CN111169631A - 一种倾转旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾转旋翼无人机，前机身的后端与后机身的前端可拆卸连接，前机身的上侧可拆卸连接有中央机翼，中央机翼的两端分别转动连接有外机翼，外机翼中设置有驱动电机，驱动电机的输出轴设置有螺旋桨，外机翼内设置有倾转舵机，倾转舵机的转轴通过第一摆动组件与中央机翼连接，倾转舵机带动两个外机翼在水平转动状态和竖直转动状态之间切换，后机身背离前机身的一端设置有两个全动平尾；倾转舵机的转轴水平设置。目的在于解决现有技术中固定翼飞行方式与旋翼飞行方式无法共存在同一无人机上的问题。技术效果：既能垂直起降也能水平高速直飞，实现了垂直起降、倾转旋翼、模块化设计、操作简单且可靠性显著提高。

Description

一种倾转旋翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种倾转旋翼无人机。

背景技术

现有技术中的无人机主要有旋翼无人机以及固定翼无人机两种，其中，旋翼无人机具有垂直起降、飞行灵活等优点，但是旋翼无人机飞行速度低、续航时间相对较短；而固定翼无人机具有飞行速度快、续航时间长等优点，但是固定翼无人机无法垂直起飞和降落；缺少一种既能垂直起降也能采取固定翼飞行方式的无人机。

发明内容

为此，本发明提供一种倾转旋翼无人机，以解决现有技术中固定翼飞行方式与旋翼飞行方式无法共存在同一无人机上的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的第一方面，一种倾转旋翼无人机，包括前机身、后机身、中央机翼、外机翼、螺旋桨、驱动电机、倾转舵机、第一摆动组件和全动平尾；前机身的后端与后机身的前端可拆卸连接，前机身的上侧可拆卸连接有中央机翼，中央机翼的两端分别转动连接有外机翼，外机翼中设置有驱动电机，驱动电机的输出轴设置有螺旋桨，外机翼内设置有倾转舵机，倾转舵机的转轴通过第一摆动组件与中央机翼连接，倾转舵机带动两个外机翼在水平转动状态和竖直转动状态之间切换，后机身背离前机身的一端设置有两个全动平尾；倾转舵机的转轴水平设置。

进一步地，还包括第一梁、电机架和止推轴承；第一梁嵌设固定在中央机翼中，第一梁的两端分别位于中央机翼的两端外侧，电机架通过两个止推轴承转动连接在第一梁上，驱动电机设置在电机架的前端，电机架的后端设置有倾转舵机，倾转舵机的转轴通过第一摆动组件与第一梁连接；外机翼套设固定在电机架的外侧。

进一步地，第一摆动组件包括第一摇臂、第二摇臂和两个第一拉杆；第一摇臂的中部套设固定在倾转舵机的转轴上，第二摇臂套的中部设固定在第一梁上，第一摇臂的两端分别通过第一拉杆与第二摇臂的两端连接。

进一步地，还包括限位盘，中央机翼两端的第一梁上分别套设有限位盘，限位盘用于限制展向滑动以及限制外机翼的倾转角度。

进一步地，还包括翼梢小翼，每个外机翼背离中央机翼的一端向上设置有翼梢小翼。

进一步地，还包括平尾舵机、第二摆动组件和第二梁；平尾舵机固定设置在后机身内，第二梁嵌设在后机身背离前机身的一端，第二梁与后机身之间转动连接，平尾舵机的转轴通过第二摆动组件与第二梁连接，第二梁的两端分别固定有全动平尾，平尾舵机两个全动平尾在水平转动状态和竖直转动状态之间切换；平尾舵机的转轴水平设置。

进一步地，第二摆动组件包括第三摇臂、第四摇臂和两个第二拉杆；第三摇臂的中部套设固定在平尾舵机的转轴上，第四摇臂套的中部设固定在第二梁上，第三摇臂的两端分别通过第二拉杆与第四摇臂的两端连接。

进一步地，还包括内倾垂尾，每个全动平尾背离后机身的一端向上设置有内倾垂尾。

进一步地，还包括全动垂尾、襟副翼舵机、第五摇臂、第三拉杆和第六摇臂；襟副翼舵机固定设置在后机身内，襟副翼舵机的转轴竖直设置，第五摇臂的一端套设固定在襟副翼舵机的转轴上，第五摇臂的另一端与第三拉杆的一端铰接，第三拉杆的另一端与第六摇臂铰接，第六摇臂的下端竖直向下固定有全动垂尾。

进一步地，还包括前起落架和后起落架；前起落架固定在前机身的下侧，前起落架为两点支撑结构，后起落架固定在全动垂尾上。

本发明具有如下优点：通过本发明的倾转旋翼无人机设置的倾转舵机带动的外机翼转动，实现了能够像旋翼无人机一样垂直起飞和降落，同时又能像固定翼一样平飞；在垂直起飞或降落过程中，倾转旋翼无人机利用分布在中央机翼上的倾转的外机翼垂直起飞或降落，需要平飞时，倾转旋翼无人机垂直飞行到安全高度后，逐渐倾转位于中央机翼外侧的外机翼，逐渐由垂直飞行转换为水平飞行，由旋翼飞行模式转换为固定翼飞行模式；实现了垂直起降、倾转旋翼、模块化设计、操作简单且可靠性显著提高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一些实施例提供的一种倾转旋翼无人机的立体结构图。

图2为图1提供的一种倾转旋翼无人机的俯视图。

图3为图2提供的一种倾转旋翼无人机的A-A剖面图。

图4为图2提供的一种倾转旋翼无人机的左视图。

图5为本发明一些实施例提供的一种倾转旋翼无人机的后侧视角立体结构图。

图6为本发明一些实施例提供的一种倾转旋翼无人机的螺旋桨处的第一视角局部结构图。

图7为本发明一些实施例提供的一种倾转旋翼无人机的螺旋桨处的第二视角局部结构图。

图8为本发明一些实施例提供的一种倾转旋翼无人机的全动垂尾处的第一视角局部结构图。

图9为本发明一些实施例提供的一种倾转旋翼无人机的全动垂尾处的第二视角局部结构图。

图10为本发明一些实施例提供的一种倾转旋翼无人机的机身结构图。

图中：1、前机身，2、后机身，3、中央机翼，4、外机翼，5、螺旋桨，6、翼梢小翼7、全动平尾，8、内倾垂尾，9、前起落架，10、后起落架，11、全动垂尾，12、第一梁，13、电机架，14、驱动电机，15、倾转舵机，16、第一摇臂，17、第一拉杆，18、第二摇臂，19、止推轴承，20、限位盘，21、平尾舵机，22、第三摇臂，23、第二拉杆，24、第四摇臂，25、第二梁，26、襟副翼舵机，27、第五摇臂，28、第三拉杆，29、第六摇臂，30、第一框，31、第二框，32、第三框，33、第四框，34、桁梁，35设备安装板，36、蓄电池。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图10所示，本实施例中的一种倾转旋翼无人机，包括前机身1、后机身2、中央机翼3、外机翼4、螺旋桨5、驱动电机14、倾转舵机15、第一摆动组件和全动平尾7；前机身1的后端与后机身2的前端可拆卸连接，前机身1的上侧可拆卸连接有中央机翼3，中央机翼3的两端分别转动连接有外机翼4，外机翼4中设置有驱动电机14，驱动电机14的输出轴设置有螺旋桨5，外机翼4内设置有倾转舵机15，倾转舵机15的转轴通过第一摆动组件与中央机翼3连接，倾转舵机15带动两个外机翼4在水平转动状态和竖直转动状态之间切换，后机身2背离前机身1的一端设置有两个全动平尾7；倾转舵机15的转轴水平设置。

本实施例采用倾转旋翼布局，能够像直升机一样垂直起飞和着陆，同时兼顾固定翼无人机航时长、速度高等优点，具有更好的环境适应性；采用模块化设计，零部件能够方便拆装，使无人机起飞准备时间和撤收时间更短；机翼在储存和运输过程中可以旋转机翼以减小尺寸，运输箱尺寸更小，更方便运输；机体采用高强度轻质碳纤维复合材料制造，预浸料真空成型工艺加工，能够大幅度减轻结构重量，先进的成型工艺能够确保外形的高精度；无人机系统自动化程度高，任务飞行过程采用全自主垂直起飞和自主垂直降落，突破无人机关于起飞着陆场地的限制。

本实施例达到的技术效果为：通过本实施例的倾转旋翼无人机设置的倾转舵机15带动的外机翼4转动，实现了能够像旋翼无人机一样垂直起飞和降落，同时又能像固定翼一样平飞；在垂直起飞或降落过程中，倾转旋翼无人机利用分布在中央机翼3上的倾转的外机翼4垂直起飞或降落，需要平飞时，倾转旋翼无人机垂直飞行到安全高度后，逐渐倾转位于中央机翼3外侧的外机翼4，逐渐由垂直飞行转换为水平飞行，由旋翼飞行模式转换为固定翼飞行模式；实现了垂直起降、倾转旋翼、模块化设计、操作简单且可靠性显著提高。

实施例2

如图1至图10所示，本实施例中的一种倾转旋翼无人机，包括实施例1中的全部技术特征，除此之外，还包括第一梁12、电机架13和止推轴承19；第一梁12嵌设固定在中央机翼3中，第一梁12的两端分别位于中央机翼3的两端外侧，电机架13通过两个止推轴承19转动连接在第一梁12上，驱动电机14设置在电机架13的前端，电机架13的后端设置有倾转舵机15，倾转舵机15的转轴通过第一摆动组件与第一梁12连接；外机翼4套设固定在电机架13的外侧；第一摆动组件包括第一摇臂16、第二摇臂18和两个第一拉杆17；第一摇臂16的中部套设固定在倾转舵机15的转轴上，第二摇臂18套的中部设固定在第一梁12上，第一摇臂16的两端分别通过第一拉杆17与第二摇臂18的两端连接；还包括限位盘20，中央机翼3两端的第一梁12上分别套设有限位盘20，限位盘20用于限制展向滑动以及限制外机翼4的倾转角度；还包括翼梢小翼6，每个外机翼4背离中央机翼3的一端向上设置有翼梢小翼6。

在本实施例中第一拉杆17的一端与第一摇臂16铰接，第一拉杆17的另一端与二摇臂铰接，第一摇臂16、第二摇臂18以及两个第一拉杆17构成平行四边形连杆结构，具备较高的传动的稳定性。

本实施例中的有益效果为：通过设置电机架13，实现了对驱动电机14的稳定固定，通过止推轴承19，实现了电机架13相对第一梁12的平稳转动；第一摆动组件的结构简单，加工成本低，具备极高的传动平稳性。

实施例3

如图1至图10所示，本实施例中的一种倾转旋翼无人机，包括实施例2中的全部技术特征，除此之外，还包括平尾舵机21、第二摆动组件和第二梁25；平尾舵机21固定设置在后机身2内，第二梁25嵌设在后机身2背离前机身1的一端，第二梁25与后机身2之间转动连接，平尾舵机21的转轴通过第二摆动组件与第二梁25连接，第二梁25的两端分别固定有全动平尾7，平尾舵机21两个全动平尾7在水平转动状态和竖直转动状态之间切换；平尾舵机21的转轴水平设置；第二摆动组件包括第三摇臂22、第四摇臂24和两个第二拉杆23；第三摇臂22的中部套设固定在平尾舵机21的转轴上，第四摇臂24套的中部设固定在第二梁25上，第三摇臂22的两端分别通过第二拉杆23与第四摇臂24的两端连接；还包括内倾垂尾8，每个全动平尾7背离后机身2的一端向上设置有内倾垂尾8。

在本实施例中第二拉杆23的一端与第三摇臂22铰接，第二拉杆23的另一端与第四摇臂24铰接，第三摇臂22、第四摇臂24以及两个第二拉杆23构成平行四边形连杆结构，具备较高的传动的稳定性。

本实施例中的有益效果为：通过设置平尾舵机21，实现了全动平尾7的角度调整，便于本实施例的无人机进行垂直起落和水平直飞的动作切换，提高了无人机飞行过程中的稳定性；第二摆动组件的结构简单，加工成本低，具备极高的传动平稳性。

实施例4

如图1至图10所示，本实施例中的一种倾转旋翼无人机，包括实施例3中的全部技术特征，除此之外，如图8和图9所示，还包括全动垂尾11、襟副翼舵机26、第五摇臂27、第三拉杆28和第六摇臂29；襟副翼舵机26固定设置在后机身2内，襟副翼舵机26的转轴竖直设置，第五摇臂27的一端套设固定在襟副翼舵机26的转轴上，第五摇臂27的另一端与第三拉杆28的一端铰接，第三拉杆28的另一端与第六摇臂29铰接，第六摇臂29的下端竖直向下固定有全动垂尾11。

在本实施例中，第六摇臂29为U字形结构或C字形结构，第六摇臂29的敞口端水平设置，其一端转动连接在后机身2的上壁面，下端转动连接在后机身2的下壁面。

本实施例中的有益效果为：通过设置襟副翼舵机26，实现了对全动垂尾11的角度的调整，无人机飞行过程中具备较高的平稳性。

实施例5

如图1至图10所示，本实施例中的一种倾转旋翼无人机，包括实施例4中的全部技术特征，除此之外，还包括前起落架8和后起落架10；前起落架8固定在前机身1的下侧，前起落架8为两点支撑结构，后起落架10固定在全动垂尾11上。

在本实施例中，前起落架8的两个支脚和后起落架10的下端均设置有滚轮。

本实施例中的有益效果为：通过设置两点式的前起落架8和后起落架10，实现了前三点式起落架；起落平稳度高，对无人机起到了较好的支撑作用。

实施例6

如图1至图10所示，本实施例中的一种倾转旋翼无人机，在一个具体例子中，包括以下特征：机身全长1310mm，根据总体布局机身将分为四个舱段，前机身1从机头至机尾分别为：设备舱、电池舱、尾舱和后机身2，其中，设备舱、电池舱以及尾舱组成前机身1，前机身1与后机身2布置有分离面；如图10所示，在设备舱和电池舱之间设置有第一框30，在电池舱和尾舱之间设置有第二框31，在尾舱背离电池舱的一端设置有第三框32，在后机身2的中部设置有第四框33，在后机身2与前机身1接触的一端设置有第五框，第三框32和第五框之间通过前后机身2连接件连接；在前机身1的下部设置有设备安装板35，前机身1内部设置有多个支撑前机身1的多根桁梁34，在设备安装板35上安装有蓄电池36，蓄电池36为驱动电机14、倾转舵机15、平尾舵机21以及襟副翼舵机26以及飞行控制系统提供电能。

设备舱长度450mm，设备安装板35用于布置飞控设备及任务载荷，顶部布置可拆卸口盖，方便设备拆装，设备舱下部布置前起落架8和部分天线。

电池舱长度300mm，中间布置第一框30与第二框31用于中央机翼3的安装，框内部布置的蓄电池36为锂电池，在放置过程中由第一框30前部的设备舱盖推入。

尾舱长度270mm，前后机身2分离面位置布置第三框32，作为前后机身2安装固定面。

机翼的翼展为2311mm，由两外机翼4和中央翼段组成，其中主翼段长1316mm；机翼采用双梁混合式结构；前梁位于翼弦长25％处，后梁位于翼弦长61.5％处；双梁机翼的梁承受由气动力产生的全部拉、压应力，梁缘条与上下蒙皮一起承受机翼的弯矩，梁腹板主要承受剪力和扭转剪流。

中央机翼3主要由上下蒙皮、第一梁12以及翼肋组成，中央机翼3中部分布有四个安装孔位，安装机翼时将机翼放置于机身上部，通过四颗螺栓固定；中央机翼3内设置有加强翼肋和加强半肋，在第一梁12的后侧设置有后墙。

外机翼4与中央机翼3的端肋相靠近，外机翼4从外侧插入中央机翼3的第一梁12，外机翼4旋转轴为碳管主梁，在第一梁12上布置两个限位盘20限制展向滑动和限制倾转角度，止推轴承19限制外机翼4沿展向滑动，倾转用的第二摇臂18固定在主梁上，倾转舵机15驱动时由第二摇臂18传递扭矩驱动外机翼4倾转。

尾翼分全动平尾7和全动垂尾11；全动平尾7有水平安定面和分布在两侧的内倾垂尾8组成，全动平尾7通过贯穿于全动平尾7上的碳梁即第二梁25与后机身2连接，第二梁25与后机身2由自润滑轴承接触。

本实施例包含副翼舵面2片、襟副翼舵面2片、全动尾翼2片、方向舵面1片，左右全动尾翼共用一个舵机，另外倾转旋翼需2个大扭矩舵机。

起落架为后三点式起落架，前起落架8由碳纤维支架固定在前机身1上，后起落架10安装在方向舵面的全动垂尾11下方，兼具专向的作用。

本实施例的倾转旋翼无人机采用半硬壳碳纤维复合材料结构方案；翼面主承力结构为碳主梁(第一梁12)、后墙以及主翼盒蒙皮；翼面升力和弯矩主要由碳主梁承受，碳主梁为高强度碳纤维斜纹管；后墙及主翼盒的上下蒙皮采用泡沫夹芯的碳纤维面板，翼面扭矩由碳主梁(第一梁12)、后墙以及主翼盒组成的封闭翼盒来传递；为了维持翼面形状，沿翼展方向布置翼肋，翼肋采用碳纤维泡沫夹芯结构，在加工上，整个机体制造成型工艺为复合材料抽真空热压成型；铺层工艺为湿法手糊铺层工艺；合模工艺为热压胶结合模。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种倾转旋翼无人机，其特征在于，包括前机身(1)、后机身(2)、中央机翼(3)、外机翼(4)、螺旋桨(5)、驱动电机(14)、倾转舵机(15)、第一摆动组件和全动平尾(7)；所述前机身(1)的后端与所述后机身(2)的前端可拆卸连接，所述前机身(1)的上侧可拆卸连接有所述中央机翼(3)，所述中央机翼(3)的两端分别转动连接有所述外机翼(4)，所述外机翼(4)中设置有所述驱动电机(14)，所述驱动电机(14)的输出轴设置有所述螺旋桨(5)，所述外机翼(4)内设置有倾转舵机(15)，所述倾转舵机(15)的转轴通过所述第一摆动组件与所述中央机翼(3)连接，所述倾转舵机(15)带动两个所述外机翼(4)在水平转动状态和竖直转动状态之间切换，所述后机身(2)背离所述前机身(1)的一端设置有两个所述全动平尾(7)；所述倾转舵机(15)的转轴水平设置。

2.根据权利要求1所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括第一梁(12)、电机架(13)和止推轴承(19)；所述第一梁(12)嵌设固定在所述中央机翼(3)中，所述第一梁(12)的两端分别位于所述中央机翼(3)的两端外侧，所述电机架(13)通过两个所述止推轴承(19)转动连接在所述第一梁(12)上，所述驱动电机(14)设置在所述电机架(13)的前端，所述电机架(13)的后端设置有所述倾转舵机(15)，所述倾转舵机(15)的转轴通过所述第一摆动组件与所述第一梁(12)连接；所述外机翼(4)套设固定在所述电机架(13)的外侧。

3.根据权利要求2所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，所述第一摆动组件包括第一摇臂(16)、第二摇臂(18)和两个第一拉杆(17)；所述第一摇臂(16)的中部套设固定在所述倾转舵机(15)的转轴上，所述第二摇臂(18)套的中部设固定在所述第一梁(12)上，所述第一摇臂(16)的两端分别通过所述第一拉杆(17)与所述第二摇臂(18)的两端连接。

4.根据权利要求3所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括限位盘(20)，所述中央机翼(3)两端的所述第一梁(12)上分别套设有所述限位盘(20)，所述限位盘(20)用于限制展向滑动以及限制所述外机翼(4)的倾转角度。

5.根据权利要求4所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括翼梢小翼(6)，每个所述外机翼(4)背离所述中央机翼(3)的一端向上设置有所述翼梢小翼(6)。

6.根据权利要求1所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括平尾舵机(21)、第二摆动组件和第二梁(25)；所述平尾舵机(21)固定设置在所述后机身(2)内，所述第二梁(25)嵌设在所述后机身(2)背离所述前机身(1)的一端，所述第二梁(25)与所述后机身(2)之间转动连接，所述平尾舵机(21)的转轴通过所述第二摆动组件与所述第二梁(25)连接，所述第二梁(25)的两端分别固定有所述全动平尾(7)，所述平尾舵机(21)两个所述全动平尾(7)在水平转动状态和竖直转动状态之间切换；所述平尾舵机(21)的转轴水平设置。

7.根据权利要求6所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，所述第二摆动组件包括第三摇臂(22)、第四摇臂(24)和两个第二拉杆(23)；所述第三摇臂(22)的中部套设固定在所述平尾舵机(21)的转轴上，所述第四摇臂(24)套的中部设固定在所述第二梁(25)上，所述第三摇臂(22)的两端分别通过所述第二拉杆(23)与所述第四摇臂(24)的两端连接。

8.根据权利要求7所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括内倾垂尾(8)，每个所述全动平尾(7)背离所述后机身(2)的一端向上设置有所述内倾垂尾(8)。

9.根据权利要求8所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括全动垂尾(11)、襟副翼舵机(26)、第五摇臂(27)、第三拉杆(28)和第六摇臂(29)；所述襟副翼舵机(26)固定设置在所述后机身(2)内，所述襟副翼舵机(26)的转轴竖直设置，所述第五摇臂(27)的一端套设固定在所述襟副翼舵机(26)的转轴上，所述第五摇臂(27)的另一端与所述第三拉杆(28)的一端铰接，所述第三拉杆(28)的另一端与所述第六摇臂(29)铰接，所述第六摇臂(29)的下端竖直向下固定有所述全动垂尾(11)。

10.根据权利要求9所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于，还包括前起落架(9)和后起落架(10)；所述前起落架(9)固定在所述前机身(1)的下侧，所述前起落架(9)为两点支撑结构，所述后起落架(10)固定在所述全动垂尾(11)上。

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