CN107963209A - 串列翼倾转旋翼无人机 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种串列翼倾转旋翼无人机，包括机身(10)、前翼(21)、后翼(22)、倾转轴(30)、第一电机(41)、旋翼(42)以及轮式起落架(50)，所述倾转轴(30)可转动地侧向贯穿于所述机身(10)，所述旋翼(42)通过所述第一电机(41)固定在所述倾转轴(30)的端部，所述机身(10)中还设置有用于驱动所述倾转轴(30)转动的驱动机构。通过上述技术方案，将多旋翼无人机和固定翼无人机整合为一体，且结合串列翼的设计，使得无人机可以具有多种姿态。该无人机既可以如多旋翼无人机垂直起降、空中悬停、低速飞行，也可以如固定翼无人机滑越起飞，高速巡航。

Description

串列翼倾转旋翼无人机
技术领域
本公开涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种串列翼倾转旋翼无人机。
背景技术
倾转旋翼无人机是一种兼具旋翼机和固定翼机优点，既可以如旋翼机一样垂直起降、空中悬停、低速前飞，又可以像固定翼机一样高速巡航飞行的飞行器。倾转旋翼无人机在类似于固定翼机机体上安装一套可在水平位置与垂直位置之间转动的旋翼，当旋翼平面处于水平状态时，旋翼轴垂直于地面，无人机为多旋翼模式，可在空中悬停、前后飞行和侧飞，通过改变旋翼上升力的大小和旋翼的倾转方向，可以使无人机保持或改变飞行状态；当旋翼平面处于竖直状态时，旋翼轴呈水平状态，旋翼则当作拉力螺旋桨使用，无人机为固定翼模式，依靠机翼产生升力可高速巡航飞行。串列翼无人机是指无人机在前后方向设置两组机翼，分别提供升力。
发明内容
本公开的目的是提供一种串列翼倾转旋翼无人机，该倾转旋翼无人机兼具固定翼无人机与多旋翼无人机的优点，且结合串列翼的设计，使得无人机可以具有多种姿态。
为了实现上述目的，本公开提供一种串列翼倾转旋翼无人机，包括机身、前翼、后翼、倾转轴、第一电机、旋翼以及轮式起落架，所述倾转轴可转动地侧向贯穿于所述机身，所述旋翼通过所述第一电机固定在所述倾转轴的端部，所述机身中还设置有用于驱动所述倾转轴转动的驱动机构。
可选地，所述机身的前端形成有开口向前的进气口，所述机身的后端形成有出气口。
可选地，所述倾转轴的端部设置有与所述第一电机连接的电子调速器，在所述旋翼的平面处于竖直状态时，所述电子调速器完全被遮挡于所述第一电机的后方。
可选地，所述倾转轴、所述前翼和所述后翼在高度方向上错开布置。
可选地，所述无人机设置有驱鸟系统，所述驱鸟系统包括固定在所述前翼上的超声波喇叭，和固定在所述机身上的音频喇叭以及爆闪灯。
可选地，所述机身的前端设置有前视双目，所述前视双目竖向贯穿所述机身；所述机身的底部设置有下视双目。
可选地，所述机身的顶部设置有用于容纳降落伞的伞舱。
可选地，所述机身上设置有云台，所述云台上固定有相机；所述机身上设置有空速管；所述机身上设置有交互天线；所述机身上设置有激光测距仪。
可选地，所述驱动机构包括固定在所述机身内的舵机、连接在所述舵机的输出轴的第一皮带轮以及套设在所述倾转轴外周的第二皮带轮，所述第一皮带轮和所述第二皮带轮之间通过皮带传动。
可选地，所述舵机包括外壳、第二电机、连接在所述第二电机的输出轴的蜗杆、与所述蜗杆配合传动的蜗轮，以及由所述蜗轮驱动的齿轮系，所述第一皮带轮连接在所述齿轮系的输出轴。
通过上述技术方案，将多旋翼无人机和固定翼无人机整合为一体，且结合串列翼的设计，使得无人机可以具有多种姿态。该无人机既可以如多旋翼无人机垂直起降、空中悬停、低速飞行，也可以如固定翼无人机滑越起飞，高速巡航。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是根据本公开的一个实施方式的串列翼倾转旋翼无人机的结构示意图；
图2是图1示出的串列翼倾转旋翼无人机的仰视图；
图3是根据本公开的一个实施方式的串列翼倾转旋翼无人机中，驱动机构的结构示意图；
图4是图3中舵机的内部结构示意图。
附图标记说明
10 机身 11 进气口 12 出气口
21 前翼 22 后翼 23 垂直尾翼
221 升降舵 231 方向舵
30 倾转轴
41 第一电机 42 旋翼 43 电子调速器
50 轮式起落架
61 舵机 611 外壳 612 第二电机
613 蜗杆 614 涡轮 615 齿轮系
62 第一皮带轮 63 第二皮带轮 64 皮带
701 超声波喇叭 702 音频喇叭 703 爆闪灯
704 前视双目 705 下视双目 706 云台
707 空速管 708 图传天线 709 接收机天线
710 3G天线 711 数传天线 712 相机
713 激光测距仪
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”、“下”是指无人机在实际使用状态的上和下，“内”、“外”是针对相应零部件的本身轮廓而言的。此外，本公开中使用的术语“第一”、“第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。
如图1所示，本公开提供一种串列翼倾转旋翼无人机，包括机身10、前翼21、后翼22、倾转轴30、第一电机41、旋翼42以及轮式起落架50，倾转轴30可转动地侧向贯穿于机身10，旋翼42通过第一电机41固定在倾转轴30的端部，机身10中还设置有用于驱动倾转轴30转动的驱动机构。将多旋翼无人机和固定翼无人机整合为一体，且结合串列翼的设计，使得无人机可以具有多种姿态。该无人机既可以如多旋翼无人机垂直起降、空中悬停、低速飞行，也可以如固定翼无人机滑越起飞，高速巡航。即，通过倾转轴30的转动即可实现无人机在多旋翼模式和固定翼模式之间切换。具体地，当旋翼42在水平平面旋转时，无人机处于多旋翼模式，当旋翼42在竖直平面旋转时，无人机处于固定翼模式。
如图3所示，在一个实施方式中，本公开提供的驱动机构可以包括固定在机身10内的舵机61、连接在舵机61的输出轴的第一皮带轮62以及套设在倾转轴30外周的第二皮带轮63，第一皮带轮62和第二皮带轮63之间通过皮带64传动。这样，通过皮带传动的方式，倾转轴30转动平稳，工作时无噪音，设备运转可靠，并且通过调整第一皮带轮62与第二皮带轮63的直径比，可以很方便地调节传动比。此外，第一皮带轮62和第二皮带轮63之间的距离可以根据实际机型调整，只需更换皮带64的长度即可，从而提高驱动机构的通用性。
进一步地，如图4所示，舵机61可以包括外壳611、第二电机612、连接在第二电机612的输出轴的蜗杆613、与蜗杆613配合传动的蜗轮614，以及由蜗轮614驱动的齿轮系615，第一皮带轮62连接在齿轮系615的输出轴。通过设置蜗轮蜗杆组件，使得舵机61具有自锁功能。具体而言，由于蜗轮蜗杆传动形式的单向性，只能由蜗杆613驱动涡轮614，动力传动的方向为第二电机612-蜗杆613-涡轮614-齿轮系615，这样，当舵机61在某一角度位置负载持续工作时，输入端可以切断输入，亦即可以切断第二电机612的动力输入，不需要再持续消耗能量维持位置，避免舵机61长时间负载时由于温升过高而无法正常工作。在这种情况下，倾转轴30可以在可倾转角度内的任意位置持续稳定工作。另一方面，涡轮614驱动齿轮系615，可以在满足自锁性能的前提下进一步放大输出扭矩，具有传动比准确，效率高，结构紧凑，工作可靠的特点，同时由于负载连接在齿轮系615的输出轴，使得负载传递到蜗轮蜗杆组件的作用力很小，这样，在本实施方式中，蜗轮蜗杆组件只需提供较小的自锁力，便可以实现舵机的自锁，防止负载作用到第二电机612上，尤其在无人机飞行姿态改变时，高频交变载荷产生的振动冲击被缓冲，可以延长第二电机612的使用寿命，降低能耗。
如图1和图2所示，机身10的前端可以形成有开口向前的进气口11，机身10的后端可以形成有出气口12。由于机身内部的电池、飞控、声光电控制盒、飞控电源模块、红外电源模块等设备在工作状态下散热量较大，造成机身10内部环境温度较高，通过机身10内部抽气风扇将外部低温空气通过进气口11引入机身10内部，气流经过舱体后通过尾部的出气口12排出，可以对机身10内部进行换热，从而达到降低机身10内部环境温度的目的。
如图1所示，倾转轴30的端部可以设置有与第一电机41连接的电子调速器43，在旋翼42的平面处于竖直状态时，电子调速器43完全被遮挡于第一电机41的后方，即在固定翼模式下，电子调速器43完全被遮挡于第一电机41后方，从而达到减小阻力的作用。
为了减小倾转轴30上的气动阻力，倾转轴30的剖面可以具有与前翼21类似的流线型剖面。在固定翼模式下，无人机需要高速巡航，尤其需要减小阻力，在该模式下，倾转轴30的剖面的高度方向的长度小于前后方向的长度。与之类似地，轮式起落架50也可以采用翼型面设计，具体地，轮式起落架50包括支杆和位于支杆底部的轮子，支杆设计为流线型，其剖面的前后方向的长度大于支杆的厚度。此外，轮式起落架50可以包括呈倒置的V型的主起落架，位于机身10的底部的中间位置，和位于机身10的底部的前端的前起落架，该前起落架为直杆状。
如图1所示，倾转轴30、前翼21和后翼22在高度方向上错开布置，倾转轴30在无人机切换模态时能够避免旋翼42的桨盘面的滑流打在前翼21上而使的无人机有低头力矩，并且前翼21产生的气流也不会影响后翼22的动作。此外，后翼22可以位于机身10的尾部以作为尾翼，该后翼22上设置有升降舵221以控制无人机的俯仰运动。本实施方式中的无人机还包括垂直尾翼23，垂直尾翼23上设置有方向舵231以控制无人机的偏航运动。如图1所示，后翼22和垂直尾翼23上分别安装在机身10的尾部，为了便于包装及运输，前翼21、后翼22和垂直尾翼23分别可拆卸地连接在机身10上。具体地，机身10、前翼21、后翼22以及垂直尾翼23等分别固化成型，机身10上留有前翼21、后翼22和垂直尾翼23的接口，成型后各部件装配为一体。
如图1所示，机身10的顶部可以设置有用于容纳降落伞的伞舱13，在无人机遇到突发状况时伞舱13可以打开，以进行伞降，不仅能够减轻机体及内部电子设备受到的损伤而且能够保障地面人员的安全。
如图1所示，机身10上可以设置有多个交互天线，以能够接收遥控器信号或卫星信号等，例如，交互天线可以包括图传天线708、接收机天线709、3G天线710以及数传天线711。
此外，本公置多开提供的串列翼倾转旋翼无人机上，可以设置挂载设备，这些设备分别可拆卸地安装在无人机上，以适应于执行不同的任务。在不需要使用时从机体上拆卸下来以减轻整机重量。
具体地，挂载设备可以包括驱鸟系统，如图1所示，驱鸟系统包括固定在前翼21上的超声波喇叭701，和固定在机身10上的音频喇叭702以及爆闪灯703。该套声光电驱鸟系统在使用时能够有效地将影响飞机起降作业的鸟类驱赶至机场范围以外，前述的飞机可以为民用飞机或军用飞机，本实施方式中的驱鸟系统可以保证飞机的正常起降。
挂载设备还包括双目视觉系统，可以起到避障作用。具体地，如图1所示，机身10的前端设置有前视双目704，前视双目704竖向贯穿机身10，其两个摄像头可以分别位于机身10的上方和下方；如图2所示，机身10的底部设置有下视双目705。这样，本实施方式中无人机可以全方位避障。此外，前视双目704可以采用流线型设计，能够较好地降低空气阻力。
如图1所示挂载设备还包括设置在机身10上的云台706，云台706上固定有相机712，相机712可以为白天使用的可见光相机，也可以为夜间使用的红外相机。此外，机身10上还可以设置有空速管707，空速管707位于机身10的最前端，可以以感受气流的总压和静压，并将测得的压力数据传送给飞控系统。机身10上可以设置有激光测距仪713，能够准确测得与目标物体的距离，例如，激光测距仪713固定在机身10的底部，可以准确测量离地高度。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，包括机身(10)、前翼(21)、后翼(22)、倾转轴(30)、第一电机(41)、旋翼(42)以及轮式起落架(50)，所述倾转轴(30)可转动地侧向贯穿于所述机身(10)，所述旋翼(42)通过所述第一电机(41)固定在所述倾转轴(30)的端部，所述机身(10)中还设置有用于驱动所述倾转轴(30)转动的驱动机构。
2.根据权利要求1所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机身(10)的前端形成有开口向前的进气口(11)，所述机身(10)的后端形成有出气口(12)。
3.根据权利要求1所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述倾转轴(30)的端部设置有与所述第一电机(41)连接的电子调速器(43)，在所述旋翼(42)的平面处于竖直状态时，所述电子调速器(43)完全被遮挡于所述第一电机(41)的后方。
4.根据权利要求1所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述倾转轴(30)、所述前翼(21)和所述后翼(22)在高度方向上错开布置。
5.根据权利要求1所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述无人机设置有驱鸟系统，所述驱鸟系统包括固定在所述前翼(21)上的超声波喇叭(701)，和固定在所述机身(10)上的音频喇叭(702)以及爆闪灯(703)。
6.根据权利要求1所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机身(10)的前端设置有前视双目(704)，所述前视双目(704)竖向贯穿所述机身(10)；所述机身(10)的底部设置有下视双目(705)。
7.根据权利要求1所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机身(10)的顶部设置有用于容纳降落伞的伞舱(13)。
8.根据权利要求1所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机身(10)上设置有云台(706)，所述云台(706)上固定有相机(712)；所述机身(10)上设置有空速管(707)；所述机身(10)上设置有交互天线；所述机身(10)上设置有激光测距仪(713)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述驱动机构包括固定在所述机身(10)内的舵机(61)、连接在所述舵机(61)的输出轴的第一皮带轮(62)以及套设在所述倾转轴(30)外周的第二皮带轮(63)，所述第一皮带轮(62)和所述第二皮带轮(63)之间通过皮带(64)传动。
10.根据权利要求9所述的串列翼倾转旋翼无人机，其特征在于，所述舵机(61)包括外壳(611)、第二电机(612)、连接在所述第二电机(612)的输出轴的蜗杆(613)、与所述蜗杆(613)配合传动的蜗轮(614)，以及由所述蜗轮(614)驱动的齿轮系(615)，所述第一皮带轮(62)连接在所述齿轮系(615)的输出轴。
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