CN108248855A - 一种具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,包括:至少两个固定机翼;位于两个所述固定机翼中间的支撑架;两个所述固定机翼平行对称设置,且在各自中部对称分别安装一个驱动部件,所述驱动部件以一角度向所述固定机翼内侧倾斜安装。本发明机械结构简单,既能垂直起降和定点悬停,又可以高速远距离巡航,并能在这两种飞行状态自由切换。本发明中驱动部件倾角设计可以利用驱动部件转速差所产生的力矩补偿偏航力矩,加快偏航角的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域,具体地,涉及一种具有电机倾角设计的倾转机身多态无人机。
背景技术
传统的固定翼飞行器对起降场地有限制,大部份固定翼机都需要机场升降,需要有较长的跑道供起降,对起降的条件要求比较苛刻。传统的多旋翼飞行器的依靠多个旋翼产生的力来克服重力并提供前进的动力。在水平前飞的过程中,多个旋翼产生的力只有一部分用来提供前进的动力,其余的力要提供向上的升力以克服重力保持高度,所以功耗大,效率低,续航能力不足。
传统的倾转旋翼飞行器采用的是相对于机身可旋转的动力装置,比如安装的机翼上的可旋转短舱、可旋转的旋翼吊架等。这些设计对于载人飞行器有一定的优势,但是对于无人机,机身的倾转并不影响其性能。此外,相对于机身可旋转的动力装置通常需要更多的维护和更加复杂的机械结构,而后者通常会限制维护和安全检查。
如公开号为CN104044734A的中国发明,提供一种具有可倾斜机翼和旋翼的多旋翼无人机,该无人机在结构上包括设置在连接杆上的多个旋翼、在机身左右两侧对称安置的一对可在垂直于机身方向和平行于机身方向之间倾斜的机翼和在机翼上安装的两个可与机翼同步倾斜的旋翼。
又如公开号为CN106986019A的中国发明,公开了一种可改变多旋翼无人机旋翼面倾斜角度的电机座,涉及多旋翼无人机旋翼面倾斜角度控制领域,包括电机安装板,所述安装板座上固定有偏转管,所述偏转管上固定连接有带臂拉环,所述偏转管外部套接有用于连接无人机机臂的固定套管,所述固定套管沿中部圆周方向设置弧形开口,所述带臂拉环的凸臂可沿所述固定套管的弧形开口转动,所述带臂拉环与舵机驱动连接。
以上的CN104044734A采用在飞行过程中倾转旋翼和机翼从而提升无人机巡航速度的目的,机械结构和控制较为复杂;CN106986019A中采用可倾转的电机座,从而控制电机旋转角度。这些设计机械结构都较为复杂,且存在控制不稳定的风险。同时对这些机械结构和零件的保养要求也更高,其可靠性必然降低,维护难度与成本必然增加。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种具有电机倾角设计的倾转机身无人机,从而解决上述机械结构复杂,控制不稳定等问题,机械结构简单,既能垂直起降和定点悬停,又可以高速远距离巡航,并能在这两种飞行状态自由切换。
本发明采用以下技术方案实现的:
一种具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,包括:
至少两个固定机翼,两个所述固定机翼平行对称设置;
位于两个所述固定机翼中间的支撑架;其中:
每个所述固定机翼上均安装至少两个驱动部件且两个所述驱动部件对称设置,每个所述驱动部件均以一角度向所在的所述固定机翼的中间倾斜。
优选地,每个所述驱动部件均以一角度向所在的所述固定机翼的中间倾斜,其中角度范围为5°~45°。
优选地,每个所述固定机翼上安装的两个驱动部件,该两个驱动部件相对倾斜设置,且所述驱动部件倾斜的方向指向所在的所述固定机翼自身的对称线的延长线上。
优选地,每个所述驱动部件端部上设置一个螺旋桨,两个所述固定机翼上共设置有四个螺旋桨,所述螺旋桨随着所在的所述驱动部件也呈倾斜设置。
优选地,本发明中:
所述无人机在垂直起降或定点悬停的飞行状态时,四个螺旋桨中心点所组成的平面与地平面近似水平;
所述无人机在巡航飞行状态时,四个螺旋桨中心点所组成的平面与地平面近似水平;
所述无人机处于过渡状态时,机身处于倾转状态,四个螺旋桨中心点所组成的平面与地平面有夹角。
优选地,每个所述驱动部件上安装一个螺旋桨,相邻所述螺旋桨的旋转方向相反。
优选地,所述无人机进一步设有脚架,用于所述无人机在地面时起到支撑作用。
优选地,所述倾转机身无人机,其中倾转是指无人机的飞行状态由悬停模态转向平飞模态的过渡。
本发明采用对称布置的固定机翼,可以在无人机巡航飞行状态时,提供飞行所需的升力,同时对称机翼的设计可以让无人机在两个方向灵活转向,具备高机动性。
现有倾转机身无人机中螺旋桨滑流在固定机翼上产生力矩导致该无人机偏航角的响应速度更慢,甚至发散。为了解决偏航角发散问题,提高姿态控制稳定性及偏航控制响应速度,本发明在现有技术基础上,采用驱动部件以一角度向机翼内侧倾斜安装,利用驱动部件转速差所产生的力矩补偿偏航力矩,提高无人机垂直起降或定点悬停时的偏航响应灵敏度。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明上述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身式无人机,采用驱动部件以一角度向固定机翼内侧倾斜安装,在每个固定机翼上安装驱动部件和螺旋桨,当处于垂直升降定点悬停、过渡飞行状态时,控制螺旋桨的转速差,实现飞行姿态的控制;当处于巡航飞行状态时,固定机翼可以提供升力,通过控制各驱动部件的转速差,实现俯仰、横滚、调整航向角等动作,使得多态飞行器效率高,续航能力出色,机械结构简单,工作可靠性提高。
本发明中驱动部件倾角设计可以利用驱动部件转速差所产生的力矩补偿偏航力矩,加快偏航角的响应速度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明一实施例中结构示意图;
图2为本发明一实施例中的电机相对机翼内侧安装的结构示意图;
图1中:1为固定机翼,2为脚架,3为仪器舱,4为电机,5为支撑架,6为螺旋桨。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,是一实施例中整个飞机的结构图。
如图所示,一种具有电机倾角设计的倾转机身无人机,该无人机中包括两个固定机翼,驱动部件采用电机。当然,在其他实施例中也可以是大于两个固定机翼的偶数个固定机翼。
具体的,一种具有电机倾角设计的倾转机身无人机,包括:两个固定机翼1;
位于两个所述固定机翼中间的支撑架5;其中:
两个所述固定机翼1平行对称设置,且在各自中部对称分别安装一个电机4,所述电机4以一角度向所述固定机翼1内侧倾斜安装。
在图1所示的实施例中,两固定机翼1上共安装有四个电机4,电机4上安装螺旋桨6。所述相邻螺旋桨6的旋转方向相反。
所述电机4安装时,向固定机翼1内侧倾斜一角度,每个电机4均以一角度向所在的所述固定机翼的中间倾斜,其中倾斜的角度范围优选为5°~45°。这样的设计可以通过电机转速差所产生的力矩补偿偏航力矩,提高无人机垂直起降或定点悬停时的偏航响应灵敏度。
如图2所示,每个所述固定机翼上安装的两个电机4,该两个电机4相对倾斜设置,且所述电机4倾斜的方向指向所在的所述固定机翼自身的对称线的延长线上。
进一步的,每个所述电机的端部上设置一个螺旋桨,两个所述固定机翼上共设置有四个螺旋桨6,对应于倾斜设置的电机,所述螺旋桨随着也呈倾斜设置。
图1-2所示的实施例中,采用对称的固定机翼1可以在无人机巡航飞行状态时,提供飞行所需的升力,同时对称固定机翼的设计可以让无人机在两个方向灵活转向,具备高机动性。
图1-2所示的实施例中,无人机在垂直起降或定点悬停的飞行状态时,四个螺旋桨6中心点所组成的平面组成的平面近似水平;该无人机在巡航飞行状态时,四个螺旋桨6中心点组成的平面与水平面近似垂直;无人机处于过渡状态时,机身处于倾转状态,四个螺旋桨6中心点组成的平面与水平面有夹角。
进一步的,在其他实施例中,所述无人机还包括脚架2,无人机放置在地面时,脚架2提供支撑的作用。
进一步的,在其他实施例中,所述无人机还包括仪器舱3,仪器舱3集合了飞控系统和各种传感器设备,外形呈流线型设计。这样的设计可以提供优良的气动外形,减小无人机巡航飞行状态时的空气阻力。
本发上述实施例中,通过以倾斜一定角度安装电机,利用电机转速差所产生的力矩补偿偏航力矩,加快偏航角的响应速度;提高了无人机在悬停模态时,无人机偏航响应的灵敏度。电机倾斜的角度根据飞机的实际尺寸、外形进行设计。
本发明上述实施例中,所述无人机的机身优选采用碳纤维杆材料,具有轻便、机械强度大的特点。
本发明上述实施例的具有电机倾角设计的倾转机身式无人机,通过在两个固定机翼1上安装旋翼,当处于垂直升降定点悬停、过渡飞行状态时,利用飞行控制系统控制四个电机4的转速差,实现飞行姿态的控制;当处于巡航飞行状态时,固定机翼可以提供升力,通过控制四个电机的转速差,实现俯仰、横滚、调整航向角等动作,使得多态飞行器效率高,续航能力出色,机械结构简单,工作可靠性提高。电机倾角设计可以利用电机转速差所产生的力矩补偿偏航力矩,加快偏航角的响应速度。
本发明解决了偏航角控制能力不足的问题,提高姿态控制稳定性及偏航控制响应速度,采用电机以一角度向机翼内侧倾斜安装,利用电机转速差所产生的力矩补偿偏航力矩,加快偏航角的响应速度。
以上是本发明的部分实施例,本发明还有其他的实施例,比如调整螺旋桨的数量或电机数量,均可以构成不同的实施例,这对于本发明实现没有实质性的影响,对于本领域技术人员来说,在本发明上述描述的基础上是很容易实现的,因此,对于其他电机数量的实施例在此不再赘述。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (8)
1.一种具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,包括:
至少两个固定机翼,所述固定机翼平行对称设置;
位于至少两个所述固定机翼中间的支撑架;
其特征在于:
每个所述固定机翼上均安装至少两个驱动部件且两个所述驱动部件对称设置,每个所述驱动部件均以一角度向所在的所述固定机翼的中间倾斜。
2.根据权利要求1所述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,其特征在于:每个所述驱动部件均以一角度向所在的所述固定机翼的中间倾斜,其中角度范围为5°~45°。
3.根据权利要求1所述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,其特征在于:每个所述固定机翼上安装的两个驱动部件,该两个驱动部件相对倾斜设置,且所述驱动部件倾斜的方向指向所在的所述固定机翼自身的对称线的延长线上。
4.根据权利要求1所述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,其特征在于:每个所述驱动部件端部上至少设置一个螺旋桨,两个所述固定机翼上至少共设置有四个螺旋桨,所述螺旋桨随着所在的所述驱动部件也呈倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,其特征在于:
所述无人机在垂直起降或定点悬停的飞行状态时,四个螺旋桨中心点所组成的平面与地平面近似水平;
所述无人机在巡航飞行状态时,四个螺旋桨中心点所组成的平面与地平面近似水平;
所述无人机处于过渡状态时,机身处于倾转状态,四个螺旋桨中心点所组成的平面与地平面有夹角。
6.根据权利要求1-5任一项所述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,其特征在于:每个所述驱动部件上安装至少一个螺旋桨,相邻所述螺旋桨的旋转方向相反。
7.根据权利要求1-5任一项所述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,其特征在于:所述无人机进一步设有脚架,用于所述无人机在地面时起到支撑作用。
8.根据权利要求1-5任一项所述的具有驱动部件倾角设计的倾转机身无人机,其特征在于:所述倾转机身无人机,其中倾转是指无人机的飞行状态由悬停模态转向平飞模态的过渡。
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