CN108545171A - 尾翼结构及具有其的无人自主伞翼滑翔飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尾翼结构及具有其的无人自主伞翼滑翔飞行器，该尾翼结构包括尾翼底梁、翼片及驱动机构，所述翼片安装在所述尾翼底梁上，用以限定出尾翼的翼面，所述翼片的至少一部分可相对于所述尾翼底梁进行摆转，所述驱动机构安装在所述尾翼底梁上，用于驱动所述副翼片进行摆转，该无人自主伞翼滑翔飞行器包括俯仰驱动结构及尾翼结构。通过本发明，使得在需要进行偏航操作时，只需通过控制驱动机构运转即可使得翼片进行摆转，从而使得飞行器进行偏航，其过程一气呵成，响应速度快。同时，对驱动机构的操作可通过飞控计算机等自动化完成，降低了人力的投入，提高了操作飞行器的便利性。

Description

尾翼结构及具有其的无人自主伞翼滑翔飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及尾翼结构及具有其的无人自主伞翼滑翔飞行器。

背景技术

目前较为常见的伞翼滑翔飞行器为动力三角翼，需要飞行员进行飞行姿态的控制，飞行员通过前后、左右控制操纵杆来实现飞行器的俯仰、偏航的姿态控制。

动力三角翼的偏航控制有一个较为致命的缺点，就是响应速度过慢。飞行器平飞时，升力作用于机翼上，重力作用于下方的机身上，机翼升力面和重力作用线相互垂直，当飞行员向左/右推动操纵杆时，使得飞行器的机身慢慢向左/右倾斜，升力面和重力的作用线不再保持相互垂直状态，通过重力的分力逐渐完成飞行器的转弯动作，最终实现偏航，依靠重心控制的偏航响应速度慢。同时，飞行员在操控操纵杆时，需要投入较大的人力，操作不便利。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种尾翼结构及具有其的无人自主伞翼滑翔飞行器，用于解决偏航响应速度慢及操作不便利的问题。

为此，根据第一方面，一种实施例中提供了一种尾翼结构，该尾翼结构包括：

尾翼底梁；

翼片，所述翼片安装在所述尾翼底梁上，用以限定出尾翼的翼面，所述翼片的至少一部分可相对于所述尾翼底梁进行摆转；及

驱动机构，所述驱动机构安装在所述尾翼底梁上，用于驱动所述翼片进行摆转。

作为所述尾翼结构的进一步可选方案，所述翼片包括主翼片及副翼片，所述主翼片限定出尾翼的主翼面，所述副翼片限定出尾翼的副翼面，且所述副翼片处于所述主翼片的后方，所述主翼片固定安装在所述尾翼底梁上，所述副翼片以摆转的方式安装在所述尾翼底梁上。

作为所述尾翼结构的进一步可选方案，所述尾翼结构还包括固定柱，所述固定柱固定安装在所述尾翼底梁上，所述副翼片安装在所述固定柱上，并可围绕所述固定柱摆转。

作为所述尾翼结构的进一步可选方案，所述驱动机构包括：

第一驱动电机；

旋转座，所述旋转座的中心连接于所述驱动电机的输出轴；

拉杆，所述拉杆固定设置在所述副翼片的两侧；及

拉带，所述拉带连接在所述旋转座的两侧与所述拉杆之间。

作为所述尾翼结构的进一步可选方案，所述第一驱动电机为舵机。

根据第二方面，一种实施例中提供了一种无人自主伞翼滑翔飞行器，包括机翼、机身及主架，所述主架固定安装在所述机身上，所述机翼以摆转的方式安装在所述主架上。

进一步的，还包括：

俯仰驱动结构，所述俯仰驱动结构用于输出沿竖向的摆转运动，所述俯仰驱动结构安装在所述主架上，所述机翼安装在所述俯仰驱动结构上；及

根据本发明第一方面所述的尾翼结构，所述尾翼结构安装在所述机身的尾部。

作为所述无人自主伞翼滑翔飞行器的进一步可选方案，所述俯仰驱动结构包括桁架及连接在所述桁架与所述主架之间的俯仰驱动机构，所述桁架铰接于所述主架，所述机翼安装在所述桁架上。

作为所述无人自主伞翼滑翔飞行器的进一步可选方案，所述俯仰驱动机构包括：

第二驱动电机，其固定连接于所述主架；

螺杆，所述螺杆连接于所述第二驱动电机的输出轴；及

螺杆套筒，所述螺杆套筒的底部设有与所述螺杆配合的内螺纹，使得所述螺杆能够在所述螺杆套筒内移动，所述螺杆套筒铰接于所述桁架。

作为所述无人自主伞翼滑翔飞行器的进一步可选方案，还包括动力结构，所述动力结构安装在所述机身上，用于提供前进动力。

作为所述无人自主伞翼滑翔飞行器的进一步可选方案，还包括控制结构，所述控制结构安装在所述机身上，所述控制结构包括飞控计算机、仪表设备及电气设备，所述飞控计算机分别与所述俯仰驱动结构及所述尾翼结构相连，用于控制所述俯仰驱动结构及所述尾翼结构的动作。

本发明的有益效果：

依据以上实施例中的尾翼结构，由于翼片及驱动机构的设置，使得在需要进行偏航操作时，只需通过控制驱动机构运转即可使得翼片进行摆转，从而使得飞行器进行偏航，其过程一气呵成，响应速度快。同时，对驱动机构的操作可通过飞控计算机等自动化完成，降低了人力的投入，提高了操作飞行器的便利性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了根据本发明实施例一所提供的尾翼结构的俯视图；

图2示出了根据本发明实施例一所提供的尾翼结构的立体图；

图3示出了根据本发明实施例二所提供的无人自主伞翼滑翔飞行器的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例二所提供的无人自主伞翼滑翔飞行器的另一角度的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例二所提供的无人自主伞翼滑翔飞行器的俯仰驱动结构与主架安装的结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例二所提供的无人自主伞翼滑翔飞行器的俯仰驱动结构的结构示意图；

图7示出了图6中A局部的局部放大图。

主要元件符号说明：

100-尾翼底梁；200-翼片；300-驱动机构；110-固定柱；210-主翼片；220-副翼片；310-第一驱动电机；320-旋转座；330-拉杆；340-拉带；1000-机翼；2000-机身；3000-主架；4000-动力结构；5000-控制结构；6000-俯仰驱动结构；7000-尾翼结构；2100-电子舱；2200-货仓；4100-发动机；4200-螺旋桨；4300-油箱；4400-安装架；6100-桁架；6200-俯仰驱动机构；6210-第二驱动电机；6220-螺杆；6230-螺杆套筒。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

本实施例提供了一种尾翼结构。

请参考图1-2，该尾翼结构包括尾翼底梁100、翼片200及驱动机构300。

其中，尾翼底梁100为整个尾翼结构的承重部件。翼片200安装在尾翼底梁100上，用以限定出尾翼的翼面，翼片200的至少一部分可相对于尾翼底梁100进行摆转。驱动机构300安装在尾翼底梁100上，用于驱动翼片200进行摆转。

如此，由于翼片200及驱动机构300的设置，使得在需要进行偏航操作时，只需通过控制驱动机构300运转即可使得至少一部分的翼片200进行摆转，该进行摆转的翼片200产生偏航气动力，从而使得飞行器进行偏航，其过程一气呵成，响应速度快。同时，对驱动机构300的操作可通过飞控计算机等自动化完成，降低了人力的投入，提高了操作飞行器的便利性。

在本发明实施方式中，翼片200包括主翼片210及副翼片220，主翼片210限定出尾翼的主翼面，副翼片220限定出尾翼的副翼面，且副翼片220处于主翼片210的后方，主翼片210固定安装在尾翼底梁100上，副翼片220以摆转的方式安装在尾翼底梁100上。

这样，通过控制副翼片220的摆转即可实现对飞行器的偏航操作，具体而言，当控制副翼片220往右摆动时，会产生一个向右的气动力，驱使飞行器进行左转；当当控制副翼片220往左摆动时，会产生一个向左的气动力，而驱动飞行器进行右转。

为了实现前述副翼片220的摆转式安装，可在尾翼底梁100上固定安装一根固定柱110，再通过轴瓦等将副翼片220连接到固定柱110上，此时给副翼片220施加作用力即可实现其摆转动作，在本发明实施方式中，该作用力的施加由驱动机构300来完成。

具体的，在继续参考图1-2，驱动机构300包括第一驱动电机310、旋转座320、拉杆330及拉带340。

其中，第一驱动电机310用于提供旋转动力。旋转座320的中心连接于第一驱动电机310的输出轴，使得旋转座320能够围绕其中心进行旋转。拉杆330固定设置在副翼片220的两侧，即副翼片220的左右两侧面各设有一个拉杆330。拉带340连接在旋转座320的两侧与拉杆330之间，即在副翼片220的左右两侧各具有一个拉带340，且拉带340连接在旋转座320的端部与拉杆330之间。

通过上述设置，当启动第一驱动电机310工作时，其输出轴将会带动旋转座320进行旋转，以旋转座320右转为例，此时连接在旋转座320右端与副翼片220右侧的拉杆330之间的拉带340就会带动副翼片220进行右摆，最终实现飞行器的左转。

在某些实施方式中，第一驱动电机310采用舵机，此时可通过飞控计算机等来实现对舵机的精确控制。

当然，第一驱动电机310不限于舵机，也可采用一些类型的步进电机或者伺服电机等。

在某些实施方式中，旋转座320的两端各设有一个第一拉带口，拉带340的一端固定安装在该第一拉带口处。另外，在进行偏航操作时，拉力较大，因此旋转座320宜采用一些强度较高的材料制成，例如航空铝合金或者高强度合金钢等。

同样的，拉杆330与拉带340也需要具备一定的抗拉强度，也可采用航空铝合金或者高强度合金钢等制成。在拉杆330的端部设有第二拉带口，拉带340的另一端就安装在该第二拉带口处。

当然，除开拉带口的设置设置方式外，还可以通过在旋转座320及拉杆330的端部设置夹子类的部件，而将拉带340夹紧在相应位置。

在某些实施方式中，拉杆330可以焊接在副翼片220上。当然，在其它实施方式中，拉杆330还可以通过螺钉、螺栓、铆钉或者插销等方式而固定安装在副翼片220上。

实施例二

本实施例提供了一种无人自主伞翼滑翔飞行器。

请参考图3-4，该无人自主伞翼滑翔飞行器包括机翼1000、机身2000及主架3000。

其中，机翼1000用于产生上升动力，使得飞行器能够飞行。机身2000则用于安装各种部件，例如下文要讲到的动力结构4000、控制结构5000等。主架3000作为主要承力部件，连接在机翼1000与机身2000之间。

可以理解的是，主架3000固定在机身2000上，而机翼1000则以摆转的方式安装在主架3000上，机翼1000通过其摆转而实现飞行器俯仰动作，即飞行器上升或者下降。当机翼1000往上摆时，飞行器上升，当机翼1000往下摆时，飞行器下降。

本发明实施方式中的机翼1000具有良好的气动外形，类型为伞翼但不限于伞翼，主要由骨架和蒙皮构成，伞翼可设置足够大，例如当机翼1000展开时，其长度可达约为8m～10m，大翼展可缩短飞行器的起飞滑跑距离，缩短了跑道的长度。

请参考图3，在本发明实施方式中，主架3000围成三角状，分别连接在机身2000的前端与后端，以保证主架3000与机身2000连接的可靠性。

接前文所述，请继续参考图3-4，在机身2000上设置有动力结构4000，该动力结构4000设置在机身2000的后端，用于提供飞行器往前行或者前飞的动力。

具体的，该动力结构4000包括发动机4100、螺旋桨4200及油箱4300。其中，油箱4300用于给发动机4100供油，螺旋桨4200连接于发动机4100的输出轴，使得螺旋桨4200在发动机4100的作用实现旋转，从而产生上述动力。

另外，为了便于发动机4100及油箱4300的安装，在机身2000上还设有安装架4400，该安装架4400可以围成一个腔体，其中发动机4100设置在安装架4400上，而油箱4300则可以设置在腔体内。

在机身2000的中间部位设置有货仓2200，该货仓2200为飞行器的载荷舱，可装载货物，同样的，该货仓2200为密封防雨防水设计。

此外，机身2000还包含有底盘、轮子、减震机构和货仓安装机械接口等，机身2000通过螺栓或焊接等方式与主架3000进行连接。减震机构吸收飞行器地面滑跑和降落过程中的振动冲击。轮子带转向功能，使得飞行器在地面滑跑时可以转弯，轮子可采用充气式。底盘用于连接前后轮且作为飞行器的载荷单元，承担载荷的重量。

除以上述外，在本实施例中，无人自主伞翼滑翔飞行器还包括俯仰驱动结构6000及尾翼结构7000。

其中，俯仰驱动结构6000用于输出沿竖向的摆转运动，俯仰驱动结构6000安装在主架3000上，机翼1000安装在俯仰驱动结构6000上。这样通过俯仰驱动结构6000的驱动就可使得机翼1000进行摆转。

尾翼结构7000安装在机身2000的尾部，用于调整飞行器的转向。尾翼结构7000在实施例一中具有详细介绍，在此不再赘述。

请一并参考图5-7，俯仰驱动结构6000包括桁架6100及连接在桁架6100与主架3000之间的俯仰驱动机构6200，桁架6100铰接于主架3000，机翼1000安装在桁架6100上。

这样，首先桁架6100是铰接在主架3000上的，使得桁架6100具有相对于主架3000而进行摆转的基础，同时由于在桁架6100与主架3000之间连接有俯仰驱动机构6200，在俯仰驱动机构6200的作用下即可使得桁架6100以上述铰接处为基础进行摆转。

具体的，俯仰驱动机构6200包括第二驱动电机6210、螺杆6220及螺杆套筒6230。

其中，第二驱动电机6210用于提供旋转动力，其固定连接于主架3000。螺杆6220连接于第二驱动电机6210的输出轴，使得螺杆6220能够随着输出轴而转动。螺杆套筒6230具有一空腔，且在螺杆套筒6230的底部设有内螺纹，使得螺杆6220能够在螺杆套筒6230内移动，螺杆套筒6230则铰接于桁架6100。

如此，通过螺杆6220与螺杆套筒6230的设置，就可以使得俯仰驱动机构6200整体表现出伸长或者缩短，最终使得桁架6100在竖直面内进行摆转，而机翼1000是安装在桁架6100上，最终实现机翼1000的摆转。以图3中俯仰驱动机构6200的布置为例，此时俯仰驱动机构6200处于桁架6100与主架3000铰接处的后方，当俯仰驱动机构6200伸长时，机翼1000往下摆，反之，机翼1000则往上摆。

至此，通过俯仰驱动结构6000的设置，使得机翼1000能够在竖直方向上进行摆转，而最终实现飞行器的上升与下降，即俯仰动作；通过尾翼结构7000的设置，使得飞行器能够进行转向，即偏航动作。俯仰驱动结构6000与尾翼结构7000独立设置，提高了控制结构5000的控制精确性。

在机身2000的前端还设有电子舱2100，前述控制结构5000就安装在该电子舱2100内。需要注意的是，该电子舱2100需要密封设计且能够防雨或者防水。

控制结构5000包括飞控计算机、仪表设备及电气设备等，飞控计算机分别与俯仰驱动结构6000及尾翼结构7000相连，用于控制俯仰驱动结构6000及尾翼结构7000的动作。

如此，通过控制结构5000的作用就可使得飞行器进行俯仰动作或者偏航动作，大大提高了操作便利性，降低了人力的投入。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.尾翼结构，其特征在于，包括：

尾翼底梁；

翼片，所述翼片安装在所述尾翼底梁上，用以限定出尾翼的翼面，所述翼片的至少一部分可相对于所述尾翼底梁进行摆转；及

驱动机构，所述驱动机构安装在所述尾翼底梁上，用于驱动所述翼片进行摆转。

2.如权利要求1所述的尾翼结构，其特征在于，所述翼片包括主翼片及副翼片，所述主翼片限定出尾翼的主翼面，所述副翼片限定出尾翼的副翼面，且所述副翼片处于所述主翼片的后方，所述主翼片固定安装在所述尾翼底梁上，所述副翼片以摆转的方式安装在所述尾翼底梁上。

3.如权利要求2所述的尾翼结构，其特征在于，所述尾翼结构还包括固定柱，所述固定柱固定安装在所述尾翼底梁上，所述副翼片安装在所述固定柱上，并可围绕所述固定柱摆转。

4.如权利要求3所述的尾翼结构，其特征在于，所述驱动机构包括：

第一驱动电机；

旋转座，所述旋转座的中心连接于所述驱动电机的输出轴；

拉杆，所述拉杆固定设置在所述副翼片的两侧；及

拉带，所述拉带连接在所述旋转座的两侧与所述拉杆之间。

5.如权利要求4所述的尾翼结构，其特征在于，所述第一驱动电机为舵机。

6.无人自主伞翼滑翔飞行器，包括机翼、机身及主架，所述主架固定安装在所述机身上，所述机翼以摆转的方式安装在所述主架上，其特征在于，还包括：

俯仰驱动结构，所述俯仰驱动结构用于输出沿竖向的摆转运动，所述俯仰驱动结构安装在所述主架上，所述机翼安装在所述俯仰驱动结构上；及

如权利里要求1-5中任一项所述的尾翼结构，所述尾翼结构安装在所述机身的尾部。

7.如权利要求6所述的无人自主伞翼滑翔飞行器，其特征在于，所述俯仰驱动结构包括桁架及连接在所述桁架与所述主架之间的俯仰驱动机构，所述桁架铰接于所述主架，所述机翼安装在所述桁架上。

8.如权利要求7所述的无人自主伞翼滑翔飞行器，其特征在于，所述俯仰驱动机构包括：

第二驱动电机，其固定连接于所述主架；

螺杆，所述螺杆连接于所述第二驱动电机的输出轴；及

螺杆套筒，所述螺杆套筒的底部设有与所述螺杆配合的内螺纹，使得所述螺杆能够在所述螺杆套筒内移动，所述螺杆套筒铰接于所述桁架。

9.如权利要求6所述的无人自主伞翼滑翔飞行器，其特征在于，还包括动力结构，所述动力结构安装在所述机身上，用于提供前进动力。

10.如权利要求6所述的无人自主伞翼滑翔飞行器，其特征在于，还包括控制结构，所述控制结构安装在所述机身上，所述控制结构包括飞控计算机、仪表设备及电气设备，所述飞控计算机分别与所述俯仰驱动结构及所述尾翼结构相连，用于控制所述俯仰驱动结构及所述尾翼结构的动作。