CN107697280B - 一种用于电动无人机的承力结构 - Google Patents

Abstract

一种用于电动无人机的承力结构，包括上舱板、下舱板、以及夹持在上舱板和下舱板之间的中间腹板；上舱板和下舱板总体上呈左右结构对称的长条形，且左右各向外延伸形成有多个与悬臂结构对应的悬臂连接板；中间腹板包括位于悬臂的延长线中心的圆筒腹板以及从圆筒腹板沿悬臂的长度方向向外放射性延伸的多个悬臂腹板；沿上舱板和下舱板的长度方向通过多个电池舱腹板围绕形成有多个用于容纳电池的电池舱。本申请的上述承力结构可以在电动无人机上获得容纳大容量电池的空间，且可以减少结构重量，能够更加灵活地配置不同的载荷而不会破坏电动无人机的平衡，简化了电动无人机的飞控软件设计，有利于电动无人机的操控和安全。

Description

一种用于电动无人机的承力结构

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电动无人机，特别涉及一种用于电动无人机的承力结构。

背景技术

电动无人机在消费级市场的占有率很大，具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点。但是电动无人机的动力通过电池来提供，电池基本上就是无人机的死重，无法像燃油一样消耗，导致其有效载荷十分有限，巡航时间也很短，很少作为武器打击平台来使用。另外，目前的消费级市场上的电动无人机大多是多轴无人机，如四轴、六轴等，由于悬臂相对机身向外放射状设置，体积大，运输不方便，另外现有的旋翼无人机普遍存在载荷水平低，结构布局不合理，难以发挥无人机的控制及安全优势，限制了旋翼无人飞机在军事及监测领域的发展应用。

CN 106904270 A公开了一种具有六个旋翼的无人机，包括正六边形的中心板，该中心板包括上中心板与下中心板，设置有六个副翼通过副翼主杆连接在上中心板与下中心板之间正六边形的六个角的位置。类似的，CN 206278267 U也公开了一种六旋翼无人机，包括无人机本体，无人机本体由机臂、中心板和脚支架组成，机臂包括力臂套、力臂杆、电机座、电机和桨叶，电机固定在电机座上，桨叶固定在电机上，电机座固定在力臂杆一端，力臂杆另一端设置有力臂套，并通过力臂套与中心板连接。该现有技术的无人机设置使相邻桨叶不处于同一水平面上，用以减短多旋翼机的轴距从而减轻整机重量，提高续航时间。

上述现有技术的电动无人机的六个旋翼等角度间隔地围绕机体设置，由此将机身设计成了等边六边形的中心板结构，每个旋翼正好设置在六边形的六个角上，利用机体的六边形中心板结构承受旋翼的升力产生的扭矩。从上述现有技术的附图来看，上述现有无人机的六边形中心板结构仅仅设计作为承力结构，各种载荷均吊挂在机身的下方。为了尽量以较少的结构重量受力，六边形的中心板的外接圆直径很小，导致应力几乎全部集中于机身的中部，机身重量由此不得不增大；而且过小的机身直径、全对称布局，导致重心位置集中于一点，起落架、载荷挂载点等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一种用于电动无人机的承力结构，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于电动无人机的承力结构，所述电动无人机包括机身、起落架以及由多个连接在所述机身上的悬臂支撑的电机，每个电机均带有螺旋桨，其中：所述用于电动无人机的承力结构包括设置在所述机身的内部的上舱板、与所述上舱板形状相对应的下舱板、以及夹持在所述上舱板和下舱板之间的中间腹板；所述上舱板和下舱板总体上呈左右结构对称的长条形，且左右各向外延伸形成有多个与所述悬臂结构对应的悬臂连接板；所述中间腹板包括位于所述悬臂的延长线中心的圆筒腹板以及从所述圆筒腹板沿所述悬臂的长度方向向外放射性延伸的多个悬臂腹板；沿所述上舱板和下舱板的长度方向通过多个电池舱腹板围绕形成有多个用于容纳电池的电池舱。

优选地，所述电池舱腹板围绕形成有结构相同的第一电池舱，第二电池舱以及第三电池舱；所述第一电池舱、第二电池舱和第三电池舱之中的两个电池舱中可选择地配置有两组结构相同的所述电池；所述第一电池舱、第二电池舱和第三电池舱沿所述机身的长度方向从所述机身的后端向前端顺序排列。

优选地，所述电动无人机的机身下方设置有一个纵向载荷通道，所述悬臂对称布置在所述纵向载荷通道的两侧，所述机身呈长条形平行于所述纵向载荷通道设置，所述机身外部设置有覆盖所述第一电池舱，第二电池舱以及第三电池舱的气动外壳。

优选地，所述机身的前端设置有可挂载所述光电吊舱的连接结构。

优选地，所述机身的下部设置有可挂载武器发射筒的连接结构。

优选地，所述上舱板上对应于所述电池舱设置有多个电池开口。

优选地，沿所述下舱板的上表面对应于所述电池舱设置有多个结构加强条。

优选地，所述下舱板上对应于所述电池舱设置有多个散热孔。

本申请的上述承力结构可以在电动无人机上获得容纳大容量电池的空间，且可以减少结构重量，能够更加灵活地配置不同的载荷而不会破坏电动无人机的平衡，简化了电动无人机的飞控软件设计，有利于电动无人机的操控和安全。另外本申请的承力结构提供了三个结构相同的电池舱，可以在三个电池舱之中选择其中的两个配置两组结构相同的电池，当需要采用光电吊舱的时候，将两组电池配置在远离光电吊舱的一端的两个电池舱中，对光电吊舱进行重量配平；当不需要光电吊舱的时候，将最远离光电吊舱的电池舱中的电池挪到最接近光电吊舱的电池舱中，利用两组电池自身进行重量配平。

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电动无人机的立体结构示意图；

图2显示的是图1所示电动无人机的外部结构去掉之后显示的根据本发明的一个具体实施例的用于电动无人机的承力结构的示意图；

图3显示的是图2所示电动无人机的内部载荷去掉之后的承力结构的示意图；

图4显示的是图3所示承力结构的部分分解透视图；

图5显示的是图4所示承力结构的进一步放大分解透视图。

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，现有多轴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。而且全对称布局的机身直径太小，应力集中需要增加大量的加强重量，机身中也缺乏容纳大容量电池的空间，各种载荷只能挂载在机身下方，各种载荷很难得到合理的分配。

为解决上述缺陷，本申请提供了一种用于电动无人机的承力结构，利用这种承力结构，可以在电动无人机上获得容纳大容量电池的空间，且可以减少结构重量，能够更加灵活地配置不同的载荷而不会破坏电动无人机的平衡，简化了电动无人机的飞控软件设计，有利于电动无人机的操控和安全。

如图1所示，其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的电动无人机的立体结构示意图，本申请的用于电动无人机的承力结构中，所述电动无人机包括机身1、起落架2以及由多个连接在机身1上的悬臂3支撑的电机4，每个电机4均带有螺旋桨5。与现有多轴无人机不同的是，本申请的电动无人机的机身1下方设置有一个纵向载荷通道6，如图1-3箭头方向所示。亦即，本申请的基本构思是，在电动无人机的机身1的下方设置一个没有遮挡的纵向载荷通道6，以利于设置光电吊舱7和武器发射筒8等载荷(如图1所示，后面将对此进一步说明)，避免观测和武器发射的时候与悬臂3和螺旋桨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，由于设置了纵向载荷通道6，则在无人机的纵向上就不会有升力结构，悬臂3及其上的电机4等结构只能分布在纵向载荷通道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。

应当说明的是，多轴电动无人机由于机身重量、载荷要求、电机功率的限制，尤其是本申请的可挂载光电吊舱7和武器发射筒8的设计要求，导致旋翼的数量不能选择太少，例如如果是四个旋翼(只有对称布局才能在纵向上保持升力平衡，所以旋翼数量只能是偶数)，则电机功率不足以获得足够的升力；而增加旋翼数量为六个、八个或者八个以上，则相邻旋翼之间的夹角空间变小，相邻旋翼会互相干扰，减少旋翼直径又会降低升力。因此，对于本申请的大载荷且具备纵向载荷通道6的设计要求，优选六个或者八个悬臂3的设计，且这些悬臂3分成两组对称布局于纵向载荷通道6的两侧。

本申请所提供的电动无人机的结构，使得该无人机具备更好的布局结构和适用性，并且可以更好的进行载荷设置。另外，本申请所提供的电动无人机可以针对不同应用场景，无论需要哪种大小的电动无人机，只要遵循本申请的这种特征设计，都可以很好的与载荷配合，便于操作使用，因此，本申请的这种设计方案具备更好的通用性。

进一步地，如图1所示，本申请的电动无人机的机身1总体上呈长条形平行于所述纵向载荷通道6设置。在一个具体实施例中，机身1的前端设置有可挂载光电吊舱7的连接结构71(如图3、4所示)。在另一个具体实施例中，机身1的下部设置有可挂载武器发射筒8的连接结构(图中未示出)，例如，沿纵向载荷通道6的长度方向可平行设置两个或两个以上武器发射筒8，其中所述武器发射筒8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8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)，而后方也需要防止火箭发动机尾焰灼烧旋翼，因此本申请设置了纵向载荷通道6，而武器发射筒8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。

图2显示的是图1所示电动无人机的气动外壳和武器发射筒8之类的外部结构去掉之后显示的根据本发明的一个具体实施例的用于电动无人机的承力结构的示意图，图3显示的是图2所示电动无人机的内部载荷去掉之后的承力结构的示意图，图2-3所示电动无人机的基本结构与图1相同，只是为了便于说明本申请的承力结构，电动无人机的机身外部设置的气动外壳和武器发射筒8去掉了没有显示出来。

正如前述，机身1的前端设置光电吊舱7，以便于无人机操控向前飞行的同时利用前端的光电吊舱7进行观测。现有的各种军用光电吊舱中，即便重量最小的光电吊舱也有十公斤左右，将如此沉重的载荷配置在电动无人机的机身1的前端，则不得不考虑重量配平的问题。然而，当电动无人机应用于民用领域的情况下，有时候并不需要配置光电吊舱7，去除光电吊舱7之后，已经配平了重量的无人机又会带来重心不平衡的问题，由此而设计两款不同承力结构的电动无人机显然是不经济的。

有鉴于此，本申请提供了一种用于电动无人机的承力结构，其可以在电动无人机上获得容纳大容量电池的空间，且可以减少结构重量，灵活地配置不同的载荷(例如光电吊舱7和武器发射筒8)而不会破坏电动无人机的平衡，简化了电动无人机的飞控软件设计，有利于电动无人机的操控和安全。

具体如图2-3所示，本申请的用于电动无人机的承力结构包括设置在机身1的内部的结构相同的第一电池舱111，第二电池舱112以及第三电池舱113(图3所示这三个电池舱中并没有配置电池)，机身1外部设置有覆盖第一电池舱111，第二电池舱112以及第三电池舱113的前述气动外壳。第一电池舱111、第二电池舱112和第三电池舱113沿机身1的长度方向从机身1的后端向前端顺序排列。其中，图3中显示出了在第一电池舱111、第二电池舱112和第三电池舱113之中的两个电池舱中可选择地配置有两组结构相同的电池114的情形。

如图2-3所示，在具有光电吊舱7的配置结构中(如图2所示)，配置在第一电池舱111中的电池114、配置在第二电池舱112中的电池114和机身1的前端设置的光电吊舱7，三者的重心与电动无人机的质量中心重合。在没有光电吊舱7的配置结构中(如图3所示)，配置在第二电池舱112中的电池114和配置在第三电池舱113中的电池114，二者的重心与电动无人机的质量中心重合。

简单来说，本申请的用于电动无人机的承力结构，提供了三个结构相同的电池舱，可以在三个电池舱之中选择其中的两个配置两组结构相同的电池，当需要采用光电吊舱的时候，将两组电池配置在远离光电吊舱的一端的两个电池舱中，对光电吊舱进行重量配平；当不需要光电吊舱的时候，将最远离光电吊舱的电池舱中的电池挪到最接近光电吊舱的电池舱中，利用两组电池自身进行重量配平。因而，本申请的上述承力结构可以在电动无人机上灵活地配置不同的载荷而不会破坏电动无人机的平衡，简化了电动无人机的飞控软件设计，有利于电动无人机的操控和安全。

在另一个具体实施例中，优选设置在第一电池舱111、第二电池舱112和第三电池舱113中的电池114的重心与光电吊舱7的重心均位于通过电动无人机的质量中心的机身1的中心线上。也就是三个电池舱中的电池的重心、以及光电吊舱的重心，四者统统都位于机身中心线上。这样一来，无人机的前后方向可以通过电池的灵活配置，配平不同的载荷布局的重量，而左右方向不存在重量不平衡的问题，从而通过本实施例进一步简化了配平结构设计。

下面参照图4-5进一步详细说明本申请的用于电动无人机的承力结构，其中，图4显示的是图3所示承力结构的部分分解透视图；图5显示的是图4所示承力结构的进一步放大分解透视图。如图，本申请的用于电动无人机的承力结构包括设置在机身1的内部的上舱板101、与上舱板101形状相对应的下舱板102、以及夹持在上舱板101和下舱板102之间的中间腹板103。即，本发明的承力结构采用了三明治形式的夹层结构，中间腹板103可以将上舱板101和下舱板102连接起来，因而可以采用较薄的上舱板101和下舱板102，可以以较小的结构重量提供较大的扭力性能。

与长条形的机身1相对应，本申请的上舱板101和下舱板102总体上呈左右结构对称的长条形，且左右各向外延伸形成有多个与悬臂3结构对应的悬臂连接板104。即，与现有技术不同的是，本申请的悬臂3其实并不是与上舱板101和下舱板102本体部分直接相连的，而已通过伸出呈手指状的悬臂连接板104连接的，这种结构的好处是可以减省掉手指状结构之间的重量，从而可以搭载更大的有效载荷。

进一步地，如图5所示，中间腹板103包括位于悬臂3的延长线中心的圆筒腹板105以及从圆筒腹板105沿悬臂3的长度方向向外放射性延伸的多个悬臂腹板106。通过设置圆筒腹板105，在机身的中部形成了一个闭合圆环的应力消散结构，可以将各个悬臂3传递过来的扭力进行应力抵消，理论上只要整个无人机结构严格对称，采用圆筒腹板105可以将各个方向传递过来的力相互抵消掉，至少可以采用较少的结构重量来获得足够的结构强度和刚度，对于提高有效载荷的足够的载荷空间十分有利。另外，对应于每个悬臂3，本申请还对应地提供了沿悬臂3的长度方向延伸的悬臂腹板106，通过悬臂腹板106和上舱板101和下舱板102形成工字形的横截面，可以利用尽可能小的结构重量获得支撑悬臂3所需的功能，从而可以搭载更大的有效载荷。

另外，沿上舱板101和下舱板102的长度方向通过多个电池舱腹板107围绕形成了前述的多个用于容纳电池114的电池舱，也就是通过电池舱腹板107围绕形成了前述结构相同的第一电池舱111、第二电池舱112和第三电池舱113。图中可见，上舱板101上对应于电池舱设置有多个电池开口108，每个开口108对应一个电池舱。沿下舱板102的上表面对应于电池舱设置有多个结构加强条109。即，通过本申请提供的电池舱腹板107，可以在上舱板101和下舱板102形成容纳大容量电池的加强结构，无需将电池悬吊于机身下方占据有效载荷的搭载空间。而且通过在机身内部形成的这些电池舱，可以在电动无人机上灵活地配置不同的载荷而不会破坏电动无人机的平衡。进一步地，下舱板102上对应于电池舱设置有多个散热孔1091，用以释放无人机使用过程中电池104释放的热量，避免电池过热爆炸。

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 (5)

1.一种用于电动无人机的承力结构，所述电动无人机包括机身（1）、起落架（2）以及由多个连接在所述机身（1）上的悬臂（3）支撑的电机（4），每个电机（4）均带有螺旋桨（5），其特征在于：所述用于电动无人机的承力结构包括设置在所述机身（1）的内部的上舱板（101）、与所述上舱板（101）形状相对应的下舱板（102）、以及夹持在所述上舱板（101）和下舱板（102）之间的中间腹板（103）；所述上舱板（101）和下舱板（102）总体上呈左右结构对称的长条形，且左右各向外延伸形成有多个与所述悬臂（3）结构对应的悬臂连接板（104）；所述中间腹板（103）包括位于所述悬臂（3）的延长线中心的圆筒腹板（105）以及从所述圆筒腹板（105）沿所述悬臂（3）的长度方向向外放射性延伸的多个悬臂腹板（106）；沿所述上舱板（101）和下舱板（102）的长度方向通过多个电池舱腹板（107）围绕形成有多个用于容纳电池（114）的电池舱（111，112，113）；所述电池舱腹板（107）围绕形成有结构相同的第一电池舱（111），第二电池舱（112）以及第三电池舱（113）；所述第一电池舱（111）、第二电池舱（112）和第三电池舱（113）之中的两个电池舱中可选择地配置有两组结构相同的所述电池（114）；所述第一电池舱（111）、第二电池舱（112）和第三电池舱（113）沿所述机身（1）的长度方向从所述机身（1）的后端向前端顺序排列；所述电动无人机的机身（1）下方设置有一个纵向载荷通道（6），所述悬臂（3）对称布置在所述纵向载荷通道（6）的两侧，所述机身（1）呈长条形平行于所述纵向载荷通道（6）设置，所述机身（1）外部设置有覆盖所述第一电池舱（111），第二电池舱（112）以及第三电池舱（113）的气动外壳；所述机身（1）的前端设置有可挂载光电吊舱（7）的连接结构（71）。

2.如权利要求1所述的用于电动无人机的承力结构，其特征在于，所述机身（1）的下部设置有可挂载武器发射筒（8）的连接结构。

3.如权利要求1所述的用于电动无人机的承力结构，其特征在于，所述上舱板（101）上对应于所述电池舱设置有多个电池开口（108）。

4.如权利要求1所述的用于电动无人机的承力结构，其特征在于，沿所述下舱板（102）的上表面对应于所述电池舱设置有多个结构加强条（109）。

5.如权利要求1所述的用于电动无人机的承力结构，其特征在于，所述下舱板（102）上对应于所述电池舱设置有多个散热孔（1091）。