CN109110120A - 一种三旋翼无人机升力系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三旋翼无人机升力系统，包括机身、竖直旋翼、水平旋翼、水平短翼、竖直短翼、转台机构、角度传感器、风压传感器及飞行控制系统，竖直旋翼通过水平短翼与机身侧表面相互连接，水平旋翼通过竖直短翼与机身连接，每个转台机构上均设至少一个角度传感器，水平短翼上均设至少三个风压传感器，竖直短翼上设至少三个风压传感器，机身前侧表面均布至少三个风压传感器。本发明结构简单，运行效率高，对升力系统调控灵活且调控精度高，还可实现快速对无人机系统记性升力系统调整、更换，在提高无人机故障排出效率的同时，有效的提高无人机设备运行的灵活性、稳定性。

Description

一种三旋翼无人机升力系统

技术领域

本发明涉及一种无人机结构，确切地说是一种三旋翼无人机升力系统。

背景技术

目前所使用的旋翼式无人机设备中，旋翼机构往往通过连接梁安装在机身侧表面或直接位置机身的前端面、后端面及上端面任意位置，这种结构虽然可以满足为无人机提供飞行时所需的升力，满足无人机飞行作业的需要，但一方面造成无人机升力体结构固定，不能根据飞行中的气流变化灵活调整无人机所受升力的方向，从而一方面造成无人机飞行时的运行能耗相对较高，另一方在造成无人机设备飞行时对复杂气流环境调整及适应能力差，严重影响了无人机设备使用的灵活性和可靠性，同时，传统的旋翼布局方式，一方面需要为无人机增加额外的重量，影响无人机的有效承载能力，另一方面也极易造成无人机设备机体内部空间受到影响，导致无人机设备机内空间利用率低下，严重影响无人机设备的承载能力和承载作业的灵活性，于此同时，当前无人机设备的诸如旋翼、驱动引擎等升力系统设备与机身间连接相对固定，因此导致当升力系统需要进行更换、维护及检修作业时，拆除及安装难度大，且工作效率低下，从而严重影响了无人机设备故障排出效率和无人机设备运行的连续性和稳定性。

因此针对这一现状，迫切需要开发一种全新的轮胎结构，以满足实际使用的需要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种三旋翼无人机升力系统，该发明结构简单，运行效率高，对升力系统调控灵活且调控精度高，一方面可有效为无人机设备充足的升力，且升力方向调整灵活方便，可有效提高无人机设备对复杂气流环境的抵御能力并有效降低无人机设备运行能耗，另一方面可有效的实现无人机垂直起降、水平运行作业的灵活性和便捷性，节省无人机设备机内空间，提高无人机设备的空间利用率和有效载荷能力，从而极大的提高无人机设备运行的稳定性、可靠性、便捷性和适航性，除此之外，还可实现快速对无人机系统记性升力系统调整、更换，在提高无人机故障排出效率的同时，有效的提高无人机设备运行的灵活性、稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种三旋翼无人机升力系统，包括机身、竖直旋翼、水平旋翼、水平短翼、竖直短翼、转台机构、角度传感器、风压传感器及飞行控制系统，机身为轴线与水平呈0°—45°夹角的密闭腔体结构，竖直旋翼共两个，以机身轴线对称分布在机身两侧，各竖直旋翼通过水平短翼与机身侧表面相互连接，竖直旋翼与机身后端面间间距为机身长度的1/6—1/2，水平短翼两端分别设转台结构，并通过转台机构与承载腔外表面和竖直旋翼外表面相互铰接，水平短翼轴线与机身轴线相互垂直分布，水平短翼下端面与水平面呈0°—60°夹角，水平短翼轴线与竖直旋翼轴线呈0°—60°夹角，竖直旋翼轴线与水平面呈±45°，水平旋翼一个，通过竖直短翼与机身连接，其中水平旋翼轴线与水平面平行分布并与竖直短翼轴线垂直并相交，所述竖直短翼轴线与机身轴线垂直并相交，所述的竖直短翼下端面通过转台机构与机身上端面铰接，并可环绕竖直短翼轴线进行±60°夹角范围旋转，所述的角度传感器数量与转台机构数量一致，且每个转台机构上均设至少一个角度传感器，所述的风压传感器若干，每个水平短翼上均设至少三个风压传感器，并沿水平短翼轴线方向均布在水平短翼的上端面、前端面和下端面上，竖直短翼上设至少三个风压传感器，且竖直短翼上的风压传感器沿竖直短翼轴线自上而下均布在竖直短翼的前端面和两侧侧表面上，机身前侧表面均布至少三个风压传感器，机身侧表面的风压传感器沿机身轴线均布，且机身两侧的风压传感器以机身轴线对称分布，所述的飞行控制系统嵌于机身内，并分别与竖直旋翼、水平旋翼、转台机构、角度传感器、风压传感器电气连接。

进一步的，所述的机身包括承载龙骨和承载腔，所述的承载龙骨包覆在承载腔后半段外表面，并通过至少两条导向滑轨与承载腔外表面滑动连接，所述的导向滑轨和承载龙骨内表面均与承载腔外表面平行分布，且每条导向滑轨上均设至少两个定位块，所述的定位块沿导向滑轨均布，其后端与导向滑轨间通过电磁定位销相互连接，前端面通过电磁定位销与承载腔外表面相互连接，且所述的电磁定位销与飞行控制系统电气连接。

进一步的，所述的转台机构对应的水平短翼、竖直短翼位置设定位槽，所述的转台机构有效高度1/3—2/3部分嵌于定位槽内并与定位槽同轴分布。

进一步的，所述的水平短翼前端面和后端面的横端面均为圆弧结构，且水平短翼上端面为弧形结构，下端面为平面结构，上端面长度为下端面长度的1.5—3倍，所述的竖直短翼横断面为梭形、水滴型、菱形及椭圆形结构中的任意一种。

进一步的，所述的竖直旋翼、水平旋翼均包括旋翼、传动轴、变速箱、驱动机构及承载壳，所述的变速箱、驱动机构均嵌于承载壳内，且所述的变速箱通过传动轴与驱动机构和旋翼连接，所述的旋翼位于承载壳外并与传动轴同轴分布。

进一步的，所述的驱动机构为电动机和内燃机中的任意一种。

进一步的，所述的转台机构为步进电动机驱动的三维状态或二维转台中的任意一种。

进一步的，所述的飞行控制系统为基于单片机的自动控制系统，且飞行控制系统设至少一个串口通讯端口。

本发明结构简单，运行效率高，对升力系统调控灵活且调控精度高，一方面可有效为无人机设备充足的升力，且升力方向调整灵活方便，可有效提高无人机设备对复杂气流环境的抵御能力并有效降低无人机设备运行能耗，另一方面可有效的实现无人机垂直起降、水平运行作业的灵活性和便捷性，节省无人机设备机内空间，提高无人机设备的空间利用率和有效载荷能力，从而极大的提高无人机设备运行的稳定性、可靠性、便捷性和适航性，除此之外，还可实现快速对无人机系统记性升力系统调整、更换，在提高无人机故障排出效率的同时，有效的提高无人机设备运行的灵活性、稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明。

图1为本发明结构示意图；

图2为水平短翼轴线断面结构示意图。

具体实施方式

为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，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1和2所述的一种三旋翼无人机升力系统，包括机身1、竖直旋翼2、水平旋翼3、水平短翼4、竖直短翼5、转台机构6、角度传感器7、风压传感器8及飞行控制系统9，机身1为轴线与水平呈0°—45°夹角的密闭腔体结构，竖直旋翼2共两个，以机身1轴线对称分布在机身1两侧，各竖直旋翼2通过水平短翼4与机身1侧表面相互连接，竖直旋翼2与机身1后端面间间距为机身1长度的1/6—1/2，水平短翼4两端分别设转台结构6，并通过转台机构6与机身1外表面和竖直旋翼2外表面相互铰接，水平短翼4轴线与机身1轴线相互垂直分布，水平短翼4下端面与水平面呈0°—60°夹角，水平短翼4轴线与竖直旋翼2轴线呈0°—60°夹角，竖直旋翼2轴线与水平面呈±45°，水平旋翼3一个，通过竖直短翼5与机身1连接，其中水平旋翼3轴线与水平面平行分布并与竖直短翼5轴线垂直并相交，竖直短翼5轴线与机身1轴线垂直并相交，竖直短翼5下端面通过转台机构6与机身1上端面铰接，并可环绕竖直短翼5轴线进行±60°夹角范围旋转，角度传感器7数量与转台机构6数量一致，且每个转台机构6上均设至少一个角度传感器7，风压传感器8若干，每个水平短翼3上均设至少三个风压传感器8，并沿水平短翼3轴线方向均布在水平短翼4的上端面、前端面和下端面上，竖直短翼5上设至少三个风压传感器5，且竖直短翼5上的风压传感器8沿竖直短翼5轴线自上而下均布在竖直短翼5的前端面和两侧侧表面上，机身1前侧表面均布至少三个风压传感器8，机身1侧表面的风压传感器8沿机身1轴线均布，且机身1两侧的风压传感器8以机身1轴线对称分布，飞行控制系统9嵌于机身1内，并分别与竖直旋翼2、水平旋翼3、转台机构6、角度传感器7、风压传感器8电气连接。

本实施例中，所述的机身1包括承载龙骨101和承载腔102，所述的承载龙骨101包覆在承载腔102后半段外表面，并通过至少两条导向滑轨103与承载腔102外表面滑动连接，所述的导向滑轨103和承载龙骨101内表面均与承载腔102外表面平行分布，且每条导向滑轨103上均设至少两个定位块104，所述的定位块104沿导向滑轨103均布，其后端与导向滑轨103间通过电磁定位销105相互连接，前端面通过电磁定位销105与承载腔102外表面相互连接，且所述的电磁定位销105与飞行控制系统9电气连接。

本实施例中，所述的转台机构6对应的水平短翼4、竖直短翼5位置设定位槽11，所述的转台机构6有效高度1/3—2/3部分嵌于定位槽11内并与定位槽11同轴分布。

本实施例中，所述的水平短翼4前端面和后端面的横端面均为圆弧结构，且水平短翼4上端面为弧形结构，下端面为平面结构，上端面长度为下端面长度的1.5—3倍，所述的竖直短翼5横断面为梭形、水滴型、菱形及椭圆形结构中的任意一种。

本实施例中，所述的竖直旋翼2、水平旋翼3均包括旋翼201、传动轴202、变速箱203、驱动机构204及承载壳205，所述的变速箱203、驱动机构204均嵌于承载壳205内，且所述的变速箱203通过传动轴202与驱动机构204和旋翼20连接，所述的旋翼201位于承载壳205外并与传动轴202同轴分布。

本实施例中，所述的驱动机构204为电动机和内燃机中的任意一种。

本实施例中，所述的转台机构6为步进电动机驱动的三维状态或二维转台中的任意一种。

本实施例中，所述的飞行控制系统9为基于单片机的自动控制系统，且飞行控制系统设至少一个串口通讯端口。

本发明在具体实施中，首先对机身、竖直旋翼、水平旋翼、水平短翼、竖直短翼、转台机构、角度传感器、风压传感器及飞行控制系统，并将飞行控制系统与无人机设备的主控系统间电气连接，从而完成本发明装配备用。

在无人机设备起降作业时，直径由竖直旋翼运行，水平旋翼辅助运行，同时通过转台机构调整水平短翼与机身和竖直旋翼间的夹角，一方面由竖直旋翼对无人机设备施加与竖直方向呈0°—45°范围内夹角的升力，另一方面由水平短翼通过流经短翼表面气流为机身提供额外升力，从而驱动机身进行垂直升降作业，并在升降作业中实现对无人机机身进行一定范围内平移，于此同时，另可通过转台机构调整竖直旋翼的工作位置，实现在垂直起降过程中对无人机进行辅助平移和转向作业的需要。

在无人机滑跑起降或垂直起飞到达一定高度进行水平飞行时，竖直旋翼、水平旋翼同时运行，一方面由水平旋翼为机身提供飞行时在水平方向上的驱动动力，实现机身在水平方向上运行，同事可通过转台机构调整竖直旋翼的工作位置，实现对无人机进行调整飞行方向作业的需要，另一方面通过台机构调整水平短翼与机身和竖直旋翼间的夹角，由水平短翼为机身水平运行时提供额外升力，通过竖直旋翼运行对无人机设备施加与竖直方向呈0°—45°范围内夹角的升力，为机身飞行同时提供竖直方向的升力和水平方向的升力，从而实现起降或垂直起飞到达一定高度进行水平飞行的需要，同时另可在降落时，通过调整竖直旋翼和水平短翼，为机身提供阻力，提高制动能力并缩短滑跑距离。

在飞行过程中，通过位于水平短翼、竖直短翼及机身上的各风压传感器适时检测飞行中的机身受到的气流影响和升力，然后一方面调整竖直旋翼、水平旋翼的运行功率，另一方面调整水平短翼、竖直短翼与机身和竖直旋翼、水平旋翼间的夹角，一方面由竖直旋翼对无人机设备施加与竖直方向呈0°—45°范围内夹角的升力，通过水平旋翼调整无人机飞行方向，另一方面由水平短翼通过流经短翼表面气流为机身提供额外升力，从而消除复杂气流对机身运行时的影响，在确保升力稳定的同时，另有效的提高机身飞行时的稳定性。

在进行对竖直旋翼、水平旋翼、水平短翼、竖直短翼、转台机构、角度传感器等设备进行维护、更换时，或因飞行需要对竖直旋翼、水平旋翼功率等进行调整时，直接松开与承载腔连接的定位销，然后将承载龙骨及与承载龙骨连接的竖直旋翼、水平旋翼、水平短翼、竖直短翼、转台机构、角度传感器等设备进行整体拆除，然后将满足需要的新的承载龙骨及与该承载龙骨连接的竖直旋翼、水平旋翼、水平短翼、竖直短翼、转台机构、角度传感器等设备装配到承载腔上，即可实现快速更换调整作业，提高无人机设备运行稳定性和连续性的目的。

本发明结构简单，运行效率高，对升力系统调控灵活且调控精度高，一方面可有效为无人机设备充足的升力，且升力方向调整灵活方便，可有效提高无人机设备对复杂气流环境的抵御能力并有效降低无人机设备运行能耗，另一方面可有效的实现无人机垂直起降、水平运行作业的灵活性和便捷性，节省无人机设备机内空间，提高无人机设备的空间利用率和有效载荷能力，从而极大的提高无人机设备运行的稳定性、可靠性、便捷性和适航性，除此之外，还可实现快速对无人机系统记性升力系统调整、更换，在提高无人机故障排出效率的同时，有效的提高无人机设备运行的灵活性、稳定性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。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范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的三旋翼无人机升力系统包括机身、竖直旋翼、水平旋翼、水平短翼、竖直短翼、转台机构、角度传感器、风压传感器及飞行控制系统，所述的机身为轴线与水平呈0°—45°夹角的密闭腔体结构，所述的竖直旋翼共两个，以机身轴线对称分布在机身两侧，各竖直旋翼通过水平短翼与机身侧表面相互连接，所述的竖直旋翼与机身后端面间间距为机身长度的1/6—1/2，所述的水平短翼两端分别设转台结构，并通过转台机构与承载腔外表面和竖直旋翼外表面相互铰接，所述的水平短翼轴线与机身轴线相互垂直分布，水平短翼下端面与水平面呈0°—60°夹角，所述的水平短翼轴线与竖直旋翼轴线呈0°—60°夹角，所述的竖直旋翼轴线与水平面呈±45°，所述的水平旋翼一个，通过竖直短翼与机身连接，其中所述的水平旋翼轴线与水平面平行分布并与竖直短翼轴线垂直并相交，所述竖直短翼轴线与机身轴线垂直并相交，所述的竖直短翼下端面通过转台机构与机身上端面铰接，并可环绕竖直短翼轴线进行±60°夹角范围旋转，所述的角度传感器数量与转台机构数量一致，且每个转台机构上均设至少一个角度传感器，所述的风压传感器若干，每个水平短翼上均设至少三个风压传感器，并沿水平短翼轴线方向均布在水平短翼的上端面、前端面和下端面上，竖直短翼上设至少三个风压传感器，且竖直短翼上的风压传感器沿竖直短翼轴线自上而下均布在竖直短翼的前端面和两侧侧表面上，机身前侧表面均布至少三个风压传感器，机身侧表面的风压传感器沿机身轴线均布，且机身两侧的风压传感器以机身轴线对称分布，所述的飞行控制系统嵌于机身内，并分别与竖直旋翼、水平旋翼、转台机构、角度传感器、风压传感器电气连接。

2.根据权利要求1所述的一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的机身包括承载龙骨和承载腔，所述的承载龙骨包覆在承载腔后半段外表面，并通过至少两条导向滑轨与承载腔外表面滑动连接，所述的导向滑轨和承载龙骨内表面均与承载腔外表面平行分布，且每条导向滑轨上均设至少两个定位块，所述的定位块沿导向滑轨均布，其后端与导向滑轨间通过电磁定位销相互连接，前端面通过电磁定位销与承载腔外表面相互连接，且所述的电磁定位销与飞行控制系统电气连接。

3.根据权利要求1所述的一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的转台机构对应的水平短翼、竖直短翼位置设定位槽，所述的转台机构有效高度1/3—2/3部分嵌于定位槽内并与定位槽同轴分布。

4.根据权利要求1所述的一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的水平短翼前端面和后端面的横端面均为圆弧结构，且水平短翼上端面为弧形结构，下端面为平面结构，上端面长度为下端面长度的1.5—3倍，所述的竖直短翼横断面为梭形、水滴型、菱形及椭圆形结构中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的竖直旋翼、水平旋翼均包括旋翼、传动轴、变速箱、驱动机构及承载壳，所述的变速箱、驱动机构均嵌于承载壳内，且所述的变速箱通过传动轴与驱动机构和旋翼连接，所述的旋翼位于承载壳外并与传动轴同轴分布。

6.根据权利要求5所述的一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的驱动机构为电动机和内燃机中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的转台机构为步进电动机驱动的三维状态或二维转台中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种三旋翼无人机升力系统，其特征在于：所述的飞行控制系统为基于单片机的自动控制系统，且飞行控制系统设至少一个串口通讯端口。