CN108891592B - 一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，采用三点式结构布局，前部的两个动力装置安装在机翼上，后部的一个动力装置安装在机身后部下方；前部的动力装置包括前部电机、前部电机座、前部舵机组件和支架结构；前部舵机组件能够驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动，带动前部电机在朝向无人机前方和朝向无人机上方这两个方向之间转动；后部的动力装置包括后部电机、后部电机座、后部舵机组件和机身连接架；后部舵机组件驱动后部电机座绕后部电机座两侧转轴转动，带动后部电机在朝向无人机机身左下和右下这两个方向之间摆动。本发明能够适应小型无人机滑行起降或垂直起降的工作要求。

Description

一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置
技术领域
本发明涉及无人飞行器动力装置结构设计领域，具体涉及一种用于同时具备滑跑起降和垂直起降的小型无人飞行器的带倾转机构动力装置。
背景技术
在针对某新型无人机的设计过程中，为了使其兼备滑跑起降和垂直起降的功能，需要对其动力装置进行改进设计，使其具有可倾转电机角度的功能，可以在特殊环境下利用改变电机角度方向，使其具有可提供垂直方向上的无人机起飞所需的升力。
在无人机的设计过程中，针对其动力装置的结构，一方面要求其进行结构轻量化设计，具体表现在结构设计巧妙、布局合理、选材适宜；另一方面，轻量化设计的结构还能够承受电机倾转角度而带来的力矩变化。要做到满足无人机对动力装置的功能需求以及严苛的重量设计指标，在动力装置的整体设计过程中，要在确保结构强度的前提下，力求做到动力装置的结构简单，功能完善且重量较轻。
发明内容
目前常见的小型无人机主要以电能驱动为主，主要由电机提供动力，为了适应该新型无人机的多种起降方式，需要使无人机的动力装置具备倾转角度的功能，使其可以适应不同的工作环境，通过改变电机朝向以分别提供向前和向上的动力，进而使无人机具有滑行起降或垂直起降的功能。
为此，本发明提出一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：采用三点式结构布局，前部的两个动力装置安装在机翼上，后部的一个动力装置安装在机身后部下方；
前部的动力装置包括前部电机、前部电机座、前部舵机组件和支架结构；所述支架结构包括两侧的碳纤维承力腹板和连接两侧碳纤维承力腹板的若干铝合金连接件，并通过铝合金连接件与机翼的梁结构以及起落架相连接；
所述前部电机座为圆环结构，前部电机固定安装在前部电机座中；前部电机座两侧的转轴与支架结构中的两侧碳纤维承力腹板连接，并能够绕自身轴线转动；前部舵机组件安装在支架结构上，前部舵机组件能够驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动，从而带动前部电机在朝向无人机前方和朝向无人机上方这两个方向之间转动；
后部的动力装置包括后部电机、后部电机座、后部舵机组件和机身连接架；所述后部电机座为圆环结构，后部电机固定安装在后部电机座中；后部电机座两侧的转轴与机身连接架连接，并能够绕自身轴线转动；机身连接架与机身后部下方固定连接；后部舵机组件安装在机身连接架上，后部舵机组件的舵机通过连杆和摇臂直接连接后部电机座侧面，直接驱动后部电机座绕后部电机座两侧转轴转动，从而带动后部电机在朝向无人机机身左下和右下这两个方向之间摆动。
进一步的优选方案，所述一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：前部电机座的侧面具有限位销，能够在前部电机座转轴绕自身轴线转动时，与支架结构中的某一铝合金连接件形成约束。
进一步的优选方案，所述一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：前部舵机组件安装在支架结构中的两侧碳纤维承力腹板的外侧；舵机通过连杆和摇臂连接前部电机座的转轴，直接驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动。
进一步的优选方案，所述一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：前部舵机组件安装在支架结构中的铝合金连接件上，舵机通过连杆和摇臂直接连接前部电机座侧面，直接驱动前部电机座绕前部电机座两侧转轴转动。
进一步的优选方案，所述一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：支架结构中的两侧碳纤维承力腹板上开有减轻孔。
有益效果
从结构角度来说，这种动力装置的设计使无人机同时具备滑行起降和垂直起降两种功能，以应对不同的工作环境。从材料上来说，起落架选择了铝合金材料和碳纤维复合材料相配合的形式，尺寸较大的部件使用了碳纤维材料，其抗压、抗拉、抗扭性能较好，在提供足够的结构强度与刚度的同时很好的控制了结构质量；结构连接件则全部由铝合金材料制成，原因在于连接部位属疲劳损伤严重的部位，铝合金的疲劳特性与可靠性要优于碳纤维复合材料。
从功能角度来说，前部的两个电机，在滑行起降和平飞状态下可以提供水平方向的动力，在垂直起飞时转动90度角，与后部的电机同时提供竖直方向的动力。在垂直起降与平飞状态进行转换时，同时控制前部电机和后部电机的倾转角度，可以达到稳定无人机飞行姿态的目的。
从应用角度来说，这种简单实用的结构形式，其各部件易于加工制造，装配简单，维修维护方便快捷，同时还具备较强的改装潜力，根据所应用的无人机的结构布局与外形尺寸的不同，其所使用的电机规格、舵机规格、结构件尺寸、结构材料厚度和连接方式等都可以通过更换部件进行调整，在满足了性能需求、强度刚度需求的前提下，最大限度地控制了结构质量，这对无人机是十分关键的。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：本发明动力装置总体结构示意图
图2：是本发明前部动力装置结构示意图
1-前部电机；2-前部电机座；3-前部电机座转轴；4-前部舵机组件；5-碳纤维承力腹板；6-第一铝合金连接件；7-第二铝合金连接件；8-第三铝合金连接件；9-第四铝合金连接件；
图3：是本发明后部动力装置结构示意图
10-后部电机；11-后部电机座；12-后部电机座转轴；13-后部舵机组件；14-机身连接架。
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，旨在用于解释本发明，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”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。因此，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。
目前常见的小型无人机主要以电能驱动为主，主要由电机提供动力，为了适应该新型无人机的多种起降方式，需要使无人机的动力装置具备倾转角度的功能，使其可以适应不同的工作环境，通过改变电机朝向以分别提供向前和向上的动力，进而使无人机具有滑行起降和垂直起降的功能，即新型动力装置的设计需要满足滑跑起降的性能需求的同时还要能够适应垂直起降的方式。
如图1所示，本实施例提出一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，采用三点式结构布局，前部的两个动力装置安装在机翼上，后部的一个动力装置安装在机身后部下方。
如图2所示，前部的动力装置包括前部电机、前部电机座、前部舵机组件和支架结构；所述支架结构包括两侧的碳纤维承力腹板和连接两侧碳纤维承力腹板的若干铝合金连接件，并通过铝合金连接件与机翼的梁结构以及起落架相连接。
所述前部电机座为圆环结构，前部电机固定安装在前部电机座中；前部电机座两侧的转轴与支架结构中的两侧碳纤维承力腹板连接，并能够绕自身轴线转动；前部舵机组件安装在支架结构上，前部舵机组件能够驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动，从而带动前部电机在朝向无人机前方和朝向无人机上方这两个方向之间转动。当采用垂直起降方式时可通过舵机控制转动朝向无人机上方，提供竖直向上的升力，而在滑行起降和平飞状态下朝向无人机前方，提供水平方向的动力。
前部舵机组件可以安装在支架结构中的两侧碳纤维承力腹板的外侧；舵机通过连杆和摇臂连接前部电机座的转轴，直接驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动。前部舵机组件也可以安装在支架结构中的铝合金连接件上，舵机通过连杆和摇臂直接连接前部电机座侧面，直接驱动前部电机座绕前部电机座两侧转轴转动。如图2所示，本实施例中，前部舵机组件安装在支架结构中的两侧碳纤维承力腹板的外侧；舵机通过连杆和摇臂连接前部电机座的转轴，直接驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动。
此外，优选前部电机座的侧面具有限位销，能够在前部电机座转轴绕自身轴线转动时，与支架结构中的某一铝合金连接件形成约束，从而能够确定前部电机的转动位置，并防止转动过量。
后部的动力装置包括后部电机、后部电机座、后部舵机组件和机身连接架；所述后部电机座为圆环结构，后部电机固定安装在后部电机座中；后部电机座两侧的转轴与机身连接架连接，并能够绕自身轴线转动；机身连接架与机身后部下方固定连接；后部舵机组件安装在机身连接架上，后部舵机组件的舵机通过连杆和摇臂直接连接后部电机座侧面，直接驱动后部电机座绕后部电机座两侧转轴转动，从而带动后部电机在朝向无人机机身左下和右下这两个方向之间摆动。后部电机在垂直起降过程中同样提供竖直向上的升力，同时可通过舵机控制，对电机朝向进行小幅度的调整，可以达到稳定无人机飞行姿态的目的。
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不脱离本发明的原理和宗旨的情况下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 (3)

1.一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：采用三点式结构布局，前部的两个动力装置安装在机翼上，后部的一个动力装置安装在机身后部下方；
前部的动力装置包括前部电机、前部电机座、前部舵机组件和支架结构；所述支架结构包括两侧的碳纤维承力腹板和连接两侧碳纤维承力腹板的若干铝合金连接件，并通过铝合金连接件与机翼的梁结构以及起落架相连接；支架结构中的两侧碳纤维承力腹板上开有减轻孔；
所述前部电机座为圆环结构，前部电机固定安装在前部电机座中；前部电机座两侧的转轴与支架结构中的两侧碳纤维承力腹板连接，并能够绕自身轴线转动；前部舵机组件安装在支架结构上，前部舵机组件能够驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动，从而带动前部电机在朝向无人机前方和朝向无人机上方这两个方向之间转动；
前部电机座的侧面具有限位销，能够在前部电机座转轴绕自身轴线转动时，与支架结构中的某一铝合金连接件形成约束；
后部的动力装置包括后部电机、后部电机座、后部舵机组件和机身连接架；所述后部电机座为圆环结构，后部电机固定安装在后部电机座中；后部电机座两侧的转轴与机身连接架连接，并能够绕自身轴线转动；机身连接架与机身后部下方固定连接；后部舵机组件安装在机身连接架上，后部舵机组件的舵机通过连杆和摇臂直接连接后部电机座侧面，直接驱动后部电机座绕后部电机座两侧转轴转动，从而带动后部电机在朝向无人机机身左下和右下这两个方向之间摆动。
2.根据权利要求1所述一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：前部舵机组件安装在支架结构中的两侧碳纤维承力腹板的外侧；舵机通过连杆和摇臂连接前部电机座的转轴，直接驱动前部电机座转轴绕自身轴线转动。
3.根据权利要求1所述一种用于多功能小型无人飞行器的带倾转机构动力装置，其特征在于：前部舵机组件安装在支架结构中的铝合金连接件上，舵机通过连杆和摇臂直接连接前部电机座侧面，直接驱动前部电机座绕前部电机座两侧转轴转动。
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