CN111762315A - 一种可倾转旋翼无人机及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可倾转旋翼无人机，其包括：机身，沿轴向方向上，机身一端为机头，另一端为机尾，所述机尾上设有尾翼；机翼成对设于机身的两侧，沿机翼延展方向远离机身端设有倾转机构，倾转机构包括：通过连接件与机翼连接的倾转底座，设于所述倾转底座上的电机机组以及与电机机组连接的螺旋桨；其中，当所述倾转机构处于第一工位时，电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第一旋转平面旋转，第一旋转平面与机翼所在平面平行；当所述倾转机构处于第二工位时，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第二旋转平面旋转，所述第二旋转平面与机翼所在平面垂直。此外，本发明还公开了上述可倾转旋翼无人机的使用方法。

Description

一种可倾转旋翼无人机及其使用方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体地，涉及一种可倾转旋翼无人机。

背景技术

如何找到一种既能垂直起降又具备较长续航时间的无人机，这一直是无人机市场的痛点问题，也是人们一直在思考的问题。在该需求的推动下，人们从动力、结构、飞行器布局等方面提出了很多方案。首先在动力方面，国内外均提出了油动多旋翼或是油电混合多旋翼的概念，通过汽油发动机直驱旋翼或是通过发电机将汽油化学能转换为电能提供给旋翼进而提升多旋翼无人机续航时间；其次在结构方面，有人提出在多旋翼机体外部增加流线型外型，使其在向前飞行过程中起到增升减阻的作用，但实际效果并不太显著。

而在飞行器布局方面，国内外研究人员均提出大量兼具垂直起降能力与长续航能力的设计方案。其中包括倾转旋翼无人机、尾座式无人机、复合式无人机以及涵道式无人机等。四者既有相同点又有不同点，相同点是四者综合了固定翼长续航能力与旋翼无人机垂直起降能力的优点，不同点则是其实现方式不一致，倾转旋翼无人机是通过将旋翼轴线倾转90°为固定翼提供动力来实现飞行状态的改变；尾座式无人机通过改变飞行器的飞行姿态来实现飞行状态的改变；复合式无人机以及涵道式无人机均是通过操纵不同的执行机构来实现飞行模态的改变。

例如：公开号为：CN109573006A，公开日为2019年4月5日，名称为“一种倾转旋翼无人机及其机翼组件”的中国专利文献公开了一种倾转无人机。在该专利文献所公开的技术方案中，其采用对起落架结构的改进来解决旋转翼倾斜角角度的问题。

基于此，期望获得一种可倾转旋翼无人机，其可以解决目前固定翼无人机无法垂直起降的问题和多旋翼无人机续航短的问题，从而实现既能垂直起降，又能长距离飞行。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可倾转旋翼无人机及其使用方法，以解决现有无人机无法在垂直起降的同时无法长距离飞行的问题。

为了实现上述目的，本发明提出了一种可倾转旋翼无人机，其包括：

机身，沿轴向方向上，机身一端为机头，另一端为机尾，所述机尾上设有尾翼；

机翼成对设于机身的两侧，沿机翼延展方向远离机身端设有倾转机构，所述倾转机构包括：通过连接件与机翼连接的倾转底座，设于所述倾转底座上的电机机组以及与电机机组连接的螺旋桨；

其中，当所述倾转机构处于第一工位时，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第一旋转平面旋转，第一旋转平面与机翼所在平面平行；

当所述倾转机构处于第二工位时，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第二旋转平面旋转，所述第二旋转平面与机翼所在平面垂直。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，尾翼垂直设置于所述机尾上，以增强无人机在空中高速飞行时的稳定性。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，所述机身整体呈流线型。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，连接件与机翼之间螺纹连接。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，所述连接件包括直角方形铝管，该直角方形铝管空心，贯穿整个机身，增强机身的稳定性。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，机翼为平直翼，所述机翼的前、后缘与机身垂直。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，机翼由中心线向边缘两侧延伸方向厚度逐渐减小。

在本发明所述的技术方案中，机翼采用平直翼设计，机翼前后缘与机身垂直。

此外，机翼由中心线向边缘两侧延伸方向厚度逐渐减小即机翼从里到外逐渐变窄，这样的机翼结构简单，容易制造，同时使更多的升力产生在靠近翼根的部位，缩短力臂，降低翼根应力。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，电机机组包括：固定于舵机盘上的双轴舵机；与所述双轴舵机电连接的直流无刷电机；其中，所述舵机盘通过螺纹连接固定于倾转底座上。

优选地，直流电机无刷电机5通过螺丝与螺旋桨4固定连接。

优选地，当所述可倾转旋翼无人机进行飞行模式时，双轴数码舵机收到飞行控制器发来的双轴模式信号，双轴数码舵机的两个轴以顺时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面水平；

当所述可倾转旋翼无人机进行双轴模式时，双轴数码舵机收到固定翼模式信号时，双轴数码舵机的两个轴以逆时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面垂直。

优选地，在本发明所述的可倾转旋翼无人机中，直流电机无刷电机通过螺丝与螺旋桨固定连接。

优选地，直流无刷电机与螺旋桨使用两颗M3平头螺丝相连。

优选地，电机机组还包括设于倾转底座上的电机底座，直流无刷电机与电机底座通过四颗M3平头螺丝相连。

优选地，电机底座与舵机盘使用四颗M3平头螺丝相连。

优选地，电机机组中的舵机采用的是双轴数码舵机。

优选地，机身整体采用高速低阻设计。

相应地，本发明还提出了一种采用上述的可倾转旋翼无人机的使用方法，其包括步骤：

当可倾转旋翼无人机起飞时，倾转机构处于第一工位，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第一旋转平面旋转，所述第一旋转平面与机翼所在平面平行，螺旋桨转动产生向下升力，推动所述倾转旋翼无人机起飞；

当所述可倾转旋翼无人机高速前进时，所述倾转机构处于第二工位，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第二旋转平面旋转，所述第二旋转平面与机翼所在平面垂直，螺旋桨转动产生向前的推力，推动所述可倾转旋翼无人机高速向前飞行，可倾转旋翼无人机的升力由机翼提供。

与现有技术相比，本发明所述的可倾转旋翼无人机及其使用方法具有如下所述的优点以及有益效果：

1、本发明通过采用螺旋桨与倾转机构，以使得螺旋桨可以在电机机组驱动下，自由切换双轴无人机模式(即第一工位)和固定翼无人机模式(即第二工位)，实现了能够像多旋翼无人机那样垂直起飞、降落和悬停，同时又能像固定翼一样长时间高速飞行，也就是说，在无人机起飞和降落时，旋翼在电机机组的舵机的驱动下，倾转至与地面水平的方向，在无人机高速前进时，旋翼在舵机的驱动下，倾转至与地面垂直的方向，电机驱动螺旋桨转动，产生向前的推力，无人机开始高速向前飞行，此时的升力由机翼提供。

2、本发明实现了垂直起降、空中悬停、长距离飞行、模块化设计、操作简单且可靠性显著提高。

3、本发明增加了无人机不同的飞行状态，自动切换双轴、固定翼模式，进而可以在长距离飞行的同时，实现垂直起降和空中悬停。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明所述的可倾转旋翼无人机在一种实施方式中的立体结构示意图；

图2为本发明所述的可倾转旋翼无人机在一种实施方式中的侧面结构示意图；

图3为本发明所述的可倾转旋翼无人机在一种实施方式中的倾转部件的局部结构示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

参考图1至图3所示，在本实施例中，可倾转旋翼无人机包括：机翼1，尾翼2，机尾3，螺旋桨4，直流无刷电机5，机头6，机身7，直角方形铝管8，倾转底座9，电机底座10，舵机盘14与电机底座10连接的第一螺丝12，双轴舵机13，舵机盘14，螺旋桨固定螺丝15以及驱动电机固定螺丝16。

其中，螺旋桨4与直流无刷电机5相连，直流无刷电机5与电机底座10相连，电机底座10与两个舵机盘14相连，舵机盘14与舵机13相连。

机头6、机身7以及机尾3之间可拆卸连接，尾翼1垂直固定在机尾3上方，直角方形铝管8贯穿整个机身。

此外，本实施例中，还提出了一种可倾转旋翼无人机的工作方法，包括步骤如下：

在无人机起飞时，舵机13驱动与其相连接的直流无刷电机5进行倾转，使得直流无刷电机5上方连接的螺旋桨4与地面水平，这时，直流无刷电机5开始加速旋转，螺旋桨4产生向下的升力，当直流无刷电机转速达到一定数值时，螺旋桨4向下的升力大于无人机自身的重力，无人机开始起飞。

在无人机高速向前飞行时，舵机13驱动与其相连接的直流无刷电机5进行倾转，使得直流无刷电机5上方的连接螺旋桨4与地面垂直，这时螺旋桨4产生水平向前的推力，使无人机高速飞行；由于流过机翼1上面和下面的空气的流速不同，机翼1上面空气流要比下面慢，进而导致机翼1上面压强小于下面，产生向上的升力，以平衡自身重力。

在无人机降落时，舵机13驱动与其相连接的直流无刷电机5进行倾转，使得直流无刷电机5上方的连接螺旋桨4与地面水平，这时直流无刷电机5开始减速，螺旋桨4升力变小，当螺旋桨4向下的升力小于无人机自身的重力，无人机开始降落。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

实施例2

在本实施例中，可倾转旋翼无人机包括机身以及机翼，其中，机身7沿轴向方向上，其一端为机头6，另一端为机尾3，机尾3上设有尾翼2；而机翼1成对设于机身7的两侧，沿机翼1延展方向远离机身7端设有倾转机构，倾转机构包括：通过连接件与机翼1连接的倾转底座9，设于倾转底座9上的电机机组以及与电机机组连接的螺旋桨4；

其中，当倾转机构处于第一工位(此时结构参考如图1所示)时，电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨4在第一旋转平面旋转，第一旋转平面与机翼所在平面平行；

当倾转机构处于第二工位(此时结构参考如图2所示)时，电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨在第二旋转平面旋转，所述第二旋转平面与机翼所在平面垂直。

需要说明的是，在本实施例中连接件为直角方形铝管8，该直角方形铝管空心，贯穿整个机身，增强机身的稳定性。

并且参考图1可以看出，尾翼2垂直设置于机尾3上，以增强无人机在空中高速飞行时的稳定性。机身7整体呈流线型。机翼1为平直翼，机翼1的前、后缘与机身垂直，机翼1由中心线向边缘两侧延伸方向厚度逐渐减小，这样的设计使得机翼1结构简单，容易制造，同时使更多的升力产生在靠近翼根的部位，缩短力臂，降低翼根应力。并且，机身7整体采用高速低阻设计。

需要说明的是，在本实施例中，电机机组包括：固定于舵机盘14上的双轴舵机；与双轴舵机电连接的直流无刷电机；其中，舵机盘14通过螺纹连接固定于倾转底座9上。电机机组中的舵机采用的是双轴数码舵机。

当可倾转旋翼无人机进行飞行模式时，双轴数码舵机收到飞行控制器发来的双轴模式信号，双轴数码舵机的两个轴以顺时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面水平；

当可倾转旋翼无人机进行双轴模式时，双轴数码舵机收到固定翼模式信号时，双轴数码舵机的两个轴以逆时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面垂直。

直流电机无刷电机通过两颗M3平头螺丝与螺旋桨4固定连接。电机机组还包括设于倾转底座上的电机底座，直流无刷电机与电机底座通过四颗M3平头螺丝相连。

此外，本实施例中，还提供了一种采用上述的可倾转旋翼无人机的使用方法，其包括步骤：

当可倾转旋翼无人机起飞时，倾转机构处于第一工位(此时结构参考如图1所示)，电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨4在第一旋转平面旋转，第一旋转平面与机翼1所在平面平行，螺旋桨4转动产生向下升力，推动倾转旋翼无人机起飞；

当可倾转旋翼无人机高速前进时，倾转机构处于第二工位(此时结构参考如图2所示)，电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨4在第二旋转平面旋转，第二旋转平面与机翼1所在平面垂直，螺旋桨4转动产生向前的推力，推动可倾转旋翼无人机高速向前飞行，可倾转旋翼无人机的升力由机翼1提供。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种可倾转旋翼无人机，其特征在在于，包括：

机身(7)，沿轴向方向上，机身(7)一端为机头(6)，另一端为机尾(3)，所述机尾(3)上设有尾翼(2)；

机翼(1)成对设于机身(7)的两侧，沿机翼(1)延展方向远离机身端设有倾转机构，所述倾转机构包括：通过连接件与机翼(1)连接的倾转底座(9)，设于所述倾转底座(9)上的电机机组以及与电机机组连接的螺旋桨(4)；

其中，当所述倾转机构处于第一工位时，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨(4)在第一旋转平面旋转，所述第一旋转平面与机翼(1)所在平面平行；

当所述倾转机构处于第二工位时，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨(4)在第二旋转平面旋转，所述第二旋转平面与机翼(1)所在平面垂直。

2.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机，所述尾翼(2)垂直设置于所述机尾(3)上。

3.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机身(7)整体呈流线型。

4.根据权利要求3所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，所述连接件与机翼(1)之间螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，所述连接件包括直角方形铝管(8)。

6.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机翼(1)为平直翼，所述机翼(1)的前、后缘与机身(7)垂直。

7.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，所述机翼(1)由中心线向边缘两侧延伸方向厚度逐渐减小。

8.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，所述直流电机无刷电机(5)通过螺丝与螺旋桨(4)固定连接。

9.根据权利要求1所述的可倾转旋翼无人机，其特征在于，当所述可倾转旋翼无人机进行飞行模式时，双轴数码舵机收到飞行控制器发来的双轴模式信号，双轴数码舵机的两个轴以顺时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面水平；

当所述可倾转旋翼无人机进行双轴模式时，双轴数码舵机收到固定翼模式信号时，双轴数码舵机的两个轴以逆时针旋转90°，使得其与双轴数码舵机所连接直流无刷电机上的螺旋桨与地面垂直。

10.一种采用如权利要求1-9中任意一项所述的可倾转旋翼无人机的使用方法，其特征在于，包括步骤：

当所述可倾转旋翼无人机起飞时，所述倾转机构处于第一工位，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨(4)在第一旋转平面旋转，所述第一旋转平面与机翼(1)所在平面平行，螺旋桨(4)转动产生向下升力，推动所述倾转旋翼无人机起飞；

当所述可倾转旋翼无人机高速前进时，所述倾转机构处于第二工位，所述电机机组驱动电机工作，以使得螺旋桨(4)在第二旋转平面旋转，所述第二旋转平面与机翼(1)所在平面垂直，螺旋桨(4)转动产生向前的推力，推动所述可倾转旋翼无人机高速向前飞行，可倾转旋翼无人机的升力由机翼(1)提供。

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