CN110606194A - 一种射流推进式垂直起降无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射流推进式垂直起降无人机，包括：射流产生及控制组件和机身；机身包括两个同轴设置的蝶形封头结构以及位于两个蝶形封头结构中心用于轴向连接两个蝶形封头的圆柱形连接段，两个蝶形封头结构的内凹面均向下且二者之间形成环形通道，环形通道的出口方向与机身的轴向之间夹角为设定值，机身中心具有关于安装平台对称的上安装位和下安装位，其内均安装有射流产生及控制组件，用于产生射流以及将射流的流速调控在设定范围内；机身的环形通道内部设置两个以上沿圆柱形连接段周向均匀分布的弯管型流道，其入口端沿圆柱形连接段的径向分布且与上安装位和下安装位连通，其出口端的管轴线与机身轴向的夹角为设定阈值，用于喷射射流。

Description

一种射流推进式垂直起降无人机

技术领域

本发明涉及射流技术领域，具体涉及一种射流推进式垂直起降无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的无人驾驶飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主操作。

与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合简单重复、环境恶劣或危险的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用，军用方面，无人机又可分为侦察机和靶机；民用方面，无人机逐渐应用到不同的行业中，目前在航拍、农业、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、浪漫制作等等领域均有应用，大大的拓展了无人机的用途。

其中，垂直起降无人机因对起降地点要求低、能在复杂地形环境执行任务而得到了广泛的应用。但是，现有技术中的垂直起降无人机仍存在其自身的旋翼、螺旋桨、风扇等结构限制航行速度的问题，如何研制新型垂直起降无人机以提高其航行速度，成为无人飞行器的研究重点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种射流推进式垂直起降无人机，能够根据实际需要调控射流流速，实现有效控制垂直起降无人机的航行速度。

本发明的技术方案为：

一种射流推进式垂直起降无人机，包括：射流产生及控制组件和机身；

所述机身包括两个同轴设置的蝶形封头结构以及位于两个蝶形封头结构中心用于轴向连接两个蝶形封头的圆柱形连接段，两个蝶形封头结构的内凹面均向下且二者之间形成环形通道，所述机身中心具有关于安装平台对称的上安装位和下安装位，其内均安装有射流产生及控制组件，两个射流产生及控制组件对称固定在安装平台上，用于产生射流并调控射流流速；

圆柱形连接段壁面上与所述上安装位和下安装位内射流产生及控制组件对应位置分别沿周向均匀开设两个以上流道入口，由此在所述圆柱形连接段壁面上形成两个沿其周向均匀分布的流道入口组，两个流道入口组中流道入口的个数相同，且在位置上一一对应，机身的环形通道内部设置两个以上沿圆柱形连接段周向均匀分布的弯管型流道，弯管型流道的入口端与圆柱形连接段壁面上对应位置处的两个流道入口连通，出口端的管轴线与机身轴向成设定角度；所述圆柱形连接段周向的流道入口均用于将射流产生及控制组件产生的射流导流进入弯管型流道；所述弯管型流道用于将射流沿其出口喷出。

作为一种优选方案，所述射流产生及控制组件包括：动力单元、射流产生装置、带轴导叶、驱动单元和控制单元；

以所述上安装位内的射流产生及控制组件为例，所述动力单元一端固定在安装平台的上表面，另一端与射流产生装置连接，用于为射流产生装置提供动力；所述上安装位和下安装位上均设置通气孔，用于使射流产生装置吸收外界大气，产生射流；

每个弯管型流道的入口端设置一个带轴导叶，通过转动带轴导叶的导叶以改变弯管型流道的流通面积；

所述驱动单元安装在机身的外表面，其与带轴导叶电连接，用于为带轴导叶绕其自身转轴转动提供驱动力；

所述控制单元分别与动力单元和驱动单元连接，用于控制动力单元的动力和驱动单元的驱动力。

作为一种优选方案，所述动力单元为电机组件，上安装位和下安装位中的电机组件关于安装平台对称且相对于安装平台旋向相反，其分别与射流产生装置电连接。

作为一种优选方案，所述控制单元包括：电池和与之相连的控制组件，所述电池分别与动力单元和驱动单元电连接，所述电池分别为动力单元、驱动单元和控制组件供电；所述控制组件分别与动力单元和驱动单元电连接，用于向动力单元和驱动单元发出控制指令。

作为一种优选方案，所述驱动单元采用舵机，其与带轴导叶电连接，所述舵机转动设定角度对应驱动带轴导叶转动相应角度。

作为一种优选方案，所述舵机采用90°舵机。

作为一种优选方案，所述带轴导叶包括导叶部和轴部，所述轴部一端垂直固定在导叶部的叶面上，其另一端通过轴榖连接在机身内部的弯管型流道的入口端，使导叶部在驱动单元的驱动下绕轴部转动。

作为一种优选方案，所述机身内部的弯管型流道采用90°弯管，其出口端的管轴线与机身的中心轴向平行。

作为一种优选方案，所述机身还包括：安装在处于上方的蝶形封头结构凸面上的安装面，用于安装驱动单元，令上下两个蝶形封头结构分别为上壳体和下壳体，上壳体和下壳体均可拆卸连接在圆柱形连接段的两端；所述圆柱形连接段的两端沿轴向分别开设有上安装槽和下安装槽，所述安装面可拆卸安装在上壳体的凸面上，下壳体可拆卸安装在下安装槽的开口端。

作为一种优选方案，所述电机组件包括：电机和电机座，所述电机座固定在安装平台上，所述电机安装在所述电机座中；两个所述电机座设置为倒V型，使其V型开口端相对、尖端相背离。

有益效果：

(1)本发明中的射流产生及控制组件能够根据实际需要调控射流流量，进而调控射流速度，从而有效控制垂直起降无人机的推进速度。

(2)本发明能够通过改变弯管型流道的流通面积控制垂直起降无人机的推进速度，通过控制不同方向的射流，实现对垂直起降无人机的航行方向的控制。

附图说明

图1为本发明的射流推进式垂直起降无人机的主视图。

图2为本发明的射流推进式垂直起降无人机的俯视图。

图3为本发明的射流推进式垂直起降无人机的仰视图。

图4为本发明的带轴导叶相对于射流流道的第一位置示意图。

图5为本发明的带轴导叶相对于射流流道的第二位置示意图。

其中，100-射流产生及控制组件，200-机身，10-电机组件，20-离心叶轮，30-带轴导叶，40-舵机，50-控制单元，60-上壳体，70-安装面，80-下壳体，1-电机座，2-电机，3-导叶部，4-轴部

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种射流推进式垂直起降无人机，能够根据实际需要调控射流流速，实现有效控制垂直起降无人机的航行速度。

如图1-3所示，该射流推进式垂直起降无人机包括：射流产生及控制组件100和机身200，机身200包括两个同轴设置的蝶形封头结构以及位于两个蝶形封头结构中心用于轴向连接两个蝶形封头的圆柱形连接段，两个蝶形封头的内凹面均向下且二者之间形成环形通道，机身200的中心具有沿轴线分布的上安装位和下安装位，令上安装位和下安装位之间的结构为安装平台，上安装位和下安装位关于安装平台对称，上安装位和下安装位内均安装有射流产生及控制组件100，两个射流产生及控制组件100对称固定在安装平台上，用于产生射流并调控射流流速；

圆柱形连接段壁面上与所述上安装位和下安装位内射流产生及控制组件100对应位置分别沿周向均匀开设两个以上通孔作为流道入口，与上安装位和下安装位对应的流道入口位置一一对应，机身200的环形通道内部设置两个以上沿机身200的圆柱形连接段外周周向均匀分布的弯管型流道，弯管型流道的入口端与圆柱形连接段壁面上对应位置处的两个流道入口连通，其出口端的管轴线与机身200的中心轴之间成设定角度(大于等于0°且小于90°)，以保证射流具有沿管轴线向下的分量；圆柱形连接段周向的流道入口均用于将射流产生及控制组件100产生的射流导流进入弯管型流道；弯管型流道用于将射流沿其出口轴线方向喷射出去并产生升力推进垂直起降无人机。

具体地：通过射流产生及控制组件100控制弯管型流道的流通面积来控制流道内射流流量，进而调控射流流速，从而为垂直起降无人机提供设定的升力用于起飞。

实施例2：

在实施例1的基础上，射流产生及控制组件100包括：动力单元、射流产生装置、带轴导叶30、驱动单元和控制单元50；

以上安装位内的射流产生及控制组件100为例，动力单元一端固定在安装平台的上表面，另一端与射流产生装置连接，用于为射流产生装置提供动力；

上安装位和下安装位上均设置通气孔，用于射流产生装置吸收外界大气，产生射流；

射流产生装置为离心叶轮20，离心叶轮20从上安装位和下安装位上的通气孔吸收外界大气，产生射流，并通过上安装位和下安装位上的流道入口传导至机身200内的弯管型流道中，进而从弯管型流道的出口端喷出，用于为垂直起降无人机提供反向升力，进而推进垂直起降无人机起降；

两个以上带轴导叶30与两个以上弯管型流道一一对应分布在弯管型流道的入口端，其在机身200内的弯管型流道内可在第一位置、第二位置及第一位置和第二位置之间的任意位置切换，用于改变弯管型流道的流通面积；驱动单元安装在机身200的外表面，其与带轴导叶30电连接，用于为带轴导叶30绕其自身转轴转动提供驱动力；

控制单元50分别与动力单元和驱动单元连接，用于控制动力单元的动力和驱动单元的驱动力；

其中，如图4和5所示，每个带轴导叶30的第一位置为其长度方向沿弯管型流道入口端的轴向布置时对应的位置，保证弯管型流道入口端的流通面积最大，带轴导叶30的第二位置为其导叶长度方向沿弯管型流道入口的周向从而封堵弯管型流道入口端时对应的位置，即从第一位置到第二位置轴导叶30转动90°，当带轴导叶30处于第一位置时，对应弯管型流道入口为全开状态，当带轴导叶30处于第二位置时，对应弯管型流道入口为全关状态。

具体地：当驱动单元驱动所有带轴导叶30处于全开状态时，所有弯管型流道的出口端均喷出射流，垂直起降无人机获得沿机身200的圆柱形连接段的轴向向上的升力使其抬升起飞，其周向的分力沿径向相互抵消；当驱动单元驱动某一侧带轴导叶30处于全开状态、另一侧的带轴导叶30处于全关状态时，垂直起降无人机向全开的一侧侧飞；当垂直起降无人机需要减速或将其悬飞在空中某个位置处时，驱动单元驱动所有带轴导叶30或部分带轴导叶30处于第一位置和第二位置之间的相应的设定角度阈值内。

实施例3：

在实施例2的基础上，机身200还包括：安装在处于上方的蝶形封头结构凸面上的安装面70，用于安装驱动单元，令上下两个蝶形封头结构分别为上壳体60和下壳体80，上壳体60和下壳体80均可拆卸连接在圆柱形连接段的两端，用于方便将射流产生及控制组件100封装在机身200内部；圆柱形连接段的两端沿轴向分别开设有上安装槽和下安装槽，安装面70可拆卸安装在上壳体60的凸面上，安装面70和上安装槽共同形成机身200的上安装位，下壳体80可拆卸安装在下安装槽的开口端，下壳体80和下安装槽共同形成机身200的下安装位。

实施例4：

在实施例2或3的基础上，动力单元为电机组件10，上安装位和下安装位中的电机组件10关于安装平台对称且相对安装平台旋向相反，其分别与射流产生装置电连接。

实施例5：

在实施例4的基础上，电机组件10包括：电机2和电机座1，电机座1固定在安装平台上，电机2安装在电机座1中。

实施例6：

在实施例5的基础上，两个电机座1设置为倒V型，使其V型开口端相对、尖端相背离，采用倒V型可以节省安装空间，以进一步缩小垂直起降无人机的尺寸，倒V形电机座1的内部空间用于布置电机1和控制单元50。

实施例7：

在实施例2-6中任意一个实施例的基础上，控制单元50包括：电池和与之相连的控制组件，电池分别与动力单元和驱动单元电连接，电池分别为动力单元、驱动单元和控制组件供电；控制组件分别与动力单元和驱动单元电连接，控制组件用于向动力单元和驱动单元发出控制指令。

实施例8：

在实施例7的基础上，控制组件包括两个以上功能控制模块，例如，用于控制垂直起降无人机的飞行姿态的飞行控制模块、用于为垂直起降无人机导航的北斗模块和用于处理相关机载设备所获取的环境信息的数据处理模块等。

实施例9：

在实施例2-8中任意一个实施例的基础上，驱动单元采用舵机40，其与带轴导叶30电连接(所有带轴导叶30可以连接到一个舵机40上，也可以设置两个以上舵机40，使舵机40与带轴导叶30一一对应)，舵机40转动设定角度对应驱动带轴导叶30转动相应角度，使带轴导叶30在第一位置、第二位置及第一位置和第二位置之间的任意位置切换。

实施例10：

在实施例9的基础上，舵机40选用90°舵机，其调整角度范围为0°-90°，可以最大程度上利用舵机40的有效调整范围，减少大范围角度调整带来的不必要的浪费。

实施例11：

在实施例2-10中任意一个实施例的基础上，带轴导叶30包括导叶部3和轴部4，轴部4一端垂直固定在导叶部3的叶面上，其另一端通过轴榖连接在机身200内部的弯管型流道的入口端，使导叶部3在驱动单元的驱动下绕轴部4转动。

实施例12：

在实施例1-11中任意一个实施例的基础上，机身200内部的弯管型流道采用90°弯管，其出口端的管轴线与机身200的中心轴向平行(即夹角为0°)，使其射流方向与机身200的轴向平行，有利于增大垂直起降无人机的升力。

实施例13：

在实施例1-12中任意一个实施例的基础上，对于某一型垂直起降无人机，机身200内部沿周向均匀布置十六个弯管型流道，十六个流道同时处于全开状态，可以为垂直起降无人机提供较大的升力，使其能够短时间内快速上升。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，包括：射流产生及控制组件(100)和机身(200)；

所述机身(200)包括两个同轴设置的蝶形封头结构以及位于两个蝶形封头结构中心用于轴向连接两个蝶形封头的圆柱形连接段，两个蝶形封头结构的内凹面均向下且二者之间形成环形通道，所述机身(200)中心具有关于安装平台对称的上安装位和下安装位，其内均安装有射流产生及控制组件(100)，两个射流产生及控制组件(100)对称固定在安装平台上，用于产生射流并调控射流流速；

圆柱形连接段壁面上与所述上安装位和下安装位内射流产生及控制组件(100)对应位置分别沿周向均匀开设两个以上流道入口，由此在所述圆柱形连接段壁面上形成两个沿其周向均匀分布的流道入口组，两个流道入口组中流道入口的个数相同，且在位置上一一对应，机身(200)的环形通道内部设置两个以上沿圆柱形连接段周向均匀分布的弯管型流道，弯管型流道的入口端与圆柱形连接段壁面上对应位置处的两个流道入口连通，出口端的管轴线与机身(200)轴向成设定角度；所述圆柱形连接段周向的流道入口均用于将射流产生及控制组件(100)产生的射流导流进入弯管型流道；所述弯管型流道用于将射流沿其出口喷出。

2.如权利要求1所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述射流产生及控制组件(100)包括：动力单元、射流产生装置、带轴导叶(30)、驱动单元和控制单元(50)；

以所述上安装位内的射流产生及控制组件(100)为例，所述动力单元一端固定在安装平台的上表面，另一端与射流产生装置连接，用于为射流产生装置提供动力；所述上安装位和下安装位上均设置通气孔，用于使射流产生装置吸收外界大气，产生射流；

每个弯管型流道的入口端设置一个带轴导叶(30)，通过转动带轴导叶(30)的导叶以改变弯管型流道的流通面积；

所述驱动单元安装在机身(200)的外表面，其与带轴导叶(30)电连接，用于为带轴导叶(30)绕其自身转轴转动提供驱动力；

所述控制单元(50)分别与动力单元和驱动单元连接，用于控制动力单元的动力和驱动单元的驱动力。

3.如权利要求2所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述动力单元为电机组件(10)，上安装位和下安装位中的电机组件(10)关于安装平台对称且相对于安装平台旋向相反，其分别与射流产生装置电连接。

4.如权利要求2或3所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述控制单元(50)包括：电池和与之相连的控制组件，所述电池分别与动力单元和驱动单元电连接，所述电池分别为动力单元、驱动单元和控制组件供电；所述控制组件分别与动力单元和驱动单元电连接，用于向动力单元和驱动单元发出控制指令。

5.如权利要求2或3所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述驱动单元采用舵机(40)，其与带轴导叶(30)电连接，所述舵机(40)转动设定角度对应驱动带轴导叶(30)转动相应角度。

6.如权利要求5所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述舵机(40)采用90°舵机。

7.如权利要求2或3所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述带轴导叶(30)包括导叶部(3)和轴部(4)，所述轴部(4)一端垂直固定在导叶部(3)的叶面上，其另一端通过轴榖连接在机身(200)内部的弯管型流道的入口端，使导叶部(3)在驱动单元的驱动下绕轴部(4)转动。

8.如权利要求1或2或3所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述机身(200)内部的弯管型流道采用90°弯管，其出口端的管轴线与机身(200)的中心轴向平行。

9.如权利要求2或3所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述机身(200)还包括：安装在处于上方的蝶形封头结构凸面上的安装面(70)，用于安装驱动单元，令上下两个蝶形封头结构分别为上壳体(60)和下壳体(80)，上壳体(60)和下壳体(80)均可拆卸连接在圆柱形连接段的两端；所述圆柱形连接段的两端沿轴向分别开设有上安装槽和下安装槽，所述安装面(70)可拆卸安装在上壳体(60)的凸面上，下壳体(80)可拆卸安装在下安装槽的开口端。

10.如权利要求3所述的射流推进式垂直起降无人机，其特征在于，所述电机组件(10)包括：电机(2)和电机座(1)，所述电机座(1)固定在安装平台上，所述电机(2)安装在所述电机座(1)中；两个所述电机座(1)设置为倒V型，使其V型开口端相对、尖端相背离。