CN106081060A - 一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置，除了常规固定翼无人机各部件外，还包括旋翼，旋翼臂，连杆，直线电机，导杆，挡流板以及弹簧。其中旋翼臂一端安装在机身侧面旋翼舱中的转动轴上，旋翼臂另一端安装有直流无刷电机与旋翼；当复合式无人机不需要使用旋翼时，通过控制安装在机身中部的直线电机拉动导杆与连杆运动，使旋翼臂旋转收回到旋翼舱中，挡流板闭合；当复合式无人机需要使用旋翼时，控制直线电机使旋翼臂旋转伸出到机身外侧。采用本发明无人机除具有常规固定翼功能之外，还具备了垂直起降，纵向和横向机动等功能；在固定翼模式下，旋翼收回旋翼舱中，挡流板闭合，避免了旋翼结构所造成的气动特性影响。

Description

一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置

技术领域

本发明涉及一种垂直起降复合布局(固定翼+多旋翼)无人机，特别涉及到无人机的旋翼收放装置。

背景技术

常规固定翼无人机起飞需要助跑，空投或者是轨道弹射起飞，降落时必须滑行或者是通过降落伞降落又或是撞网降落，对于滑行起降而言需要较大场地进行飞行，而对于空投，轨道弹射起飞或是降落伞降落，撞网降落而言，都有其各自的不便之处，但是常规固定翼无人机具有续航时间长，飞行效率高，载荷大的优点。而多旋翼无人机则具有机械机构简单，能垂直起降的特点，但是续航时间短，载荷小。

因此，已经有许多研究者基于固定翼无人机开发出多种能垂直起降的固定翼无人机，其主要思路是在原有固定翼无人机的基础上加上多旋翼结构，这种混合布局式无人机不仅具有固定翼无人机续航时间长，载荷大的优点，而且还具备了多旋翼无人机的垂直起降，纵向和横向机动等功能。

但是，这种垂直起降复合布局无人机并没有考虑到无人机以固定翼形式在空中飞行时，伸出在飞机外部的旋翼臂和旋翼会极大地影响到无人机的气动特性，不利于无人机空中飞行。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，针对现有技术中垂直起降复合布局(固定翼+多旋翼)无人机以固定翼形式在空中飞行时，放置在飞机外部的旋翼将会对无人机气动特性造成不利影响，提出一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置。

一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置，包括旋翼、短旋翼臂、长旋翼臂、直流无刷电机和旋翼臂转动轴；

机身侧面设有四个旋翼舱，两个旋翼舱位于机身前部两侧，另外两个旋翼舱位于机身后部两侧，机身前侧旋翼舱对应于机身前部两个长旋翼臂，机身后侧旋翼舱对应于机身后部两个短旋翼臂；

长旋翼臂、短旋翼臂上分别设有直流无刷电机以及旋翼，其中，直流无刷电机固连在长旋翼臂或者短旋翼臂上，旋翼与直流无刷电机的转子固连，旋翼随直流无刷电机转子转动，

旋翼臂转动轴固定在旋翼舱内部后侧，长旋翼臂、短旋翼臂上分别有圆孔，分别与两个旋翼臂转动轴配合，长旋翼臂或者短旋翼臂可以分别绕旋翼臂转动轴转动，实现长旋翼臂或者短旋翼臂及其上的直流无刷电机以及旋翼收入或伸出旋翼舱中的功能。

本发明的特点在于：

(1)本发明的技术方案中，旋翼臂可以绕旋翼臂转动轴旋转，当向机身内部旋转时，旋翼收回到机身侧面旋翼舱中；当向机身外部旋转时，旋翼伸出到机身外部，然后通过直流无刷电机控制旋翼旋转；

(2)本发明的机身内部安装的直线电机与导杆放置在机身对称面上，直线电机的推杆可以推动导杆在限位挡块中直线移动；

(3)本发明的两根连杆关于机身对称面镜像放置，并且连杆一端与导杆相连，可绕导杆转动；另一端与旋翼臂相连，可以相对旋翼臂转动，连杆转动平面与旋翼臂转动平面平行，因此，当导杆直线移动时，连杆会带动旋翼臂转动，从而实现通过直线电机控制旋翼臂转动的功能；

(4)本发明的机身内部安装有限位挡块，限位挡块上开孔，用来支撑直线电机的推杆缸，此外，限位挡块可以限制导杆直线移动范围，避免连杆与旋翼臂机构出现死点情况，并且限制了旋翼臂的转动范围，使旋翼在适当位置工作；

(5)本发明的机身侧面旋翼舱下部有转动轴，挡流板安装在转动轴上，并可以绕转动轴转动，挡流板上安装有弹簧，弹簧一端与挡流板联接，另一端与旋翼舱内部联接，当旋翼收回到旋翼舱时，弹簧拉回挡流板闭合旋翼舱，当旋翼伸出旋翼舱时，旋翼臂压住挡流板，使弹簧被拉伸，挡流板伸出；

(6)在旋翼舱中对应于旋翼收回位置处安装有U型块，当旋翼收回时，旋翼首先接触到U型块中间或附近位置，并随着旋翼臂的进一步收回，旋翼会自动摆正自身角度直至与机身对称面平行，避免阻碍挡流板闭合。

附图说明

图1是本发明一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置的总体结构示意图；

图2是旋翼收放装置的结构示意图；

图3是旋翼舱的结构示意图；

图4是旋翼收放装置总体结构示意图；

图中：

1：长旋翼臂 2：直流无刷电机 3：旋翼 4：短旋翼臂

5：直线电机 6：限位挡块 7：导杆 8：连杆

9：旋翼臂转动轴 10：旋翼舱 11：转动轴 12：挡流板

13：弹簧 14：U型块

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

常规固定翼无人机各部件，包括机身，机翼，副翼，推力发动机以及尾翼等，机身内部安装有飞行控制系统，动力装置以及任务设备等，其中飞行控制系统用于对无人机的飞行进行控制，动力装置为整个无人机的飞行提供动力，包括旋翼旋转，旋翼臂收放等。

本发明是一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置，如图1、图2、图3、图4所示，除了包括常规固定翼无人机各部件外，还包括：旋翼3、长旋翼臂1、短旋翼臂4、直流无刷电机2和旋翼臂转动轴9；

在机身侧面开有四个旋翼舱10，其中两个旋翼舱10位于机身前部两侧，机身前侧旋翼舱10对应于机身前部两个长旋翼臂1，另外两个旋翼舱10位于机身后部两侧，机身后侧旋翼舱10对应于机身后部两个短旋翼臂4，长旋翼臂1、短旋翼臂4上分别安装有直流无刷电机2以及旋翼3，其中，直流无刷电机2通过螺栓固连在长旋翼臂1或者短旋翼臂4上，旋翼3与直流无刷电机2的转子固连，可随直流无刷电机转子转动。此外，长旋翼臂1和短旋翼臂4可以绕旋翼臂转动轴9转动，旋翼臂转动轴9固定在旋翼舱10内部后侧，长旋翼臂1、短旋翼臂4上分别有圆孔，可与旋翼臂转动轴9配合，长旋翼臂1或者短旋翼臂4分别绕旋翼臂转动轴9转动可将长旋翼臂1或者短旋翼臂4，及其对应的直流无刷电机2以及旋翼3收入或伸出旋翼舱10中。

如图2，图3所示，机身左右对称面安装有直线电机5，直线电机5与机身舱底部固连，其推杆与导杆7相连，导杆7竖放在限位挡块6中，直线电机5的推杆可以推动导杆7在限位挡块6中进行直线移动，导杆7上分别与两根连杆8相连，连杆8一端与导杆7相连，可绕导杆7转动，另一端与长旋翼臂1或者短旋翼臂4相连，也可以相对长旋翼臂1或者短旋翼臂4转动，连杆8转动区域通过旋翼舱10，且与长旋翼臂1或者短旋翼臂4转动平面平行，因此，当导杆7直线移动时，连杆8会带动长旋翼臂1或者短旋翼臂4绕旋翼臂转动轴9转动进出旋翼舱10，从而实现了通过直线电机5控制长旋翼臂1或者短旋翼臂4绕固定在旋翼舱10内部后侧的旋翼臂转动轴9转动的功能。

如图2所示，机身内部安装有限位挡块6，限位挡块6上开孔，用来支撑直线电机5的推杆缸，此外，限位挡块6可以限制导杆7直线移动范围，避免连杆8与旋翼臂1或4机构出现死点情况，并且限制了长旋翼臂1或者短旋翼臂4的转动范围，使旋翼3在适当位置工作。

如图3所示，在旋翼舱10下部安装有转动轴11，挡流板12安装在转动轴11上，并可以绕转动轴11转动，其闭合时将旋翼舱10完全封闭。挡流板12上安装有弹簧13，弹簧13一端与挡流板12联接，另一端与旋翼舱10内部联接，当旋翼3收回到旋翼舱10时，弹簧13拉动挡流板12闭合旋翼舱10；当旋翼3伸出旋翼舱10时，长旋翼臂1或者短旋翼臂4压住挡流板12，使弹簧13被拉伸，挡流板12伸出。

如图4所示，在旋翼舱10中对应于旋翼3收回位置处安装有U型块14，当旋翼3收回时，旋翼3首先接触到U型块14中间或附近位置，并随着长旋翼臂1或者短旋翼臂4的进一步收回，旋翼3会自动摆正自身角度直至与机身对称面平行，避免阻碍挡流板12闭合。

本发明中垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置的工作流程为：

未使用时，旋翼3收回到机身侧面旋翼舱10内，挡流板12在弹簧13的拉力作用下闭合，无人机保持完整的固定翼无人机气动外形。

起飞时，飞行控制系统控制直线电机5推动导杆7直线移动，带动连杆8转动，进而使长旋翼臂1和短旋翼臂4绕旋翼臂转动轴9从旋翼舱10中转动伸出，此时，长旋翼臂1或者短旋翼臂4压住挡流板12，使弹簧13拉伸，挡流板12伸开，同时机身内部限位挡块6将会限制长旋翼臂1或者短旋翼臂4旋转到极限位置，使旋翼3在合适位置工作。启动长旋翼臂1和短旋翼臂4上直流无刷电机2，旋翼3旋转产生升力，当升力大于无人机自身重力时，固定翼无人机开始起飞，实现了垂直起飞的功能。

无人机经旋翼3旋转上升到一定高度时，更改旋翼3转速，同时，增加固定翼无人机的拉力螺旋桨转速，控制无人机向前飞行。当无人机前飞到达一定速度时，飞行控制系统控制直流无刷电机2停止转动，再控制机身内部直线电机5推动导杆7将长旋翼臂1和短旋翼臂4收回到旋翼舱10中，同时，挡流板12在弹簧13的拉力作用下闭合盖住旋翼舱10，避免了旋翼结构对无人机气动特性造成的不利影响，而且当旋翼3旋转接触到U型块14时，会摆正自身位置直至与机身对称面平行，不会出现挡流板12由于被旋翼3卡住而无法闭合盖住旋翼舱10的情况。

当无人机在空中悬停或者需要降落时，同起飞时一样，首先飞行控制系统控制直线电机5使长旋翼臂1或者短旋翼臂4伸出到各自的极限位置，启动长旋翼臂1和短旋翼臂4上直流无刷电机2，旋翼3旋转产生升力；其次固定翼无人机的拉力螺旋桨转速降低，控制无人机悬停或者降落。

以上显示和描述了本发明的基本原理和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效物界定。

Claims (4)

1.一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置，包括旋翼、短旋翼臂、长旋翼臂、直流无刷电机和旋翼臂转动轴；

机身侧面设有四个旋翼舱，两个旋翼舱位于机身前部两侧，另外两个旋翼舱位于机身后部两侧，机身前侧旋翼舱对应于机身前部两个长旋翼臂，机身后侧旋翼舱对应于机身后部两个短旋翼臂；

长旋翼臂、短旋翼臂上分别设有直流无刷电机以及旋翼，其中，直流无刷电机固连在长旋翼臂或者短旋翼臂上，旋翼与直流无刷电机的转子固连，旋翼随直流无刷电机转子转动，

旋翼臂转动轴一端固定在旋翼舱内部后侧，长旋翼臂、短旋翼臂上分别有圆孔，分别与两个旋翼臂转动轴配合，长旋翼臂或者短旋翼臂分别绕旋翼臂转动轴转动，将长旋翼臂或者短旋翼臂及其上的直流无刷电机以及旋翼收入或伸出旋翼舱中。

2.根据权利要求1所述的一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置，装置还包括直线电机，机身左右对称面设有直线电机，直线电机与机身舱底部固连，其推杆与导杆相连，导杆竖放在限位挡块中，直线电机的推杆能够推动导杆在限位挡块中进行直线移动，导杆上分别与两根连杆相连，连杆一端与导杆相连，可绕导杆转动，另一端与长旋翼臂或者短旋翼臂相连，也可相对长旋翼臂或者短旋翼臂转动，连杆转动区域通过旋翼舱，且与长旋翼臂或者短旋翼臂转动平面平行，当导杆直线移动时，连杆带动长旋翼臂或者短旋翼臂绕旋翼臂转动轴转动进出旋翼舱，实现通过直线电机控制长旋翼臂或者短旋翼臂绕固定在旋翼舱内部后侧的旋翼臂转动轴转动。

3.根据权利要求1所述的一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置，装置还包括转动轴，在旋翼舱下部安装有转动轴，挡流板安装在转动轴上，并可绕转动轴转动，其闭合时将旋翼舱完全封闭，挡流板上安装有弹簧，弹簧一端与挡流板联接，另一端与旋翼舱内部联接，当旋翼收回到旋翼舱时，弹簧拉动挡流板闭合旋翼舱，当旋翼伸出旋翼舱时，长旋翼臂或者短旋翼臂压住挡流板，使弹簧被拉伸，挡流板伸出。

4.根据权利要求1所述的一种垂直起降复合布局无人机旋翼收放装置，装置还包括U型块，在旋翼舱中对应于旋翼收回位置处安装有U型块，当旋翼收回时，旋翼首先接触到U型块，并随着长旋翼臂或者短旋翼臂的进一步收回，旋翼会自动摆正自身角度直至与机身对称面平行，避免阻碍挡流板闭合。