CN106741912B - 一种可折叠长航时多旋翼无人机 - Google Patents

一种可折叠长航时多旋翼无人机 Download PDF

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Abstract

本发明属于多旋翼无人机领域，公开了一种可折叠长航时多旋翼无人机。该多旋翼无人机的舱体由前到后被结构板依次分隔为任务设备舱、前部传动舱、燃料舱、动力舱和后部传动舱；多旋翼无人机还包括设置在舱体外的折叠机构、可折叠起落架以及与其联动的两组平行可折叠机臂；可折叠机臂包括驱动轴、设置在驱动轴两端的传动机构、旋翼变距结构以及旋翼结构，折叠机构包括支撑臂和安装在支撑臂上的固定件。本发明提供的多旋翼无人机用一台发动机以同步带传动的方式，带动多组旋翼结构；将原有的固定螺距形式改为可变螺距形式，同时旋翼结构和起落架的折叠设计节省了大量空间，方便运输，节省运输经费。

Description

一种可折叠长航时多旋翼无人机
技术领域
本发明涉及无人机领域，特别涉及一种可折叠长航时多旋翼无人机。
背景技术
多旋翼无人机由于具有可在任意空间点悬停、起降无需场地支持、操作灵活要求低等特点，在军用和民用领域得到广泛的应用。传统的多旋翼无人机是电动的，一般由主控箱和机臂组成，机臂直接从主控箱均布伸出，在每个机臂的末端安装有一个电机，电机驱动旋翼提供升力，且旋翼桨距固定不变仅以转速变化来调节飞行姿态。该类结构电池储电能力有限，续航时间短，载重小，更换频繁造成浪费和污染，电机分散在每个机臂上，会造成动力分散，震动加剧，从而增大电机出现故障的几率，影响无人机的安全；再者，旋翼结构和起落架的体积较大，占据大量空间，不方便运输，浪费大量的运输经费。
因此，本发明为了克服公知技术领域存在的上述缺陷，提供了一种续航时间长、载重量大、可折叠、安全可靠的多旋翼无人机。
发明内容
为了解决现有技术中的多旋翼无人机续航时间短、载重量小、占地面积大的问题，本发明提供了一种可折叠长航时多旋翼无人机。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种可折叠长航时多旋翼无人机，包括舱体支撑结构和设置在舱体支撑结构上的舱体，舱体支撑结构包括数个支撑柱和若干结构板，支撑柱与结构板通过管夹连接，舱体由前到后被结构板依次分隔为任务设备舱、前部传动舱、燃料舱、动力舱和后部传动舱；多旋翼无人机还包括设置在舱体外的折叠机构、可折叠起落架以及与其联动的两组平行可折叠机臂。
可折叠机臂包括驱动轴、设置在驱动轴两端的传动机构、旋翼变距结构以及旋翼结构，其中，驱动轴的前端连接传动机构，后端通过连接轴连接传动机构，连接轴上依次连接有轴套、同步轮架和设置在同步轮架内的同步轮。
作为优先，驱动轴的外部可以安装支撑套管，驱动轴的前端通过花键连接传动机构，后端通过花键与连接轴连接，然后连接轴通过花键连接后端的传动机构。
传动机构包括连接在驱动轴两端的连接件、连接在连接件上的齿轮箱、以及设置在齿轮箱内的主动锥齿轮和从动锥齿轮，从动锥齿轮轴嵌套在连接件内，主动锥齿轮和从动锥齿轮相啮合，从动锥齿轮轴通过轴承与齿轮箱连接。
同一驱动轴两端的从动锥齿轮与主动锥齿轮的啮合部位不同，一个与主动锥齿轮的上部齿轮啮合，一个与主动锥齿轮的下部齿轮啮合，从而使旋翼旋转方向相反，进而克服反扭矩的作用力。作为优选，从动锥齿轮和从动锥齿轮轴紧配合；主动锥齿轮和主动锥齿轮轴紧配合。
折叠机构包括支撑臂和安装在支撑臂上的固定件，固定件可拆卸的套接在支撑柱上，支撑臂的一端通过套接在支撑柱上的旋转件与可折叠起落架连接，支撑臂的另一端通过固定卡或连接轴上的同步轮架与可折叠机臂连接，从而实现可折叠起落架与可折叠机臂的联动。
作为优选，固定件通过螺丝安装到支撑臂的中间部位，旋转件是通过螺丝与支撑臂的一端连接，旋转件通过销轴、铰链与可折叠起落架连接，可折叠起落架通过支柱和螺栓与前后两个结构板连接。
当机翼展开时，将固定管套接在支撑柱上，由于机臂和起落架是联动的，此时机臂和起落架是展开的，当机臂折叠时，将固定件从支撑柱上拆下，支撑臂沿支撑柱旋转，可折叠起落架旋转后达到快速折叠的目的。
旋翼变距结构包括设置在驱动轴上的舵机、摇臂、连接块和变距盘，摇臂一端通过连杆与舵机连接，另一端通过安装在齿轮箱上的叉形件与连接块连接，变距盘位于连接块上方并与旋翼结构连接。
旋翼结构由桨毂、设置在桨毂两端的桨夹，安装在桨夹上的桨叶，桨毂通过螺钉与从动锥齿轮轴连接，桨夹与桨毂通过螺钉、垫片连接，桨叶与桨夹通过螺栓螺母连接。
前部传动舱和后部传动舱的前后结构板之间均连接有两个用来连接可折叠起落架和可折叠机臂的支柱；旋转件分别套接在结构板之间的支柱上。作为优选，旋转件开设连接孔，用来将旋转件套接到两个结构板之间的支柱上。
任务设备舱安装有旋转相机云台、可旋转相机以及图传设备；燃油舱安装有飞控系统、燃油箱和启动电池，燃油箱和启动电池分别固定于支撑柱与结构板之间，飞控系统设置在燃油箱的上部。
动力舱安装有发动机、消音器、风门舵机和油门舵机，发动机和消音器通过管道连接，发动机、风门舵机和油门舵机连接在结构板上，风门舵机和油门舵机通过连杆与发动机的风门和油门摇臂连接，发动机进气口安装有空气滤清器，发动机输出轴上安装有启动电机和同步轮，通过输出轴上的同步轮带动同步带和驱动轴上的同步轮，驱动可折叠机翼的驱动轴，从而通过齿轮驱动旋翼，燃油箱和发动机之间连接的油管上可安装燃油滤清器，动力舱的位置设置使发动机偏置，利于散热
本发明提供的一种长航时多旋翼无人机，本发明与现有技术相比，存在以下优点：首先，通过对多旋翼无人机的动力结构重新进行规划和设计，放弃了以往无人机的机臂直接从主控箱均布伸出，并且每个电机带动一个螺旋桨的设计方案，改用一台发动机以同步带传动的方式，带动多组旋翼结构，构型由传统的X型变为双H构型，由一台发动机集中提供动力改进了传统设计中动力分散的缺点，减少了故障发生率，并且该飞行器的动力输出由一台发动机作为动力总成，发动机输出轴上的同步轮和张紧轮通过同步带驱动每组旋翼的驱动轴，驱动轴通过齿轮驱动旋翼，取消机臂末端的电机，消除了电机震动的问题，提高了无人机的使用寿命和飞行安全，并且动力舱的位置设置使发动机偏置，利于散热；再者，将原有的固定螺距形式改为可变螺距形式，通过调节螺距来控制飞机的姿态，每个旋翼上有一个旋翼变距机构，通过舵机带动来完成桨的螺距变化，飞行中控制更简便，容易由螺距变化取代转速变化来控制飞行姿态，使得发动机的输出功率能始终维持在一个较为经济的转速上；最后，本发明提供的多旋翼无人机将电动改为油动，大大增加了无人机的航时和载重，节省能源，减少污染，同时本发明的多旋翼无人机的布局使得重心更集中，节省能源，提高航时，旋翼结构和起落架的折叠设计节省了大量空间，方便运输，节省运输经费。
附图说明
图1为可折叠长航时多旋翼无人机的展开示意图；
图2为可折叠长航时多旋翼无人机的折叠示意图；
图3为可折叠长航时多旋翼无人机的俯视图；
图4为可折叠长航时多旋翼无人机的正视图；
图5为可折叠长航时多旋翼无人机的侧视图；
图6为旋翼处放大图；
图7为可折叠机臂的分解图。
具体实施方式
本发明公开了一种可折叠长航时多旋翼无人机，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当的替换零部件来实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明当中。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种可折叠长航时多旋翼无人机，包括舱体支撑结构和设置在舱体支撑结构上的舱体，舱体支撑结构包括数个支撑柱1和若干结构板2，支撑柱1与结构板2通过管夹3连接，舱体由前到后被结构板依次分隔为任务设备舱、前部传动舱、燃料舱、动力舱和后部传动舱；多旋翼无人机还包括设置在舱体外的折叠机构、可折叠起落架以及与其联动的两组平行可折叠机臂。
可折叠机臂包括驱动轴27、设置在驱动轴两端的传动机构、旋翼变距结构以及旋翼结构，其中，驱动轴27的前端连接传动机构，后端通过连接轴29连接传动机构，连接轴29上依次连接有轴套30、同步轮架26和设置在同步轮架26内的同步轮31；驱动轴27的外部可以安装支撑套管28，驱动轴27的前端通过花键连接传动机构，后端通过花键与连接轴29连接，然后连接轴29通过花键连接后端的传动机构。
传动机构包括连接在驱动轴27两端的连接件35、连接在连接件35上的齿轮箱36、以及设置在齿轮箱36内的主动锥齿轮33和从动锥齿轮34，从动锥齿轮轴嵌套在连接件35内，主动锥齿轮33和从动锥齿轮34相啮合，从动锥齿轮轴通过轴承与齿轮箱36连接；同一驱动轴两端的从动锥齿轮34与主动锥齿轮33的啮合部位不同，一个与主动锥齿轮33的上部齿轮啮合，一个与主动锥齿轮33的下部齿轮啮合，从而使旋翼旋转方向相反，进而克服反扭矩的作用力，从动锥齿轮34和从动锥齿轮轴37紧配合。
旋翼变距结构包括设置在驱动轴27上的舵机38、摇臂40、连接块41和变距盘39，摇臂40一端通过连杆48与舵机38连接，另一端通过安装在齿轮箱上的叉形件42与连接块41连接，变距盘39位于连接块41上方并与旋翼结构连接。
旋翼结构由桨毂44、设置在桨毂44两端的桨夹45，安装在桨夹上的桨叶46，桨毂44通过螺钉与从动锥齿轮轴37连接，桨夹46与桨毂44通过螺钉、垫片连接，桨叶46与桨夹45通过螺栓螺母连接。
折叠机构包括支撑臂20和设置在支撑臂上的固定件22，固定件22可拆卸的套接在支撑柱1上，支撑臂20的一端通过套接在支撑柱1上的旋转件21与可折叠起落架24连接，支撑臂20的另一端通过固定卡25或连接轴29上的同步轮架26与可折叠机臂连接，从而实现可折叠起落架与可折叠机臂的联动。
固定件22通过螺丝安装到支撑臂20的中间部位，旋转件21是通过螺丝与支撑臂20的一端连接，旋转件21通过销轴、铰链与可折叠起落架24连接，可折叠起落架24通过支柱和螺栓与前后两个结构板2连接。
当机翼处于展开状态时，将固定件22套接到支撑柱1上，由于可折叠机臂与可折叠起落架是联动的，此时可折叠起落架24处于展开位置；当机翼处于折叠状态时，固定件22从支撑柱上取下，将支撑臂20沿支柱旋转90°，同时可折叠起落架24沿支柱螺栓旋转90°，然后将桨叶46各向内侧旋转90°，从而达到快速折叠的目的。
前部传动舱和后部传动舱的前后结构板之间均连接有两个用来连接可折叠起落架和可折叠机臂的支柱6和19；旋转件21分别套接在结构板之间的支柱6和19上；旋转件21开设连接孔，用来将旋转件21套接到两个结构板之间的支柱6和19上。
任务设备舱安装有旋转相机云台、可旋转相机4以及图传设备5；燃油舱安装有飞控系统7、燃油箱8和启动电池9，燃油箱8和启动电池9分别固定于支撑柱1与结构板2之间，飞控系统7设置在燃油箱8的上部。
动力舱安装有发动机10、消音器11、风门舵机12和油门舵机13，发动机10和消音器11通过管道连接，发动机10、风门舵机12和油门舵机13连接在结构板2上，风门舵机12和油门舵机13通过连杆16与发动机10的风门和油门摇臂连接，发动机10进气口安装有空气滤清器15，发动机10输出轴上安装有启动电机17和同步轮18，燃油箱8和发动机10之间连接的油管上可安装燃油滤清器14。
工作时，发动机10通过启动电机17启动，带动同步轮18转动，同步轮18通过同步带47带动驱动轴上的同步轮31及驱动轴27，从而带动两侧的锥齿轮组，进而带动旋翼旋转。
变距结构工作时，舵机38推动摇臂40，摇臂40带动连接块41和变距盘39沿从动锥齿轮轴37滑动从而实现变距控制。摇臂40、叉形件42和连接块41组成曲柄连杆结构，能够将摇臂40的摆动转化为连接块41的直线运动，从而实现通过调节变距来控制飞机的姿态的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可折叠长航时多旋翼无人机，包括舱体支撑结构和设置在舱体支撑结构上的舱体，舱体支撑结构包括数个支撑柱和若干结构板，支撑柱与结构板通过管夹连接，舱体由前到后被结构板依次分隔为任务设备舱、前部传动舱、燃料舱、动力舱和后部传动舱；其特征在于：
多旋翼无人机还包括设置在舱体外的折叠机构、可折叠起落架以及与其联动的两组平行可折叠机臂；
每组可折叠机臂包括驱动轴、设置在驱动轴两端的传动机构、旋翼变距结构以及旋翼结构，其中，驱动轴的前端连接传动机构，后端通过连接轴连接传动机构，连接轴上依次连接有轴套、同步轮架和设置在同步轮架内的同步轮；传动机构包括连接在驱动轴两端的连接件、连接在连接件上的齿轮箱、以及设置在齿轮箱内的主动锥齿轮和从动锥齿轮，从动锥齿轮轴嵌套在连接件内，主动锥齿轮和从动锥齿轮相啮合，从动锥齿轮轴通过轴承与齿轮箱连接；
折叠机构包括支撑臂和安装在支撑臂上的固定件，固定件可拆卸的套接在支撑柱上，支撑臂的一端通过套接在支撑柱上的旋转件与可折叠起落架连接，支撑臂的另一端通过固定卡或连接轴上的同步轮架与可折叠机臂连接，从而实现可折叠起落架与可折叠机臂的联动；
同一驱动轴两端的从动锥齿轮与主动锥齿轮的啮合部位不同，一个与主动锥齿轮的上部齿轮啮合，另一个与主动锥齿轮的下部齿轮啮合；
旋翼变距结构包括设置在驱动轴上的舵机、摇臂、连接块和变距盘，摇臂一端通过连杆与舵机连接，另一端通过安装在齿轮箱上的叉形件与连接块连接，变距盘位于连接块上方并与旋翼结构连接。
2.如权利要求1所述的可折叠长航时多旋翼无人机，其特征在于：从动锥齿轮和从动锥齿轮轴紧配合；主动锥齿轮和主动锥齿轮轴紧配合。
3.如权利要求1所述的可折叠长航时多旋翼无人机，其特征在于：旋翼结构由桨毂、设置在桨毂两端的桨夹，安装在桨夹上的桨叶，桨毂通过螺钉与从动锥齿轮轴连接，桨夹与桨毂通过螺钉、垫片连接，桨叶与桨夹通过螺栓螺母连接。
4.如权利要求1所述的可折叠长航时多旋翼无人机，其特征在于：前部传动舱和后部传动舱的前后结构板之间均连接有两个用来连接可折叠起落架和可折叠机臂的支柱；旋转件分别套接在结构板之间的支柱上。
5.如权利要求1所述的可折叠长航时多旋翼无人机，其特征在于：任务设备舱安装有旋转相机云台、可旋转相机以及图传设备；燃油舱安装有飞控系统、燃油箱和启动电池，燃油箱和启动电池分别固定于支撑柱与结构板之间，飞控系统设置在燃油箱的上部。
6.如权利要求1所述的可折叠长航时多旋翼无人机，其特征在于：动力舱安装有发动机、消音器、风门舵机和油门舵机，发动机和消音器通过管道连接，发动机、风门舵机和油门舵机连接在结构板上，风门舵机和油门舵机通过连杆与发动机的风门和油门摇臂连接，发动机进气口安装有空气滤清器，发动机输出轴上安装有启动电机和同步轮。
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