CN110341951B - 一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器 - Google Patents

Abstract

一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，其主要包括主要包括机身、两个前折叠机臂、两个后折叠机臂、两个前机翼、两个后机翼、两个垂尾、旋翼倾转舵机、前机翼折叠展开机构、后机翼折叠展开机构，垂尾倾转轴。两个前折叠机臂均通过折叠构件与机身上的倾转碳管连接，机臂上均设有两个旋翼电机。两个后折叠机臂机构布局与前机臂一致。两个前机翼水平位置均位于机身上方，且通过前机翼折叠机构进行两个前机翼的折叠展开。两个后机翼水平位置均位于机身线下方，且通过后机翼折叠机构进行两个后机翼的折叠和展开。前旋翼电机水平安装位置均高于后旋翼电机，前、后旋翼中的螺旋桨水平位置分别高于展开后的前折叠机翼和后折叠机翼。本发明用于航空领域。

Description

一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器

技术领域

本发明涉及一种可折叠的无人飞行器，具体涉及一种既可实现机翼的折叠，又可以折叠倾转旋翼的无人飞行器，具体为一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器。

背景技术

目前，可折叠机翼飞行器凭借其方便携带以及运输的优点，在单兵作战、户外勘察等任务中具有较广的应用范围。但是一般可折叠机翼飞行器的发射仍然需要起降跑道或者是起飞弹射装置，一定程度上使得其在复杂环境中起降变得困难。大多数的折叠机翼飞行器的折叠机构是利用扭簧或者齿轮齿条的方式展开，然而扭簧机构不能主动将机翼展合，齿轮齿条在机翼展开机构中又略显笨重。舵机可以精准的控制机翼的展合，可是使用较多的舵机的数量分别控制机翼的展合又会在一定程度上增加整机的重量和整机的制造成本。

公开号为CN 106428525 A，申请日为2016年11月11日的的发明专利公开了一种弹射折叠翼飞行机器人，该专利虽然有结构简单，展弦比小，飞行阻力小的优点，但是，该专利中的弹射折叠翼飞行器机器人的起飞仍然需要弹射装置，这无疑增加了在复杂环境中携带飞行器的负重，且飞行器的回收也没有得到很好的解决；前后机翼翼根处应力集中明显，机翼在强风环境中容易折断，不具有良好的抗干扰能力；由于在飞行过程中飞行姿态是通过实时控制机翼的掠角而实现的，这就使得飞行器在飞行过程中的耗电量比起一般飞行器要大得多，从而缩短了飞行器的航时。

发明内容

本发明为解决现有飞行装置及其弹射装置体积较大，不便携带和运输，同时普通多旋翼续航时间短，普通固定翼起降场地受限，携带不方便等问题，进而提出的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，包括机身、倾转碳管、两个前折叠机臂、前机翼折叠展开机构、两个前旋翼电机、两个前旋翼、左前机翼、右前机翼、左后机翼、右后机翼、垂尾、连接碳管、后机翼折叠展开机构、后折叠机臂、两个后旋翼电机、两个后旋翼、两个前副翼、两个后副翼；

左前机翼和右前机翼安装在机身上，右前机翼在左前机翼上，两个前机翼的展开和折叠通过前机翼折叠展开机构向后进行展开和折叠，左前机翼和右前机翼上都还设有前副翼，倾转碳管转动安装在机身头部且位于两个前机翼的前方，且和两个前折叠机臂通过铰链机构连接，两个前折叠机臂上都安装有前旋翼电机以及前旋翼，倾转碳管由旋翼倾转舵机控制其转动；左后机翼和右后机翼安装在机身上，左后机翼在右右后机翼上，且通过后机翼折叠展开机构向前折叠和展开，左后机翼和右后机翼上都还设有后副翼，垂尾安装在机身尾部，连接碳管安装在机身尾部且在垂尾下方，两个后折叠机臂与连接碳管通过铰链机构连接，后折叠机臂上都安装有后旋翼电机和后旋翼。

上述的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，前机翼折叠展开机构包括右前翼转轴、左前翼转轴、左前翼三个连杆、右前翼三个连杆、左前舵机和右前舵机，左前舵机和右前舵机都固定在机身上，竖向的右前翼转轴和右前机翼固定连接，右前舵机和右前翼三个连杆一端连接，右前翼三个连杆另一端和右前翼转轴连接，右前舵机通过右前翼三个连杆以及右前翼转轴组成四连杆机构，带动右前机翼从平行机身的位置展开至垂直机身位置，左前翼转轴通过轴承套在右前翼转轴外，并与左前机翼固定连接，左前舵机和左前翼三个连杆的一端连接，左前翼三个连杆的另一端和左前翼转轴连接，左前舵机通过左前翼三个连杆以及左前翼转轴组成四连杆机构，带动左前机翼从平行机身的位置展开至垂直机身位置；

后机翼折叠展开机构都包括右后翼转轴、左后翼转轴、左后翼三个连杆、右后翼三个连杆、左后舵机和右后舵机，左后舵机和右后舵机都固定在机身上，竖向的右后翼转轴和右后机翼固定连接，右后舵机和右后翼三个连杆一端连接，右后翼三个连杆另一端和右后翼转轴连接，右后舵机通过右后翼三个连杆以及右后翼转轴组成四连杆机构，带动右后机翼从平行机身的位置展开至垂直机身位置，左后翼转轴通过轴承套在右后翼转轴外，并与左后机翼固定连接，左后舵机和左后翼三个连杆的一端连接，左后翼三个连杆的另一端和左后翼转轴连接，左后舵机通过左后翼三个连杆以及左后翼转轴组成四连杆机构，带动左后机翼从平行机身的位置展开至垂直机身位置。

上述的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，垂尾通过垂尾倾转轴进行倾转，由机身内的倾转舵机驱动垂尾倾转轴的倾转。

上述的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，旋翼倾转舵机固定在机身上，旋翼倾转舵机上连接有齿轮，倾转碳管上连接有倾转齿轮，齿轮和倾转齿轮啮合，旋翼倾转舵机通过齿轮、倾转齿轮带动倾转碳管的倾转，进而带动两个前旋翼电机和前旋翼倾转至水平位置。

上述的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，左前机翼和右前机翼位于机身顶，左后机翼和右后机翼位于机身底，前机翼翼展小于两后翼翼展。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

（1）本发明具有垂直起降的能力，同时旋翼可以进行倾转。起降场地不受地形的影响。同时无人飞行器的起飞重量小于5kg，便于单兵携带和运输。

（2）本发明兼顾了多旋翼可垂直起降的优点，同时也兼顾了固定翼续航时间长，飞行速度快的特点，还拥有可折叠机翼，可折叠机臂的独特优点。

（3）本发明采用串列翼的气动布局方式，相比常规布局，可有效的提高任务载荷。

（4）本发明采用两前机翼翼展小于两后翼翼展且前翼水平位置高于后翼水平位置的形式，保证了由多旋翼转固定翼方式飞行的时候气动焦点尽量在后翼一侧，增强了飞行器的纵向稳定性，同时减少了前后翼的气动干扰，提高了飞行器的升力。

（5）可以在本发明的基础上进行多种改进，包括4+1(垂直起降+后推)形式的无人飞行器，也包括不采用垂直起降形式的串列翼折叠飞行器以及可折叠弹射的串列翼无人飞行器（尾推）等。

附图说明

图1为本发明无人飞行器折叠状态的主视图。

图2为图1的俯视图。

图3为无人飞行器展开状态的轴测图。

图4为无人飞行器展开状态的俯视图。

图5为无人飞行器倾转机构示意图。

图6为无人飞行器前机翼展开机构的轴测图。

图7为无人飞行器前机翼展开机构的主视图。

图8为无人飞行器前飞示意图。

图中：1-机身，2-倾转碳管，3-前折叠机臂，4-前机翼折叠展开机构，5-前旋翼电机，6-前旋翼，7-右前机翼，8-左前机翼，9-后旋翼， 10-垂尾，11-垂尾倾转轴，12-连接碳管，13-后机翼折叠展开机构，14-后折叠机臂，15-后旋翼电机，16-右后机翼，17-左后机翼。

31-右前折叠机臂，32-左前折叠机臂，40-右前翼转轴，41-轴承，42-左前翼转轴，43-左前舵机，44-右前舵机，45-左前翼三个连杆，46-右前翼三个连杆，51-右前旋翼电机，52-左前旋翼电机，61-右前旋翼，62-左前旋翼，91-右后旋翼，92-左后旋翼，141-右后折叠机臂，142-左后折叠机臂，151-右后旋翼电机，152-左后旋翼电机，101-右前副翼，102-左前副翼，103-右后副翼，104-左后副翼，201-倾转齿轮，202-齿轮，203-旋翼倾转舵机。

具体实施方式

具体实施方法一：结合图1-图7说明本实施方式，本实施方式所述一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，包括机身1、两个前折叠机臂3、两个后折叠机臂14、两个前机翼、两个后机翼、两个垂尾10、旋翼倾转舵机203、前机翼折叠展开机构4、后机翼折叠展开机构13，垂尾倾转轴11。

两个前折叠机臂3均通过铰链机构与机身上的倾转碳管2连接，机臂上均设有前旋翼电机5。两个后折叠机臂14均通过铰链机构与机身上的连接碳管12进行连接，机臂上设有不可倾转的后旋翼电机15。

两个前机翼水平位置均位于机身上方，且通过前机翼折叠展开机构4进行两个前机翼的折叠展开。两个后机翼水平位置均位于机身线下方，且通过后机翼折叠展开机构13进行两个后机翼的折叠和展开。

前旋翼电机5水平安装位置均高于后旋翼电机15，前旋翼电机上的前旋翼6和后旋翼电机15上的后旋翼9水平位置分别高于展开后的前机翼和后机翼。两个垂尾通过垂尾倾转轴的旋转（由机身内的舵机带动旋转）进行垂尾的展开与折叠且所述的垂尾上不设有方向舵。

无人机处于折叠状态时，两个前折叠机臂3、两个后折叠机臂14和四个机翼通过铰链机构均向内折叠，此时四个机翼与机身1重叠，这样可以大大减小无人飞行器的尺寸，可以单兵携带或进行大批量运输。

具体实施方式二：结合图5说明本实施方式，本实施包括倾转碳管2、旋翼倾转舵机203、与旋翼倾转舵机连接的齿轮202、与倾转碳管2连接的倾转齿轮201，无人飞行器在垂直起降的过程中，两个前旋翼电机5和前旋翼6均处于竖直状态，而当无人飞行器向前飞行时，旋翼倾转舵机203通过齿轮202、倾转齿轮201带动倾转碳管2的倾转，进而带动两个前旋翼电机5和前旋翼6倾转至水平位置。

具体实施方式3：结合图6和图7说明本实施，本实施--前机翼折叠展开机构4包括右前翼转轴40、左前翼转轴42、左前翼三个连杆45、右前翼三个连杆46、左前舵机43和右前舵机44，右前翼转轴40和右前机翼7固定连接，右前舵机44通过右前翼三个连杆46以及右前翼转轴40组成四连杆机构，带动右前机翼7从平行机身1的位置展开至垂直机身位置。左前翼转轴42通过轴承41套在右前翼转轴40外，并与左前机翼8固定连接，左前舵机43通过左前翼三个连杆45以及左前翼转轴42组成四连杆机构，带动左前机翼8从平行机身1的位置展开至垂直机身位置，左前翼三个连杆45、右前翼三个连杆46中的三个连杆为铰接结构。前机翼折叠展开机构4方向朝上。

具体实施方式4：结合图1、图6和图7说明本实施，本实施的左后机翼17和右后机翼16从平行机身1的位置展开至垂直机身位置，其具体组成和连接方式与实施方式3相同。后机翼折叠展开机构13的方向朝下。

本发明的工作原理：

1、无人飞行器存放和运输时，各个机臂都向平行机身1的位置向内折叠，同时各机翼也通过机翼折叠展开机构向内折叠至平行机身1的位置，如图1和图2。

2、无人飞行器准备垂直起飞前，各个机臂向外展开90°（手动展开铰链结构），无人机垂直上升的过程中，左前机翼8和右前机翼7通过前机翼折叠展开机构4向外展开90°，同时左后机翼17和右后机翼16通过后折叠展开机构13向外展开90°，两个垂尾10通过机身内的倾转舵机带动垂尾倾转轴11倾转90°至垂尾与机身1垂直位置处，见图3。

3、无人飞行器向前飞行时，旋翼倾转舵机203通过齿轮202、倾转齿轮201带动倾转碳管2的倾转，进而带动两个前旋翼电机和前旋翼向前倾转至水平位置，见图8。

4、无人飞行器向左横滚运动时，左前副翼102和左后副翼104向上偏转同时右前副翼101和右后副翼103向下偏转，当无人飞行器向右横滚时，四个副翼的偏转方向与前相反。

5、无人飞行器向下俯冲时，左前副翼102和右前副翼101向上偏转，同时左后副翼104和右后副翼103向下偏转，当无人飞行器向上爬升时，四个副翼的偏转方向与前相反。

6、无人飞行器向左偏航时，减少左前旋翼电机52转速，进而减少左旋翼62的拉力，同时增大右前旋翼电机51转速，进而增大右旋翼61的拉力，当无人飞行器向右偏航时，操作与前相反。

Claims (4)

1.一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，其特征在于包括机身（1）、倾转碳管（2）、两个前折叠机臂（3）、前机翼折叠展开机构（4）、两个前旋翼电机（5）、两个前旋翼（6）、左前机翼（8）、右前机翼（7）、左后机翼（17）、右后机翼（16）、垂尾（10）、连接碳管（12）、后机翼折叠展开机构（13）、后折叠机臂（14）、两个后旋翼电机（15）、两个后旋翼（9）、两个前副翼、两个后副翼；

左前机翼（8）和右前机翼（7）安装在机身（1）上，右前机翼（7）在左前机翼（8）上，两个前机翼的展开和折叠通过前机翼折叠展开机构（4）向后进行展开和折叠，左前机翼（8）和右前机翼（7）上都还设有前副翼，倾转碳管（2）转动安装在机身（1）头部且位于两个前机翼的前方，且和两个前折叠机臂（3）通过铰链机构连接，两个前折叠机臂（3）上都安装有前旋翼电机（5）以及前旋翼（6），倾转碳管（2）由旋翼倾转舵机（203）控制其转动；左后机翼（17）和右后机翼（16）安装在机身（1）上，左后机翼（17）在右右后机翼（16）上，且通过后机翼折叠展开机构（13）向前折叠和展开，左后机翼（17）和右后机翼（16）上都还设有后副翼，垂尾（10）安装在机身（1）尾部，连接碳管（12）安装在机身（1）尾部且在垂尾（10）下方，两个后折叠机臂（14）与连接碳管（12）通过铰链机构连接，后折叠机臂（14）上都安装有后旋翼电机（15）和后旋翼（9）；

前机翼折叠展开机构（4）包括右前翼转轴（40）、左前翼转轴（42）、左前翼三个连杆（45）、右前翼三个连杆（46）、左前舵机（43）和右前舵机（44），左前舵机（43）和右前舵机（44）都固定在机身（1）上，竖向的右前翼转轴（40）和右前机翼（7）固定连接，右前舵机（44）和右前翼三个连杆（46）一端连接，右前翼三个连杆（46）另一端和右前翼转轴（40）连接，右前舵机（44）通过右前翼三个连杆（46）以及右前翼转轴（40）组成四连杆机构，带动右前机翼（7）从平行机身（7）的位置展开至垂直机身位置，左前翼转轴（42）通过轴承（41）套在右前翼转轴（40）外，并与左前机翼（8）固定连接，左前舵机（43）和左前翼三个连杆（45）的一端连接，左前翼三个连杆（45）的另一端和左前翼转轴（42）连接，左前舵机（43）通过左前翼三个连杆（45）以及左前翼转轴（42）组成四连杆机构，带动左前机翼（8）从平行机身（1）的位置展开至垂直机身位置；

后机翼折叠展开机构（13）都包括右后翼转轴、左后翼转轴、左后翼三个连杆、右后翼三个连杆、左后舵机和右后舵机，左后舵机和右后舵机都固定在机身（1）上，竖向的右后翼转轴和右后机翼（16）固定连接，右后舵机和右后翼三个连杆一端连接，右后翼三个连杆另一端和右后翼转轴连接，右后舵机通过右后翼三个连杆以及右后翼转轴组成四连杆机构，带动右后机翼从平行机身的位置展开至垂直机身位置，左后翼转轴通过轴承套在右后翼转轴外，并与左后机翼（17）固定连接，左后舵机和左后翼三个连杆的一端连接，左后翼三个连杆的另一端和左后翼转轴连接，左后舵机通过左后翼三个连杆以及左后翼转轴组成四连杆机构，带动左后机翼从平行机身的位置展开至垂直机身位置。

2.根据权利要求1所述的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，其特征在于垂尾（10）通过垂尾倾转轴（11）进行倾转，由机身内的倾转舵机驱动垂尾倾转轴（11）的倾转。

3.根据权利要求1或2所述的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，其特征在于旋翼倾转舵机（203）固定在机身1上，旋翼倾转舵机（203）上连接有齿轮（202），倾转碳管（2）上连接有倾转齿轮（201），齿轮（202）和倾转齿轮（201）啮合，旋翼倾转舵机（203）通过齿轮（202）、倾转齿轮（201）带动倾转碳管（2）的倾转，进而带动两个前旋翼电机（5）和前旋翼（6）倾转至水平位置。

4.根据权利要求1或2所述的一种可折叠机翼和倾转旋翼的无人飞行器，其特征在于左前机翼（8）和右前机翼（7）位于机身（1）顶，左后机翼（17）和右后机翼（16）位于机身（1）底，前机翼翼展小于两后翼翼展。

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