CN109987223B - 一种联接翼构型的新型垂直起降无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，包括机头、机身、前翼、后翼和螺旋桨动力机构；所述机头连接于机身的前端；所述前翼为两个且水平对称连接于机身的前端；所述后翼为两个且水平对称连接于机身的后端，位于机身同侧的后翼的翼尖部与前翼的翼尖部相互连接，两个后翼与两个前翼之间组合形成菱形状，单个后翼与单个前翼的下端均垂直设有所述螺旋桨动力机构。本发明以解决固定翼、多旋翼、直升机等无人机不能同时兼顾易于起降、载重量大、控制简单、可靠性高等刚性需求的问题，克服市场现有常规布局垂直起降无人机载重量不高、续航时间不长的固有缺陷，达到以一种平台满足不同环境、符合不同条件、适应不同任务的应用目的。

Description

一种联接翼构型的新型垂直起降无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种联接翼构型的新型垂直起降无人机。

背景技术

无人机被称为“空中机器人”，从1917年第一架无人机诞生到现在近100年时间，无人机技术持续进步，尤其是微电子、导航、控制、通信等技术，极大地推动了无人机系统的发展，促进了无人机系统在军事和民用领域的应用。近年来对民用无人机监管逐步放松，以及国内民用无人机政策的规范和低空空域改革的深化，促使我国民用无人机行业正呈现爆发式增长。

我国作为民用无人机世界第一大国，民用无人机用途极为广泛，目前市场主要集中于农林植保、影视航拍、航空测绘、电力油气管线巡检、应急灾害防控等领域。

目前，我国民用市场上主流无人机主要有固定翼、多旋翼、直升机、垂直起降固定翼等类型，其中固定翼载重续航优势明显，但对起降场地和环境要求很高；多旋翼结构简单易于操控，但载重续航和对气象环境的依赖劣势明显；直升机兼顾了起降需求和一定的载重续航能力，但结构复杂、操纵困难、可靠性维护性差；现有垂直起降固定翼将固定翼与多旋翼两套系统仅仅是简单组合在一起，使得起降性能提高，但牺牲了结构重量，载重能力和续航时间较多旋翼并未显著增强。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，以解决固定翼、多旋翼、直升机等无人机不能同时兼顾易于起降、载重量大、控制简单、可靠性高等刚性需求的问题，克服市场现有常规布局垂直起降无人机载重量不高、续航时间不长的固有缺陷，达到以一种平台满足不同环境、符合不同条件、适应不同任务的应用目的。

本发明提供了一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，包括机头、机身、前翼、后翼和螺旋桨动力机构；

所述机头连接于机身的前端；

所述前翼为两个，两个前翼的翼根部水平对称连接于机身的前端；

所述后翼为两个，两个后翼的翼根部水平对称连接于机身的后端，位于机身同侧的后翼的翼尖部与前翼的翼尖部相互连接，两个后翼与两个前翼之间组合形成菱形状，单个后翼与单个前翼的下端均垂直设有所述螺旋桨动力机构。

在上述技术方案中，本发明还可以做如下改进。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述螺旋桨动力机构包括安装座、机壳、无刷电机和螺旋桨；所述安装座的一端与后翼或者前翼固定连接，安装座的另一端为开口端，安装座的开口端处设有安装面，所述安装面上设有电线触点，所述机壳扣接在所述开口端，所述无刷电机固定设置在机壳内，无刷电机朝向开口端的一端与电线触点接触，无刷电机远离开口端的一端为输出端并从机壳内伸出，所述螺旋桨与所述输出端固定连接。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述安装面上等间距环设有数个卡槽，所述卡槽呈刀型状，所述机壳内等间距环设有数个卡扣，单个卡扣可插入到对应的卡槽内并锁紧于卡槽中。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：每个所述卡槽的内侧均设有沿着卡槽的长向方向布置的条形簧片，所述条形簧片到所述安装面之间的距离为沿着其一端到其另一端渐变变大，条形簧片的一端与安装座固定连接，条形簧片的一端远离安装面。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述开口端设有一圈环槽，所述机壳上设有一圈与所述环槽相配合的薄壁。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述机身的后上端垂直设有机尾，机身的后端还水平设有所述螺旋桨动力机构。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述机身的下前端通过前轮架连接有前轮，机身的下后端通过后轮架连接有后轮，所述后轮为两个且左右对称设置在后轮架上。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述机头呈三角状，机头的左右两端对称设有鸭翼。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：两个所述前翼的翼尖部对称连接有平直翼或者后掠翼。

优选的技术方案，其附加技术特征在于：所述机身的上端设有伞舱，所述伞舱的上端具有开口，伞舱的开口处铰接有舱门，所述伞舱的上端具有开口，伞舱的开口与舱门的一端铰接，所述舱门的另一端设有第一销孔，机身的内部设有所述第一销孔相对应的第二销孔，所述机身的内部设有舵机，所述舵机的输出端固定连接有摇臂，所述摇臂上的插销可在舵机的驱动下插入到第二销孔和第一销孔中或者从第一销孔和第二销孔中退出，从而锁住或者解锁舱门；

所述伞舱的内部水平设有托板，所述托板与伞舱的内底面通过数根弹簧连接，数根弹簧按照能满足受力均匀的要求分散地设置于托板与伞舱之间，托板的上端放置有呈折叠状态的降落伞；

还包括伞绳，所述伞绳为多根且相对于降落伞均布设置，单根伞绳的一端与降落伞的下端固定连接，其另一端从伞舱与舱门的缝隙内伸出并固定连接在机身的挂点上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置机头、机身、前翼、后翼和螺旋桨动力机构，本发明的菱形机翼本身就能够成为多旋翼的机体构型，仅需将螺旋桨动力机构布置在四根互相联接的机翼上即可，无需增加额外的结构重量。不仅如此，由于前翼或者后翼上只有一个螺旋桨动力机构，在以旋翼模态飞行时，前翼或者后翼上只存在单个旋翼提供升力所产生的弯矩，并不会出现现有复合翼上存在的交变扭矩，前翼或者后翼的弹性形变也因该构型本身所具有的较高强度和刚度而降到最低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明实施例1的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机的一结构示意图。

图2是本发明实施例1的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机的另一结构示意图。

图3是本发明实施例1的螺旋桨动力机构的结构示意图。

图4是本发明实施例1的螺旋桨动力机构的局部放大示意图。

图5是本发明实施例1的机壳、无刷电机和螺旋桨的安装示意图。

图6是本发明实施例2的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机的结构示意图。

图7是本发明实施例2的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机的局部放大示意图。

图8是本发明实施例3的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机的结构示意图。

图9是本发明实施例3的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机的局部放大示意图。

图10是本发明实施例4的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：

图中，各个标记的表示含义如下：

1、机头；11、鸭翼；2、机身；21、前轮架；22、前轮；23、后轮架；24、后轮；3、前翼；4、后翼；5、螺旋桨动力机构；51、安装座；511、开口端；512、安装面；513、电线触点；514、卡槽；515、簧片；516、环槽；52、机壳；521、卡扣；522、薄壁；53、无刷电机；54、螺旋桨；6、机尾。

请参阅图1至图5，本实施例提供了一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，包括机头1、机身2、前翼3、后翼4和螺旋桨动力机构5；

所述机头1连接于机身2的前端；

所述前翼3为两个，两个前翼3的翼根部水平对称固定连接于机身2的前端；

所述后翼4为两个，两个后翼4的翼根部水平对称固定连接于机身2的后端，位于机身2同侧的后翼4的翼尖部与前翼3的翼尖部相互连接，两个后翼4与两个前翼3之间组合形成菱形状，单个后翼4与单个前翼3的下端均垂直设有一个所述螺旋桨动力机构5。

本实施例通过设置机头1、机身2、前翼3、后翼4和螺旋桨动力机构5，在本实施例中，由于位于机身2同侧的后翼4的翼尖部与前翼3的翼尖部相互连接，两个后翼4与两个前翼3之间组合形成菱形状，使得菱形机翼能够成为多旋翼的机体构型，同时将四个螺旋桨动力机构5分别布置在两个前翼3和两个后翼4上，在以旋翼模态飞行时，前翼3或者后翼4上只存在单个旋翼提供升力所产生的弯矩，并不会出现现有的复合翼上存在的交变扭矩，前翼3或者后翼4的弹性形变也因该构型本身所具有的较高强度和刚度而降到最低。

请参阅图1至图5，所述螺旋桨动力机构5包括安装座51、机壳52、无刷电机53和螺旋桨54；所述安装座51的一端与后翼4或者前翼3固定连接，安装座51的另一端为开口端511，安装座51的开口端511处设有安装面512，所述安装面512上设有电线触点513，所述机壳52扣接在所述开口端511，所述无刷电机53固定设置在机壳52内，无刷电机53朝向开口端511的一端与电线触点513接触，无刷电机53远离开口端511的一端为输出端并从机壳52内伸出，所述螺旋桨54与所述输出端固定连接。

通过设置安装座51、机壳52、无刷电机53和螺旋桨54，本实施例采用的是快装接口的形式，通过将机壳52安装在安装座51的开口端511，此时安装座51的开口端511被封住，无刷电机53与电线触点513接触使无刷电机53通电，无刷电机53在旋转的过程中，带动螺旋桨54旋转，从而实现机身2的垂直升降，在本实施例中，四个无刷电机53，保证了机身2在升降时的平稳性；另外，需要说明的是，针对有较好的起飞场所，起降环境较好时，我们可以将机壳52、无刷电机53和螺旋桨54拆下，仅保留安装座51在机身2上，可降低无人机重量，同时也使得无人机飞行更加平稳，同时提高了无人机的载重量和航程；当没有较好的起飞场所，即起降环境较差时，需要将机壳52、无刷电机53和螺旋桨54拆安装在安装座51上，虽然无人机的重量变重，但是其获得垂直起降功能，可以顺利起飞，摆脱了对较好的起降环境的依赖，本实施例的无人机可以适应多种不同类型的起降场合。

请参阅图3至图5，所述安装面512上等间距环设有三个卡槽514，所述卡槽514呈刀型状，所述机壳52内等间距环设有三个卡扣521，单个卡扣521可插入到对应的卡槽514内并锁紧于卡槽514中。

通过设置卡槽514和卡扣521，这里三个卡槽514的布置朝向相同，用户通过将卡扣521插入到卡槽514内，在朝向卡槽514面积较小的一端旋转20°左右，即可将卡扣521锁紧在卡槽514内，从而避免了机壳52与安装座51分离，导致无人机无法正常飞行，或者在飞行过程中因机壳52掉落而损坏。

另外，本实施例中通过开启无刷电机53，通过无刷电机53控制螺旋桨54的转向，使螺旋桨54的转向与卡扣521的旋紧方向相反，螺旋桨54在旋转的过程中产生的反力矩会让卡扣521向上锁方向旋紧，防止卡扣521因震动而与卡槽514分离。

请参阅图4，每个所述卡槽514的内侧均设有沿着卡槽514的长向方向布置的条形簧片515，所述条形簧片515到所述安装面512之间的距离为沿着其一端到其另一端渐变变大，条形簧片515的一端与安装座51固定连接，条形簧片515的一端远离安装面512。

通过设置条形簧片515，在机壳52卡接在安装座51上，机壳52会对条形簧片515进行挤压，条形簧片515用于给机壳52提供预紧力。

请参阅图1，所述开口端511设有一圈环槽516，所述机壳52上设有一圈与所述环槽516相配合的薄壁522。

通过将薄壁522插入到环槽516内，从而实现机壳52内的防水防尘，同时也防止了电线触点513短路或者接触不良。

请参阅图1至图2，所述机身2的后上端垂直设有机尾6，机身2的后端还水平设有一个所述螺旋桨动力机构5。

机身2后端设置的螺旋桨动力机构5的结构与前翼3或者后翼4下端的螺旋桨动力结构54相同，其用于驱动机身2向前运动，同时辅助机身2上升。

请参阅图1至图2，所述机身2的下前端通过前轮架21连接有前轮22，机身2的下后端通过后轮架23连接有后轮24，所述后轮24为两个且左右对称设置在后轮架23上。

设置的前轮22和后轮24用于支撑机身2，同时可以辅助机身2向前运动和上升。

请参阅图1和图2，所述机头1呈三角状，机头1的左右两端对称设有鸭翼11。

机头1两侧的鸭翼11是改善前翼3和后翼4气动特性的重要结构，鸭翼11产生的有利涡能降低前翼3和后翼4与螺旋桨动力机构5的相互干扰。

实施例2

图中，与上述实施例所使用附图相同的附图标记，仍然沿用上述实施例对于该附图标记的定义。

新出现的附图标记定义如下：25、伞舱；251、第二销孔；252、托板；253、弹簧；26、舱门；261、第一销孔；27、舵机；271、摇臂；272、插销；28、降落伞；281、伞绳；29、挂点。

请参阅图6至图7，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述机身2的上端设有伞舱25，所述伞舱25的上端具有开口，伞舱25的开口511与舱门26的一端铰接，所述舱门26的另一端设有第一销孔261，机身2的内部设有所述第一销孔261相对应的第二销孔251，所述机身2的内部设有舵机27，所述舵机27的输出端固定连接有摇臂271，所述摇臂271上的插销272可在舵机27的驱动下插入到第二销孔251和第一销孔261中或者从第一销孔261和第二销孔251中退出，从而锁住或者解锁舱门26；

所述伞舱25的内部水平设有托板252，所述托板252与伞舱25的内底面通过四根弹簧253连接，四根弹簧253按照能满足受力均匀的要求分散地设置于托板252与伞舱25之间，托板252的上端放置有呈折叠状态的降落伞28；

还包括伞绳281，所述伞绳281为四根且相对于降落伞28均布设置，单根伞绳281的一端与降落伞28的下端固定连接，其另一端从伞舱25与舱门26的缝隙内伸出并固定连接在机身2的挂点29上。

本实施例通过设置伞舱25、舱门26、舵机27、降落伞28和伞绳281，在无人机正常飞行的过程中，降落伞28是呈折叠状收纳在伞舱25中，伞绳281则是从伞舱25与舱门26的缝隙内伸出并固定连接在机身2的挂点29上，此时摇臂271的另一端插入到第二销孔251和第一销孔261中，锁住舱门26，此时四根弹簧253处于压缩状态。

当无人机遭遇极端天气、空中碰到障碍物或者说无人机自身发生故障时，为了避免无人机直接坠毁，降低无人机降落的损失，通过控制信号控制舵机27转动，舵机27的输出端带动摇臂271的插销272依次从第一销孔261和第二销孔251中退出，此时舱门26处于解锁状态，而四根弹簧253由压缩状态恢复形变，推动托板252上升，托板252再进一步带动降落伞28上升并使降落伞28从伞舱25内释放，降落伞28在脱离伞舱25后，由折叠状变为舒张状，并由向上空气使得降落伞28完全打开，此时伞绳281处于绷紧状态，实现无人机的紧急降落。

另外，由于伞绳281的另一端从伞舱25与舱门26的缝隙内伸出并固定连接在机身2的挂点29上，四个挂点29均布设置在机身2上并以机身2的重心为圆点，使得整个机身2的受力更加平衡，使无人机在能平稳的降落。

另外，当本申请中的前翼3和后翼4不再设置螺旋桨动力机构5时，本发明仅在机身的后端设置一个螺旋桨动力机构5时，无人机通过后端的螺旋桨动力机构5或者弹射机构进行起飞，同时由于机身2的重量变轻，使无人机可以装载更多的货物，通过降落伞28，仍然可以可以实现无人机的平稳降落，使无人机安全着陆。

本实施例中的控制信号控制舵机27为常规技术手段，并不是本发明的保护重点，在此不做赘述。

实施例3

图中，与上述实施例所使用附图相同的附图标记，仍然沿用上述实施例对于该附图标记的定义。

新出现的附图标记定义如下：7、后掠翼。

请参阅图8和图9，本实施例与实施例2的不同之处在于：两个所述前翼3的翼尖部对称连接有后掠翼7。

设置的后掠翼7可以增加机身2部分升力、稳定性，另外还可以提高载重量，同时还可以提高飞行速度，使得后掠翼7的应用场景更加丰富，在这里，可以在前翼3的翼尖部和后掠翼7的翼根部设置对应的插销和销孔，通过将插销插入到销孔孔，然后再通过顶丝插入到销孔内，并顶紧插销，从而使前翼3与后掠翼7紧固拼接，本实施例通过对后掠翼7快速装卸的这种方式，来有效提升无人机的载重量、稳定性等，同时还拓展了无人机的应用场合和范围。

实施例4

图中，与上述实施例所使用附图相同的附图标记，仍然沿用上述实施例对于该附图标记的定义。

新出现的附图标记定义如下：8、平直翼。

请参阅图10，本实施例与图3的不同之处在于，本实施例将后掠翼7替换成了平直翼8。

设置的平直翼8可以增加机身2升力以提高载重，使得平直翼8的应用场景更加丰富，在这里，可以在前翼3的翼尖部和平直翼8的翼根部设置对应的插销和销孔，通过将插销插入到销孔孔，然后再通过顶丝插入到销孔内，并顶紧插销，从而使前翼3与平直翼8紧固拼接，本实施例通过对平直翼8快速装卸的这种方式，来有效提升无人机的载重量、稳定性等，同时还拓展了无人机的应用场合和范围。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。由此，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”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。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 (5)

1.一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，其特征在于：包括机头、机身、前翼、后翼和螺旋桨动力机构；所述机头连接于机身的前端；所述前翼为两个，两个前翼的翼根部水平对称连接于机身的前端；所述后翼为两个，两个后翼的翼根部水平对称连接于机身的后端，位于机身同侧的后翼的翼尖部与前翼的翼尖部相互连接，两个后翼与两个前翼之间组合形成菱形状，单个后翼与单个前翼的下端均垂直设有所述螺旋桨动力机构；

所述螺旋桨动力机构包括安装座、机壳、无刷电机和螺旋桨；所述安装座的一端与后翼或者前翼固定连接，安装座的另一端为开口端，安装座的开口端处设有安装面，所述安装面上设有电线触点，所述机壳扣接在所述开口端，所述无刷电机固定设置在机壳内，无刷电机朝向开口端的一端与电线触点接触，无刷电机远离开口端的一端为输出端并从机壳内伸出，所述螺旋桨与所述输出端固定连接；

所述安装面上等间距环设有数个卡槽，所述卡槽呈刀型状，所述机壳内等间距环设有数个卡扣，单个卡扣可插入到对应的卡槽内并锁紧于卡槽中；每个所述卡槽的内侧均设有沿着卡槽的长度方向布置的条形簧片，所述条形簧片到所述安装面之间的距离为沿着其一端到其另一端渐变变大，条形簧片的一端与安装座固定连接，条形簧片的另一端远离安装面；所述开口端设有一圈环槽，所述机壳上设有一圈与所述环槽相配合的薄壁；

两个所述前翼的翼尖部对称连接有平直翼或者后掠翼。

2.根据权利要求1所述的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，其特征在于：所述机身的下前端通过前轮架连接有前轮，机身的下后端通过后轮架连接有后轮，所述后轮为两个且左右对称设置在后轮架上。

3.根据权利要求1所述的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，其特征在于：所述机身的后上端垂直设有机尾，机身的后端还水平设有所述螺旋桨动力机构。

4.根据权利要求1所述的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，其特征在于：所述机头呈三角状，机头的左右两端对称设有鸭翼。

5.根据权利要求1所述的一种联接翼构型的新型垂直起降无人机，其特征在于：所述机身的上端设有伞舱，所述伞舱的上端具有开口，伞舱的开口与舱门的一端铰接，所述舱门的另一端设有第一销孔，机身的内部设有与所述第一销孔相对应的第二销孔，所述机身的内部设有舵机，所述舵机的输出端固定连接有摇臂，所述摇臂上的插销可在舵机的驱动下插入到第二销孔和第一销孔中或者从第一销孔和第二销孔中退出，从而锁住或者解锁舱门；

所述伞舱的内部水平设有托板，所述托板与伞舱的内底面通过数根弹簧连接，数根弹簧按照能满足受力均匀的要求分散地设置于托板与伞舱之间，托板的上端放置有呈折叠状态的降落伞；

还包括伞绳，所述伞绳为多根且相对于降落伞均布设置，单根伞绳的一端与降落伞的下端固定连接，其另一端从伞舱与舱门的缝隙内伸出并固定连接在机身的挂点上。

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