CN108423171A - 无舵面垂直起降固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种无舵面垂直起降固定翼无人机，包括机身，设置在机身两侧的机翼以及设置在机身后端的机尾，所述机身下端还设有起落架组件，所述机翼远离机尾的一端沿机身对称布置有前倾转机构，机翼和机尾之间还设有位于机身上端的后倾转机构，所述前倾转机构和后倾转机构经由电子调速器控制调整无人机飞行姿态，本发明提供的无舵面垂直起降固定翼无人机具有机翼结构简单，无需复杂的传动装置或舵机，无论迎角多大和飞行速度多低，无人机都可利用直接力进行操纵，增加了无人机的安全性和可操纵性，解决了现有技术中速度低和大迎角时舵面操纵效率低的问题。

Description

无舵面垂直起降固定翼无人机

技术领域：

本发明涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种无舵面垂直起降固定翼无人机。

背景技术：

垂直起降固定翼无人机结合了固定翼无人机续航时长、航程远的优点，以及多旋翼无人机可悬停、垂直起降、无需跑道的优势，可广泛应用于航空测绘、电力巡线、地质勘测、空中监视、物流运输等领域。

现有技术中，普通垂直起降固定翼无人机在垂直起降阶段采用电机进行姿态控制，而平飞阶段采用舵面进行操纵。两套操纵系统带来了结构复杂，重量较重的问题，不利于无人机微型化和轻量化。

发明内容：

本发明克服现有技术的缺陷，提供一种无舵面垂直起降固定翼无人机。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案实现：一种无舵面垂直起降固定翼无人机，包括机身，设置在机身两侧的机翼以及设置在机身后端的机尾，所述机身下端还设有起落架组件，所述机翼远离机尾的一端沿机身对称布置有前倾转机构，机翼和机尾之间还设有位于机身上端的后倾转机构，所述前倾转机构和后倾转机构经由电子调速器控制调整无人机飞行姿态。

优选的，所述前倾转机构和后倾转机构均包括螺旋桨、设置在螺旋桨下端的电机，所述电机下端设有电子调速器，所述电子调速器下端设有扭矩传感器，扭矩传感器下端面周向布置有拉杆，所述拉杆远离螺旋桨的一端设有拉力传感器，所述拉力传感器下端面还设有同步电机。

优选的，所述螺旋桨包括桨毂、设置在桨毂上的桨叶，所述桨叶分别经由螺栓设置在桨毂上的开口槽内。

优选的，所述桨毂包括桨毂上部和桨毂下部，所述桨毂上部整体呈矩形结构，桨毂上部两端分别设有整体呈圆形的上夹板，所述上夹板中心处设有用于螺栓穿出的安装孔，所述桨毂下部包括整体呈圆柱状的凸缘，凸缘经由设置在桨毂上部中心处的伸出孔伸出，且凸缘能够在伸出孔上下移动，凸缘周向设有用于固定桨毂本身的通孔，凸缘上还对称设有沿远离凸缘方向延伸形成的下夹板，所述下夹板中心处设有用于螺栓穿出的安装孔，所述下夹板和上夹板对应配合，各所述桨叶的固定端分别设置在上夹板和下夹板围合形成的开口槽内。

优选的，所述同步电机整体为矩形结构，同步电机一端延伸有凸部，同步电机远离凸部的一端还设有转动槽，所述前倾转机构和后倾转机构的周向还设有桨罩和电机外壳，前倾转机构和后倾转机构分别摆动设置在机翼和机身处。

优选的，所述机翼远离机尾的一端沿机身对称设置有槽口，所述槽口内壁上设有通孔，前倾转机构的同步电机一端经由凸部固联在通孔内，所述转动槽和远离凸部的通孔经由转动杆转动连接；所述机身上端设有整体呈“凹”状的凹槽，所述凹槽的两侧内壁设有通孔，后倾转机构的同步电机一端经由凸部固联在通孔内，所述转动槽和远离凸部的通孔经由转动杆转动连接。

优选的，所述起落架组件包括设置在机身前端的起落架和设置在机身后端的尾撑架，所述起落架包括和机身下端相适配的弧形托板，所述弧形托板贴靠并固联在机身下端，弧形托板两端分别向下延伸有前撑架，各所述前撑架和弧形拖板围合形成V状结构，起落架和尾撑架下端分别转动设置机轮，各所述机轮呈三角形布置。

优选的，所述机尾包括经由机身一端延伸形成的机尾端、设置在机尾端上的V尾，所述V尾整体呈V状结构，V尾的尾端还设有稍尾。

工作过程：

无人机垂直起飞时，前倾转机构和后倾转机构分别经由同步电机驱动使前倾转机构、后倾转机构与飞行方向呈垂直状态，此时，螺旋桨提供向上的拉力，带动无人机向上运行；

无人机爬升至预定高度，前倾转机构逐步前倾，前倾转机构前倾过程中同时提供向前和向上的拉力，后倾转机构保持不变，用于提供向上的拉力，使无人机逐步进入平飞状态；

当前倾转机构前倾至和无人机飞行方向相同时，无人机完全进入平飞，此时，后倾转机构的螺旋桨停止工作，前倾转机构只提供向前拉力，无人机升力完全由机翼提供；

无人机降落过程和起飞过程相仿。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提供的无舵面垂直起降固定翼无人机具有机翼结构简单，无需复杂的传动装置或舵机，无论迎角多大和飞行速度多低，无人机都可利用直接力进行操纵，增加了无人机的安全性和可操纵性，解决了现有技术中速度低和大迎角时舵面操纵效率低的问题；

2、本发明提供的无舵面垂直起降固定翼无人机在飞行过程中是直接产生操纵力，该过程中产生的附加升力或侧力，使无人机作垂直或横侧方向的平移运动更加平稳，并且量值和方向容易改变，也就增加了无人机的敏捷性；

3、本发明提供的无舵面垂直起降固定翼无人机将无舵面无人机和垂直起降固定翼无人机的优点结合起来，取消了传统的舵机、舵面、连杆等复杂机构，充分利用垂直起降固定翼上的同步电机来提供直接的操纵力矩，操纵效率更高，结构重量更轻，在大迎角等特殊状态下有更好的安全性和敏捷性。

附图说明：

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为图1中A位置局部放大图；

图4为图1中B位置局部放大图；

图5为本发明中前倾转机构、后倾转机构结构示意图；

图6为本发明中同步电机结构示意图；

图7和图8为本发明中螺旋桨结构示意图；

图9为本发明无人机飞行姿态图。

图中：1～机身；2～机翼；3～机尾；31～机尾端；32～V尾；33～稍尾；41～起落架；411～弧形托板；412～前撑架；42～尾撑架；5～前倾转机构；6～后倾转机构；61～螺旋桨；611～桨毂；6111～桨毂上部；61111～上夹板；6112～桨毂下部；61121～凸缘；61122～下夹板；612～桨叶；62～电机；63～电子调速器；64～扭矩传感器；65～拉杆；66～拉力传感器；67～同步电机；671～凸部；672～转动槽；7～桨罩；8～电机外壳；9～槽口；10～凹槽。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

实施例1：

如图1和图2所示，一种无舵面垂直起降固定翼无人机，包括机身1，设置在机身1两侧的机翼2以及设置在机身1后端的机尾3，机身1下端还设有起落架组件，机翼2远离机尾3的一端沿机身1对称布置有前倾转机构5，机翼2和机尾3之间还设有位于机身1上端的后倾转机构6，前倾转机构5和后倾转机构6经由电子调速器63控制调整无人机飞行姿态。

现有技术中，普通垂直起降固定翼无人机在垂直起降阶段采用电机进行姿态控制，而平飞阶段采用舵面进行操纵。两套操纵系统带来了结构复杂，重量较重的问题，不利于无人机微型化和轻量化。本发明提供的无舵面垂直起降固定翼无人机将无舵面无人机和垂直起降固定翼无人机的优点结合起来，取消了传统的舵机、舵面、连杆等复杂机构，充分利用垂直起降固定翼上的同步电机来提供直接的操纵力矩，操纵效率更高，结构重量更轻，在大迎角等特殊状态下有更好的安全性和敏捷性。

工作过程：

无人机垂直起飞时，前倾转机构5和后倾转机构6分别经由同步电机67驱动使前倾转机构5、后倾转机构6与飞行方向呈垂直状态，此时，螺旋桨61提供向上的拉力，带动无人机向上运行；无人机爬升至预定高度，前倾转机构5逐步前倾，前倾转机构5前倾过程中同时提供向前和向上的拉力，后倾转机构6保持不变，用于提供向上的拉力，使无人机逐步进入平飞状态；当前倾转机构5前倾至和无人机飞行方向相同时，无人机完全进入平飞，此时，后倾转机构6的螺旋桨61停止工作，前倾转机构5只提供向前拉力，无人机升力完全由机翼提供；无人机降落过程和起飞过程相仿。

如图5和图6所示，前倾转机构5和后倾转机构6均包括螺旋桨61、设置在螺旋桨61下端的电机62，所述电机62下端设有电子调速器63，所述电子调速器63下端设有扭矩传感器64，扭矩传感器64下端面周向布置有拉杆65，所述拉杆65远离螺旋桨61的一端设有拉力传感器66，所述拉力传感器66下端面还设有同步电机67，如此，通过电机62为螺旋桨61提供旋转动力，设有的拉力传感器66和扭矩传感器64能够进一步检测螺旋桨61以及同步电机67的工作状态。

如图7和图8所示，螺旋桨61包括桨毂611、设置在桨毂611上的桨叶612，桨叶612分别经由螺栓设置在桨毂611上的开口槽内，桨毂611包括桨毂上部6111和桨毂下部6112，桨毂上部6111整体呈矩形结构，桨毂上部6111两端分别设有整体呈圆形的上夹板61111，上夹板61111中心处设有用于螺栓穿出的安装孔，桨毂下部6112包括整体呈圆柱状的凸缘61121，凸缘61121经由设置在桨毂上部6111中心处的伸出孔伸出，且凸缘61121能够在伸出孔上下移动，凸缘61121周向设有用于固定桨毂611本身的通孔，凸缘61121上还对称设有沿远离凸缘61121方向延伸形成的下夹板61122，下夹板61122中心处设有用于螺栓穿出的安装孔，下夹板61122和上夹板61111对应配合，各桨叶612的固定端分别设置在上夹板61111和下夹板61122围合形成的开口槽内，如此，将传统固定一体的桨叶设计成单独的两个，不仅便于安装和维护，同时，在检修桨叶612过程中，如果单侧桨叶612损坏，只需要更换该侧的桨叶612即可，避免了现有技术中，需要整体更换桨叶，更换成本高，且更换不方便的问题。

如图5和图6所示，具体地，同步电机67整体为矩形结构，同步电机67一端延伸有凸部671，同步电机67远离凸部671的一端还设有转动槽672，前倾转机构5和后倾转机构6的周向还设有桨罩7和电机外壳8，前倾转机构5和后倾转机构6分别摆动设置在机翼2和机身1处。

如图3和图4所示，具体地，机翼2远离机尾3的一端沿机身1对称设置有槽口9，所述槽口9内壁上设有通孔，前倾转机构5的同步电机67一端经由凸部671固联在通孔内，所述转动槽672和远离凸部671的通孔经由转动杆转动连接；机身1上端设有整体呈“凹”状的凹槽10，凹槽10的两侧内壁设有通孔，后倾转机构6的同步电机67一端经由凸部671固联在通孔内，转动槽672和远离凸部671的通孔经由转动杆转动连接。

如图1所示，机尾3包括经由机身1一端延伸形成的机尾端31、设置在机尾端31上的V尾32，V尾32整体呈V状结构，V尾32的尾端还设有稍尾33，如此，使得无人机飞行更加平稳。

实施例2：

如图2所示，本实施例结构与实施例一的结构基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：起落架组件包括设置在机身1前端的起落架41和设置在机身1后端的尾撑架42，起落架41包括和机身1下端相适配的弧形托板411，弧形托板411贴靠并固联在机身1下端，弧形托板411两端分别向下延伸有前撑架412，各前撑架412和弧形拖板411围合形成V状结构，起落架41和尾撑架42下端分别转动设置机轮，各机轮呈三角形布置，如此，弧形托板411能够很好的和机身1下端接触面积更大，能够降低应力集中现象，且起落架上设有的机轮呈三角形布置，能够提供稳定的支撑力，且无人机下降过程中，前撑架412整体呈V形结构，能够较好吸收无人机和地面接触时产生的震动，并且将无人机和地面的硬接触转化呈软性接触，从而提升无人机使用寿命。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，包括机身(1)，设置在机身(1)两侧的机翼(2)以及设置在机身(1)后端的机尾(3)，所述机身(1)下端还设有起落架组件，所述机翼(2)远离机尾(3)的一端沿机身(1)对称布置有前倾转机构(5)，机翼(2)和机尾(3)之间还设有位于机身(1)上端的后倾转机构(6)，所述前倾转机构(5)和后倾转机构(6)经由电子调速器(63)控制调整无人机飞行姿态。

2.根据权利要求1所述的无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述前倾转机构(5)和后倾转机构(6)均包括螺旋桨(61)、设置在螺旋桨(61)下端的电机(62)，所述电机(62)下端设有电子调速器(63)，所述电子调速器(63)下端设有扭矩传感器(64)，扭矩传感器(64)下端面周向布置有拉杆(65)，所述拉杆(65)远离螺旋桨(61)的一端设有拉力传感器(66)，所述拉力传感器(66)下端面还设有同步电机(67)。

3.根据权利要求2所述的无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述螺旋桨(61)包括桨毂(611)、设置在桨毂(611)上的桨叶(612)，所述桨叶(612)分别经由螺栓设置在桨毂(611)上的开口槽内。

4.根据权利要求3所述的无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述桨毂(611)包括桨毂上部(6111)和桨毂下部(6112)，所述桨毂上部(6111)整体呈矩形结构，桨毂上部(6111)两端分别设有整体呈圆形的上夹板(61111)，所述上夹板(61111)中心处设有用于螺栓穿出的安装孔，所述桨毂下部(6112)包括整体呈圆柱状的凸缘(61121)，凸缘(61121)经由设置在桨毂上部(6111)中心处的伸出孔伸出，且凸缘(61121)能够在伸出孔上下移动，凸缘(61121)周向设有用于固定桨毂(611)本身的通孔，凸缘(61121)上还对称设有沿远离凸缘(61121)方向延伸形成的下夹板(61122)，所述下夹板(61122)中心处设有用于螺栓穿出的安装孔，所述下夹板(61122)和上夹板(61111)对应配合，各所述桨叶(612)的固定端分别设置在上夹板(61111)和下夹板(61122)围合形成的开口槽内。

5.根据权利要求2所述的无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述同步电机(67)整体为矩形结构，同步电机(67)一端延伸有凸部(671)，同步电机(67)远离凸部(671)的一端还设有转动槽(672)，所述前倾转机构(5)和后倾转机构(6)的周向还设有桨罩(7)和电机外壳(8)，前倾转机构(5)和后倾转机构(6)分别摆动设置在机翼(2)和机身(1)处。

6.根据权利要求5所述的无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述机翼(2)远离机尾(3)的一端沿机身(1)对称设置有槽口(9)，所述槽口(9)内壁上设有通孔，前倾转机构(5)的同步电机(67)一端经由凸部(671)固联在通孔内，所述转动槽(672)和远离凸部(671)的通孔经由转动杆转动连接；所述机身(1)上端设有整体呈“凹”状的凹槽(10)，所述凹槽(10)的两侧内壁设有通孔，后倾转机构(6)的同步电机(67)一端经由凸部(671)固联在通孔内，所述转动槽(672)和远离凸部(671)的通孔经由转动杆转动连接。

7.根据权利要求1所述的无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述起落架组件包括设置在机身(1)前端的起落架(41)和设置在机身(1)后端的尾撑架(42)，所述起落架(41)包括和机身(1)下端相适配的弧形托板(411)，所述弧形托板(411)贴靠并固联在机身(1)下端，弧形托板(411)两端分别向下延伸有前撑架(412)，各所述前撑架(412)和弧形拖板(411)围合形成V状结构，起落架(41)和尾撑架(42)下端分别转动设置机轮，各所述机轮呈三角形布置。

8.根据权利要求1所述的无舵面垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述机尾(3)包括经由机身(1)一端延伸形成的机尾端(31)、设置在机尾端(31)上的V尾(32)，所述V尾(32)整体呈V状结构，V尾(32)的尾端还设有稍尾(33)。