CN109515705A - 一种垂直起降的无人机 - Google Patents

一种垂直起降的无人机 Download PDF

Info

Publication number
CN109515705A
CN109515705A CN201811386075.2A CN201811386075A CN109515705A CN 109515705 A CN109515705 A CN 109515705A CN 201811386075 A CN201811386075 A CN 201811386075A CN 109515705 A CN109515705 A CN 109515705A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wing
fuselage
rotor
straight wing
unmanned plane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811386075.2A
Other languages
English (en)
Inventor
周明
汪强
李辛
安斌
兰小鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xi'an Love Uav Technology Co Ltd
Original Assignee
Xi'an Love Uav Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xi'an Love Uav Technology Co Ltd filed Critical Xi'an Love Uav Technology Co Ltd
Priority to CN201811386075.2A priority Critical patent/CN109515705A/zh
Publication of CN109515705A publication Critical patent/CN109515705A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • B64C27/26—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft characterised by provision of fixed wings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/0008—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis horizontal when grounded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/10—Shape of wings
    • B64C3/14—Aerofoil profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/10—Shape of wings
    • B64C3/14—Aerofoil profile
    • B64C2003/146—Aerofoil profile comprising leading edges of particular shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/10—Shape of wings
    • B64C3/14—Aerofoil profile
    • B64C2003/147—Aerofoil profile comprising trailing edges of particular shape

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种垂直起降的无人机，包括机身(1)、直机翼(2)、尾撑(3)、尾翼(4)，所述直机翼(2)为一对，与所述机身(1)轴线垂直，对称设置在所述机身(1)的左右两侧；在所述一对直机翼(2)上对称增加设置一对旋翼臂(5)，所述旋翼臂(5)分别位于机身(1)左右两侧且与机身(1)轴线平行，所述旋翼臂(5)包括旋翼电机(51)、旋翼桨(52)、电机电调和动力电池，所述旋翼桨(52)分别安装在旋翼臂(5)两端的旋翼电机(51)上，共4个旋翼桨。本发明优化了机翼和机身结构，提高了无人机垂直起降抗风能力；增加了机翼与机身等的结构和刚度设计；控制整机重量，减少了装配工时，节约了成本。

Description

一种垂直起降的无人机
技术领域
本发明属于无人机设备领域，特别涉及一种垂直起降的无人机。
背景技术
无人机系统主要用于边境巡逻、反恐维稳任务，同时也可用海洋监测、电力巡线、输油管线巡线、环境监测等多种领域。可携带光电稳定转台、数码相机或其他设备，具有进行实时空中测绘、侦查监视及目标定位功能。
但现有无人机飞机一般不具有垂直起降能力或者垂直起降性能不理想，需要改进性能，且要实现四旋翼状态和固定翼状态的平滑转换，需要解决以下问题：
a)需要在固定翼基础上增加旋翼及旋翼电机，相比普通旋翼机，固定翼飞机机翼有气动力影响、并且飞机本身转动惯量较大，飞机悬停时受各方向的气流影响较大，因此，需要优化飞机控制算法，提高垂直起降抗风能力。
b)在机翼上增加两个旋翼臂，需要考虑飞机机翼的扭转变形问题，若机翼刚度较差，则四个旋翼在工作过程中，相对位置和角度会有一定的变化，这将严重影响控制效果，因此，需要对机翼和机身结构进行优化设计，保证足够的刚度。
c)低成本轻质结构设计：为实现垂直起降，增加了旋翼桨、旋翼电机、电机电调、旋翼杆、动力电池等设备，导致机体重量增加较多：为了控制整机重量，在飞机制造方面需优化结构和材质设计，尽量减小零件数量，使用整体结构、减少装配工时，节约成本。
发明内容
发明目的：针对现有无人机的缺陷，设计一种垂直起降的无人机，优化机翼和机身结构设计，提高垂直起降抗风能力，控制整机重量，减少装配工时，节约成本。
技术方案：一种垂直起降的无人机，包括机身、直机翼、尾撑、尾翼，采用单尾撑、正常式布局，所述直机翼为一对，与所述机身轴线垂直，对称设置在所述机身的左右两侧；在所述一对直机翼上对称增加设置一对旋翼臂，所述旋翼臂分别位于机身左右两侧且与机身轴线平行，所述旋翼臂包括旋翼电机、旋翼桨、电机电调和动力电池，所述旋翼桨分别安装在旋翼臂两端的旋翼电机上，共4个旋翼桨。
所述直机翼包括主梁、后墙、机翼蒙皮，所述主梁为碳纤维π型梁，承受弯矩和剪力；所述后墙为方型松木条；所述机翼蒙皮为较厚的玻璃钢泡沫夹心结构，以提高刚度，减少翼肋的数量，在翼根、翼尖和设备安装处设计强肋。
所述机身包括机身蒙皮、桁条、层板框，所述机身蒙皮为玻璃钢泡沫夹心复合材料；所述桁条纵向设置在机身内部；层板框设置在所述直机翼的主梁、后墙与机身连接处；所述尾撑连接在所述直机翼后墙处的层板框上。
所述一对直机翼分别在翼根处与机身左右两侧对接；所述直机翼与机身的连接形式为每侧机翼的主梁采用两个水平抗剪型螺栓固定在层框板上，螺栓从所述机身前开口处安装，所述直机翼的后墙处有定位销与机身对应位置处的层板框框连接。
所述尾翼分垂尾和平尾，平尾后缘有升降舵，垂尾无方向舵；所述尾翼结构内部填充PMI泡沫，表面为玻璃钢蒙皮；PMI泡沫材料强度和密度都优于蜂窝, 可以采用机械加工和激光切割。
所述尾撑为碳纤维复合材料圆锥管。
优选的，所述直机翼为大展弦比，所述机翼展弦比为10.24；所述直机翼安装角为2°，上反角为2°，前缘后掠角为1.2°；所述直机翼的根弦为380mm，尖弦为245mm；平均气动弦长为317mm；所述直机翼的扭转点为机翼根弦前缘，翼尖扭转-3°；所述垂尾的前缘后掠角为23°，后缘后掠角为0°。
优选的，旋翼臂采用铝合金型材加工制造；旋翼桨采用28寸碳纤维桨。
优选的，所述电机电调采用商品电调，最大输出电流不小于80A；所述动力电池采用12s 10Ah锂电池组，最大放电倍率不小于20C；所述旋翼电机由厂家定制生产，配合28寸螺旋桨，最大拉力不小于14kg。
本发明的有益效果：本发明优化了机翼和机身结构，增加了旋翼桨、旋翼电机、电机电调、旋翼杆、动力电池等设备，提高了无人机垂直起降抗风能力；同时通过机翼与机身等的结构和刚度设计，使得在旋翼在工作过程中保持足够的刚度；通过低成本、轻质化设计，控制整机重量，且尽量减小零件数量，使用整体结构，减少了装配工时，节约了成本。
附图说明
图1为本发明所述无人机的平面布置图；
图2为本发明所述无人机的直机翼侧面剖面示意图；
图3为本发明所述无人机的直机翼平面剖视示意图；
图4为本发明所述无人机的直机翼与机身连接结构示意图；
图5为本发明所述无人机的机身剖面结构示意图；
图6为本发明所述无人机的旋翼臂侧视图；
图7为本发明所述无人机的旋翼臂安装示意图；
图8为本发明实施例的升力特性曲线；
图9为本发明实施例的阻力特性曲线；
图10为本发明实施例的极曲线；
图11为本发明实施例的最大爬升率Vy(m/s)～H(m)曲线；
图12为实施例的续航飞行时间E(h)～V(m/s)曲线；
图13为实施例的高度1km巡航能力表；
图14为实施例的高度2km巡航能力表；
图15为实施例的高度4km巡航能力表；
图16为实施例的飞机飞行包线H(m)～V(m/s)；
图17为实施例的飞行性能计算结果表。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
图1、图6-7所示，一种垂直起降的无人机，包括机身1、直机翼2、尾撑 3、尾翼4，采用单尾撑、正常式布局，所述直机翼2为一对，与所述机身1轴线垂直，对称设置在所述机身1的左右两侧；在所述一对直机翼2上对称增加设置一对旋翼臂5，所述旋翼臂5分别位于机身1左右两侧且与机身1轴线平行，所述旋翼臂5包括旋翼电机51、旋翼桨52、电机电调和动力电池，所述旋翼桨 52分别安装在旋翼臂5两端的旋翼电机51上，共4个旋翼桨；所述尾翼4分垂尾41和平尾42，平尾42后缘有升降舵，垂尾41无方向舵；所述尾翼4结构内部填充PMI泡沫，表面为玻璃钢蒙皮；所述PMI泡沫的材料强度和密度都优于蜂窝,可采用机械加工和激光切割；所述尾撑3为碳纤维复合材料圆锥管。
图2-3所示，所述直机翼2包括主梁21、后墙22、机翼蒙皮23，所述主梁 21为碳纤维π型梁，承受弯矩和剪力；所述后墙22为方型松木条；所述机翼蒙皮23为2～4mm的玻璃钢泡沫夹心结构,以提高刚度，减少翼肋的数量，在翼根、翼尖和设备安装处设计强肋。
图4-5所示，所述机身1包括机身蒙皮11、桁条13、层板框14，所述机身蒙皮11为玻璃钢泡沫夹心复合材料；所述桁条13纵向设置在机身内部；所述层板框14设置在所述直机翼2的主梁21、后墙22与机身1连接处；所述尾撑 3连接在所述直机翼2后墙处的层板框14上。
所述一对直机翼2分别在翼根处与机身1左右两侧对接；所述直机翼2与机身1的连接形式为每侧机翼2的主梁21采用两个水平抗剪螺栓24固定在层框板14上，水平抗剪螺栓24从所述机身1前开口处安装，所述直机翼2的后墙22处有定位销25与机身1对应位置处的层板框14框连接。
优选的，所述直机翼2为大展弦比，所述机翼展弦比为10.24；所述直机翼 2的安装角为2°，上反角为2°，前缘后掠角为1.2°；所述直机翼2的根弦为380mm，尖弦为245mm；平均气动弦长为317mm；所述直机翼2的扭转点为机翼根弦前缘，翼尖扭转-3°；所述垂尾41的前缘后掠角为23°，后缘后掠角为 0°。
优选的，旋翼臂5采用铝合金型材加工制造；旋翼桨52采用28寸碳纤维桨。
优选的，所述电机电调采用商品电调，最大输出电流不小于80A；所述动力电池采用12s 10Ah锂电池组，最大放电倍率不小于20C；所述旋翼电机51由厂家定制生产，配合28寸旋翼桨，最大拉力不小于14kg。
实施例：ASN-216小型近程多用途无人机主要构形参数：
全机总长：2220mm，停机高度：600mm，直机翼展长：3200mm；
机身(不含尾撑)：机身长度：1183mm，机身高度：266mm，最大宽度：226mm；直机翼：安装角：2°，上反角：2°，前缘后掠角：1.2°，参考面积：1m2，参考机翼根弦：380mm，参考机翼尖弦：245mm，参考机翼平均气动弦长：317mm，参考机翼展弦比：10.24
机翼扭转参考点为机翼根弦前缘，翼尖扭转-3°；
垂尾：垂尾高：410mm，前缘后掠角：23°，后缘后掠角：0°，参考根弦： 397mm；
平尾：展长：800mm，根弦长：230mm，尖弦长：160mm；
重量分配：最大起飞重量：30kg，空机重量：22kg，
其中：航空电子设备、数据链：3.5kg，动力装置：3.5kg(含电启动重量)，
机体结构：15kg(含旋翼动力重量)，任务载荷：4kg，燃油重量：4kg，重心位于机翼30％MAC。
本实施例中，部分飞机气动特性估算结果如图8～图10所示，图8为升力特性曲线，图9为阻力特性曲线，图10为极曲线。
图11为实施例的最大爬升率Vy(m/s)～H(m)曲线；
图12为实施例的续航飞行时间E(h)～V(m/s)曲线；
图13为实施例的高度1km巡航能力表；
图14为实施例的高度2km巡航能力表；
图15为实施例的高度4km巡航能力表；
典型续航性能：
飞机按照任务载荷4kg，载油量2kg，余油5％的条件计算：
巡航高度1000m，25m/s巡航飞行，续航时间5.76h；
巡航高度2000m，25m/s巡航飞行，续航时间5.92h。
图16为飞机飞行包线H(m)～V(m/s)；
典型平飞性能：
最大飞行速度：144km/h(H＝0m)，133km/h(H＝1000m)；
最小飞行速度：50km/h(H＝0m)，53km/h(H＝1000m)。
典型飞行高度：由飞行包线可以看出，无人机的使用升限大于5000m，满足设计指标，巡航高度4000m，25m/s巡航飞行，续航时间6.16h。
图17为飞行性能计算结果表。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用以限制本发明，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的系统结构之内。

Claims (7)

1.一种垂直起降的无人机，其特征在于，包括机身(1)、直机翼(2)、尾撑(3)、尾翼(4)，其特征在于，所述直机翼(2)为一对，与所述机身(1)轴线垂直，对称设置在所述机身(1)的左右两侧；在所述一对直机翼(2)上对称增加设置一对旋翼臂(5)，所述旋翼臂(5)分别位于机身(1)左右两侧且与机身(1)轴线平行，所述旋翼臂(5)包括旋翼电机(51)、旋翼桨(52)、电机电调和动力电池，所述旋翼桨(52)分别安装在旋翼臂(5)两端的旋翼电机(51)上，共4个旋翼桨。
2.根据权利要求1所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述尾翼(4)分垂尾(41)和平尾(42)，平尾(42)后缘有升降舵，垂尾(41)无方向舵；所述尾翼(4)结构内部填充PMI泡沫，表面为玻璃钢蒙皮；所述尾撑(3)为碳纤维复合材料圆锥管。
3.根据权利要求1所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述直机翼(2)包括主梁(21)、后墙(22)、机翼蒙皮(23)，所述主梁(21)为碳纤维π型梁，承受弯矩和剪力；所述后墙(22)为方型松木条；所述机翼蒙皮(23)为2～4mm的玻璃钢泡沫夹心结构，在翼根、翼尖和设备安装处设计强肋。
4.根据权利要求3所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述机身(1)包括机身蒙皮(11)、桁条(13)、层板框(14)，所述机身蒙皮(11)为玻璃钢泡沫夹心复合材料；所述桁条(13)纵向设置在机身内部；所述层板框(14)设置在所述直机翼(2)的主梁(21)、后墙(22)与机身(1)连接处；所述尾撑(3)连接在所述直机翼(2)后墙处的层板框(14)上。
5.根据权利要求4所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述一对直机翼(2)分别在翼根处与机身(1)左右两侧对接；所述直机翼(2)与机身(1)的连接形式为每侧机翼(2)的主梁(21)采用两个水平抗剪螺栓(24)固定在层框板(14)上，水平抗剪螺栓(24)从所述机身(1)前开口处安装，所述直机翼(2)的后墙(22)处有定位销(25)与机身(1)对应位置处的层板框(14)框连接。
6.根据权利要求2-5任一所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述直机翼(2)为大展弦比，所述机翼展弦比为10.24；所述直机翼(2)的安装角为2°，上反角为2°，前缘后掠角为1.2°；所述直机翼(2)的根弦为380mm，尖弦为245mm；平均气动弦长为317mm；所述直机翼(2)的扭转点为机翼根弦前缘，翼尖扭转-3°；所述垂尾(41)的前缘后掠角为23°，后缘后掠角为0°。
7.根据权利要求1-5任一所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述旋翼臂(5)采用铝合金型材加工制造；所述旋翼桨(52)采用28寸碳纤维桨。
CN201811386075.2A 2018-11-20 2018-11-20 一种垂直起降的无人机 Pending CN109515705A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811386075.2A CN109515705A (zh) 2018-11-20 2018-11-20 一种垂直起降的无人机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811386075.2A CN109515705A (zh) 2018-11-20 2018-11-20 一种垂直起降的无人机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109515705A true CN109515705A (zh) 2019-03-26

Family

ID=65776476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811386075.2A Pending CN109515705A (zh) 2018-11-20 2018-11-20 一种垂直起降的无人机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109515705A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111452981A (zh) * 2020-04-03 2020-07-28 厦门大学 复合式垂直起降飞行器的冗余垂起动力系统及其布局方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103043212A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 田瑜 固定翼与电动多旋翼组成的复合飞行器
CN206984353U (zh) * 2017-06-19 2018-02-09 深圳市龙云创新航空科技有限公司 一种垂直起降固定翼无人机
CN207242030U (zh) * 2017-06-14 2018-04-17 西安思坦测控技术有限公司 一种垂直起降固定翼无人机
CN207826549U (zh) * 2018-01-26 2018-09-07 宁波云远智能科技有限公司 一种可垂直起降的无人机平台
CN207956056U (zh) * 2018-02-01 2018-10-12 武汉智能鸟无人机有限公司 一种垂直起降无人机
WO2018208652A1 (en) * 2017-05-08 2018-11-15 Insitu, Inc. Modular aircraft with vertical takeoff and landing capability

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103043212A (zh) * 2011-10-17 2013-04-17 田瑜 固定翼与电动多旋翼组成的复合飞行器
WO2018208652A1 (en) * 2017-05-08 2018-11-15 Insitu, Inc. Modular aircraft with vertical takeoff and landing capability
CN207242030U (zh) * 2017-06-14 2018-04-17 西安思坦测控技术有限公司 一种垂直起降固定翼无人机
CN206984353U (zh) * 2017-06-19 2018-02-09 深圳市龙云创新航空科技有限公司 一种垂直起降固定翼无人机
CN207826549U (zh) * 2018-01-26 2018-09-07 宁波云远智能科技有限公司 一种可垂直起降的无人机平台
CN207956056U (zh) * 2018-02-01 2018-10-12 武汉智能鸟无人机有限公司 一种垂直起降无人机

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111452981A (zh) * 2020-04-03 2020-07-28 厦门大学 复合式垂直起降飞行器的冗余垂起动力系统及其布局方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN206125423U (zh) 一种具有倾转动力装置的垂直起降固定翼无人机
US11634222B2 (en) Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle having foldable fixed wing and based on twin-ducted fan power system
US11505314B2 (en) Vertical takeoff and landing aircraft with tiltable rotors
US9321526B2 (en) Compound helicopter
CN106184737B (zh) 复合式布局垂直起降飞行器以及垂直起降飞行方法
CN107089328B (zh) 一种混合动力尾坐式垂直起降长航时无人机的控制方法
CN105539834A (zh) 一种复合翼垂直起降无人机
CN103466074A (zh) 一种舰载撞网回收无人机
CN206857002U (zh) 混合动力尾坐式垂直起降长航时无人机
CN109178301A (zh) 一种固定翼旋翼混合无人机
CN107697268B (zh) 一种快递无人机
CN111169631A (zh) 一种倾转旋翼无人机
CN209382254U (zh) 一种垂直起降无人机的机翼
CN105539835A (zh) 一种复合翼垂直起降飞行器
CN110254720A (zh) 一种飞翼布局太阳能无人机
CN113371175A (zh) 一种固定翼察打一体无人机模型及其设计方法
CN110844065A (zh) 一种载重能力强且可垂直起降的无人飞机
CN215944856U (zh) 一种固定翼察打一体无人机模型
CN206068150U (zh) 复合式布局垂直起降飞行器
CN112141329A (zh) 一种垂直起降太阳能无人机
CN109515705A (zh) 一种垂直起降的无人机
CN211107983U (zh) 一种可倾转的垂直起降固定翼无人机
CN110217391B (zh) 一种油电混合动力垂直起降前掠固定翼无人机
CN110182361B (zh) 一种可倾转的垂直起降固定翼无人机
CN211281472U (zh) 一种涵道尾坐式垂直起降无人机

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190326