CN110979669B - 一种可变式碟形飞艇无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无人飞行器技术领域，提供一种可变式碟形飞艇无人机，包括碟形气囊、电机臂、气囊支架组件、复眼相机、螺旋桨，所述碟形气囊内部由气囊支架组件支撑，所述气囊支架组件包括轴承座、大齿轮、螺杆、电机、小齿轮、上支撑杆、下支撑杆、连杆、圆盘、支撑杆固定座，所述圆盘上固定一电机，电机带动小齿轮与大齿轮啮合，再通过轴承座中心的螺纹与螺杆的啮合，使轴承座沿螺杆上、下运动，进而实现圆盘带动上支撑杆摆动，所述气囊支架顶部圆盘与四个电机臂相连，每个电机臂的末端设有电机座，电机输出轴与螺旋桨相连，所述碟形气囊下部圆周对称安装6个复眼相机。本发明装置结构简单、使用方便，便于携带，并能有效提高无人机的续航时间。

Description

一种可变式碟形飞艇无人机
技术领域
本发明属于无人飞行器技术领域，具体涉及一种可变式碟形飞艇无人机。
背景技术
目前，无人飞行器已经广泛应用于军事侦查探测，导弹预警，航空摄影摄像，安防监控，灾区搜救等领域。但是现有的无人飞行器普遍存在以下问题：（1）滞空时间短的问题，现有的解决办法是开发新型燃料电池、铝电池等来增加飞行器的滞空时间，但通过此种方法增加的续航时间有限且成本高昂，如果采用可折叠微型飞艇，由于飞艇本身的气囊在空气中具有浮力，不需要桨叶高速运动就能实现悬停，动力全部用来推动飞艇前进，滞空时间大大延长。（2）电磁干扰坠毁，强风扰流坠毁的问题，（3）便携性差的问题，现有的解决办法是采用减小气囊体积的方法，但是这样会极大减少飞艇的有效载荷使飞艇的功能受到限制。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种可变式碟形飞艇无人机，该装置结构简单、使用方便，便于携带，并能有效提高无人机的续航时间。
本发明的目的是通过如下技术措施来实现的：一种可变式碟形飞艇无人机，包括碟形气囊、电机臂、气囊支架组件、复眼相机、螺旋桨，所述碟形气囊内部由气囊支架组件支撑，所述气囊支架组件包括轴承座、大齿轮、螺杆、电机、小齿轮、上支撑杆、下支撑杆、连杆、圆盘、支撑杆固定座，所述圆盘分为上、下两层，且完全相同，所述上支撑杆和下支撑杆通过连杆连接，所述上支撑杆另一端与支撑杆固定座铰链连接，支撑杆固定座上、下表面设有突起结构，该突起结构与上、下层圆盘相应位置的槽配合，夹紧固定，所述圆盘中心开有孔，用做轴承外壁，轴承与轴承座连接，轴承座与圆盘装配固定，所述轴承座的中心开有螺纹，与螺杆互相配合，轴承座底部与大齿轮连接，所述圆盘上固定一电机，电机带动小齿轮与大齿轮啮合，通过电机的正、反旋转使轴承座旋转，再通过轴承座中心的螺纹与螺杆的啮合，使轴承座沿螺杆上、下运动，进而实现圆盘带动上支撑杆摆动，所述下支撑杆另一端的结构与上支撑杆另一端的结构完全对称，所述气囊支架顶部圆盘与四个电机臂相连，每个电机臂的末端设有电机座，电机座上安装电机，电机输出轴与螺旋桨相连，所述碟形气囊下部圆周对称安装6个复眼相机。
在上述技术方案中，所述电机臂、上支撑杆、下支撑杆、螺旋桨，均为碳纤维材质。
在上述技术方案中，所述螺杆为轻质铝合金材质。
碟形气囊内部充入氦气，氦气能产生升力，可以抵消一部分无人机自身的重量，使无人机滞空时消耗的能量降低，进而减少电量的使用，延长无人机续航时间。在巡航过程中，碟形气囊因内部的支架，不会塌陷，气囊外观符合（UA-79-SF-187）翼型，会产生升力，进一步的减少电量的使用，延长无人机续航时间，同时具有40°的失速角，低速下的操控性良好。
本发明可变式碟形飞艇无人机将小型飞艇和多旋翼无人机结合，利用了无人机的气囊产生额外升力，减少维持升力所需的动力，减少运行噪音。同时具备了多旋翼无人机的结构，有良好的操控性和很长的续航时间，本发明可以发挥浮力和气动力的共同优势，提供比传统飞艇高出数倍的带载能力。本发明在民用领域上，可变式碟形飞艇无人机长时间滞空的特性可以支持更长时间的拍摄任务，在监控火情，农作物，或是安防领域都能有十分广泛的应用。本发明在军用领域上，执行侦察任务时，可变式碟形飞艇无人机可以安静的对目标进行长时间的侦察而不被发现。
附图说明
图1是本发明可变式碟形飞艇无人机的整体结构示意图。
图2是本发明可变式碟形飞艇无人机的整体结构的另一示意图。
图3是本发明中气囊支架组件的整体结构示意图。
图4是本发明中气囊支架组件收纳状态时的示意图。
图5是本发明中上支撑杆另一端的连接结构示意图。
图6是本发明中上支撑杆另一端的连接结构另一示意图。
图7是本发明中气囊支架组件的角度θ与高度h之间关系图。
其中：1.轴承座、2.大齿轮、3.螺杆、4.电机、5.小齿轮、6.上支撑杆、7.连杆、8.下支撑杆、9.圆盘、10.支撑杆固定座、11.碟形气囊、12.电机臂、13.螺旋桨、14.复眼相机。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1至6所示，本实施例提供一种可变式碟形飞艇无人机，包括碟形气囊11、电机臂12、气囊支架组件、复眼相机14、螺旋桨13，所述碟形气囊内部由气囊支架组件支撑，所述气囊支架组件包括轴承座1、大齿轮2、螺杆3、电机4、小齿轮5、上支撑杆6、下支撑杆8、连杆7、圆盘9、支撑杆固定座10，所述圆盘9分为上、下两层，且完全相同，所述上支撑杆6和下支撑杆8通过连杆7连接，所述上支撑杆6另一端与支撑杆固定座10铰链连接，支撑杆固定座10上、下表面设有突起结构，该突起结构与上、下层圆盘相应位置的槽配合，夹紧固定，所述圆盘9中心开有孔，用做轴承外壁，轴承与轴承座1连接，轴承座1与圆盘装配固定，所述轴承座1的中心开有螺纹，与螺杆3互相配合，轴承座1底部与大齿轮2连接，所述圆盘上固定一电机4，电机4带动小齿轮5与大齿轮2啮合，通过电机的正、反旋转使轴承座旋转，再通过轴承座中心的螺纹与螺杆的啮合，使轴承座沿螺杆上、下运动，进而实现圆盘带动上支撑杆6摆动，所述下支撑杆另一端的结构与上支撑杆6另一端的结构完全对称，所述气囊支架顶部圆盘与四个电机臂相连，每个电机臂的末端设有电机座，电机座上安装电机，电机输出轴与螺旋桨相连，所述碟形气囊下部圆周对称安装6个复眼相机。
在上述实施例中，所述电机臂12、上支撑杆6、下支撑杆8、螺旋桨14，均为碳纤维材质。
在上述实施例中，所述螺杆3为轻质铝合金材质。
在上述实施例中，所述碟形气囊11为单层的ETFE薄膜。
在上述实施例中，所述碟形气囊11也可以是由ETFE薄膜、非晶硅太阳能电池薄膜、聚酰亚胺薄膜层叠组成，在飞艇上半部分的ETFE薄膜内表面上黏附非晶硅太阳能电池薄膜，非晶硅太阳能电池薄膜下黏附聚酰亚胺薄膜。
本实施例的工作原理如下：
可变式碟形飞艇无人机，在起飞时，预先充入氦气以产生升力，随后电机启动，电机上的螺旋桨13产生升力使无人机升空，进入巡航阶段后，无人机可以像传统多旋翼飞行器一样，通过控制每个旋翼的转速控制飞行方向。在平飞时，气流流经碟形气囊表面产生升力，维持滞空。进入拍摄范围后，螺杆3内部轴承座旋转，螺杆长约1米，螺纹传动使支架上下端部圆盘之间距离改变；螺杆部分使用步进电机，通过对电机转数的控制实现飞艇端部沿螺杆运动距离控制，此处，电机带动的小齿轮2与大齿轮2的传动比为3，即小齿轮转动1圈，大齿轮转动1/3圈，螺杆螺纹与轴承座内螺纹螺距d取0.6mm，故电机正（反）向转动一圈，带动飞艇端部圆盘向上（下）运动1/3d=0.2mm，也就精确控制了碟型气囊的外形改变程度。
当飞艇安装蒙皮后，经计算，飞艇下蒙皮由中点向外发出的任一条射线与水平面的夹角θ和气囊的高度h成以下关系：
飞艇高度与角度的关系为θ=84°－arccos(
Figure DEST_PATH_IMAGE001
)（当气囊高度收缩时角 度为负值）。
角度θ与高度h之间关系如图7所示。
当气囊支架组件的上下端部圆盘之间距离改变时，圆盘带动支撑杆摆动，使气囊支架变形，引起气囊表面与水平面之间的夹角θ的改变。气囊表面与水平面的角度改变使6个复眼相机获得从10°到 -20°的拍摄角度。
当h趋近于0时飞艇的状态，就是收纳时飞艇的状态，如图4所示。
本说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可变式碟形飞艇无人机，其特征是：包括碟形气囊、电机臂、气囊支架组件、复眼相机、螺旋桨，所述碟形气囊内部由气囊支架组件支撑，所述气囊支架组件包括轴承座、大齿轮、螺杆、电机、小齿轮、上支撑杆、下支撑杆、连杆、圆盘、支撑杆固定座，所述圆盘分为上、下两层，且完全相同，所述上支撑杆和下支撑杆通过连杆连接，所述上支撑杆另一端与支撑杆固定座铰链连接，支撑杆固定座上、下表面设有突起结构，该突起结构与上、下层圆盘相应位置的槽配合，夹紧固定，所述圆盘中心开有孔，用做轴承外壁，轴承与轴承座连接，轴承座与圆盘装配固定，所述轴承座的中心开有螺纹，与螺杆互相配合，轴承座底部与大齿轮连接，所述圆盘上固定一电机，电机带动小齿轮与大齿轮啮合，通过电机的正、反旋转使轴承座旋转，再通过轴承座中心的螺纹与螺杆的啮合，使轴承座沿螺杆上、下运动，进而实现圆盘带动上支撑杆摆动，所述下支撑杆另一端的结构与上支撑杆另一端的结构完全对称，所述气囊支架顶部圆盘与四个电机臂相连，每个电机臂的末端设有电机座，电机座上安装电机，电机输出轴与螺旋桨相连，所述碟形气囊下部圆周对称安装6个复眼相机；所述电机臂、上支撑杆、下支撑杆、螺旋桨，均为碳纤维材质，所述螺杆为轻质铝合金材质。
2.根据权利要求1所述的可变式碟形飞艇无人机，其特征是：所述碟形气囊为单层的ETFE薄膜。
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