CN106143896A - 直升快飞太阳能无人机 - Google Patents

Abstract

一种直升快飞太阳能无人机，在机舱设置长轴，长轴设置左、右前翼，所述左、右前翼是独立的全动操纵面，分别进行水平或者垂直方向的正反转动，左、右前翼前端设置4个前电机轴和前外转子电机以及前螺旋桨，所述后翼同样进行水平方向或者垂直方向的正反转动，后翼的左、右前端设置左、右后电机轴和左、右后外转子电机及左、右后螺旋桨；所述直升快飞太阳能无人机的起落能垂直升降，能在空中悬停或者执行慢飞任务；工作在快速飞行模式时，前、后翼的气动效率高，升阻比大，飞行速度快，节约电能；前、后翼的偏转操纵机构简单有效，容易操纵；所有升力面以及机身上能够铺贴太阳能电池的面积最大化，提高太阳能无人机的续航能力。

Description

直升快飞太阳能无人机

技术领域

本发明涉及无人机设计领域，具体涉及一种直升快飞太阳能无人机。

背景技术

太阳能飞机是在上世纪70年代随着太阳能电池成本的降低而出现，以太阳能作为未来飞行器的辅助能源甚至主要能源，是人类发展具有方向性和前沿性的重要研究目标，由于太阳能飞机飞行不需要自带燃料，为长航时飞行创造了条件。高空长航时无人机作为可在平流层及其以上高度运行的无人飞行器，可用于情报、监视与侦察，通信中继，目标指示，毁伤评估，电信和电视服务等众多领域。

众所周知，固定翼飞机速度快、能耗低、机动性好，可是需要跑道，起落受限制，而直升机的优缺点则与其相反，尤其是直升机在垂直上升阶段消耗能量最大，因此两者优点都具备的固定翼直升快飞的无人机也在不断地研究和发展中，在专利申请号是“201310543988.1”名称是“一种垂直起降航模无人机”的发明专利申请中，它的固定翼前端安装可转向的左右螺旋桨，机尾装有风扇式涵道，这种无人机的缺点是三个旋翼结构，垂直升降时不能很好地平衡，容易打转，而且固定翼前端安装可转向的左右螺旋桨其结构复杂、性能欠佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种直升快飞太阳能无人机，以解决上述至少一个技术问题。所述直升快飞太阳能无人机的技术方案是由机身、左、右前翼、后翼、垂直操纵翼、外转子电机、蓄电池、任务载荷、太阳能电池组成，其结构特点在于：所述直升快飞太阳能无人机设置机身，所述机身的前段是机舱，机舱体型为流线型，机舱后端连接尾杆，机舱与尾杆的横截面均为矩形，机舱中下部设置左、右轴孔，左、右轴孔内紧固安装长轴，所述长轴的两端对称于机舱，长轴两端设置左、右前翼，所述左、右前翼作为无人机的主升力面，采用大展弦比直机翼形式，其平面形状为矩形，横截面为流线型；为了加强左、右前翼对于长轴中部的抗弯强度和减轻长轴重量，所述长轴是中间粗、两端细的空心轴，所述左前翼前端内部设置左轴孔，左轴孔的左、右端设置左、右轴承架及左、右轴承，右轴承架右端连接左齿轮盘，左齿轮盘连接左前翼右端；所述右前翼前端内部设置右轴孔，右轴孔左、右端设置左、右轴承架及左、右轴承，左轴承架右端连接右齿轮盘，右齿轮盘连接右前翼左端，所述左、右前翼大小相等，对称于机舱左右端，所述机舱内部左、右端设置左、右前翼电机，左、右前翼电机设置左、右驱动齿轮，左、右驱动齿轮分别与所述左、右齿轮盘啮合，在左、右前翼电机的驱动下，所述左、右前翼以长轴为轴心在90°范围内各自能够正反转向，左、右前翼是独立联动的全动操纵面，分别进行水平方向或者垂直方向的正反转动；所述左前翼内部左前端紧固两个前电机轴，所述右前翼内部右前端紧固两个前电机轴，左、右前翼和前电机轴对称于机舱左、右端，4个前电机轴前端均设置前外转子电机，所述前外转子电机选用同一型号的无刷永磁直流电机，前外转子电机前端均设置同一型号的前螺旋桨，各个前外转子电机的相邻螺旋桨的转向互为相反；所述后翼作为无人机的副升力面，采用大展弦比直机翼形式，平面形状为矩形，横截面为流线型，后翼中线位于所述尾杆，后翼中部前端设置垂直操纵翼，所述垂直操纵翼平面形状为矩形，横截面为流线型，所述后翼内部设置连接板， 所述垂直操纵翼内部设置三角板，所述连接板下端焊接在所述三角板的上端，将后翼与垂直操纵翼连接为整体，垂直操纵翼设置轴套，轴套左端连接后齿轮盘，轴套内圆设置螺丝轴，螺丝轴拧在所述尾杆右后端的螺母孔内，所述尾杆内部后端设置尾翼电机，尾翼电机设置后驱动齿轮，后驱动齿轮与后齿轮盘啮合，尾翼电机驱动垂直操纵翼，进行水平方向或者垂直方向的正反转动，实现后翼全动操纵面的90°范围的整体偏转操纵；所述后翼的内部左前端设置左后电机轴，所述后翼的内部右前端设置右后电机轴，左、右后电机轴对称于所述尾杆，左、右后电机轴前端均设置后外转子电机，后外转子电机前端均设置后螺旋桨，所述左、右后外转子电机的相邻螺旋桨的转向互为相反，所述后外转子电机和后螺旋桨均与所述前外转子电机和前螺旋桨相同，所述前、后螺旋桨在水平或者垂直状态同步旋转时，整机左、右处于平衡状态；所述任务载荷和蓄电池设置在机舱内；所述太阳能电池铺设于所述左、右前翼、所述后翼、所述机舱以及所述尾杆的上端表面，使所述直升快飞太阳能无人机所有上端表面能够铺贴太阳能电池的面积最大化。

所述直升快飞太阳能无人机有两种工作模式，工作在垂直升降模式时，所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面平行，通过前翼的螺旋桨和后翼的螺旋桨产生不等的升力实现整机平衡；工作在快速飞行模式时，所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面垂直，快速飞行模式的滚转操纵通过左前翼和右前翼的差动偏转实现 ；偏航操纵通过左前翼的螺旋桨和右前翼的螺旋桨产生不对称拉力实现，并通过左前翼和右前翼的差动偏转来平衡耦合产生的滚转力矩；后翼用于所述直升快飞太阳能无人机的纵向配平以及俯仰操纵，俯仰操纵通过后翼全动操纵面的整体偏转实现。

所述直升快飞太阳能无人机使用时，在无跑道场地控制站的遥控下，在垂直升降模式下垂直起飞，本无人机升到设定的飞行高度后转换为快速飞行模式，本无人机到达任务区域后，打开任务载荷开始执行任务，本无人机通过无线电数据链路与地面控制站保持通信联络，当携带相应的任务载荷时，本无人机可用于执行通信中继、侦察、监视、大气探测等任务。

本发明的有益效果在于：所述直升快飞太阳能无人机起落不需要机场跑道，能垂直升降，能在空中悬停或者执行慢飞任务；工作在快速飞行模式时，所述前、后翼的气动效率高，升阻比大，飞行速度快，节约电能；采用单机身布局，所述左、右前翼为大面积长条形全动操纵的主升力面，所述后翼为全动操纵面的副升力面，前、后翼的偏转操纵机构简单有效，有利于简化结构、减轻重量，并且容易操纵；所有升力面以及机身上能够铺贴太阳能电池的面积最大化，以获得更多的能量转化，提高太阳能无人机的续航能力。

附图说明

图 1是直升快飞太阳能无人机俯视结构示意图 。

图2是直升快飞太阳能无人机左视结构飞行状态示意图。

图3是直升快飞太阳能无人机左视结构升降状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细地对实施例进行说明。

在图1、图2中，所述直升快飞太阳能无人机设置机身，所述机身的前段是机舱1，机舱体型为流线型，机舱后端连接尾杆2，机舱与尾杆的横截面均为矩形，机舱中下部设置左、右轴孔，左、右轴孔内紧固安装长轴3，所述长轴的两端对称于机舱，长轴两端设置左、右前翼4、5，所述左、右前翼作为无人机的主升力面，采用大展弦比直机翼形式，其平面形状为矩形，横截面为流线型；为了加强左、右前翼对于长轴中部的抗弯强度和减轻长轴重量，所述长轴是中间粗、两端细的空心轴，所述左前翼前端内部设置左轴孔，左轴孔的左、右端设置左、右轴承架及左、右轴承6、7，右轴承架左端连接左齿轮盘8，左齿轮盘连接左前翼右端；所述右前翼前端内部设置右轴孔，右轴孔左、右端设置左、右轴承架及左、右轴承9、10，左轴承架右端连接右齿轮盘11，右齿轮盘连接右前翼左端，所述左、右前翼大小相等，对称于机舱左、右端，所述机舱内部左、右端设置左、右前翼电机12、13，左、右前翼电机设置左、右驱动齿轮14、15，左、右驱动齿轮分别与所述左、右齿轮盘啮合，在左、右前翼电机的驱动下，所述左、右前翼以长轴为轴心在90°范围内各自能够正反转向，左、右前翼是独立联动的全动操纵面，各自进行水平方向或者垂直方向的正反转动；所述左前翼内部左前端紧固两个前电机轴16、17，所述右前翼内部右前端紧固两个前电机轴18、19，左、右前翼和前电机轴对称于机舱左、右端，4个前电机轴前端均设置前外转子电机20，所述前外转子电机选用同一型号的无刷永磁直流电机，前外转子电机前端均设置同一型号的前螺旋桨21，各个前外转子电机的相邻螺旋桨的转向互为相反；所述后翼22作为无人机的副升力面，采用大展弦比直机翼形式，平面形状为矩形，横截面为流线型，后翼中线位于所述尾杆，后翼中部前端设置垂直操纵翼23，所述垂直操纵翼平面形状为矩形，横截面为流线型，后翼内部设置连接板24， 所述垂直操纵翼内部设置三角板25，所述连接板下端焊接在所述三角板的上端，将后翼与垂直操纵翼连接为整体，垂直操纵翼设置轴套26，轴套左端连接后齿轮盘27，轴套内圆设置螺丝轴28，螺丝轴拧在所述尾杆右后端的螺母孔内，所述尾杆内部后端设置尾翼电机29，尾翼电机设置后驱动齿轮30，后驱动齿轮与后齿轮盘啮合，尾翼电机驱动垂直操纵翼，进行水平方向或者垂直方向的正反转动，实现后翼全动操纵面的90°范围的整体偏转操纵；所述后翼的内部左前端设置左后电机轴31，所述后翼的内部右前端设置右后电机轴32，左、右后电机轴对称于所述尾杆，左、右后电机轴前端均设置后外转子电机33，后外转子电机前端均设置后螺旋桨34，所述左、右后外转子电机的相邻螺旋桨的转向互为相反，所述后外转子电机和后螺旋桨均与所述前外转子电机和前螺旋桨相同，所述前、后螺旋桨在水平或者垂直状态同步旋转时，整机左、右端处于平衡状态；所述任务载荷35和蓄电池36设置在机舱内；所述太阳能电池铺设于所述左、右前翼、所述后翼、所述机舱以及所述尾杆的上端表面，使所述直升快飞太阳能无人机所有上端表面能够铺贴太阳能电池的面积最大化。

在 图3所示的直升快飞太阳能无人机左视结构升降状态示意图中，所述直升快飞太阳能无人机有两种工作模式，工作在垂直升降模式时，所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面平行，通过前翼的螺旋桨和后翼的螺旋桨产生不等的升力实现整机平衡；工作在快速飞行模式时，所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面垂直，快速飞行模式的滚转操纵通过左前翼和右前翼的差动偏转实现 ；偏航操纵通过左前翼的螺旋桨和右前翼的螺旋桨产生不对称拉力实现，并通过左前翼和右前翼的差动偏转来平衡耦合产生的滚转力矩；后翼用于所述直升快飞太阳能无人机的纵向配平以及俯仰操纵，俯仰操纵通过后翼全动操纵面的整体偏转实现。

所述直升快飞太阳能无人机使用时，在无跑道场地控制站的遥控下，在垂直升降模式下垂直起飞，本无人机升到设定的飞行高度后转换为快速飞行模式，本无人机到达任务区域后，打开任务载荷开始执行任务，本无人机通过无线电数据链路与地面控制站保持通信联络，当携带相应的任务载荷时，本无人机可用于执行通信中继、侦察、监视、大气探测等任务。

所述直升快飞太阳能无人机起落不需要机场跑道，能垂直升降，能在空中悬停或者执行慢飞任务；工作在快速飞行模式时，所述前、后翼的气动效率高，升阻比大，飞行速度快，节约电能；采用单机身布局，所述左、右前翼为大面积长条形全动操纵的主升力面，所述后翼为全动操纵面的副升力面，前、后翼的偏转操纵机构简单有效，有利于简化结构、减轻重量，并且容易操纵；所有升力面以及机身上能够铺贴太阳能电池的面积最大化，以获得更多的能量转化，提高太阳能无人机的续航能力。

Claims (4)

1.一种直升快飞太阳能无人机，由机身、左、右前翼、后翼、垂直操纵翼、外转子电机、蓄电池、任务载荷、太阳能电池组成，其特征在于：所述直升快飞太阳能无人机设置机身，所述机身的前段是机舱(1)，机舱体型为流线型，机舱后端连接尾杆(2)，机舱与尾杆的横截面均为矩形，机舱中下部设置左、右轴孔，左、右轴孔内紧固安装长轴(3)，所述长轴的两端对称于机舱，长轴两端设置左、右前翼(4、5)，所述左、右前翼作为无人机的主升力面，采用大展弦比直机翼形式，其平面形状为矩形，横截面为流线型；为了加强左、右前翼对于长轴中部的抗弯强度和减轻长轴重量，所述长轴是中间粗、两端细的空心轴，所述左前翼前端内部设置左轴孔，左轴孔的左、右端设置左、右轴承架及左、右轴承(6、7)，右轴承架右端连接左齿轮盘(8)，左齿轮盘连接左前翼右端；所述右前翼前端内部设置右轴孔，右轴孔左、右端设置左、右轴承架及左、右轴承(9、10)，左轴承架左端连接右齿轮盘(11)，右齿轮盘连接右前翼左端，所述左、右前翼大小相等，对称于机舱左、右端，所述机舱内部左、右端设置左、右前翼电机(12、13)，左、右前翼电机设置左、右驱动齿轮(14、15)，左、右驱动齿轮分别与所述左、右齿轮盘啮合，在左、右前翼电机的驱动下，所述左、右前翼以长轴为轴心在90°范围内各自能够正反转向，左、右前翼是独立联动的全动操纵面，各自进行水平方向或者垂直方向的正反转动；所述左前翼内部左前端紧固两个前电机轴(16、17)，所述右前翼内部右前端紧固两个前电机轴(18、19)，左、右前翼和前电机轴对称于机舱左、右端，4个前电机轴前端均设置前外转子电机(20)，所述前外转子电机选用同一型号的无刷永磁直流电机，前外转子电机前端均设置同一型号的前螺旋桨(21)，各个前外转子电机的相邻螺旋桨的转向互为相反；所述后翼(22)作为无人机的副升力面，采用大展弦比直机翼形式，平面形状为矩形，横截面为流线型，后翼中线位于所述尾杆上端，后翼中部前端设置垂直操纵翼(23)，所述垂直操纵翼平面形状为矩形，横截面为流线型，所述后翼内部设置连接板(24)， 所述垂直操纵翼内部设置三角板(25)，所述连接板下端焊接在所述三角板的上端，将后翼与垂直操纵翼连接为整体，垂直操纵翼设置轴套(26)，轴套左端连接后齿轮盘(27)，轴套内圆设置螺丝轴(28)，螺丝轴拧在所述尾杆右后端的螺母孔内，所述尾杆内部后端设置尾翼电机(29)，尾翼电机设置后驱动齿轮(30)，后驱动齿轮与后齿轮盘啮合，尾翼电机驱动垂直操纵翼，进行水平方向或者垂直方向的正反转动，实现后翼全动操纵面的90°范围的整体偏转操纵；所述后翼的内部左前端设置左后电机轴(31)，所述后翼的内部右前端设置右后电机轴(32)，左、右后电机轴对称于所述尾杆，左、右后电机轴前端均设置后外转子电机(33)，后外转子电机前端均设置后螺旋桨(34)，所述左、右后外转子电机的相邻螺旋桨的转向互为相反，所述后外转子电机和后螺旋桨均与所述前外转子电机和前螺旋桨相同，所述前、后螺旋桨在水平或者垂直状态同步旋转时，整机左、右端处于平衡状态；所述任务载荷(35)和蓄电池（36）设置在机舱内；所述太阳能电池铺设于所述左、右前翼、所述后翼、所述机舱以及所述尾杆的上端表面，使所述直升快飞太阳能无人机所有上端表面能够铺贴太阳能电池的面积最大化。

2.根据权利要求1所述直升快飞太阳能无人机，其特征在于：所述直升快飞太阳能无人机有两种工作模式，工作在垂直升降模式时，所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面平行，通过前翼的螺旋桨和后翼的螺旋桨产生不等的升力实现整机平衡；工作在快速飞行模式时，所述前螺旋桨和后螺旋桨同步偏转为与地面垂直，快速飞行模式的滚转操纵通过左前翼和右前翼的差动偏转实现 ；偏航操纵通过左前翼的螺旋桨和右前翼的螺旋桨产生不对称拉力实现，并通过左前翼和右前翼的差动偏转来平衡耦合产生的滚转力矩；后翼用于所述直升快飞太阳能无人机的纵向配平以及俯仰操纵，俯仰操纵通过后翼全动操纵面的整体偏转实现。

3.根据权利要求1所述直升快飞太阳能无人机，其特征在于：所述直升快飞太阳能无人机使用时，在无跑道场地控制站的遥控下，在垂直升降模式下垂直起飞，本无人机升到设定的飞行高度后转换为快速飞行模式，本无人机到达任务区域后，打开任务载荷开始执行任务，本无人机通过无线电数据链路与地面控制站保持通信联络，当携带相应的任务载荷时，本无人机可用于执行通信中继、侦察、监视、大气探测等任务。

4.根据权利要求1所述直升快飞太阳能无人机，其特征在于： 所述直升快飞太阳能无人机起落不需要机场跑道，能垂直升降，能在空中悬停或者执行慢飞任务；工作在快速飞行模式时，所述前、后翼的气动效率高，升阻比大，飞行速度快，节约电能；采用单机身布局，所述左、右前翼为大面积长条形全动操纵的主升力面，所述后翼为全动操纵面的副升力面，前、后翼的偏转操纵机构简单有效，有利于简化结构、减轻重量，并且容易操纵；所有升力面以及机身上能够铺贴太阳能电池的面积最大化，以获得更多的能量转化，提高太阳能无人机的续航能力。