CN109484656B - 一种用于油动无人机的发动机隔热结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于油动无人机的发动机隔热结构，包括分别设置于所述发动机的前后方的第一隔热板和第二隔热板，所述第一隔热板和第二隔热板均由多孔的碳纤维支撑板和夹层贴合在所述碳纤维支撑板上的隔热棉构成，所述隔热棉设置在所述碳纤维支撑板面向所述发动机的一侧上。本发明的发动机隔热结构通过第一隔热板和第二隔热板将发动机及其散热结构与机身内部的其它结构隔离开来，可以降低发动机热量对无人机内部狭小空间下紧凑布局的燃油箱、电子设备带来的过热风险。

Description

一种用于油动无人机的发动机隔热结构

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼的油动无人机，特别涉及一种用于油动无人机的发动机隔热结构。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用无人机在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等领域应用广泛。

现有多旋翼无人机通常为电动无人机。多旋翼电动无人机的结构简单易于制造，电机重量轻、转动平稳，动力系统易于标准化，因而整机相对而言易于操控，且飞行噪音低，在短航程民用领域发展较为活跃。然而由于电池的能量密度远远低于燃油，电动无人机受到电池的限制，航程较短，载荷水平较低，无法应用于军用大载荷侦察和攻击领域。而现有长航程的燃油无人机通常采用固定翼结构，起飞降落受到机场的限制，无法悬停，造价高，操控繁琐，使用的灵活机动性不够。

CN 106697278 A公开了一种直驱式油动定转速变桨距多旋翼无人机，包括机身、动力系统、起落架和航电系统，所述的机身为全复材的一体化机身，所述的动力系统由发动机系统、变桨距系统、供油系统和旋翼系统组成。上述现有技术的油动无人机的六个旋翼等角度间隔地围绕机体设置，导致机体上搭载的应用载荷只能设置于机体正下方，且由于各方向都受到旋翼的阻挡，搭载的载荷只能向下开展作业，无法向斜上方发射武器或者进行观测，存在荷载水平低，结构布局不合理，难以发挥无人机的控制及安全优势的缺陷，限制了旋翼无人飞机在军事及监测领域的发展应用。

CN 205998123 U公开了一种立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其组成包括机架、动力系统、导航与控制系统、电气系统和任务平台。四个相同的机臂两两对接在连接有起落架的硬壳式机身上组成机架；动力系统设置在每个机臂的末端，为飞行平台提供动力和能源；导航和控制系统感知和控制飞行平台的姿态、高度和位置；电气系统具有充电、供电和指示功能；任务平台用于安装不同的任务设备。该现有技术的油动无人机设置了四台独立的发动机，相邻旋翼相互之间的气流干扰难以排解，加大发动机的间距会进一步加大体积和重量。

上述现有技术的油动无人机，每个悬臂上均配置一台油动发动机，裸露的发动机加上旋翼的噪音，导致无人机几乎没法在城市空域使用，军用环境下使用也没有什么隐蔽性。另外，现有油动无人机基本上没有考虑发动机内置情况下的散热问题，往往只能依靠加大机身开口的方式进行被动散热，导致油动无人机的噪音很大，同时由于没有有效的散热设计很容易导致整个机身被加热形成巨大而醒目的红外目标，极易被发现和击落。

为解决上述现有技术的缺陷，本申请的申请人在之前申请的中国专利申请201711089236.7中，公开了一种用于油动无人机的散热结构，包括设置在机身的尾部上方的散热器，散热器的散热腔分别通过上水管和下水管与安装在所述机身内部的发动机的冷却水箱相连，所述冷却水箱设置有循环水泵。该现有技术通过设置在机身的外部的散热器，利用循环冷却水将设置在机身的内部的发动机的热量以强制水冷的方式散发出去，因而无人机的机身上不用设置大型的散热口，发动机的噪音可以被机身很好的屏蔽起来，提高了无人机的隐蔽性能，降低了无人机的可探测性。

该现有技术有效克服了现有技术的缺陷，但是仍然存在改进的余地。该现有技术仅仅提供了对发动机进行散热的结构，但是没有考虑发动机的热量对无人机内部的其它结构的影响问题，特别是对于无人机内部狭小空间下紧凑布局的燃油箱、电子设备，需要提供降低过热风险的技术解决方案，并需要考虑最大限度降低解决过热问题带来的重量增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于油动无人机的发动机隔热结构，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于油动无人机的发动机隔热结构，所述油动无人机包括机身、起落架以及安装在所述油动无人机的机身内部的发动机，所述机身具有一个纵向对称轴线，所述油动无人机的机头和机尾各设置有两个对称于所述纵向对称轴线布置的悬臂，每个所述悬臂均支撑有一个旋翼，其中：所述发动机隔热结构包括分别设置于所述发动机的前后方的第一隔热板和第二隔热板，所述第一隔热板和第二隔热板均由多孔的碳纤维支撑板和夹层贴合在所述碳纤维支撑板上的隔热棉构成，所述隔热棉设置在所述碳纤维支撑板面向所述发动机的一侧上。

优选地，所述油动无人机包括一个全对称结构的机身支架；所述机身支架包括两个对称于所述纵向对称轴线设置的碳纤维主梁；所述第一隔热板和第二隔热板沿所述纵向对称轴线前后布置在所述碳纤维主梁的上方。

优选地，所述第一隔热板和第二隔热板背离所述发动机的一侧分别设置有第一燃油箱和第二燃油箱。

优选地，所述第一隔热板和第二隔热板面向所述发动机的一侧分别设置有邻近所述第一燃油箱和第二燃油箱的散热器。

优选地，两个所述散热器位置错开地设置在所述发动机的前方和后方的一个碳纤维主梁的上方；所述发动机后方的散热器相对的另一个碳纤维主梁上设置有一个控制箱；所述控制箱被所述第二隔热板与所述发动机以及散热器隔开。

优选地，所述第一隔热板和第二隔热板的边缘具有与所述机身的蒙皮内表面相贴合的形状，用以将所述发动机和散热器隔离在一个独立的空间内部。

本发明的发动机隔热结构通过第一隔热板和第二隔热板将发动机及其散热结构与机身内部的其它结构隔离开来，可以降低发动机热量对无人机内部狭小空间下紧凑布局的燃油箱、电子设备带来的过热风险。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的油动无人机的立体结构示意图；

图2显示的图1所示油动无人机的部分结构去除后的结构示意图；

图3显示的是根据本申请的另一个具体实施例的油动无人机的机身内部结构示意图；

图4显示的是根据本申请的一个具体实施例的油动无人机的机体结构示意图；

图5显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于油动无人机的发动机隔热结构的示意图；

图6显示的是图5所示发动机隔热结构的分解示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术所述，本发明针对现有技术中国专利申请201711089236.7中公开的用于油动无人机的散热结构的不足，提出了一种用于油动无人机的发动机隔热结构，用以将发动机及其散热结构与机身内部的其它结构隔离开来，以降低发动机热量对无人机内部狭小空间下紧凑布局的燃油箱、电子设备带来的过热风险。

具体来说，本发明的发动机隔热结构是201711089236.7的散热结构的基础上提出的进一步地改进，本申请全文引用该现有技术，本领域技术人员可以基于该现有技术公开的内容理解有关油动无人机的其它结构。如图1-2所示，其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的油动无人机的立体结构示意图；图2显示的图1所示油动无人机的部分结构去除后的结构示意图。

参见图1-2，与现有技术相同，本申请的油动无人机同样包括机身1、起落架2、四个悬臂3以及四个旋翼5，机身1连接四个悬臂3，每个悬臂3均支撑有一个相同直径的旋翼5。机身1为左右对称结构的长条形，机身1具有一个纵向对称轴线6，机身1总体上呈长条形平行于所述对称轴线6设置。无人机的机头和机尾各设置有两个对称于所述对称轴线6布置的旋翼5。机身1下方设置有光电吊舱7和武器发射筒8等载荷。机身1大体上为长条状的梭形结构，机头和机尾的宽度缩窄，中部宽度最大便于设置发动机99。机身1的前端设置有可挂载光电吊舱7的吊舱挂载结构，机身1的下方设置有可挂载武器发射筒8的挂载架。每个旋翼5均围绕设置有一个形状相同的圆环形的导流罩4。

下面参照图3-4进一步详细说明本申请的机身承载结构的具体特点，其中，图3显示的是根据本申请的另一个具体实施例的油动无人机的机身内部结构示意图；图4显示的是根据本申请的一个具体实施例的油动无人机的机体结构示意图。

如图，正如前述，本申请的油动无人机包括机身1、起落架2以及安装在油动无人机的机身1内部的发动机99，机身1具有一个纵向对称轴线6，油动无人机的机头和机尾各设置有两个对称于对称轴线6布置的悬臂3，每个悬臂3均支撑有一个旋翼5。

在图示具体实施例中，本申请的油动无人机的机身承载结构包括一个全对称结构的机身支架20，机身支架20具有垂直于纵向对称轴线6的横向对称轴线10。亦即，本申请的机身支架20，相对于纵向对称轴线6是左右对称的，相对于横向对称轴线10也是对称的。这样的结构设置的好处是显而易见的，即组装完成的机身支架20可以不分前后方向进行使用，可以大大减轻安装压力，提高安装效率。

进一步地，机身支架20包括两个对称于纵向对称轴线6设置的碳纤维主梁201，两个对称于横向对称轴线10设置的发动机承载肋板202，两个对称于横向对称轴线10设置的起落架承载肋板203，两个对称于横向对称轴线10设置的悬臂承载肋板204以及两个对称于横向对称轴线10设置的末端承载肋板205；发动机承载肋板202、起落架承载肋板203、悬臂承载肋板204以及末端承载肋板205从机身支架20的对称中心沿纵向对称轴线6的两侧依次排列。在本实施例中，机身支架20是全对称结构的全碳结构部件，相对现有技术来说，碳纤维主梁201和各个肋板202、203、204、205均采用碳纤维复合材料制成，结构重量轻，减重效果明显。现有技术只有杆状结构部件采用碳纤维复合材料，各个框架结构由于抗扭需要，不得不采用金属制成，结构重量较大。在一个具体实施例中，为了提高抗扭性能，本申请的碳纤维主梁201的横截面为工字形，各个肋板202、203、204、205也采用了盒形结构，可以大大增强机身支架20的惯性矩，提高了结构的抗扭性能，同时全碳的薄壁结构重量更轻，强度更大。

在一个优选实施例中，碳纤维主梁201的横截面从机身支架20的对称中心沿纵向对称轴线6的两侧逐渐减小，以此可以获得更加均衡的等强度结构，可以更进一步获得更加优异的减重效果，并保持设计强度。

本申请的上述机身承载结构通过全对称结构的全碳机身支架，可以通过更低高度的腹板结构获得足够的抗扭性能和强度，同时可以剔除现有的金属构件，大大减轻结构重量。更低高度的腹板结构可以获得更低的机身高度，降低风阻，减少蒙皮面积，具有优异的减重效果。另外，更低高度的机身支架，可以将各种部件设置于机身支架的上方，便于安装检修。

另外，在一个具体实施例中，两个发动机承载肋板202与两个碳纤维主梁201连接的四个点位分别设置有支撑发动机99的四个脚架991。也就是对整个机身结构来说，发动机99是最重的单个部件，优选将发动机99设置在机身支架20的中心位置，而且是碳纤维主梁201的横截面最大的位置，并且还进一步将脚架991设置在发动机承载肋板202与两个碳纤维主梁201连接的四个点位，以获得更大的支撑强度。

在本申请的又一个具体实施例中，两个碳纤维主梁201上位于四个脚架991的安装点位的下方设置有挂载武器发射筒8的挂载架81。由于武器发射筒8中挂载的火箭弹等重量很大，因此将挂载架81设置在与发动机99的支撑点位相同的位置，避免在更多位置分别设置加强结构浪费空间和增加重量。

在本申请的另一个具体实施例中，悬臂3固定连接在碳纤维主梁201上的悬臂支架31上，悬臂支架31设置在碳纤维主梁201与悬臂承载肋板204的连接点位处。

在本申请的再一个具体实施例中，起落架2设置在碳纤维主梁201下方的机身蒙皮的外侧，并由起落架承载肋板203传递起落架2的受力。

另外，同样利用两个起落架承载肋板203的加强结构，可以在起落架承载肋板203的上方分别设置有一个油箱支撑框架207，用以支撑两个重量平衡的油箱。

另外，正如前述，由于本申请的机身支架20采用的全对称结构，因此两个末端承载肋板205可任意设置为机头或者机尾位置的承载结构，可以在机身支架20上安装机身载荷的时候，不分前后方向，提高了操作的便利性。

进一步地，两个油箱支撑框架207的上端均连接有向机身1的外侧伸出的承载臂208，承载臂208的下方设置有斜支撑臂209，斜支撑臂209的下端设置在两个末端承载肋板205与碳纤维主梁201连接位置处，如图所示。

进一步地，如图5-6所示，在本申请的油动无人机的机身1的内部设置有发动机隔热结构，其中，图5显示的是根据本发明的另一个具体实施例的用于油动无人机的发动机隔热结构的示意图；图6显示的是图5所示发动机隔热结构的分解示意图。

如图所示，本申请的发动机隔热结构包括分别设置于发动机99的前后方的第一隔热板401和第二隔热板402，第一隔热板401和第二隔热板402均由多孔的碳纤维支撑板410和夹层贴合在碳纤维支撑板410上的隔热棉420构成，隔热棉420设置在碳纤维支撑板410面向发动机99的一侧上。

即，本发明的隔热思路是将发动机隔绝在一个独立的空间中，避免发动机的热量对其它部件造成不利的影响。玻璃纤维之类的隔热棉蓬松柔软，具有耐高温、不易燃烧、导热系数低等特点，广泛应用于工业领域。然而，由于隔热棉没有什么强度，如果将大块的隔热棉胡乱塞在发动机周围，占据的空间和重量都太大，不适于无人机领域。碳纤维复合材料在高温环境下仍然具备优异的力学性能，但是隔热性能不如隔热棉。本申请结合了上述两种材料的优缺点，将碳纤维制成多孔的板状，以维持所需的结构强度同时尽量减少材料用量，在靠近发动机的一侧夹层贴合隔热棉。利用碳纤维板维持结构形状，利用隔热棉达到隔热的目的。这种夹层结构的隔热板可以最大限度减轻结构重量，并能用尽量少的材料获得所需的隔热性能。而且这种夹层结构的隔热板可以做成所需的任意外形，便于机身内部的结构布局，对结构设计的干扰小，特别适用于对重量、强度、隔热性能要求都很高的无人机领域。

具体来说，本申请的第一隔热板401和第二隔热板402沿纵向对称轴线6前后布置在碳纤维主梁201的上方。

另外，如图所示，第一隔热板401和第二隔热板402背离发动机99的一侧分别设置有第一燃油箱301和第二燃油箱302。即，本发明中，利用两个燃油箱分散重心，有利于控制无人机的重心平衡。由于无人机的紧密结构，使得燃油箱不得不摆放在发动机的周围，从而导致发动机周围的过热情况对于燃油箱等设备带来一定的危险。因此本申请在发动机两侧设置隔热板，将两个燃油箱与发动机隔绝，以降低过热风险。

另外，第一隔热板401和第二隔热板402面向发动机99的一侧分别设置有邻近第一燃油箱301和第二燃油箱302的散热器300，用以对发动机进行冷却。当然，由于散热器300会将发动机的热量分散开来，所以也最好将散热器与两个燃油箱隔绝开。

在图示具体实施例中，两个散热器300位置错开地设置在发动机99的前方和后方的一个碳纤维主梁201的上方；发动机99后方的散热器300相对的另一个碳纤维主梁201上设置有一个控制箱303；控制箱303被第二隔热板402与发动机99以及散热器300隔开。即，本实施例中，两个散热器错开布局可以将热量分散避免热量集中。控制箱中的电气元件对热量也是非常敏感的，因此一方面要与散热器的位置分开，另一方面也需要与热源隔开。

在一个优选实施例中，第一隔热板401和第二隔热板402的边缘具有与机身1的蒙皮内表面相贴合的形状，用以将发动机99和散热器300隔离在一个独立的空间内部。即，为了避免热量绕过隔热板影响燃油箱和控制箱等部件，本实施例通过设置与蒙皮内表面相贴合的形状的隔热板边缘，通过隔热板和蒙皮配合形成独立的封闭空间，可以最大限度隔绝发动机和散热器的热量，进一步降低过热的风险。

综上所述，本发明的发动机隔热结构通过第一隔热板和第二隔热板将发动机及其散热结构与机身内部的其它结构隔离开来，可以降低发动机热量对无人机内部狭小空间下紧凑布局的燃油箱、电子设备带来的过热风险。同时利用夹层结构的碳纤维板维持结构形状，利用隔热棉隔热，可以最大限度减轻结构重量，并能用尽量少的材料获得所需的隔热性能。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种用于油动无人机的发动机隔热结构，所述油动无人机包括机身（1）、起落架（2）以及安装在所述油动无人机的机身（1）内部的发动机（99），所述机身（1）具有一个纵向对称轴线（6），所述油动无人机的机头和机尾各设置有两个对称于所述纵向对称轴线（6）布置的悬臂（3），每个所述悬臂（3）均支撑有一个旋翼（5），其特征在于：所述油动无人机包括一个全对称结构的机身支架（20），所述机身支架（20）为全碳结构部件；所述机身支架（20）具有垂直于所述纵向对称轴线（6）的横向对称轴线（10）；所述机身支架（20）包括两个对称于所述纵向对称轴线（6）设置的碳纤维主梁（201），两个对称于所述横向对称轴线（10）设置的发动机承载肋板（202），两个对称于所述横向对称轴线（10）设置的起落架承载肋板（203），两个对称于所述横向对称轴线（10）设置的悬臂承载肋板（204）以及两个对称于所述横向对称轴线（10）设置的末端承载肋板（205）；所述发动机承载肋板（202）、起落架承载肋板（203）、悬臂承载肋板（204）以及末端承载肋板（205）从所述机身支架（20）的对称中心沿所述纵向对称轴线（6）的两侧依次排列；两个所述发动机承载肋板（202）与两个所述碳纤维主梁（201）连接的四个点位分别设置有支撑所述发动机（99）的四个脚架（991）；所述发动机（99）设置在机身支架（20）的中心位置；所述碳纤维主梁（201）、发动机承载肋板（202）、起落架承载肋板（203）、悬臂承载肋板（204）以及末端承载肋板（205）均采用碳纤维复合材料制成；所述碳纤维主梁（201）的横截面为工字形；所述发动机承载肋板（202）、起落架承载肋板（203）、悬臂承载肋板（204）以及末端承载肋板（205）均采用盒形结构；所述碳纤维主梁（201）的横截面从所述机身支架（20）的对称中心沿所述纵向对称轴线（6）的两侧逐渐减小；所述发动机隔热结构将发动机隔绝在一个独立的空间中，包括分别设置于所述发动机（99）的前后方的第一隔热板（401）和第二隔热板（402），所述第一隔热板（401）和第二隔热板（402）均由多孔的碳纤维支撑板（410）和夹层贴合在所述碳纤维支撑板（410）上的隔热棉（420）构成，所述隔热棉（420）设置在所述碳纤维支撑板（410）面向所述发动机（99）的一侧上；所述第一隔热板（401）和第二隔热板（402）的边缘具有与所述机身（1）的蒙皮内表面相贴合的形状，用以将所述发动机（99）和散热器（300）隔离在一个独立的空间内部。

2.如权利要求1所述的发动机隔热结构，其特征在于，所述第一隔热板（401）和第二隔热板（402）沿所述纵向对称轴线（6）前后布置在所述碳纤维主梁（201）的上方。

3.如权利要求2所述的发动机隔热结构，其特征在于，所述第一隔热板（401）和第二隔热板（402）背离所述发动机（99）的一侧分别设置有第一燃油箱（301）和第二燃油箱（302）。

4.如权利要求3所述的发动机隔热结构，其特征在于，所述第一隔热板（401）和第二隔热板（402）面向所述发动机（99）的一侧分别设置有邻近所述第一燃油箱（301）和第二燃油箱（302）的散热器（300）。

5.如权利要求4所述的发动机隔热结构，其特征在于，两个所述散热器（300）位置错开地设置在所述发动机（99）的前方和后方的一个碳纤维主梁（201）的上方；所述发动机（99）后方的散热器（300）相对的另一个碳纤维主梁（201）上设置有一个控制箱（303）；所述控制箱（303）被所述第二隔热板（402）与所述发动机（99）以及散热器（300）隔开。

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