CN105882970A - 燃油动力独立驱动大型植保无人机 - Google Patents

Abstract

燃油动力独立驱动大型植保无人机，由机体、起落架、航电系统、动力系统、燃油系统和吊舱系统组成，机体采用构架式结构，包括主梁、中心板、机臂、拉杆和机罩；起落架位于机体腹部；动力系统固定在每个机臂末端的发动机座上；燃油系统置于机体中心部位，油箱穿在主梁上，并固定在下中心板上，油管穿过各个机臂内部给发动机供油；航电系统由飞控板、GPS、激光传感器、继电器、启动电机、直流有刷电调和电喷嘴等组成；吊舱系统由药箱、水泵、水管和喷头组成。本发明提供了一种燃油动力独立驱动无人机方案，一个电喷发动机直接驱动一个螺旋桨，中间不存在任何机械传动机构，突破了现有无人机载重和航时瓶颈，拓宽了无人机的应用范围。

Description

燃油动力独立驱动大型植保无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，特别是涉及一种燃油动力独立驱动大型植保无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备或自身程序来控制操纵装置的无驾驶员航空器。无人机不仅把人从飞行器上解放出来，而且由于不再受人的生理限制，飞机的潜能也得到了释放。

按照气动布局方式的不同，无人机可划分为无人固定翼、无人直升机、无人多旋翼、无人飞艇、无人伞翼机和无人扑翼机，其中前三类最为常见，而且应用最为广泛。无人固定翼飞行效率最高，续航时间长，巡航速度高，但需要跑道，无法定点悬停，机动性最差；无人直升机垂直起降，定点悬停，机动性最好，航时和载重较大，但结构最复杂，成本最高；无人多旋翼结构最简单，操作简单，容错能力强，成本低廉，垂直起降，定点悬停，但目前航时和载重较小；

与无人固定翼相比，无人旋翼机普遍具有垂直起降、定点悬停和机动性强等优势；与无人直升机相比，无人多旋翼又具有结构简单、容错能力强和成本低廉等优势，不断地挑战无人固定翼和无人直升机，以及各种有人驾驶飞机。

然而，市场上的多旋翼无人机，普遍存在航时短和载重小的缺陷，这是因为目前多旋翼无人机均采用电动方案，而电池的能量密度比太小，严重阻碍着它的发展和应用。

近年来，有许多油动多旋翼方案曾被提出，如：单机驱动多桨方案、双机驱动多桨方案和油电混合方案，这些方案的特点是结构复杂，丧失了多旋翼飞机本身的优势。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种能极大地延长多旋翼植保无人机的续航时间，增大其承载能力，而且结构稳定性和抗震能力强的燃油动力大型植保无人机。

结构轻量化是飞行器设计的原则之一，机体主体除了要具有一定的强度来承受各种外力外，还需有较好的刚性，以保证支臂和起落架等在飞行中不产生抖振，本设计采用的构架式结构的优点是结构简单、重量轻、强度大和刚度大。

本发明所采用的技术方案是：一种燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，其组成包括：机体、起落架、航电系统、动力系统、燃油系统和吊舱系统；所述的机体组成包括主梁、中心板、机臂、拉杆和机罩，机体采用传统的水平式构架布局，即传统的板夹管式结构，主梁位于机体中心位置，中心板通过中心板连接座固定在主梁上，中心板分为上中心板和下中心板，机臂通过臂管夹固连在上下中心板之间，所述拉杆包括水平拉杆和斜拉杆，斜拉杆通过杆梁接头连接主梁，水平拉杆通过臂杆接头连接机臂，航电系统和燃油系统均匀地布置在上下中心板上以及主梁和各个机臂内，既避免了传统的焊接和铆接造成的拆卸更换不方便，又解决了传统的焊接和铆接造成的设计空间不足，无法安装航电、燃油和吊舱系统等问题，还达到了简洁和美观的效果。

所述主梁是搭建整个机体的基础，处于飞机中心位置，用来连接和支撑中心板连接座、中心板、机臂、拉杆、杆梁接头和油箱，以保证机体的刚度、强度和稳定性，采用合金管形梁结构，即能提高空间利用率，有利于减重设计，又能满足强度和刚度要求。本设计中主梁主要承受压力和弯矩。杆梁接头是用来连接主梁和斜拉杆的转接件。拉杆分为水平拉杆和斜拉杆，斜拉杆连接在杆梁接头和臂杆接头之间，一般不承受任何作用力，只有在机臂有竖向和轴向变形时承受拉力或压力，其主要用来增加整体结构的刚度。水平拉杆与斜拉杆结构完全相同，只不过它只在支臂有水平变形时起作用。臂杆接头是用来连接发动机和机臂，水平拉杆和机臂，斜拉杆和主梁的转接件。

所述中心板是切角的正六边形镂空铝板，靠螺栓固定在套于主梁上端的中心板连接座上，切角的目的是为了便于放置臂管夹以固定机臂，以及消除角点处应力集中。机臂沿正六边形的对角线对称布置，且机臂近心端距主梁中心轴的距离相等，在每一个机臂末端上都套有一个臂杆接头，且距主梁中心轴的距离相等。

所述起落架采用传统的滑橇式起落架结构，只不过进行了快拆式改进设计，这样有利于快速拆装和维修更换，也便于分段加工降低成本，另外，增加了药箱架、臂架接头和缓冲垫结构。臂架接头用来将起落架挂载到机臂上，是连接起落架和机臂的转接件，缓冲垫套在起落架下面，缓冲垫套材质为一种高强度耐磨性橡胶。

所述航电系统由2S电池、UBEC、飞控板、遥控器、接收机、GPS、激光传感器、4S电池、继电器、启动电机、直流有刷电调、霍尔元件、CDI点火器、ECU、舵机、电喷嘴和LED指示灯，其中2S电池、UBEC和4S电池和是供电系统，遥控器、接收机、GPS、激光传感器、霍尔元件，以及飞控板板载的气压传感器和惯导模块是数据采集模块，飞控板和ECU是控制模块，直流有刷电调、CDI点火器、舵机和电喷嘴是执行模块。

所述动力系统由发动机座、电启动装置、发动机、气滤、排气筒和螺旋桨组成，电启动装置为二级齿轮减速器结构，发动机采用双缸两冲程发动机，排气筒内置了网状消音结构，螺旋桨采用32×10的涂有进口耐磨漆的碳纤维桨。

所述燃油系统由油箱、油泵、油滤、油压调节器、一分六油嘴和电磁喷油器组成，油箱采用六合一设计（参考201620144731.8油动多旋翼防燃油测流六合一油箱），油泵采用电喷外置燃油泵，油滤采用外置燃油滤清器，油压调节器采用燃油压力调节器，用来控制和调节泵油压力，油嘴采用一分六设计，是为了方便给六个油路供油。电磁喷油器用来将燃油雾化然后以一定速度喷入进气道，它的原理跟摩托车电喷和汽车电喷原理相同。

所述吊舱系统由水箱、水泵、喷头、喷头架和水管组成，水箱采用了仿形设计，上部的斜切面是为了避开油箱，中部的凹槽是为了避开斜拉杆，中部边缘凹槽是为了便于将药箱卡在药箱架上，底部设计成金字塔形是为了增大出水口的压势能，以及减小飞行过程中的空气阻力。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1、 本发明采用的构架式结构的优点是结构简单、重量轻、强度大和刚度大；

2、本发明极大地延长了多旋翼植保无人机的续航时间，增大了其承载能力，而且结构稳定性和抗震能力强；

3、本发明机体采用传统的水平式构架布局，既避免了传统的焊接和铆接造成的拆卸更换不方便，又解决了传统的焊接和铆接造成的设计空间不足，无法安装航电、燃油和吊舱系统等问题，还达到了简洁和美观的效果；

4、本发明采用电喷发动机独立驱动螺旋桨方案，即一个电喷发动机直接驱动一个螺旋桨，中间不存在任何机械传动机构，且发动机与螺旋桨一一对应，突破了现有无人机载重和航时瓶颈，极大地提高了无人机的实用性，拓宽了无人机的应用范围。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2为本发明机体结构示意图；

图3为本发明起落架结果示意图；

图4为本发明动力系统结构示意图；

图5为本发明燃油系统结构示意图；

图6为本发明吊舱系统结构示意图；

其中：1、机体；2、起落架；3、航电系统；4、动力系统；5、燃油系统；6、吊舱系统；7、药架箱；8、臂架接头；9、缓冲垫；10、主梁；11、中心板连接座；12、上中心板；13、下中心板；14、机臂；15、臂管夹；16、杆梁接头；17、水平接杆；18、斜拉杆；19、臂杆接头；20、发动机座；21、电启动装置；22、发动机；23、气滤；24、排气筒；25、螺旋桨；26、油箱；27、油泵；28、油滤；29、油压调节器；30、一分六油嘴；31、电磁喷油器；32、水箱；33、水泵；34、喷头；35、喷头架。

具体实施方式

本发明所采用的技术方案是：一种燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，其组成包括：机体1、起落架2、航电系统3、动力系统4、燃油系统5和吊舱系统6；所述的机体1组成包括主梁10、中心板、机臂14、拉杆和机罩，机体1采用传统的水平式构架布局，即传统的板夹管式结构，主梁10位于机体1中心位置，中心板通过中心板连接座11固定在主梁10上，中心板分为上中心板12和下中心板13，机臂14通过臂管夹15固连在上下中心板之间，所述拉杆包括水平拉杆17和斜拉杆18，斜拉杆18通过杆梁接头16连接主梁10，水平拉杆17通过臂杆接头19连接机臂14，航电系统3和燃油系统5均匀地布置在上下中心板上以及主梁10和各个机臂14内，既避免了传统的焊接和铆接造成的拆卸更换不方便，又解决了传统的焊接和铆接造成的设计空间不足，无法安装航电、燃油和吊舱系统6等问题，还达到了简洁和美观的效果。

所述主梁10是搭建整个机体1的基础，处于飞机中心位置，用来连接和支撑中心板连接座11、中心板、机臂14、拉杆、杆梁接头16和油箱26，以保证机体1的刚度、强度和稳定性，采用合金管形梁结构，即能提高空间利用率，有利于减重设计，又能满足强度和刚度要求。本设计中主梁10主要承受压力和弯矩。杆梁接头16是用来连接主梁10和斜拉杆18的转接件。拉杆分为水平拉杆17和斜拉杆18，斜拉杆18连接在杆梁接头16和臂杆接头19之间，一般不承受任何作用力，只有在机臂14有竖向和轴向变形时承受拉力或压力，其主要用来增加整体结构的刚度。水平拉杆17与斜拉杆18结构完全相同，只不过它只在支臂有水平变形时起作用。臂杆接头19是用来连接发动机22和机臂14，水平拉杆17和机臂14，斜拉杆18和主梁10的转接件。

所述中心板是切角的正六边形镂空铝板，靠螺栓固定在套于主梁10上端的中心板连接座11上，切角的目的是为了便于放置臂管夹15以固定机臂14，以及消除角点处应力集中。机臂14沿正六边形的对角线对称布置，且机臂14近心端距主梁10中心轴的距离相等，在每一个机臂14末端上都套有一个臂杆接头19，且距主梁10中心轴的距离相等。

所述起落架2采用传统的滑橇式起落架2结构，只不过进行了快拆式改进设计，这样有利于快速拆装和维修更换，也便于分段加工降低成本，另外，增加了药箱架7、臂架接头8和缓冲垫9结构。臂架接头8用来将起落架2挂载到机臂14上，是连接起落架2和机臂14的转接件，缓冲垫9套在起落架2下面，缓冲垫9套材质为一种高强度耐磨性橡胶。

所述航电系统3由2S电池、UBEC、飞控板、遥控器、接收机、GPS、激光传感器、4S电池、继电器、启动电机、直流有刷电调、霍尔元件、CDI点火器、ECU、舵机、电喷嘴和LED指示灯，其中2S电池、UBEC和4S电池和是供电系统，遥控器、接收机、GPS、激光传感器、霍尔元件，以及飞控板板载的气压传感器和惯导模块是数据采集模块，飞控板和ECU是控制模块，直流有刷电调、CDI点火器、舵机和电喷嘴是执行模块。

所述动力系统4由发动机22座20、电启动装置21、发动机22、气滤23、排气筒24和螺旋桨25组成，电启动装置21为二级齿轮减速器结构，发动机22采用双缸两冲程发动机22，排气筒24内置了网状消音结构，螺旋桨25采用32×10的涂有进口耐磨漆的碳纤维桨。

所述燃油系统5由油箱26、油泵27、油滤28、油压调节器29、一分六油嘴30和电磁喷油器31组成，油箱26采用六合一设计（参考201620144731.8油动多旋翼防燃油测流六合一油箱26），油泵27采用电喷外置燃油泵27，油滤28采用外置燃油滤28清器，油压调节器29采用燃油压力调节器，用来控制和调节泵油压力，油嘴采用一分六设计，是为了方便给六个油路供油。电磁喷油器31用来将燃油雾化然后以一定速度喷入进气道，它的原理跟摩托车电喷和汽车电喷原理相同。

所述吊舱系统6由水箱32、水泵33、喷头34、喷头架35和水管组成，水箱32采用了仿形设计，上部的斜切面是为了避开油箱26，中部的凹槽是为了避开斜拉杆18，中部边缘凹槽是为了便于将药箱卡在药箱架7上，底部设计成金字塔形是为了增大出水口的压势能，以及减小飞行过程中的空气阻力。

所述油箱26采用六合一设计具体为六个小油箱均匀分布在圆周上，包括六个出油口、进油口和溢油口，所述的进油口和溢油口分别设置在其中两个相对的小油箱一端，所述的油箱还包括螺栓槽和隔断，所述的螺栓槽设置在油箱的外部边缘，其中的螺栓连接处储油槽分离设置，所述的隔断设置在油箱内将六个小油箱分隔开，所述的隔断的所述的隔断高度低于油箱高度；每个小油箱底部设置有重锤凹槽；进油口和溢油口的底部设置有倾斜坡面；油箱内部填充有网状聚氨酯泡沫塑料层；油箱表面涂覆防辐射层。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，其组成包括：机体、起落架、航电系统、动力系统、燃油系统和吊舱系统；所述的机体组成包括主梁、中心板、机臂、拉杆和机罩，所述主梁位于机体中心位置，中心板通过中心板连接座固定在主梁上，中心板分为上中心板和下中心板，机臂通过臂管夹固连在上下中心板之间，所述拉杆包括水平拉杆和斜拉杆，斜拉杆通过杆梁接头连接主梁，水平拉杆通过臂杆接头连接机臂；所述起落架采用传统的滑橇式结构，起落架挂载在机臂上；所述动力系统组成包括发动机座、电启动装置、发动机、气滤、排气筒和螺旋桨，动力系统通过发动机座固定在每个机臂末端，每一个发动机单独驱动一个螺旋桨；所述燃油系统由油箱、油泵、油滤、油压调节器、一分六油嘴和电磁喷油器组成，燃油系统位于机体中心部位，油箱穿在主梁上，并固定在下中心板上，油管穿过各个机臂内部给发动机供油；所述吊舱系统由水箱、水泵、喷头、喷头架和水管组成。

2.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述航电系统组成包括2S电池、UBEC、飞控板、遥控器、接收机、GPS、激光传感器、4S电池、继电器、启动电机、直流有刷电调、霍尔元件、CDI点火器、ECU、舵机、电喷嘴和LED指示灯。

3.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述中心板是切角的正六边形镂空铝板，通过螺栓固定在套于主梁上端的中心板连接座。

4.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述起落架增设了药箱架、臂架接头和缓冲垫，臂架接头是连接起落架和机臂的转接件，缓冲垫套在起落架下面，缓冲垫套材质为一种高强度耐磨性橡胶。

5.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述电启动装置为二级齿轮减速器结构，发动机采用双缸两冲程发动机，排气筒内置了网状消音结构，螺旋桨采用32×10的涂有进口耐磨漆的碳纤维桨。

6.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述油箱采用六合一设计。

7.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述油泵采用电喷外置燃油泵，油滤采用外置燃油滤清器，油压调节器采用燃油压力调节器。

8.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述油嘴采用一分六设计，分别给六个油路供油。

9.根据权利要求1所述的燃油动力独立驱动大型植保无人机，其特征在于，所述水箱采用了仿形设计，水箱上部为斜切面，中部有凹槽，底部设计成金字塔形。