CN107672780B - 一种油动无人机的载荷配置结构 - Google Patents

Abstract

一种油动无人机的载荷配置结构，包括一对主承载框，主承载框的前后各设置有一个第一承载框和第二承载框，第一承载框的前方设置一个机头承载框，第二承载框的后方设置一个机尾承载框，所述两个主承载框、第一承载框、第二承载框、机头承载框以及机尾承载框通过四根主支撑杆连接为一体。本申请的上述载荷配置结构通过多个承载框和四根平行于对称轴线的纵向主支撑杆围绕形成了一个支撑空间，可以在其中设置传动结构，用以对传动结构的各种运动部件提供保护，并通过该支撑空间将各种载荷与传动结构分隔开来，使得载荷可以更加灵活的配置而无需考虑传动结构的影响。

Description

一种油动无人机的载荷配置结构

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼的油动无人机，特别涉及一种油动无人机的载荷配置结构。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用无人机在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域应用广泛。

现有多旋翼无人机通常为电动无人机。多旋翼电动无人机的结构简单易于制造，电机重量轻、转动平稳，动力系统易于标准化，因而整机相对而言易于操控，且飞行噪音低，在短航程民用领域发展较为活跃。然而由于电池的能量密度远远低于燃油，电动无人机受到电池的限制，航程较短，载荷水平较低，无法应用于军用大载荷侦察和攻击领域。而现有长航程的燃油无人机通常采用固定翼结构，起飞降落受到机场的限制，无法悬停，造价高，操控繁琐，使用的灵活机动性不够。

CN 106697278 A公开了一种直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机，包括机身、动力系统、起落架和航电系统，所述的机身为全复材的一体化机身，所述的动力系统由发动机系统、变桨距系统、供油系统和旋翼系统组成。上述现有技术的油动无人机的六个旋翼等角度间隔地围绕机体设置，导致机体上搭载的应用载荷只能设置于机体正下方，且由于各方向都受到旋翼的阻挡，搭载的载荷只能向下开展作业，无法向斜上方发射武器或者进行观测，存在荷载水平低，结构布局不合理，难以发挥无人机的控制及安全优势的缺陷，限制了旋翼无人飞机在军事及监测领域的发展应用。

CN 205998123 U公开了一种立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其组成包括机架、动力系统、导航与控制系统、电气系统和任务平台。四个相同的机臂两两对接在连接有起落架的硬壳式机身上组成机架；动力系统设置在每个机臂的末端，为飞行平台提供动力和能源；导航和控制系统感知和控制飞行平台的姿态、高度和位置；电气系统具有充电、供电和指示功能；任务平台用于安装不同的任务设备。该现有技术的油动无人机设置了四台独立的发动机，相邻旋翼相互之间的气流干扰难以排解，加大发动机的间距会进一步加大体积和重量。

上述现有技术的油动无人机，每个悬臂上均配置一台油动发动机，裸露的发动机加上旋翼的噪音，导致无人机几乎没法在城市空域使用，军用环境下使用也没有什么隐蔽性。CN 106184754 A公开了一种多旋翼无人机，该无人机通过设置在机身内部的两轴输出的油动发动机对前后两对旋翼进行驱动，但是其采用的特制油动发动机的技术不成熟，发动机的输出功率有限，无法应用于大载荷的武装无人机。其传动结构特殊，无法采用现有成熟的大马力油动发动机驱动无人机。而且其采用的全对称机体结构，无法在较大范围的机身上灵活设置载荷，重心位置集中于一点，载荷布局受到极大的限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供油动无人机的载荷配置结构，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种油动无人机的载荷配置结构，所述油动无人机包括机身、起落架以及安装在所述油动无人机的机身内部的发动机，所述机身具有一个纵向对称轴线，所述油动无人机的机头和机尾各设置有两个对称于所述对称轴线布置的悬臂，每个所述悬臂均支撑有一个旋翼，其中，所述油动无人机的载荷配置结构包括垂直于所述纵向对称轴线设置的一对用于支撑所述发动机的主承载框，所述主承载框的前后各设置有一个平行于所述主承载框的第一承载框和第二承载框，所述第一承载框的前方设置一个平行于所述主承载框的机头承载框，所述第二承载框的后方设置一个平行于所述主承载框的机尾承载框，所述两个主承载框、第一承载框、第二承载框、机头承载框以及机尾承载框通过四根平行于所述对称轴线的纵向主支撑杆连接为一体。

优选地，所述悬臂固定连接在所述机头承载框和机尾承载框的两侧。

优选地，所述第一承载框和第二承载框上方分别支撑有一个第一燃油箱和第二燃油箱。

优选地，所述机头承载框的前方设置有可挂载光电吊仓的吊仓挂载结构。

优选地，所述吊仓挂载结构由所述主支撑杆向前延伸形成。

优选地，所述机尾承载框上方支撑有两个水冷散热器。

优选地，所述两个水冷散热器对称于所述对称轴线设置在所述机身的尾部上方。

优选地，所述水冷散热器的散热腔分别通过上水管和下水管与所述发动机相连。

优选地，所述油动无人机的悬臂为空心结构，所述悬臂的内部设置有传动杆。

优选地，每个所述旋翼均围绕设置有一个形状相同的圆环形的导流罩。

本申请的上述载荷配置结构通过多个承载框和四根平行于对称轴线的纵向主支撑杆围绕形成了长条状的梭形结构，机头和机尾的宽度缩窄，中部宽度最大便于设置发动机。机头通过主支撑杆向前延伸形成吊仓挂载结构，机尾的机尾承载框上方支撑两个水冷散热器，通过机尾的两个水冷散热器与机头挂载平衡重量，使得本申请的机身前后挂载范围得到了扩展。另外，分散配置于发动机前后的两个燃油箱可以利用控制燃油的消耗平衡载荷，尤其是对于挂载武器的情况下，当武器发射之后就可以利用燃油对无人机进行平衡。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的油动无人机的立体结构示意图；

图2显示的图1所示油动无人机的部分结构去除后的结构示意图；

图3显示的是根据本申请的另一个具体实施例的油动无人机的机身内部的传动结构示意图；

图4显示的是根据本申请的一个具体实施例的油动无人机的机体结构示意图；

图5显示的是图4所示机体结构基础上的载荷配置结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如前述，现有油动无人机大多采用全对称布局，导致重心位置集中于一点，载荷布局受到极大的限制，且由于全对称布局的旋翼将无人机的各个方向都阻挡了，导致搭载的载荷无法向斜上方发射武器或者进行观测，限制了现有无人机的应用范围。另外相邻旋翼相互之间存在气流干扰，延长悬臂长度会增加整机重量，搭载有效载荷的能力受到极大的限制。

为解决上述缺陷，本申请提供了一种油动无人机，如图1-2所示，其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的油动无人机的立体结构示意图；图2显示的图1所示油动无人机的部分结构去除后的结构示意图。

参见图1-2，本申请的油动无人机包括机身1、起落架2、四个悬臂3以及四个旋翼5，机身1连接四个悬臂3，每个悬臂3均支撑有一个相同直径的旋翼5。与现有多轴无人机不同的是，本申请的油动无人机的机身1为左右对称结构的长条形，机身1具有一个纵向对称轴线6，机身1总体上呈长条形平行于所述对称轴线6设置。无人机的机头和机尾各设置有两个对称于所述对称轴线6布置的旋翼5。本申请的基本构思是，在油动无人机的机身1为长条形，机身1具有对称轴线6，四个旋翼5分别设置于对称轴线6的两侧，从而在机身1下方的纵向形成了一个无遮挡的通道，以利于设置光电吊仓7和武器发射筒(图中未示出)等载荷，避免观测和武器发射的时候与悬臂3和旋翼5等发生干涉，影响使用和作战效能，提高了无人机的应用范围。另外，由于设置了对称轴线6，则在无人机的纵向上就不会有升力结构，悬臂3及其上的旋翼5等结构只能分布在对称轴线6的两侧，由此可以在机身纵向获得更大范围的载荷挂载点，易于扩展载荷布局。

进一步的，如图所示，本申请的油动无人机的机身大体上为长条状的梭形结构，机头和机尾的宽度缩窄，中部宽度最大便于设置发动机。梭形结构的机身也可以在前进和后退过程中降低飞行阻力，提高无人机的航程。另外，梭形结构的机身也可以为旋翼直径的最大化提供了空间。

进一步地，如图1所示，本申请的油动无人机在一个具体实施例中，机身1的前端设置有可挂载光电吊仓7的吊仓挂载结构71(参见图5)。在另一个具体实施例中，机身1的下部可以设置挂载武器发射筒的连接结构(图中未示出)，例如，沿对称轴线6的长度方向可平行设置两个或两个以上武器发射筒，其中所述武器发射筒可以具体为导弹发射筒或者火箭弹发射筒，由于这类武器发射筒需要提供斜向上的仰角，如果其前方有旋翼等障碍物则难以发射导弹或者火箭弹(存在干涉的情况下无人机就坠毁了)，因此为便于载荷布置，机头和机尾的旋翼5与对称轴线6的距离相等设计，则武器发射筒可以直观地通过平行于载荷通道6的长度方向设置的方式实现无人机的载荷重心平衡，以便于无人机的操控，简化飞控软件的设计难度。

为了克服相邻旋翼气流干扰的问题，本申请中的每个旋翼5均围绕设置有一个形状相同的圆环形的导流罩4。导流罩4的设置使得旋翼5的直径可以最大化的进行扩展，只要不与机身1干涉即可，从而可以在无需延长悬臂3的长度的情况下，尽可能有效的提高无人机的升力，因而可以提高无人机的搭载能力。为了看得更清楚，图2中的油动无人机的部分结构被去除了。

图3显示的是根据本申请的另一个具体实施例的油动无人机的机身内部的传动结构示意图，图中可见，本申请的油动无人机的悬臂3为空心结构，其内部设置有传动杆9。本申请的油动无人机的机身1中安装有油动发动机99，油动发动机的动力可以通过皮带等结构传递给传动轮90，传动轮90进一步通过与之连接的传动杆9将动力传递给每一个旋翼5。

下面参照图3-5进一步详细说明本申请的载荷配置结构的具体特点，其中，图4显示的是根据本申请的一个具体实施例的油动无人机的机体结构示意图；图5显示的是图4所示机体结构基础上的载荷配置结构示意图。如图，正如前述，本申请的油动无人机包括机身1、起落架2以及安装在油动无人机的机身1内部的发动机99，机身1具有一个纵向对称轴线6，油动无人机的机头和机尾各设置有两个对称于对称轴线6布置的悬臂3，每个悬臂3均支撑有一个旋翼5。

在图示具体实施例中，本申请的载荷配置结构包括垂直于纵向对称轴线6设置的一对用于支撑发动机99的主承载框201，主承载框201的前后各设置有一个平行于主承载框201的第一承载框202和第二承载框203，第一承载框202的前方设置一个平行于主承载框201的机头承载框204，第二承载框203的后方设置一个平行于主承载框201的机尾承载框205，两个主承载框201、第一承载框202、第二承载框203、机头承载框204以及机尾承载框205通过四根平行于对称轴线6的纵向主支撑杆206连接为一体。在另一个具体实施例中，悬臂3固定连接在机头承载框204和机尾承载框205的两侧。

本申请的上述载荷配置结构通过多个承载框和四根平行于对称轴线的纵向主支撑杆围绕形成了一个支撑空间，可以在其中设置传动结构，用以对传动结构的各种运动部件提供保护，并通过该支撑空间将各种载荷与传动结构分隔开来，使得载荷可以更加灵活的配置而无需考虑传动结构的影响。

下面结合附图对传动结构与本申请的载荷配置结构的关系进行进一步的详细说明。在图3所示传动结构中，一个主轴8平行设置在无人机的机头和机尾的悬臂3之间，主轴8上固定安装有一个动力输入轮81、一个第一动力输出轮82以及一个第二动力输出轮83，动力输入轮81由发动机99通过发动机皮带84驱动，第一动力输出轮82和第二动力输出轮83分别通过第一皮带85和第二皮带86驱动无人机的悬臂3中设置的传动杆9转动，并将发动机99的动力传递给每一个旋翼5。

结合图3-5可见，由于发动机99设置在主轴8的正上方，发动机99设置在两个主承载框201的上方。相对于发动机99的设置位置，因此主轴8可以设置在两个主承载框201之间，并位于四根主支撑杆206围绕的框架内部，可以通过主承载框201和四根主支撑杆206提供牢固的支撑。

本申请的油动无人机的传动结构仅需要利用皮带(发动机皮带84，第一皮带85以及第二皮带86)和一根主轴8，就可以将机身内部安装的发动机99的动力分别传递给机头和机尾的四个旋翼5，结构简单，重量轻，技术成熟，实现起来不存在任何风险，且发动机99可以采用普通内燃机或者市售的现有航空发动机，不需要特别设计专用发动机。采用现有的发动机还可以根据需要选用不同功率的发动机，可以满足各种载荷大小的无人机的需要。另外主轴8平行于悬臂3设置，设置在主轴8上的三个轮子相互平行，因而机头和机尾的传动杆9接收动力的方式不需要通过锥齿轮换向，可以减少机械换向装置的重量。

同样如前所述，参照附图，在本申请的具体实施例中，传动杆9的中部固定连接一个传动轮90，传动轮90将动力传递给传动杆9，并驱动传动杆9的两端连接的两个旋翼5朝相反的方向转动。由于本申请的油动无人机的机头和机尾各设置有两个对称于对称轴线6布置的悬臂3，机头的两个悬臂3位于同一直线上，其中可以设置一个传动杆9；机尾的两个悬臂3也位于同一直线上，其中也可以设置一个传动杆9，机头和机尾的这两个传动杆9同时受到主轴8的驱动朝相同的方向转动，因而机头的两个旋翼5与机尾的两个旋翼5在机身1的同一侧的转动情况是相同的。然后，传动杆9受到中部的传动轮90的驱动，分别向两侧传递动力，传动杆9的两端经过例如锥齿轮的机械换向之后，同一个传动杆9的两端的旋翼5被锥齿轮驱动朝相反的方向转动，因而可以抵消彼此的转矩，从而可以避免无人机的自转。有关锥齿轮驱动换向可以参照背景技术部分引用的现有技术。

另外，图示悬臂3固定在机头承载框204和机尾承载框205的两侧，因而设置于悬臂3的内部的传动杆9同样位于四根主支撑杆206围绕的框架内部，因此传动杆9的中部的传动轮90也设置位于四根主支撑杆206围绕的框架内，因而受力较大的传动轮90以及主轴8等相关结构均设置在四根主支撑杆206围绕的框架内，高速运转时容易弹性跳动的皮带等都被约束在各框架和主支撑杆206之间，消除了运动部件尤其是皮带对框架上下方向上的各种载荷配置结构的影响，提高了无人机的可靠性。

进一步地，由于四根主支撑杆206以及各框架围绕的范围内主要布置有传动结构的各运动部件，因此本申请的各种载荷主要配置在各框架的上方或者下方。例如，在一个具体实施例中，第一承载框202和第二承载框203上方分别支撑有一个第一燃油箱207和第二燃油箱208。无人机起落架2可以配置在框架的下方。

进一步地，机头承载框204的前方设置有可挂载光电吊仓7的吊仓挂载结构71。具体来说，吊仓挂载结构71由主支撑杆206向前延伸形成。

进一步地，机尾承载框205上方支撑有两个水冷散热器100。进一步地，如图1所示，水冷散热器100设置在机身1的尾部上方，水冷散热器100的散热腔分别通过上水管101和下水管102与发动机99相连。更进一步地，两个水冷散热器100对称于对称轴线6设置在机身1的尾部上方。

本申请的油动无人机通过设置在机身1的外部的水冷散热器100，利用循环冷却水将设置在机身1的内部的发动机99的热量以强制水冷的方式散发出去，设置在机身1的外部的水冷散热器100可以通过无人机的飞行气流进行空气冷却，其散热效果大大优于被动散热，因而无人机的机身1上不用设置大型的散热口，发动机99的噪音可以被机身很好的屏蔽起来，提高了无人机的隐蔽性能。另外，由于内部的热量被散发了出去，机身不会因为整体升温而形成醒目的红外目标，降低了无人机的可探测性。而且，由于本申请的散热结构将水冷散热器100优化设置于机身1的尾部上方，从地面探测无人机时，水冷散热器100的红外特性可以被机身1挡住，且尾部的水冷散热器100的红外信号也不容易从无人机的前方的攻击目标位置探测到，进一步降低了无人机的红外特性以及可探测性。

综上所述，本申请的上述载荷配置结构通过多个承载框和四根平行于对称轴线的纵向主支撑杆围绕形成了一个支撑空间，可以在其中设置传动结构，用以对传动结构的各种运动部件提供保护，并通过该支撑空间将各种载荷与传动结构分隔开来，使得载荷可以更加灵活的配置而无需考虑传动结构的影响。另外，本申请的上述载荷配置结构通过多个承载框和四根平行于对称轴线的纵向主支撑杆围绕形成了长条状的梭形结构，机头和机尾的宽度缩窄，中部宽度最大便于设置发动机。机头通过主支撑杆向前延伸形成吊仓挂载结构，机尾的机尾承载框上方支撑两个水冷散热器，通过机尾的两个水冷散热器与机头挂载平衡重量，使得本申请的机身前后挂载范围得到了扩展。另外，分散配置于发动机前后的两个燃油箱可以利用控制燃油的消耗平衡载荷，尤其是对于挂载武器的情况下，当武器发射之后就可以利用燃油对无人机进行平衡。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种油动无人机的载荷配置结构，所述油动无人机包括机身（1）、起落架（2）以及安装在所述油动无人机的机身（1）内部的发动机（99），所述机身（1）具有一个纵向对称轴线（6），所述油动无人机的机头和机尾各设置有两个对称于所述对称轴线（6）布置的悬臂（3），每个所述悬臂（3）均支撑有一个旋翼（5），其特征在于：所述油动无人机的载荷配置结构包括垂直于所述纵向对称轴线（6）设置的一对用于支撑所述发动机（99）的主承载框（201），所述主承载框（201）的前后各设置有一个平行于所述主承载框（201）的第一承载框（202）和第二承载框（203），所述第一承载框（202）的前方设置一个平行于所述主承载框（201）的机头承载框（204），所述第二承载框（203）的后方设置一个平行于所述主承载框（201）的机尾承载框（205），所述两个主承载框（201）、第一承载框（202）、第二承载框（203）、机头承载框（204）以及机尾承载框（205）通过四根平行于所述对称轴线（6）的主支撑杆（206）连接为一体；所述悬臂（3）固定连接在所述机头承载框（204）和机尾承载框（205）的两侧；所述第一承载框（202）和第二承载框（203）上方分别支撑有一个第一燃油箱（207）和第二燃油箱（208）；所述机头承载框（204）的前方设置有可挂载光电吊仓（7）的吊仓挂载结构（71）；所述吊仓挂载结构（71）由所述主支撑杆（206）向前延伸形成；所述机尾承载框（205）上方支撑有两个水冷散热器（100）；一个主轴（8）平行设置在无人机的机头和机尾的悬臂（3）之间，主轴（8）上固定安装有一个动力输入轮（81）、一个第一动力输出轮（82）以及一个第二动力输出轮（83），动力输入轮（81）由发动机（99）通过发动机皮带（84）驱动，第一动力输出轮（82）和第二动力输出轮（83）分别通过第一皮带（85）和第二皮带（86）驱动无人机的悬臂（3）中设置的传动杆（9）转动，并将发动机（99）的动力传递给每一个旋翼（5）。

2.如权利要求1所述的油动无人机的载荷配置结构，其特征在于，所述两个水冷散热器（100）对称于所述对称轴线（6）设置在所述机身（1）的尾部上方。

3.如权利要求2所述的油动无人机的载荷配置结构，其特征在于，所述水冷散热器（100）的散热腔分别通过上水管（101）和下水管（102）与所述发动机（99）相连。

4.如权利要求3所述的油动无人机的载荷配置结构，其特征在于，每个所述旋翼（5）均围绕设置有一个形状相同的圆环形的导流罩（4）。