CN106828911B - 串翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种串翼无人机，涉及物流运输领域，用以优化现有串翼无人机的性能。该串翼无人机包括机身、前翼、后翼和螺旋桨组件，前翼的位置低于后翼的位置；螺旋桨组件设于前翼和/或后翼，位于机身纵向两侧的螺旋桨组件是对称的。上述技术方案，在提高整机的升力的前提下实现了串翼无人机的垂直升、降，降低了串翼无人机工作时对起降场地的要求，拓展了串翼无人机的使用场景和应用场合。

Description

串翼无人机

技术领域

本发明涉及物流运输领域，具体涉及一种串翼无人机。

背景技术

现有的串翼无人机包括机身、前翼、后翼以及设于机身前端的前拉浆，在起飞时，前拉浆提供飞行所需要的动力，但是串翼无人机必须借助跑道才能起飞和降落。

发明人发现，现有技术中至少存在下述问题：现有技术中，串翼机只能使用在有跑道的场合，这样使得串翼无人机的使用场合十分受限。

发明内容

本发明的其中一个目的是提出一种串翼无人机，用以优化现有串翼无人机的性能，扩展串翼无人机的使用场合。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明实施例提供了一种串翼无人机，包括机身、前翼、后翼和螺旋桨组件，所述前翼的位置低于所述后翼的位置；所述螺旋桨组件设于所述前翼和/或所述后翼，位于所述机身纵向两侧的所述螺旋桨组件是对称的。

在可选或优选的实施例中，所述螺旋桨组件的数量大于两个，且各个所述螺旋桨组件距离所述串翼无人机重心的距离相等。

在可选或优选的实施例中，所述螺旋桨组件的数量为四个，前面两个所述螺旋桨组件的位置高于后面两个所述螺旋桨组件的位置。

在可选或优选的实施例中，所述螺旋桨组件的数量为四个，前面的两个所述螺旋桨组件位于所述前翼的前方，后面的两个所述螺旋桨组件位于所述前翼和所述后翼之间。

在可选或优选的实施例中，位于所述机身纵向同一侧的各所述螺旋桨组件固定在同一根横杆上，且前面的所述螺旋桨组件位于所述横杆的上方，后面的螺旋桨组件位于所述横杆的下方；所述横杆固定于所述前翼和/或后翼。

在可选或优选的实施例中，各所述螺旋桨组件的螺旋桨与所述横杆之间的距离都大于平均气动弦长。

在可选或优选的实施例中，各所述螺旋桨组件的电机座都固定于所述横杆。

在可选或优选的实施例中，各所述横杆通过不同的竖杆同时与所述前翼和所述后翼固定。

在可选或优选的实施例中，各所述螺旋桨组件的位置高度都介于所述前翼和所述后翼的位置高度之间。

在可选或优选的实施例中，所述前翼和所述后翼的水平距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的2.1倍至2.5倍，和/或所述前翼和所述后翼的垂直距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的0.8倍至1倍。

在可选或优选的实施例中，所述前翼和所述后翼的水平距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的2.35倍。

在可选或优选的实施例中，所述前翼和所述后翼的垂直距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的0.895倍。

在可选或优选的实施例中，所述后翼的上反角为2°至4°。

在可选或优选的实施例中，所述后翼的上反角为3°。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

上述技术方案，巧妙利用了串翼无人机的结构形式，给串翼无人机机身两侧分别增加了螺旋桨组件，可以实现串翼无人机的垂直起飞和降落。另外，前翼的位置低于后翼的位置，通过合理设置前翼、后翼之间的相对位置关系，能使得前翼的下洗气流对后翼的负面影响小，整机的升力明显提高。可见上述技术方案，在提高整机的升力的前提下实现了串翼无人机的垂直升、降，降低了串翼无人机工作时对起降场地的要求，拓展了串翼无人机的使用场景和应用场合。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的串翼无人机主视示意图；

图2为本发明实施例提供的串翼无人机左视示意图；

图3为本发明实施例提供的串翼无人机俯视示意图。

附图标记：1、机身；2、前翼；3、后翼；4、螺旋桨组件；5、前拉桨；6、横杆；7、竖杆；41、螺旋桨；42、电机底座。

具体实施方式

下面结合图1～图3对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

本实施例中需要用到的技术术语或名词解释。

弦长：机翼前缘到后缘的距离，沿平行于机身纵轴的方向测量。

前缘：翼型最前面的一点。

后缘：翼型最后面的一点。

翼弦：前缘与后缘的连线。

迎角：机翼的前进方向(相当于气流的方向)和翼弦(与机身轴线不同)的夹角称为迎角或攻角，它是确定机翼在气流中姿态的基准。

下洗：指机翼产生升力时引发流经机翼的气流向下运动，称为下洗，下洗同时会产生诱导阻力。

下洗角：机翼前面吹过来的气流方向与机翼后气流的方向所成的角度。

上(下)反角：机翼装在机身上的角度，即机翼基准面与水平面所成的角度；当机翼有扭转时，则是指扭转轴和水平面的夹角。从机头沿飞机纵向轴向后看，两侧机翼翼尖向上翘的角度。同理，向下垂时的角度就叫下反角。

参见图1，本发明实施例提供一种串翼无人机，包括机身1、前翼2、后翼3和螺旋桨组件4。前翼2的位置低于后翼3的位置；螺旋桨组件4设于前翼2和/或后翼3，位于机身1纵向两侧的螺旋桨组件4是对称的。

本文中，以串翼无人机机头为前，机尾为后。前翼2距离机头近，后翼3距离机尾近。

参见图1，螺旋桨组件4包括螺旋桨41、电机(图未示出)和电机底座42，电机由电机底座42支撑，螺旋桨41被电机驱动从而为串翼无人机提供垂直升、降动力。

设置螺旋桨组件4后，串翼无人机原有的前拉桨5可以保留，前拉桨5和螺旋桨组件4的操纵方式可以遵循下述方式，此处以设置4个螺旋桨组件为例进行描述：

起飞阶段：4个垂直起降的螺旋桨41先开始工作，提供垂直升力使串翼无人机垂直离开地面，待串翼无人机上升到一定高度后(100米)，4个垂直起降的螺旋桨41降低转速使串翼无人机保持悬停。

转入平飞阶段：悬停稳定后，前拉桨5开始工作，使串翼无人机获得水平向前的速度，在较短的时间内(一般10秒以内)，将串翼无人机平飞速度提高到额定巡航速度(约25米每秒)，此时4个螺旋桨41的转速逐渐降低，待检测到飞行速度满足要求后，4个垂直起降的螺旋桨41完全停止工作，转入固定翼飞行模式。

降落阶段：4个螺旋桨41开始工作，同时前拉桨5转速降低，在空气阻力的作用下，水平飞行速度逐渐降低，直至完全保持悬停，这时前拉桨5停止工作，调整4个螺旋桨41使串翼无人机垂直降落在地面。

根据串翼无人机的自身重量以及运载能力等参数，螺旋桨组件4的数量可以设置2个、4个、6个或者8个，甚至更多，但是机身1纵向两侧的螺旋桨组件4需对称，以保证串翼无人机平稳起飞。

上述技术方案，巧妙利用了串翼无人机的结构形式，给串翼无人机机身1两侧分别增加了螺旋桨组件4，可以实现串翼无人机的垂直起飞和降落。另外，前翼2的位置低于后翼3的位置，通过合理设置前翼2、后翼3之间的相对位置关系，能使得前翼2的下洗气流对后翼3的负面影响小，整机的升力明显提高。可见上述技术方案，在提高整机升力的前提下实现了串翼无人机的垂直升降，降低了串翼无人机工作时对起降场地的要求，拓展了串翼无人机的使用场景和应用范围。

参见图1，螺旋桨组件4的数量大于两个，且各个螺旋桨组件4距离串翼无人机重心的距离相等。螺旋桨组件4的数量比如为4个、6个、8个等。螺旋桨组件4的数量可以根据串翼无人机的运载能力进行设置。

参见图1和图2，本实施例中具体地，螺旋桨组件4的数量为四个，前面两个螺旋桨组件4的位置高于后面两个螺旋桨组件4的位置。本实施例中，以在机身1纵向两侧分别设置两个螺旋桨组件4为例，共四个螺旋桨组件4，四个螺旋桨组件4保证串翼无人机平稳起飞和降落。

进一步地，四个螺旋桨组件4中，前面的两个螺旋桨组件4位于前翼2的前方，后面的两个螺旋桨组件4位于前翼2和后翼3之间。

螺旋桨组件4为前上后下的布局形式，增大了螺旋桨组件4与机翼在垂直方向的距离，减小了螺旋桨组件4下洗气流与机翼的互相影响。另外，这种布置首先保证了螺旋桨组件4处于重心两侧，再则使气流在垂直方向最大程度避让开了机翼，提高工作效率。最后，螺旋桨组件4采用前上后下的布置方式，与前翼2的位置低于后翼3的位置形成平衡，保证了串翼无人机的飞行性能。

四个螺旋桨组件4具体可采用下述相对位置关系：机身1纵向两侧各有两个螺旋桨组件4，且位于串翼无人机重心前端的两个螺旋桨组件4的位置高度相同，位于串翼无人机重心后端的两个螺旋桨组件4的位置高度相同。这种使得串翼无人机重心不会因设置了螺旋桨组件4而过多改变，保证了串翼无人机的飞行性能。

参见图1，位于所述机身1纵向同一侧的两个螺旋桨组件4固定在同一根横杆6上，且前面的螺旋桨组件4位于横杆6的上方，后面的螺旋桨组件4位于横杆6的下方；横杆6固定于前翼2和/或后翼3。

参见图1，本实施例中，以横杆6通过不同的竖杆7同时与前翼2和后翼3固定为例，这样可以使得横杆6的安装更加稳固，以保证螺旋桨组件4安装的可靠性。

参见图1，具体来说，一根横杆6铰链有两根竖杆7，一根竖杆7与前翼2相连，另一根竖杆7与后翼3相连，竖杆7与前翼2、后翼3的连接方式可以为可拆卸连接，比如螺栓连接。上文的螺旋桨组件4的电机固定在横杆6上，竖杆7起到辅助支撑的作用。

横杆6与竖杆7可以为一个整体，或者采用不可拆卸连接。当然，考虑到后续拆装、维修的便利性，亦可采用可拆卸连接。

参见图1，各螺旋桨组件4的螺旋桨41与横杆6的距离大于平均气动弦长。机翼前后缘的距离称为弦长，机翼弦长沿展向是变化，用平均气动弦长来表示机翼在空气动力方面影响的一个平均值。螺旋桨41与横杆6的距离大于平均气动弦长，这样设置的好处是：距离过小会导致螺旋桨41在转动时下洗气流会冲刷在机翼表面，对飞机总升力有所降低，该距离可以使升力损失降低保持在可以接受的范围内。

参见图1，各螺旋桨组件4的电机底座42都固定于横杆6。这样便于设置螺旋桨组件4。这样便于设置螺旋桨组件4。

参见图1，各螺旋桨组件4的位置高度都位于前翼2和后翼3的位置高度之间。这种设置方式使得串翼无人机的飞行性能好。

下面介绍前翼2和后翼3的相对位置关系。

前翼2和后翼3的水平距离L1为前翼弦长L0或后翼弦长L0的2.1倍至2.5倍，和/或，前翼2和后翼3的垂直距离L2为前翼弦长L0或后翼弦长L0的0.8倍至1倍。

前翼弦长L0和后翼弦长L0相等，后文为描述方便，只采用前翼弦长L0进行描述，但可以理解的是，采用后翼弦长L0描述也是可以的。

水平距离L1是指前翼2前缘与后翼3前缘在机身1纵向方向的间距。垂直距离L2是指前翼2前缘与后翼3前缘在竖直方向的间距。

水平距离L1具体比如为前翼弦长L0的2.1倍、2.12倍、2.16倍、2.2倍、2.25倍、2.3倍、2.4倍、2.45倍、2.5倍等。

垂直距离L2具体比如为前翼弦长L0的0.8倍、0.85倍、0.87倍、0.9倍、0.93倍、0.95倍、0.97倍、1倍等。

当前翼2、后翼3之间的相对位置关系满足上述限定条件时，前翼2的下洗气流对后翼3的负面影响小，整机的升力明显提高。上述技术方案，通过巧妙设置前翼2、后翼3相对位置关系，当前翼2的扰流会直接冲刷到后翼3上时串翼无人机所处的攻角正好是失速之后的攻角，属于飞行中不需要或不会涉及的范围，保证了后翼3的升力，且避免出现颤震。

参见图1，具体地，前翼2的位置低于后翼3的位置。采用前低后高的设置方式，好处是：如果采取前高后低、或者前后等高，绕过前翼的气流会有向下偏转的趋势，整个或者部分后翼将笼罩在前翼的下洗气流中，后翼产生的升力将大幅度降低，不利于飞机升力和升阻比的提高。

进一步地，前翼2和后翼3之间的水平距离L1为前翼弦长L0或后翼弦长L0的2.35倍。当前后翼3的距离与弦长L0保持这个相对距离时，前翼2的下洗气流对后翼3的负面影响最小。

可选地，前翼2和后翼3之间的垂直距离L2为前翼弦长L0或后翼弦长L0的0.895倍。该数值使得流过前翼2的扰流在有效攻角范围-6°～16°，大于16°串翼无人机会失速不会直接冲刷到后翼3上。

后翼3的上反角α为2°至4°，具体比如为2°、2.5°、3°、3.5°、4°。上反角α可增加串翼无人机的横向稳定性，下反角可降低串翼无人机的横向稳定性，但是下反角可以提高串翼无人机的机动和灵活性。采用上述范围的下反角，可以较好地平衡上述各种性能，具体来说，可以增加串翼无人机横向稳定性，同时让翼尖的相对距离变大，在该状态下前翼2对后翼3的气流干扰较小。

可选地，后翼3的上反角α为3°。采用上述数值，前翼2对后翼3的气流干扰接近最小。

参见图2，具体来说，前翼2设于串翼无人机机身1的底部。前翼2底面与机身1底面差不多平齐。这种设置方式可以使得前翼2、后翼3保持一种前低后高的布置方式，有利于串翼无人机飞行性能的发挥。

参见图2，具体来说，后翼3设于串翼无人机机身1的顶部。后翼3的底面可高于机身1顶面。这种设置方式可以使得前翼2、后翼3保持一种前低后高的布置方式，且利于保证前翼2、后翼3之间的相对位置关系，有利于串翼无人机飞行性能的发挥。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种串翼无人机，其特征在于，包括机身(1)、前翼(2)、后翼(3)、螺旋桨组件(4)和前拉桨(5)，所述前翼(2)的位置低于所述后翼(3)的位置；所述螺旋桨组件(4)设于所述前翼(2)和/或所述后翼(3)，位于所述机身(1)纵向两侧的所述螺旋桨组件(4)是对称的；

位于所述机身(1)纵向同一侧的各所述螺旋桨组件(4)固定在同一根横杆(6)上，且前面的所述螺旋桨组件(4)位于所述横杆(6)的上方，后面的螺旋桨组件(4)位于所述横杆(6)的下方；所述横杆(6)固定于所述前翼(2)和/或后翼(3)；

所述后翼(3)的上反角为2°至4°。

2.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，所述螺旋桨组件(4)的数量大于两个，且各个所述螺旋桨组件(4)距离所述串翼无人机重心的距离相等。

3.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，所述螺旋桨组件(4)的数量为四个，前面两个所述螺旋桨组件(4)的位置高于后面两个所述螺旋桨组件(4)的位置。

4.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，所述螺旋桨组件(4)的数量为四个，前面两个所述螺旋桨组件(4)位于所述前翼(2)的前方，后面两个所述螺旋桨组件(4)位于所述前翼(2)和所述后翼(3)之间。

5.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，各所述螺旋桨组件(4)的螺旋桨(41)与所述横杆(6)之间的距离都大于平均气动弦长。

6.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，各所述螺旋桨组件(4)的电机底座(42)都固定于所述横杆(6)。

7.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，各所述横杆(6)通过不同的竖杆(7)同时与所述前翼(2)和所述后翼(3)固定。

8.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，各所述螺旋桨组件(4)的位置高度都介于所述前翼(2)和所述后翼(3)的位置高度之间。

9.根据权利要求1所述的串翼无人机，其特征在于，所述前翼(2)和所述后翼(3)的水平距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的2.1倍至2.5倍，和/或所述前翼(2)和所述后翼(3)的垂直距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的0.8倍至1倍。

10.根据权利要求9所述的串翼无人机，其特征在于，所述前翼(2)和所述后翼(3)的水平距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的2.35倍。

11.根据权利要求9所述的串翼无人机，其特征在于，所述前翼(2)和所述后翼(3)的垂直距离为所述前翼弦长或所述后翼弦长的0.895倍。

12.根据权利要求11所述的串翼无人机，其特征在于，所述后翼(3)的上反角为3°。

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