旋桨为一共轴反转螺旋桨。

13.如权利要求11或12所述的变翼式无人机，其中每所述螺旋桨得以具有转速差。

14.如权利要求13所述的变翼式无人机，其中每所述螺旋桨分别包括至少一桨叶，每所述桨叶分别具有一前桨面和一后桨面，并且所述前桨面的曲率大于所述后桨面的曲率。

15.如权利要求14所述的变翼式无人机，其中所述变翼式无人机还包括一动力装置，所述动力装置设置于所述机身，并且每所述螺旋桨分别耦接于所述动力装置。

16.如权利要求15所述的变翼式无人机，其中所述变翼式无人机还包括一运载装置，所述运载装置设置于所述机身，并且所述运载装置作用于所述机身的作用点与所述机身的中心处于同一垂直方向。

17.如权利要求16所述的变翼式无人机，其中所述变翼式无人机还包括一起降装置，所述起降装置设置于所述机身的下方。

18.一种变翼式无人机的飞行方法，其特征在于，所述变翼式无人机包括一机身以及对称地设置于所述机身的一机翼，其中所述方法包括使分别设置于每所述机翼的一螺旋桨在水平方向和垂直方向之间调整，以改变所述变翼式无人机的飞行状态。

19.如权利要求18所述的飞行方法，其中在上述方法中，还包括步骤：

(a)提供对称地设置于所述机身的一连接翼；

(b)提供可转动地设置于每所述连接翼的一调整翼，每所述连接翼与每所述调整翼分别形成每所述机翼，并且每所述螺旋桨选择性地设置于每所述连接翼或每所述调整翼；以及

(c)使每所述调整翼在所述水平方向和所述垂直方向调整。

20.如权利要求18或19所述的飞行方法，其中在上述方法中，设置一个所述螺旋桨于所述机身，并且所述螺旋桨为一共轴反转螺旋桨。

21.如权利要求18或19所述的飞行方法，其中在上述方法中，使每所述螺旋桨产生转速差。

22.如权利要求20所述的飞行方法，其中在上述方法中，使每所述螺旋桨产生转速差。

23.如权利要求22所述的飞行方法，其中每所述螺旋桨分别包括至少一桨叶，每所述桨叶分别具有一前桨面和一后桨面，并且所述前桨面的曲率大于所述后桨面的曲率。