CN108001677A - 一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，包括有固定翼结构系统，固定翼动力系统，旋翼动力系统，动力源系统，飞行控制系统和机载航电系统；动力源系统包括有电源管理模块、锂电池组、燃油箱和可脱落分离式电连接器；可脱落分离式电连接器的供电输出端、锂电池组均与电源管理模块连接，地面供电系统与可脱落分离式电连接器的供电输入端连接。本发明采用可脱落分离式电连接器在飞机起飞过程中通过系留电缆与地面供电系统相连，直接供给旋翼动力系统所需的电能，动力充足，保证升空飞行的需用动力，增大了有效载荷，增强了多旋翼工作工程中的稳定性和抗风能力。
Description
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体是一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机。
背景技术
相对于传统的固定翼飞行器和旋翼飞行器，可垂直起降的固定翼飞行器由于采用了固定翼+多旋翼的复合结构形式，可不需要跑道和起降空域，能在山区、丘陵、丛林等复杂地形和建筑物密集的区域顺利作业，且避免了多旋翼飞行器飞行速度慢、飞行航程和航时短的问题。但同时也不可避免具有多旋翼自身的缺陷，最大载重受限于多旋翼的能力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，解决了一般垂直起降固定翼无人机使用锂电池组作为多旋翼的动力时，上升过程中动力不足，锂电池组能量密度低，抗风性能差，有效载荷重量受限的问题。
本发明的技术方案为：
一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，包括有固定翼结构系统，固定翼动力系统，旋翼动力系统，动力源系统，飞行控制系统和机载航电系统；
所述的固定翼结构系统包括有机身、两个连接于机身侧部沿机身中轴线对称的机翼、连接于机身尾部的水平尾翼和垂直尾翼，所述的水平尾翼和垂直尾翼相互垂直；所述的飞行控制系统和机载航电系统均设置于机身内；
所述的固定翼动力系统包括有设置于机身前端的双缸两冲程发动机和连接于双缸两冲程发动机动力输出端上的竖直螺旋桨；
所述的旋翼动力系统包括有两个水平设置的旋翼支撑架、固定于每个旋翼支撑架上的螺旋桨驱动电机和电调、与对应螺旋桨驱动电机输出端连接的水平螺旋桨，所述的旋翼支撑架分别连接于对应机翼上且与机翼垂直，所述的螺旋桨驱动电机为四个，任意两个分别连接于对应旋翼支撑架两端部的上方，所述的电调与螺旋桨驱动电机的输入端连接；
所述的动力源系统包括有设置于机身内部的电源管理模块、锂电池组和燃油箱，以及连接于机身底部上的可脱落分离式电连接器；所述的可脱落分离式电连接器的供电输出端、锂电池组均与电源管理模块连接，地面供电系统与可脱落分离式电连接器的供电输入端连接，所述的电调、双缸两冲程发动机的发电模块、飞行控制系统和机载航电系统均与电源管理模块连接，所述的双缸两冲程发动机的动力源输入端与燃油箱连接；所述的可脱落分离式电连接器包括有连接的固定端和自由端，所述的固定端固定于机身底部上且与电源管理模块连接，所述的自由端通过系留电缆与地面供电系统连接；
所述的双缸两冲程发动机、电调、电源管理模块、机载航电系统均与飞行控制系统连接。
所述的可脱落分离式电连接器的固定端为插座、自由端为插头，所述的插座包括有固定连接于机身底部上的绝缘固定基座、以及插针和弹簧，绝缘固定基座上设置有插头嵌套槽，插头嵌套槽的底部设置有凸出的内凸块，内凸块上设置有多个插孔，多个插孔内均设置有与电源管理模块连接的插针，插头嵌套槽内且位于内凸块的外围套装有所述的弹簧，所述的插头包括有绝缘自由基座、电磁插片和电磁线圈，绝缘自由基座上设置有插座嵌套槽，插座嵌套槽的底部设置有凸出的U型插槽，电磁插片设置于绝缘自由基座内且外端从U型插槽的底部伸出，电磁线圈设置于绝缘自由基座内且位于电磁插片的外围，所述的电磁线圈、电磁插片均与系留电缆连接；所述的插头和插座连接时，电磁线圈通电，电磁插片具有磁性，插头的U型插槽插入插座的插头嵌套槽位于内凸块的外围且抵住所述的弹簧，插座绝缘固定基座位于插头嵌套槽的外围插入插头的插座嵌套槽内，插头的电磁插片伸入到插座的插孔内且与插针电磁吸附连接。
所述的机身的底部安装有起落架。
所述的机翼上设置有与机身平行的空速管，且风速管通过气管与飞行控制系统连接，所述的机翼后缘均转动连接有副翼，所述的水平尾翼后缘转动连接有升降舵面，所述的副翼和升降舵面均与飞行控制系统连接。
所述的飞行控制系统包括有控制器，分别与控制器连接的航姿系统、气压高度计、空速计和GNSS定位模块，所述的空速管与空速计通过气管连接。
所述的机载航电系统包括有机载数据链路电台，所述的机载数据链路电台与地面数据链路电台通讯连接，地面数据链路电台与地面站系统连接，地面数据链路电台、地面站系统均与地面供电系统连接供电。
所述的竖直螺旋桨的前端安装有整流罩。
本发明的优点：
本发明采用可脱落分离式电连接器在飞机起飞过程中通过系留电缆与地面供电系统相连，直接供给旋翼动力系统所需的电能，动力充足，保证升空飞行的需用动力，增大了有效载荷，增强了多旋翼工作工程中的稳定性和抗风能力，可在地面电源连接情况下长时间浮空，降低了锂电池组的最大放电倍率要求，增强了多旋翼飞行器垂直起飞和悬停的能力(地面供电可长时间悬停)；本发明在升空后，停止地面供电，可脱落分离式电连接器可自动分离，采用锂电池组进行供电，由于升空没有采用锂电池组进行供电，而垂直起降固定翼最大起飞重量受限于多旋翼负载能力，也就增大了整机的有效载荷能力，锂电池组只需保证多旋翼与固定翼切换过程和降落过程电量，减少了锂电池组的重量，另外锂电池组重量和使用寿命受最大放电倍率制约，上升过程使用地面电源供电，降低了锂电池组所需最大放电电流，进一步减少了携带电池的重量
综上所述，本发明比纯电池组供电(电池组重量以10公斤计算)的垂直起降固定翼无人机，机载电池重量减少7公斤左右，有效载荷可提高9公斤左右，起飞过程中纯锂电池组供电多旋翼的最大抗风能力可从12m/s提高到15m/s。
本发明综合了旋翼飞行器和固定翼飞行器各自的优势，即利用地面供电旋翼动力系统进行垂直起飞、悬停和降落，利用锂电池组供电固定翼动力系统进行巡航工作，具有起降空间小、巡航速度大、航程远，航时长等特点。
附图说明
图1是本发明的俯视图。
图2是本发明的侧视图。
图3是本发明可脱落分离式电连接器插座的结构示意图。
图4是本发明可脱落分离式电连接器插头的结构示意图。
图5是本发明的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1-图5，一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，包括有固定翼结构系统，固定翼动力系统，旋翼动力系统，动力源系统，飞行控制系统和机载航电系统；
固定翼结构系统包括有机身1、两个连接于机身1侧部沿机身1中轴线对称的机翼2、连接于机身1尾部的水平尾翼3和垂直尾翼4，水平尾翼3和垂直尾翼4相互垂直，机翼2上设置有与机身1平行的空速管5，机翼2后缘均转动连接有副翼6，水平尾翼3后缘转动连接有升降舵面7，机身1的底部安装有起落架8；飞行控制系统22和机载航电系统23均设置于机身1内；
固定翼动力系统包括有设置于机身1前端的双缸两冲程发动机9和连接于双缸两冲程发动机9动力输出端上的竖直螺旋桨10，竖直螺旋桨10的前端安装有整流罩11；
旋翼动力系统包括有两个水平设置的旋翼支撑架12、固定于每个旋翼支撑架12上的螺旋桨驱动电机13和电调14、与对应螺旋桨驱动电机13输出端连接的水平螺旋桨15，旋翼支撑架12分别连接于对应机翼2上且与机翼2垂直，螺旋桨驱动电机13为四个，任意两个分别连接于对应旋翼支撑架12两端部的上方，电调14与螺旋桨驱动电机13的输入端连接；
动力源系统包括有设置于机身1内部的电源管理模块16、锂电池组18和燃油箱19，以及连接于机身1底部上的可脱落分离式电连接器17；可脱落分离式电连接器17的供电输出端、锂电池组18均与电源管理模块16连接，地面供电系统20与可脱落分离式电连接器17的供电输入端连接，电调14、双缸两冲程发动机9的发电模块21、飞行控制系统22和机载航电系统23均与电源管理模块16连接，双缸两冲程发动机9的动力源输入端与燃油箱19连接；
其中，可脱落分离式电连接器17包括有插座和插头，插座包括有固定连接于机身1底部上的绝缘固定基座701、以及插针702和弹簧703，绝缘固定基座701上设置有插头嵌套槽704，插头嵌套槽704的底部设置有凸出的内凸块705，内凸块705上设置有多个插孔706，多个插孔706内均设置有与电源管理模块16连接的插针702，插头嵌套槽704内且位于内凸块705的外围套装有弹簧703，插头包括有绝缘自由基座707、电磁插片708和电磁线圈709，绝缘自由基座707上设置有插座嵌套槽710，插座嵌套槽710的底部设置有凸出的U型插槽711，电磁插片708设置于绝缘自由基座707内且外端从U型插槽711的底部伸出，电磁线圈709设置于绝缘自由基座707内且位于电磁插片708的外围，电磁线圈709、电磁插片708均与系留电缆24连接；插头和插座连接时，电磁线圈709通电，电磁插片708具有磁性，插头的U型插槽711插入插座的插头嵌套槽704位于内凸块705的外围且抵住弹簧703，插座绝缘固定基座701位于插头嵌套槽704的外围插入插头的插座嵌套槽710内，插头的电磁插片708伸入到插座的插孔706内且与插针702电磁吸附连接；电磁线圈709断电时，电磁插片708失去磁性，弹簧703将插头的U型插槽711顶出，从而插头和插座分离，插头和系留电缆24在重力作用下掉下，锂电池组18继续通过电源管理模块16进行供电。
副翼6、升降舵面7、双缸两冲程发动机9、电调14、电源管理模块16、机载航电系统23均与飞行控制系统22连接实现统一控制。
其中，飞行控制系统22包括有控制器221，分别与控制器221连接的航姿系统222、气压高度计223、空速计224和GNSS定位模块225，空速管5与空速计224通过气管连接；机载航电系统23包括有机载数据链路电台231，机载数据链路电台231与地面数据链路电台25通讯连接，地面数据链路电台25与地面站系统连接，配合控制无人机按要求执行任务，地面数据链路电台25、地面站系统均与地面供电系统20连接供电。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，其特征在于：包括有固定翼结构系统，固定翼动力系统，旋翼动力系统，动力源系统，飞行控制系统和机载航电系统；
所述的固定翼结构系统包括有机身、两个连接于机身侧部沿机身中轴线对称的机翼、连接于机身尾部的水平尾翼和垂直尾翼，所述的水平尾翼和垂直尾翼相互垂直；所述的飞行控制系统和机载航电系统均设置于机身内；
所述的固定翼动力系统包括有设置于机身前端的双缸两冲程发动机和连接于双缸两冲程发动机动力输出端上的竖直螺旋桨；
所述的旋翼动力系统包括有两个水平设置的旋翼支撑架、固定于每个旋翼支撑架上的螺旋桨驱动电机和电调、与对应螺旋桨驱动电机输出端连接的水平螺旋桨，所述的旋翼支撑架分别连接于对应机翼上且与机翼垂直，所述的螺旋桨驱动电机为四个，任意两个分别连接于对应旋翼支撑架两端部的上方，所述的电调与螺旋桨驱动电机的输入端连接；
所述的动力源系统包括有设置于机身内部的电源管理模块、锂电池组和燃油箱，以及连接于机身底部上的可脱落分离式电连接器；所述的可脱落分离式电连接器的供电输出端、锂电池组均与电源管理模块连接，地面供电系统与可脱落分离式电连接器的供电输入端连接，所述的电调、双缸两冲程发动机的发电模块、飞行控制系统和机载航电系统均与电源管理模块连接，所述的双缸两冲程发动机的动力源输入端与燃油箱连接；所述的可脱落分离式电连接器包括有连接的固定端和自由端，所述的固定端固定于机身底部上且与电源管理模块连接，所述的自由端通过系留电缆与地面供电系统连接；
所述的双缸两冲程发动机、电调、电源管理模块、机载航电系统均与飞行控制系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，其特征在于：所述的可脱落分离式电连接器的固定端为插座、自由端为插头，所述的插座包括有固定连接于机身底部上的绝缘固定基座、以及插针和弹簧，绝缘固定基座上设置有插头嵌套槽，插头嵌套槽的底部设置有凸出的内凸块，内凸块上设置有多个插孔，多个插孔内均设置有与电源管理模块连接的插针，插头嵌套槽内且位于内凸块的外围套装有所述的弹簧，所述的插头包括有绝缘自由基座、电磁插片和电磁线圈，绝缘自由基座上设置有插座嵌套槽，插座嵌套槽的底部设置有凸出的U型插槽，电磁插片设置于绝缘自由基座内且外端从U型插槽的底部伸出，电磁线圈设置于绝缘自由基座内且位于电磁插片的外围，所述的电磁线圈、电磁插片均与系留电缆连接；所述的插头和插座连接时，电磁线圈通电，电磁插片具有磁性，插头的U型插槽插入插座的插头嵌套槽位于内凸块的外围且抵住所述的弹簧，插座绝缘固定基座位于插头嵌套槽的外围插入插头的插座嵌套槽内，插头的电磁插片伸入到插座的插孔内且与插针电磁吸附连接。
3.根据权利要求1所述的一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，其特征在于：所述的机身的底部安装有起落架。
4.根据权利要求1所述的一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，其特征在于：所述的机翼上设置有与机身平行的空速管，且风速管通过气管与飞行控制系统连接，所述的机翼后缘均转动连接有副翼，所述的水平尾翼后缘转动连接有升降舵面，所述的副翼和升降舵面均与飞行控制系统连接。
5.根据权利要求4所述的一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，其特征在于：所述的飞行控制系统包括有控制器，分别与控制器连接的航姿系统、气压高度计、空速计和GNSS定位模块，所述的空速管与空速计通过气管连接。
6.根据权利要求1所述的一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，其特征在于：所述的机载航电系统包括有机载数据链路电台，所述的机载数据链路电台与地面数据链路电台通讯连接，地面数据链路电台与地面站系统连接，地面数据链路电台、地面站系统均与地面供电系统连接供电。
7.根据权利要求1所述的一种可脱落系留式垂直起降固定翼无人机，其特征在于：所述的竖直螺旋桨的前端安装有整流罩。
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