CN108639311A - 一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置。该装置包括舵机、摇臂、凸轮和遥控器；所述摇臂安装在舵机上，通过舵机带动摇臂进行转动，所述凸轮固定安装在无人机电机转轴的尾部；所述摇臂转动过程中与凸轮接触，使得凸轮通过无人机电机转轴带动螺旋桨转动至水平位置；所述遥控器通过无线网络连接所述舵机。本发明实现了将全电型垂直起降固定翼无人机的前飞螺旋桨在降落阶段限制在水平位置附近，避免了使用折叠桨、起落架等降低飞机气动性能的部件；本发明通过对摇臂顶面的设计实现了摇臂的自锁，使得摇臂在转动到位后，螺旋桨的转动不能使摇臂产生转动。

Description

一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置

技术领域

本发明属于飞行器技术领域，具体涉及一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置。

背景技术

目前全电型垂直起降固定翼无人机均采用电机作为前飞动力，由于该类型飞机的前飞螺旋桨在垂直降落阶段是不工作的，螺旋桨相对于机身处于自由状态。由于螺旋桨的半径通常大于机身的高度，如果在降落阶段螺旋桨刚好处于竖直方向附近，当无人机不安装起落架时，降落时螺旋桨必然与地面发生碰撞，从而损坏螺旋桨，因此大部分全电型垂直起降固定翼无人机都安装有起落架。但是增加起落架一方面带来了无人机死重的增加，而且还带来了不必要的飞行阻力。为了提高飞机的性能，有必要省略无人机上的起落架，目前的方案有以下几种。一种是采用可折叠螺旋桨，使得降落时前飞螺旋桨在气流作用下处于折叠状态，避免触地，例如成都纵横公司的007无人机；一种是将通过设计无人机的总体构型，使得螺旋桨安装在机身较高的位置，在机腹着地时螺旋桨在任意位置都无法触地。

上述现有技术方案尚存在一些不足之处。首先，折叠螺旋桨的力效小于普通的螺旋桨，即产生同等拉力情况下消耗的能量更多，会导致无人机的航时航程降低；其次，将螺旋桨安装在机身较高位置时，整机的拉力线会上移，从而在飞机飞行时产生较大的低头力矩，需要通过尾翼产生向下的力来平衡该低头力矩，同样对整机的气动性能产生不好的影响。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明针对全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨，提供了一种限位装置，使得前飞螺旋桨在飞机垂直降落时，前飞螺旋桨停在水平方向附近，确保无人机在不安装起落架的情况下，避免前飞螺旋桨触地，有效保护了螺旋桨。具体技术方案如下：

一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置，包括舵机、摇臂、凸轮和遥控器；所述摇臂安装在舵机上，通过舵机带动摇臂进行转动，所述凸轮固定安装在无人机电机转轴的尾部；所述摇臂转动过程中与凸轮接触，使得凸轮通过无人机电机转轴带动螺旋桨转动至水平位置；所述遥控器通过无线网络连接所述舵机。

优选地，设摇臂与舵机连接的一端为底部，摇臂的另一端为顶部，所述摇臂顶部的侧面形状为圆柱面。

采用本发明获得的有益效果：1、本发明实现了将全电型垂直起降固定翼无人机的前飞螺旋桨在降落阶段限制在水平位置附近，避免了使用折叠桨、起落架等降低飞机气动性能的部件。2、本发明结构简单，仅通过摇臂和凸轮的接触实现螺旋桨的停转与限位，稳定性高，执行效率高。3、本发明通过对摇臂顶面的设计实现了摇臂的自锁，使得摇臂在转动到位后，螺旋桨的转动不能使摇臂产生转动。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明装置与无人机机体结合示意图；

图3为凸轮转动范围示意图；

图4为螺旋机的转动方向与摇臂的转动方向示意图；

图5为摇臂的结构示意图；

图中符号说明：

1、舵机，2、摇臂，3、凸轮，4、螺旋桨，5、电机，6、无人机机体，7、电机转轴，8、舵机转轴，9、凸轮的转动范围轨迹线，10、螺旋桨转动方向，11、摇臂转动方向，12、摇臂顶部，13、摇臂与凸轮接触的顶面切线，14、接触力的方向线。

具体实施方式

下面，结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，图中给出了一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置。该装置包括舵机1、摇臂2、凸轮3和遥控器；所述摇臂2安装在舵机1上，通过舵机带动摇臂进行转动，所述凸轮3固定安装在无人机上电机转轴5的尾部；所述摇臂转动过程中与凸轮接触，使得凸轮通过无人机电机转轴带动螺旋桨转动至水平位置；所述遥控器通过无线网络连接所述舵机。遥控器未在图1中示出，螺旋桨在图1中只示出了局部。

如图2所示，为本发明装置与无人机机体结合示意图。飞机的前飞螺旋桨4先安装在前飞电机上，前飞电机固定安装在无人机机体6上，在电机尾部的轴上安装所述凸轮。电机转动时电机的转轴带动螺旋桨和凸轮绕图1中的电机转轴转动，同样，当凸轮在外力作用下产生转动时，凸轮通过电机转轴带动螺旋桨产生相同的转动。

所述舵机固定安装在无人机机体上，舵机转轴的最大转动区间通常为-60o～60o。所述摇臂安装在舵机的输出轴上，当舵机的输出轴(舵机转轴)转动时，带动摇臂一起转动，当摇臂逆时针转动到凸轮正下方时(如图1)，舵机转轴处于最大转动位置(即-60o位置，摇臂顶面与凸轮完全接触位置)。

在无人机起飞前，通过地面的遥控器控制舵机带动摇臂顺时针旋转，至+60o位置，让出凸轮的运动范围，使得摇臂不干扰电机工作，凸轮的转动范围轨迹线9如图3所示。

在无人机降落阶段，当前飞电机停止工作后，通过遥控器控制舵机带动摇臂逆时针旋转，在摇臂旋转过程中摇臂与凸轮产生接触，利用摇臂与凸轮之间的接触力，使得螺旋桨转动，假设螺旋桨处于竖直的位置，摇臂与凸轮接触时如图4所示。图4中给出了摇臂的转动方向和螺旋桨的转动方向，最后，通过遥控器控制舵机与摇臂逆时针转动到最大转动位置(如图1所示的位置，即-60o位置，摇臂与凸轮完全接触)并停止转动。所述摇臂的顶部为一个圆柱面，如图5所示。所述圆柱面的中心轴恰好为舵机转轴。当摇臂转动到位后，如果在外界的扰动下凸轮继续绕电机转轴转动，由于摇臂的顶部位于凸轮的转动范围之内，凸轮的侧面必定与摇臂的顶面产生接触。因摇臂顶面为圆柱面，无论凸轮与摇臂的接触点在任何位置，其接触力通过圆柱面的轴线(舵机转轴)，即接触力14对摇臂产生的力矩为0，即无论接触力的大小是多少，均不能使摇臂产生旋转，使得摇臂可以始终位于凸轮的转动范围之内，从而阻止凸轮和螺旋桨的转动，这种设计保证了摇臂的自锁性能。即仅能通过摇臂拨动螺旋桨，当摇臂转动到位后，螺旋桨无法拨动摇臂，实现螺旋桨的限位。

具体实施例中，本发明装置的操作过程为：固定翼无人机处于降落阶段，当前飞电机停止工作后，通过舵机带动摇臂转动并停在最大转动位置(-60o位置)，如果螺旋桨处于竖直方向附近，则摇臂转动过程中与电机后部的凸轮接触，使得凸轮带动螺旋桨转动至水平方向附近；当摇臂转动到位后停止，通过凸轮与摇臂之间的自锁设计，使得凸轮只能小范围转动，保证前飞螺旋桨一直位于水平方向附近。本发明通过实验制出样机，对于10Kg级别的无人机，该限位装置采用7075铝合金机加工，整体质量50g，而该级别无人机的一套常用的复合材料起落架重约70g，采用本发明装置可减重约20g，而且当螺旋桨处于任意位置都能够通过本发明装置拨动螺旋浆，使其位于水平位置附近，并且当摇臂转动到位以后，无论施加多大的力矩都无法使得螺旋桨产生大范围的转动，和设计的预期一致。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的方法，应当指出，对于技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰和改进，这些修饰和改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置，其特征在于：包括舵机、摇臂、凸轮和遥控器；所述摇臂安装在舵机上，通过舵机带动摇臂进行转动，所述凸轮固定安装在无人机电机转轴的尾部；所述摇臂转动过程中与凸轮接触，使得凸轮通过无人机电机转轴带动螺旋桨转动至水平位置；所述遥控器通过无线网络连接所述舵机。

2.如权利要求1所述的一种全电型垂直起降固定翼无人机前飞螺旋桨的限位装置，设摇臂与舵机连接的一端为底部，另一端为顶部，其特征在于：所述摇臂顶部的侧面形状为圆柱面。