CN109178301A - 一种固定翼旋翼混合无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固定翼旋翼混合无人机，将固定翼无人机和旋翼无人机的结构进行融合设计，把旋翼无人机可垂直起降，不受起降场地限制，固定翼无人机飞行速度快、航程远、载重大、效率高的特征相结合；固定翼旋翼混合无人机通过倾转整体机身使其更符合空气动力学特性，实现快速飞行。当固定翼旋翼混合无人机快速飞行时，机身向前倾转，使固定机翼水平，旋翼旋转；此时，四旋翼给无人机提供升力，同时提供向前飞行的动力，通过调节电机之间的差速来控制无人机的姿态；固定翼旋翼混合无人机的固定翼同时提供部分升力，固定翼和四旋翼的结合使无人机在飞行时既节省能量又提高其飞行速度，且可极大地减少快递的运输成本和时间。

Description

一种固定翼旋翼混合无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体地说，涉及一种固定翼旋翼混合无人机。

背景技术

随着国民经济的持续增强和电子商务平台的逐渐成熟发展，快递行业的业务量迅猛增加。尽管快递行业处于良好的发展态势，但也面临着诸多的挑战和困难，如物流爆仓，快递延误诸多问题。无人机具有制造成本低，机动性强，对任务环境要求低的特点，可利用无人机来解决快递行业的快递配送问题。目前，快递无人机已经成为一种发展趋势，固定翼快递无人机由于对起降场地空间和质量需求较高，不适合快递终端派送环节；多旋翼快递无人机由于巡航速度较低，有效载荷小，货舱空间有限，不适用于大尺寸快件远距离派送。然而现有的快递无人机大多采用多旋翼无人机；由于货物的重量不同，形状不规则，导致货物与多旋翼无人机相组合后，还需对其进行重新配重，导致配送效率大幅度降低。

中国专利CN201620480748.0公开了“一种多构型的固定翼旋翼混合无人机”,该固定翼旋翼混合无人机包括旋翼组件、固定翼系统和设备舱,其根据需求可轻松的在旋翼无人机、固定翼无人机和混合无人机三种模式间转换。旋翼无人机、固定翼无人机则是完全独立工作的部件。该固定翼旋翼混合无人机的旋翼组件是通过机架插接在设备舱，机架所需的刚度，强度较大；且存在飞行速度慢，飞行距离短的缺陷。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种固定翼旋翼混合无人机。该无人机采用全电动垂直起降、复合式V型尾翼布局，垂直起降不受起降地点限制；具有飞行速度快、长航时、长航程的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括第一旋翼组件、机身前段、固定翼动力组件、第二旋翼组件、第一机翼、第三旋翼组件、飞控系统、机身中后段、第四旋翼组件、第二机翼、第一尾翼、第二尾翼、前起落架、后起落架，第一旋翼臂，第二旋翼臂、电池舱、驱动电机、螺旋桨、拉力桨、电机座、副翼、电机，所述第一旋翼组件、第二旋翼组件、第三旋翼组件和第四旋翼组件为结构相同的部件，其均包括电机和螺旋桨，其中旋翼组件的螺旋桨设置于对应的电机上部，第一旋翼组件和第三旋翼组件通过第一旋翼臂连接，第二旋翼组件和第四旋翼组件通过第二旋翼臂连接，第一旋翼组件、第二旋翼组件、第三旋翼组件、第四旋翼组件的四个螺旋桨处于同一平面，形成螺旋桨平面、在垂直起降和平飞阶段，螺旋桨平面均为水平状态；

所述机身前段设有固定翼动力组件、机身前段和机身中后段组成该无人机的机身，机身前段包括机身头部，机身头部要包裹发动机组件，机身头部采用抛物线外形，机身中后段从机身最大直径处有一段曲线收缩直到尾部，机身中后段包括机身中部、机身尾部，机身中部用来装载电池、飞控组件，机身中部呈扁平状，其截面为变化结构,靠近机头的一端截面大于靠近尾部的一端截面，机身尾部呈细长扁平状，宽度从前向后逐渐减小，高度从前向后逐渐减小，机身前段和机身中后段在垂直起降阶段为水平状态；

所述固定翼动力组件设有驱动电机和拉力桨；拉力桨置于机身前段和驱动电机的前端，固定翼动力组件为前拉动力结构；

所述第一机翼呈水平矩形长直翼，其靠近机身前段安装有可上下转动的副翼，且第一机翼上有低阻翼梢；第二机翼呈水平矩形长直翼，其靠近机身前段安装有副翼，且第一机翼和第二机翼的机翼主梁分别与机身中部的主梁相连；第一机翼和第二机翼对称布置在机身中部的两端；

所述第一尾翼和第二尾翼构成机身的尾翼，机身的尾翼为V型尾翼，V型尾翼兼有垂尾和平尾的功能；第一尾翼和第二尾翼均呈梯形状，其能同时起纵向和航向稳定作用；

所述第一旋翼臂安装于第一机翼展向位置1/3处，第一旋翼臂置于第一机翼的下表面，第一旋翼臂的中间部分与第一机翼的下表面通过螺栓连接，第一旋翼组件和第三旋翼组件安装在第一旋翼臂上方的两端，通过电机座与第一旋翼臂相连；

所述第二旋翼臂安装于所述第二机翼展向位置1/3处，第二旋翼臂置于第二机翼的下表面，第二旋翼臂的中间部分与第二机翼的下表面通过螺栓连接，第二旋翼组件和第四旋翼组件安装在第二旋翼臂上方的两端，通过电机座与第一旋翼臂相连。

所述前起落架安装于机身前段下方1/2部位，后起落架安装于机身中后段下方1/2部位，起落架采用四点支撑式起落架形式，前起落架和后起落架均采用碳纤维梯形起落架形式，起落架顶部平台上有安装孔，通过螺栓与机体连接。

所述飞控系统包括飞控板，飞控板设置于机身的重心位置，飞控板始终与螺旋桨平面平行。

所述电池舱设置于该机身的重心位置，电池舱用于安装动力电池及调节无人机重心。

有益效果

本发明提出的一种固定翼旋翼混合无人机。该无人机采用全电动垂直起降、复合式V型尾翼布局，垂直起降不受起降地点限制；具有飞行速度快、长航时、长航程的特点。

本发明固定翼旋翼混合无人机，将固定翼无人机和旋翼无人机的结构进行融合设计，把旋翼无人机可垂直起降，不受起降场地限制，固定翼无人机飞行速度快、航程远、载重大、能量效率高的特征相结合，从而可执行许多其它飞行器不能执行的任务，取代人力配送货物。

本发明固定翼旋翼混合无人机通过倾转整体机身使其更符合空气动力学特性，实现快速飞行。当固定翼旋翼混合无人机快速飞行时，机身向前倾转，使固定机翼水平，旋翼旋转；此时，四旋翼给无人机提供升力，同时又提供向前飞行的动力，通过调节电机之间的差速来控制无人机的姿态；固定翼旋翼混合无人机的固定翼也提供一部分升力，固定翼和四旋翼的结合使无人机在飞行时即节省能量又提高了飞行速度。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种固定翼旋翼混合无人机作进一步详细说明。

图1为本发明固定翼旋翼混合无人机的轴视图。

图2为本发明固定翼旋翼混合无人机的正视图。

图3为本发明固定翼旋翼混合无人机的俯视图。

图4为本发明固定翼旋翼混合无人机的侧视图。

图5为螺旋桨示意图。

图中:

1.第一旋翼组件 2.机身前段 3.固定翼动力组件 4.第二旋翼组件 5.第一机翼6.第三旋翼组件 7.飞控系统 8.机身中后段 9.第四旋翼组件 10.第二机翼 11.第一尾翼12.第二尾翼 13.前起落架 14.后起落架 15.第一旋翼臂 16.第二旋翼臂 17.电池舱 18.驱动电机 19.螺旋桨 20.拉力桨 21.电机座 22.副翼 23.电机

具体实施方式

本实施例是一种固定翼旋翼混合无人机，

参阅图1～图5，本实施例固定翼旋翼混合无人机，将现有的固定翼无人机和四旋翼无人机的结构进行融合,将固定翼无人机的机翼与四旋翼无人机的旋翼臂有机组合,减轻其结构重量。

本实施例中，第一旋翼组件1和所述第三旋翼组件6分别通过电机座21与第一旋翼臂15连接；第二旋翼组件4和第四旋翼组件9分别通过电机座21与第二旋翼臂16连接。该四旋翼布局呈H布局，使本实施例无人机拥有更大的机翼面积、从而可获得更大的升力。并且四旋翼布局降低了固定翼无人机起降时对场地的要求与限制,实现无人机的垂直起降和固定翼高速巡航功能。第一旋翼组件1、第二旋翼组件4、第三旋翼组6和第四旋翼组件9均包括电机23和螺旋桨19，电机23通过电机座21安装于旋翼臂前后两端，第一旋翼臂15外挂于第一机翼5的下表面，并通过螺栓固定，第二旋翼臂16外挂于第二机翼10的下表面，并通过螺栓固定。第一旋翼臂15和第二旋翼臂16主要为四个电机23提供支撑，主要承受弯矩。四个驱动电机18的中心连线与飞机重心位置重合。其中，旋翼组件的螺旋桨19设置于对应的电机23上部。第一旋翼组件1，第二旋翼组件4，第三旋翼组件6，第四旋翼组件9的四个螺旋桨处于同一平面，形成螺旋桨平面。在垂直起降和平飞阶段，螺旋桨平面均为水平状态。

机身包括机身前段2，机身中后段8，电池舱17；机身前段2包括机身头部，机身头部要包裹发动机组件，同时尽可能减小外形表面积，机身头部采用传统的抛物线外形；机身中后段8采用蝌蚪形机身外形，即类似蝌蚪身体形状的外形，从机身最大直径处开始有一段强烈的曲线收缩直到尾部，蝌蚪形机身中后段很好地支持了层流边界层；机身前段2和机身中后段8在垂直起降阶段为水平状态。本实施例涉及的固定翼旋翼混合无人机快速飞行时,机身向前倾转,使固定机翼水平,旋翼旋转，此时四旋翼给无人机提供升力,同时又提供向前飞行的动力,通过调节电机之间的差速来控制无人机的姿态。

固定翼动力组件3设有驱动电机18和拉力桨20。驱动电机18采用大功率无刷直流电机，安装于机头位置，采用前拉式螺旋桨布局，其在气动上更加稳定,散热更好。拉力桨20置于所述机身前段2和驱动电机18的前端，其特点是：一是驱动电机18和拉力桨20安装在飞机前部，平尾可以得到很大力臂；二是可产生有利涡流，对平尾的平衡能力和操纵效率起有利作用。

电池舱7里放置有电池，电池为锂聚合物电池，用于提供无人机所需电能，采用的是现有的成品。电池舱为碳纤维材料制成的盒子，主要用于容纳电池，并连接在电池支撑碳管之上。

起落架采用四点支撑式不可收放起落架，起落架为铝管材质，其形状为为方形中空管型材。前起落架13安装于所述机身前段2下方1/2附近，后起落架14安装于所述机身中后段8下方1/2附近。起落架顶部平台上设计有四个安装孔，通过螺栓与机体连接。起落架不用于滑跑起飞，仅在垂直起降阶段用于支撑飞机，主要是对飞机起到支撑和缓冲功能，防止在起降过程中发动机螺旋桨打到地面。

飞控系统7包括飞行控制系统和数据传输系统，其电子设备安装在机身的飞控系统7之中。

本实施例固定翼旋翼混合无人机使固定翼无人机和多旋翼无人机连接组合在一起,多旋翼无人机为固定翼无人机提供垂直起降的空中跑道，减少场地建设,提高速递无人机在递送货物时的效率，同时减少递送货物的成本。

Claims (4)

1.一种固定翼旋翼混合无人机，其特征在于:包括第一旋翼组件、机身前段、固定翼动力组件、第二旋翼组件、第一机翼、第三旋翼组件、飞控系统、机身中后段、第四旋翼组件、第二机翼、第一尾翼、第二尾翼、前起落架、后起落架，第一旋翼臂，第二旋翼臂、电池舱、驱动电机、螺旋桨、拉力桨、电机座、副翼、电机，所述第一旋翼组件、第二旋翼组件、第三旋翼组件和第四旋翼组件为结构相同的部件，其均包括电机和螺旋桨，其中旋翼组件的螺旋桨设置于对应的电机上部，第一旋翼组件和第三旋翼组件通过第一旋翼臂连接，第二旋翼组件和第四旋翼组件通过第二旋翼臂连接，第一旋翼组件、第二旋翼组件、第三旋翼组件、第四旋翼组件的四个螺旋桨处于同一平面，形成螺旋桨平面、在垂直起降和平飞阶段，螺旋桨平面均为水平状态；

所述机身前段设有固定翼动力组件、机身前段和机身中后段组成该无人机的机身，机身前段包括机身头部，机身头部要包裹发动机组件，机身头部采用抛物线外形，机身中后段从机身最大直径处有一段曲线收缩直到尾部，机身中后段包括机身中部、机身尾部，机身中部用来装载电池、飞控组件，机身中部呈扁平状，其截面为变化结构,靠近机头的一端截面大于靠近尾部的一端截面，机身尾部呈细长扁平状，宽度从前向后逐渐减小，高度从前向后逐渐减小，机身前段和机身中后段在垂直起降阶段为水平状态；

所述固定翼动力组件设有驱动电机和拉力桨；拉力桨置于机身前段和驱动电机的前端，固定翼动力组件为前拉动力结构；

所述第一机翼呈水平矩形长直翼，其靠近机身前段安装有可上下转动的副翼，且第一机翼上有低阻翼梢；第二机翼呈水平矩形长直翼，其靠近机身前段安装有副翼，且第一机翼和第二机翼的机翼主梁分别与机身中部的主梁相连；第一机翼和第二机翼对称布置在机身中部的两端；

所述第一尾翼和第二尾翼构成机身的尾翼，机身的尾翼为V型尾翼，V型尾翼兼有垂尾和平尾的功能；第一尾翼和第二尾翼均呈梯形状，其能同时起纵向和航向稳定作用；

所述第一旋翼臂安装于第一机翼展向位置1/3处，第一旋翼臂置于第一机翼的下表面，第一旋翼臂的中间部分与第一机翼的下表面通过螺栓连接，第一旋翼组件和第三旋翼组件安装在第一旋翼臂上方的两端，通过电机座与第一旋翼臂相连；

所述第二旋翼臂安装于所述第二机翼展向位置1/3处，第二旋翼臂置于第二机翼的下表面，第二旋翼臂的中间部分与第二机翼的下表面通过螺栓连接，第二旋翼组件和第四旋翼组件安装在第二旋翼臂上方的两端，通过电机座与第一旋翼臂相连。

2.根据权利要求1所述的固定翼旋翼混合无人机，其特征在于:所述前起落架安装于机身前段下方1/2部位，后起落架安装于机身中后段下方1/2部位，起落架采用四点支撑式起落架形式，前起落架和后起落架均采用碳纤维梯形起落架形式，起落架顶部平台上有安装孔，通过螺栓与机体连接。

3.根据权利要求1所述的固定翼旋翼混合无人机，其特征在于:所述飞控系统包括飞控板，飞控板设置于机身的重心位置，飞控板始终与螺旋桨平面平行。

4.根据权利要求1所述的固定翼旋翼混合无人机，其特征在于:所述电池舱设置于该机身的重心位置，电池舱用于安装动力电池及调节无人机重心。