CN107042883B - 一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机 - Google Patents

一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机 Download PDF

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Abstract

一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，包括机身、传动组件、发电组件、旋翼组件、舵面组件、飞行控制组件，整机左右对称布局，两台发动机纵向布置于机身上，旋翼横向布置于机身两侧；发动机的运动一方面传递给旋翼组件，产生飞行所需的上升气流，另一方面传递给发电组件，产生电力供无人机其他组件使用；舵机调节舵面角度，改变气流方向进而改变无人机飞行的方向和姿态；本发明采用十字布局结构和同步带二级传动，并增加自造电力供电的方式，降低了机身整体振动频率，减轻了自重，增加了其续航能力和航时，增强了无人机的航行稳定性，同时，机身上方作为载物平台，可携带各种物资。

Description

一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机。
背景技术
无人机是一种体型较小、无人驾驶，能够在空中实现自主飞行并执行一定任务的飞行器。无人机因其独特的应用近年来在军民领域都获得广泛应用和飞速发展，也代表着为未来航空的一个重要发展方向。
在无人机应用过程中，因其无人驾驶，其有效载荷更大，能够安装更多的设备如摄像机进行航拍或载重进行物资运送，因此，对其完成任务的效率和可靠性要求更高，对其结构空间利用率和升力以及位姿变换灵活性的考量更多。而现有技术中，多数采用增加动力驱动装置数量或采用燃油发动机等主动力系统提升无人机升力，增加其载重能力，但以上方法使飞行中振动频率升高影响无人机稳定性，自重增加，增加了其能耗，结构设计复杂，位姿变换灵活性大打折扣，同时使无人机整体结构尺寸增加、不紧凑，无人机的飞控性能逐渐变低。
同时，对于无人机技术来说，如何在保证其载重量和自重的前提下，增加其航时也是一个标志其性能的关键性指标，航时与发动机工作状态、飞行高度、飞行速度等参数相关，而现有技术中，多数采用机载电池的方式为无人机其他用电组件提供电能，机载电池的能量比决定着无人机的航时，在同样的体积或载重量情况下，如何获得更多的电能，提高能源利用率，成为解决无人机航时问题的另一研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，解决传统双涵道无人机运动和姿态高度耦合、机载电池电量与其重量相适应导致飞控系统复杂、振荡频率高、稳定性差、空间利用率低、不紧凑、航时短、自重大、升力不够，载重量小、成本高等一系列问题。
本发明是这样来实现的，一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，包括机身、传动组件、发电组件、旋翼组件、舵面组件、飞行控制组件，其特征在于，整机左右对称布局，其中，传动组件的两台发动机纵向布置于机身上，旋翼组件横向布置于机身两侧；每台发动机分别通过一套同步带和同步轮带动两个螺旋桨向相反方向高速转动，相互抵消扭矩，并在涵道内产生所需的上升气流；传动组件为二级传动结构，其通过同步带和同步轮将发动机的旋转运动一方面传递给旋翼组件，另一方面将发动机的旋转运动传递给发电组件，产生电力供无人机其他组件使用；舵面组件通过舵机调节舵面角度，改变气流方向进而改变无人机飞行的方向和姿态；飞行控制组件接受操作者的操作指令并发送给各个组件，控制无人机的飞行状态。
优选地，所述的机身包括底板、侧板、顶板、前板、管夹、起落架，底板、顶板和侧板、前板分别通过螺钉相连接，构成一个框架结构，为内部组件提供保护和支撑，管夹夹紧在起落架的圆管上，并且通过螺钉与底板连接，为无人机起飞和降落时提供支撑作用。
优选地，所述传动组件还包括第一同步轮、第二同步轮、第三同步轮、第四同步轮、第五同步轮、第六同步轮、传动轴、第一同步带、第二同步带、第三同步带、惰轮、旋翼轴；其中，传动组件的两台发动机一台正装，一台反装，传动部分均相同。
优选地，所述传动组件的一级传动为：第一同步轮通过螺钉固定在发动机输出端面，第一同步轮与第一同步带的齿型啮合并将动力传递至第二同步轮，第二同步轮通过键将转动传递给传动轴；二级传动分为两方面：一方面，传动轴通过键将转动传递给第三同步轮，第三同步轮与第二同步带的齿型相啮合，同时第二同步带被四个惰轮张紧，将动力传递至第四同步轮，第四同步轮通过键将转动传递给旋翼轴，从而带动了螺旋桨的转动；另一方面，传动轴通过顶紧螺钉将转动传递给第五同步轮，第五同步轮与第三同步带的齿型啮合并将动力传递至第六同步轮，第六同步轮通过顶紧螺钉与发电机的输出轴相连，带动输出轴转动，从而发电机产生了电力。
优选地，所述的发电组件包括，发电机、固定立柱，整机包含两部发电机，分别由两台发动机带动，固定立柱一端通过螺母与发电机固定，另一端通过螺钉分别与底板和顶板连接，通过输出轴的转动从而产生电力，为其他组件供电。
优选地，所述的旋翼组件包括旋翼斜支撑、旋翼臂、涵道支撑板、同步轮安装板、螺旋桨、上旋翼桨固定夹、下旋翼桨固定夹、主梁、涵道、圆管，旋翼斜支撑使用螺钉，一端与顶板连接，一端与同步轮安装板连接，旋翼臂使用螺钉，一端与侧板连接，一端与同步轮安装板连接，旋翼轴装夹在上下同步轮安装板之间，其中一端通过键与上旋翼桨固定夹相连，上旋翼桨固定夹和下旋翼桨固定夹分别通过螺钉固定在螺旋桨的上下端面，三个旋翼支撑板一端与同步轮安装板连接，一端与主梁连接，并支撑起涵道，同时，主梁通过螺钉夹紧圆管。
优选地，所述的舵面组件包括舵面、第一舵面连接板、第二舵面连接板、连杆、舵机安装架、舵机、舵机拉杆、舵机摇臂，第一舵面连接板夹紧在舵面的两个端面突出处，并分别与第二舵面连接板和连杆通过球铰连接，第二舵面连接板通过螺钉与圆管固定夹相连，使得舵面组件悬挂在涵道下方，舵机安装架一端通过螺钉固定在圆管固定夹上，一端连接舵机，舵机输出轴连接舵机摇臂，舵机摇臂又与舵机拉杆连接，从而实现了舵面的角度摆动。
优选地，所述的飞行控制组件包括飞控盒固定架、飞行控制盒、飞控盒减震板，飞控盒固定架通过螺钉与顶板相连接，飞行控制盒再通过螺钉与飞控减震板相连接，可以在飞行过程中起到减震保护的作用。
优选地，所述顶板可作为载物平台，在上方可放置需要携带的物资，例如农药、急救用具、水箱等。
优选地，所述机身由金属板构成，为整个无人机提供保护和支撑作用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本申请方案采用两台发动机纵向布置于机身上，旋翼组件横向布置于机身两侧，动力组件采用二级传动的方式，两台发动机一台正装，一台反装，每台发动机分别通过一套同步带分别通过一套同步带和同步轮带动两个螺旋桨向相反方向高速转动，相互抵消扭矩，并在涵道内产生所需的上升气流，同时，舵机控制舵面摆动一定的角度以改变气流的流动方向，将紊流变为层流，进而使无人机按照操作者所需的方向、姿态飞行；同时，发动机还通过另一套同步带和同步轮带动了两个发电机旋转，从而产生了电流供无人机的其他组件使用的方式，明确了动力装置布置相对位置关系，空间设计紧凑，利用率高；且采用两台电机提供动力，并增加自造电力供电的方式，降低了机身整体振动频率，减轻了自重，增加了其续航能力和航时，增强了无人机的航行稳定性；通过舵面摆动，改变气流方向，使机体航行过程中，可根据操作人员的控制操作，灵活改变位姿、倾角和航向方向，动力组件、发电组件、旋翼组件、舵面组件结构互相耦合，实现了双涵道无人机大升力、强稳定、大载重、航时久、结构紧凑、空间利用率高、能源利用率高、位姿变换灵活等技术效果。
附图说明
图1为本申请二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机的主体结构示意图；
图2为本申请无人机结构主示意图
图3为本申请无人机的机身结构主示意图
图4为本申请无人机的部分传动组件结构示意图
图5为本申请无人机的部分旋翼组件结构示意图
图6为本申请无人机的部分舵面组件结构示意图
图7为本申请无人机的飞行控制组件结构示意图
图8为本申请无人机的传动组件整体结构和旋翼方向示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述。
如图1、2所示，一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，包括机身、传动组件、发电组件、旋翼组件、舵面组件、飞行控制组件，整机左右对称布局，机身由金属板构成，为整个无人机提供保护和支撑作用；其中，传动组件的两台发动机纵向布置于机身上，旋翼组件横向布置于机身两侧；传动组件通过同步带和同步轮将发动机的旋转运动一方面传递给旋翼组件，产生飞行所需的上升气流，另一方面传递给发电组件，产生电力供无人机其他组件使用；舵面组件通过舵机调节舵面角度，改变气流方向进而改变无人机飞行的方向和姿态；飞行控制组件接受操作者的操作指令并发送给各个组件，控制无人机的飞行状态。
如图1、3、5所示，所述的机身包括底板1、侧板2、顶板3、前板4、管夹5、起落架6，底板1、顶板3和侧板2、前板4分别通过螺钉相连接，构成一个框架结构，为内部组件提供保护和支撑，管夹5夹紧在起落架6的圆管31上，并且通过螺钉与底板1连接，为无人机起飞和降落时提供支撑作用，顶板3可作为载物平台，在上方可放置需要携带的物资，例如农药、急救用具、水箱等。
如图4、8所示，所述的传动组件分为二级传动，包括发动机7、第一同步轮8、第二同步轮9、第三同步轮10、第四同步轮11、第五同步轮12、第六同步轮13、传动轴14、第一同步带15、第二同步带16、第三同步带17、惰轮18、旋翼轴19，整机包含两台发动机7一台正装，一台反装，传动部分均相同，一级传动为：第一同步轮8通过螺钉固定在发动机7输出端面，第一同步轮8与第一同步带15的齿型啮合并将动力传递至第二同步轮9，第二同步轮9通过键将转动传递给传动轴14；二级传动分为两方面：一方面，传动轴14通过键将转动传递给第三同步轮10，第三同步轮10与第二同步带16的齿型相啮合，同时第二同步带16被四个惰轮18张紧，将动力传递至第四同步轮11，第四同步轮11通过键将转动传递给旋翼轴19，从而带动了螺旋桨20的转动；另一方面，传动轴14通过顶紧螺钉将转动传递给第五同步轮12，第五同步轮12与第三同步带17的齿型啮合并将动力传递至第六同步轮13，第六同步轮13通过顶紧螺钉与发电机21的输出轴相连，带动输出轴转动，从而发电机21产生了电力。
如图4、8所示，所述的发电组件包括，发电机21、固定立柱22，整机包含两部发电机21，分别由两台发动机7带动，固定立柱22一端通过螺母与发电机21固定，另一端通过螺钉分别与底板1和顶板3连接，通过输出轴的转动从而产生电力，为其他组件供电。
如图1、5所示，所述的旋翼组件包括旋翼斜支撑23、旋翼臂24、涵道30支撑板25、同步轮安装板26、螺旋桨20、上旋翼桨固定夹27、下旋翼桨固定夹28、主梁29、涵道30、圆管31，旋翼斜支撑23使用螺钉，一端与顶板3连接，一端与同步轮安装板26连接，旋翼臂24使用螺钉，一端与侧板2连接，一端与同步轮安装板26连接，旋翼轴19装夹在上下同步轮安装板26之间，其中一端通过键与上旋翼桨固定夹27相连，上旋翼桨固定夹27和下旋翼桨固定夹28分别通过螺钉固定在螺旋桨20的上下端面，三个旋翼支撑板一端与同步轮安装板26连接，一端与主梁29连接，并支撑起涵道30，同时，主梁29通过螺钉夹紧圆管31。
如图1、6所示，所述的舵面组件对称安装在机身两侧，舵面组件包括前、后舵面32、第一舵面连接板33、第二舵面连接板34、连杆35、舵机37安装架36、舵机37、舵机拉杆38、舵机摇臂39，第一舵面连接板33夹紧在舵面32的两个端面突出处，并分别与第二舵面连接板34和连杆35通过球铰连接，第二舵面连接板34通过螺钉与圆管31固定夹相连，使得舵面32组件悬挂在涵道30下方，舵机37安装架36一端通过螺钉固定在圆管31固定夹上，一端连接舵机37，舵机37输出轴连接舵机摇臂39，舵机摇臂39又与舵机拉杆38连接，从而实现了舵面32的角度摆动。
如图1、7所示，所述的飞行控制组件包括飞控盒固定架40、飞行控制盒41、飞控盒减震板42，飞控盒固定架40通过螺钉与顶板3相连接，飞行控制盒41再通过螺钉与飞控减震板相连接，可以在飞行过程中起到减震保护的作用。
两台发动机7纵向布置，分别通过一套同步带和同步轮带动两个螺旋桨20向相反方向高速转动，相互抵消扭矩，并在涵道30内产生所需的上升气流，舵机37控制舵面32摆动一定的角度，从而改变了气流的流动方向，进而使得无人机按照操作者所需的方向飞行。同时，发动机7还通过另一套同步带和同步轮带动了两个发电机21旋转，从而产生了电流供飞行控制系统使用。
本申请实施例中所述的方案，采用两台发动机纵向布置于机身上，旋翼组件横向布置于机身两侧，动力组件采用二级传动的方式，两台发动机一台正装，一台反装，每台发动机分别通过一套同步带分别通过一套同步带和同步轮带动两个螺旋桨向相反方向高速转动，相互抵消扭矩，并在涵道内产生所需的上升气流，同时，舵机控制舵面摆动一定的角度以改变气流的流动方向，将紊流变为层流，进而使无人机按照操作者所需的方向、姿态飞行；同时，发动机还通过另一套同步带和同步轮带动了两个发电机旋转，从而产生了电流供无人机的其他组件使用的方式，明确了动力装置布置相对位置关系，空间设计紧凑，利用率高；且采用两台电机提供动力，并增加自造电力供电的方式，降低了机身整体振动频率，减轻了自重，增加了其续航能力和航时，增强了无人机的航行稳定性；通过舵面摆动，改变气流方向，使机体航行过程中，可根据操作人员的控制操作，灵活改变位姿、倾角和航向方向，动力组件、发电组件、旋翼组件、舵面组件结构互相耦合，实现了双涵道无人机大升力、强稳定、大载重、航时久、结构紧凑、空间利用率高、能源利用率高、位姿变换灵活等技术效果。
本申请方案中的无人机可用于植保、摄像、军事等多领域。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，包括机身、传动组件、发电组件、旋翼组件、舵面组件、飞行控制组件，其特征在于，2台发动机呈前后纵列布局，一正一反安装于机身上；2部旋翼组件左右对称布局于机身两侧，一根螺旋桨顺时针旋转，另一根螺旋桨逆时针旋转；发动机分别通过一套同步带和同步轮带动两个螺旋桨向相反方向高速转动；同时，两台发动机分别通过另一套同步带和同步轮传递动力至发电机组件，进而产生电力为其他组件提供电能；两组包含有双舵面结构的舵面组件分别布置于螺旋桨正下方；飞行控制组件通过飞控盒减震板布置在机身内部。
2.根据权利要求1所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：所述的机身包括位于机身底部的底板(1)、位于机身两侧的侧板(2)、位于机身顶部的顶板(3)、位于机身前部的前板(4)、管夹(5)、起落架(6)，底板(1)、顶板(3)和侧板(2)、前板(4)分别通过螺钉相连接，构成一个框架结构，为内部组件提供保护和支撑，管夹(5)夹紧在起落架(6)的圆管上，并且通过螺钉与底板(1)连接，为无人机起飞和降落时提供支撑作用。
3.根据权利要求1所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：所述传动组件还包括第一同步轮(8)、第二同步轮(9)、第三同步轮(10)、第四同步轮(11)、第五同步轮(12)、第六同步轮(13)、传动轴(14)、第一同步带(15)、第二同步带(16)、第三同步带(17)、惰轮(18)、旋翼轴(19)；其中，传动组件的两台发动机(7)一台正装，一台反装，传动部分均相同。
4.根据权利要求3所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：所述传动组件的一级传动为：第一同步轮(8)通过螺钉固定在发动机(7)输出端面，第一同步轮(8)与第一同步带(15)的齿型啮合并将动力传递至第二同步轮(9)，第二同步轮(9)通过键将转动传递给传动轴(14)；二级传动分为两方面：一方面，传动轴(14)通过键将转动传递给第三同步轮(10)，第三同步轮(10)与第二同步带(16)的齿型相啮合，同时第二同步带(16)被四个惰轮(18)张紧，将动力传递至第四同步轮(11)，第四同步轮(11)通过键将转动传递给旋翼轴(19)，从而带动了螺旋桨(20)的转动；另一方面，传动轴(14)通过顶紧螺钉将转动传递给第五同步轮(12)，第五同步轮(12)与第三同步带(17)的齿型啮合并将动力传递至第六同步轮(13)，第六同步轮(13)通过顶紧螺钉与发电机(21)的输出轴相连，带动输出轴转动，从而发电机(21)产生了电力。
5.根据权利要求1所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：所述的旋翼组件包括旋翼斜支撑(23)、旋翼臂(24)、涵道(30)、涵道支撑板(25)、同步轮安装板(26)、螺旋桨(20)、上旋翼桨固定夹(27)、下旋翼桨固定夹(28)、主梁(29)、涵道(30)、圆管(31)，旋翼斜支撑(23)使用螺钉，一端与顶板(3)连接，一端与同步轮安装板(26)连接，旋翼臂(24)使用螺钉，一端与侧板(2)连接，一端与同步轮安装板(26)连接，旋翼轴(19)装夹在上下同步轮安装板(26)之间，其中一端通过键与上旋翼桨固定夹(27)相连，上旋翼桨固定夹(27)和下旋翼桨固定夹(28)分别通过螺钉固定在螺旋桨(20)的上下端面，三个涵道支撑板(25)一端与同步轮安装板(26)连接，一端与主梁(29)连接，并支撑起涵道(30)；位于旋翼组件内侧和外侧的主梁(29)通过螺钉夹紧位于涵道上的圆管(31)。
6.根据权利要求1所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：所述的舵面组件包括舵面(32)、第一舵面连接板(33)、第二舵面连接板(34)、连杆(35)、舵机(37)安装架(36)、舵机(37)、舵机拉杆(38)、舵机摇臂(39)，第一舵面连接板(33)夹紧在舵面(32)的两个端面突出处，并分别与第二舵面连接板(34)和连杆(35)通过球铰连接，第二舵面连接板(34)通过螺钉与位于涵道上的圆管(31)相连，使舵面组件悬挂在涵道(30)下方；舵机(37)安装架(36)一端通过螺钉固定在圆管(31)的固定夹上，一端连接舵机(37)，舵机(37)输出轴连接舵机摇臂(39)，舵机摇臂(39)又与舵机拉杆(38)连接，从而实现了舵面(32)的角度摆动。
7.根据权利要求1所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：所述的飞行控制组件包括飞控盒固定架(40)、飞行控制盒(41)、飞控盒减震板(42)，飞控盒固定架(40)通过螺钉与顶板(3)相连接，飞行控制盒(41)再通过螺钉与飞控盒减震板相连接，可在飞行过程中起到减震保护的作用。
8.根据权利要求2所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：所述顶板(3)可作为载物平台，在上方可放置需要携带的物资。
9.根据权利要求1所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：两台发动机(7)纵向布置在机身内部，旋翼组件横向布置于机身外两侧，整机成十字结构，重心稳定；两台发动机(7)各自通过一套同步带和同步轮，按传动比1:1～1:3之间，带动两个发电机(21)旋转，从而产生电能供其他系统使用。
10.根据权利要求6所述的一种二级传动发动机纵列式可发电和载物的双涵道无人机，其特征在于：每个舵面组件包含了两个舵面(32)，两个舵面(32)通过平行四连杆机构，保持其相互平行状态；通过舵机(37)调节舵面(32)角度，改变了气流的方向，进而改变了无人机飞行的方向和姿态。
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