CN107697308A - 一种油动无人机的传动结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种油动无人机的传动结构，包括一个平行设置在无人机的机头和机尾的悬臂之间的主轴，所述主轴上固定安装有一个动力输入轮、一个第一动力输出轮以及一个第二动力输出轮，所述动力输入轮由发动机通过发动机皮带驱动，所述第一动力输出轮和第二动力输出轮分别通过第一皮带和第二皮带驱动无人机的悬臂中设置的传动杆转动，并将所述发动机的动力传递给每一个所述旋翼。本申请的传动结构仅需要利用皮带和一根主轴，就可以将发动机的动力分别传递给机头和机尾的四个旋翼，结构简单，重量轻，技术成熟，不需要特别设计专用发动机，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。

Description

一种油动无人机的传动结构

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传动结构。

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。而且其传动结构特殊，无法采用现有成熟的大马力油动发动机驱动无人机。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供油动无人机的传动结构，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传动结构，用于将安装在所述油动无人机的机身内部的发动机的动力传递给旋翼，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所述旋翼，其中所述传动结构包括一个平行设置在所述无人机的机头和机尾的悬臂之间的主轴，所述主轴上固定安装有一个动力输入轮、一个第一动力输出轮以及一个第二动力输出轮，所述动力输入轮由所述发动机通过发动机皮带驱动，所述第一动力输出轮和第二动力输出轮分别通过第一皮带和第二皮带驱动所述无人机的悬臂中设置的传动杆转动，并将所述发动机的动力传递给每一个所述旋翼。

优选地，所述传动杆的中部固定连接一个传动轮，所述传动轮将动力传递给所述传动杆，并驱动所述传动杆的两端的两个所述旋翼朝相反的方向转动。

优选地，所述传动杆通过锥齿轮将动力传递给所述旋翼。

优选地，所述油动无人机的悬臂为空心结构，每个所述悬臂的中间均设置有一个可拆卸接头，所述悬臂的内部设置有可在所述可拆卸接头所在的位置分离的所述传动杆。

优选地，所述传动杆包括与所述传动轮连接的内侧传动杆，与所述旋翼连接的外侧传动杆，以及将所述内侧传动杆和外侧传动杆连接在一起的花键母头和花键公头。

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。

优选地，所述发动机设置在所述主轴的正上方。

优选地，所述第一皮带和第二皮带的上方或下方设置有张紧轮。

优选地，与所述张紧轮相对的一侧的所述第一皮带和第二皮带的外侧设置有挡杆。

优选地，所述传动轮的外侧设置有与所述悬臂固定连接的防止所述第一皮带和第二皮带从所述传动轮上脱离的笼形防脱支架。

本申请的油动无人机的传动结构仅需要利用皮带和一根主轴，就可以将机身内部安装的发动机的动力分别传递给机头和机尾的四个旋翼，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。

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传动结构示意图；

图4显示的是图3所示传动结构中悬臂部分被拆除后的局部结构示意图；

图5显示的是图3所示传动结构中被拆除的悬臂的局部剖视结构示意图。

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，以利于设置光电吊舱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舱7的连接结构(图中未示出)。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。

然而，由于本申请的油动无人机采用了导流罩4的设计形式，虽然导流罩4可以采用玻璃钢或者碳纤维等轻质材料制成、重量不大，但是其形成的臃肿形态导致无人机的整机体积变大，给无人机的运输、携带及保存等带来很大的困难。为了解决这个问题，本申请提出的油动无人机的悬臂3采用了可拆卸结构，即油动无人机的四个悬臂3均可以从机身1上拆下来或者重新安装上去，用以在需要运输和存放的情况下，将无人机的四个悬臂从机身1上分离下来，单独放置，从而可以显著降低无人机的运输和存放体积，提高无人机的适应性。从本申请的图2中可以看出，无人机的每个悬臂3的中间均设置有一个可拆卸接头11，该可拆卸接头11可以采用任何一种现有形式的便于悬臂3拆下和装上的结构。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。

当然，考虑到油动无人机的动力传输问题，还需要解决悬臂3拆开的同时，如何将传动杆断开的问题，下面将对此进一步详细说明，如图3-5所示，其中，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传动结构示意图；图4显示的是图3所示传动结构中悬臂部分被拆除后的局部结构示意图；图5显示的是图3所示传动结构中被拆除的悬臂的局部剖视结构示意图。图中可见，悬臂3为空心结构，其内部设置有可在可拆卸接头11所在的位置分离的传动杆9。传动杆9包括与传动轮90连接的内侧传动杆91；与旋翼5连接的外侧传动杆92；以及将内侧传动杆91和外侧传动杆92连接在一起的花键母头93和花键公头94。

进行悬臂3的拆除操作的时候，首先从可拆卸接头11所在的位置将悬臂3断开，将外侧悬臂连同旋翼5等托住的同时向外拔，外侧传动杆92上的花键公头94从内侧传动杆91上的花键母头93中抽出，从而就可以将整个外侧悬臂连同其中的传动杆9从机身1上拆下来了。安装过程与此相反，即将外侧悬臂连同旋翼5等托住的同时，将传动杆9的花键母头93和花键公头94对准，将花键公头94插入花键母头93中，然后将可拆卸接头11牢固连接，即可完成整个悬臂3的连接安装过程。

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99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。为了减轻重量，传动杆9采用了空心圆杆的形式，传动杆9设置于空心的悬臂3中，悬臂3可以采用碳纤维等制成。传动杆9在可拆卸接头11所在的位置通过合金制成的花键母头93和花键公头94进行插接。悬臂3进行拆除操作分离后，简单地将花键公头94从花键母头93中抽出来，就完成了旋翼5以及导流罩4的拆除操作。

下面参照图3-5进一步详细说明本申请的传动结构的具体特点。如图所示，本申请的传动结构用于将安装在油动无人机的机身1内部的发动机99的动力传递给旋翼5，正如前述，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，本申请的传动结构包括一个平行设置在无人机的机头和机尾的悬臂3之间的主轴8，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。在一个具体实施例中，发动机99设置在主轴8的正上方。

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的两端的两个旋翼5朝相反的方向转动。进一步地，如图5所示，传动杆9可以通过锥齿轮87将动力传递给旋翼5。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传递的动力在其两端通过诸如锥齿轮87之类的机构转换动力的传递方向，同一个传动杆9的两端的旋翼5被锥齿轮87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。

进一步地，如图3所示，由于本申请的油动无人机设置为可以挂载较大载荷的武装无人机使用，起飞重量较大，四个旋翼5需要较大的直径提供足够的升力，因而本申请的无人机的尺寸相对现有民用玩具类的无人机要大得多，采用皮带之外的传动方式无疑会增加很大的结构重量，而大尺寸情况下的皮带传动需要考虑高速情况下皮带的摆动滑脱问题。因此，在本申请的一个具体实施例中，可以根据需要，在第一皮带85和第二皮带86的上方或下方设置张紧轮88。即如图3所示，为了考虑重量平衡的问题，位于前方的第一皮带85的下方设置了一个张紧轮88，位于后方的第二皮带86的上方设置了一个张紧轮88，两个张紧轮88一前一后，一上一下，可以很好平衡结构重量。另外，为了避免皮带的摆动影响无人机内部结构的正常运转，还可以根据需要，在与张紧轮88相对的一侧的第一皮带85和第二皮带86的外侧设置挡杆89。同样如图3所示，仍然是为了考虑重量平衡的问题，位于前方的第一皮带85的上方设置了一个挡杆89，位于后方的第二皮带86的下方设置了一个挡杆89，两个挡杆89一前一后，一上一下，也可以获得很好的结构平衡。以上张紧轮88和挡杆89的结构设计简单，可以避免因皮带的摆动增加额外的加强结构，减轻了重量。

在另一个具体实施例中，传动轮90的外侧可以设置与悬臂3固定连接的防止第一皮带85和第二皮带86从传动轮90上脱离的笼形防脱支架80。即，如图3所示，由于传动杆8的中部设置了传动轮90，套在传动杆8的外侧的两个悬臂3在传动轮90所在的位置是断开的，此处设置笼形防脱支架80，一方面可以将传动轮90上的皮带保护住，防止皮带滑脱，另一方面可以借由笼形防脱支架80将两个悬臂3连接起来，连接在一起的两个悬臂3还可以互相抵消扭矩，可以提高两个悬臂3的连接牢固性，提高了悬臂3的支撑力，可以避免悬臂3疲劳损坏。

综上所述，本申请的油动无人机的传动结构仅需要利用皮带和一根主轴，就可以将机身内部安装的发动机的动力分别传递给机头和机尾的四个旋翼，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。另外主轴平行于悬臂设置，设置在主轴上的三个轮子相互平行，因而机头和机尾的传动杆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。

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 (10)

1.一种油动无人机的传动结构，用于将安装在所述油动无人机的机身(1)的内部的发动机(99)的动力传递给旋翼(5)，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)均支撑有一个所述旋翼(5)，其特征在于：所述传动结构包括一个平行设置在所述无人机的机头和机尾的悬臂(3)之间的主轴(8)，所述主轴(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)，所述动力输入轮(81)由所述发动机(99)通过发动机皮带(84)驱动，所述第一动力输出轮(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)驱动所述无人机的悬臂(3)中设置的传动杆(9)转动，并将所述发动机(99)的动力传递给每一个所述旋翼(5)。

2.如权利要求1所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，所述传动杆(9)的中部固定连接有一个传动轮(90)，所述传动轮(90)将动力传递给所述传动杆(9)，并驱动所述传动杆(9)的两端的两个所述旋翼(5)朝相反的方向转动。

3.如权利要求2所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，所述传动杆(9)通过锥齿轮(87)将动力传递给所述旋翼(5)。

4.如权利要求3所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，所述油动无人机的悬臂(3)为空心结构，每个所述悬臂(3)的中间均设置有一个可拆卸接头(11)，所述悬臂(3)的内部设置有可在所述可拆卸接头(11)所在的位置分离的所述传动杆(9)。

5.如权利要求4所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，所述传动杆(9)包括与所述传动轮(90)连接的内侧传动杆(91)，与所述旋翼(5)连接的外侧传动杆(92)，以及将所述内侧传动杆(91)和外侧传动杆(92)连接在一起的花键母头(93)和花键公头(94)。

6.如权利要求5所述的油动无人机的传动结构，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)。

7.如权利要求6所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，所述发动机(99)设置在所述主轴(8)的正上方。

8.如权利要求7所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，所述第一皮带(85)和第二皮带(86)的上方或下方设置有张紧轮(88)。

9.如权利要求8所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，与所述张紧轮(88)相对的一侧的所述第一皮带(85)和第二皮带(86)的外侧设置有挡杆(89)。

10.如权利要求9所述的油动无人机的传动结构，其特征在于，所述传动轮(90)的外侧设置有与所述悬臂(3)固定连接的防止所述第一皮带(85)和第二皮带(86)从所述传动轮(90)上脱离的笼形防脱支架(80)。