CN112520014B - 一种折叠控制一体化无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠控制一体化无人机，该无人机包括机身、折叠控制一体化前机翼、以及快速展开后机翼；折叠控制一体化前机翼包括电动推杆、滑块、舵机、对称设置的两个前机翼、对称设置的两个旋转轴承架以及对称设置的两个连杆组件；快速展开后机翼包括第一后机翼、第二后机翼、盒式扭转弹簧以及丝杠。上述无人机具有控制效果好、气动特性好、阻力小、可以产生更大的过载且完成更大的机动动作的优点，有效地避免了舵机安装带来的舵面形变和干涉问题。

Description

一种折叠控制一体化无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种折叠控制一体化无人机。

背景技术

近年来微小型飞行器在全球范围内备受关注，并且随着作战环境需求的增多，产生了许多全新的设计理念，炮射无人机就是其中一种。该种飞行器具有轻量化、可折叠的特点，适合单兵携带，在不暴露自身目标的情况下发动精确打击。由AeroVironment研制的“弹簧刀(Switchblade)”单兵巡航导弹就是其中的典型代表，美国雷神公司的“郊狼”无人机也已经在2020年完成了多平台发射的测试并部署部队。

现有实施方案均是在“弹簧刀”构型的基础上建立的，采用了串列折叠双翼型气动布局，背部还配有折叠的垂尾，该布局干净简洁，适用于发射筒发射，并配备一个尾推式螺旋桨动力系统。该飞行器通过前翼后缘的分割式舵面的偏转来控制飞行器的姿态，但是，这种舵面可以提供的过载较小，不能完成大幅机动动作，并且“弹簧刀”的两片机翼在两个平面旋转，飞行器的左右不对称会导致机翼的不完整，从而产生不良的气动特性和更大的阻力。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种折叠控制一体化无人机，具有控制效果好、气动特性好、阻力小、可以产生更大的过载且完成更大的机动动作的优点，有效地避免了舵机安装带来的舵面形变和干涉问题。

本发明采用以下具体技术方案：

一种折叠控制一体化无人机，包括机身、折叠控制一体化前机翼、以及快速展开后机翼；其中：

所述折叠控制一体化前机翼包括电动推杆、滑块、舵机、对称设置的两个前机翼、对称设置的两个旋转轴承架以及对称设置的两个连杆组件；所述电动推杆固定安装于所述机身；所述滑块滑动配合地安装于所述机身，并与所述电动推杆的输出端固定连接，用于在所述电动推杆的驱动作用下沿所述机身长度方向滑动；所述舵机固定连接于所述滑块，所述舵机的舵盘与套设在所述前机翼的前机翼轴上的套筒之间通过连杆活动连接；所述套筒能够相对所述前机翼轴转动；所述旋转轴承架能够转动地安装于所述机身，所述旋转轴承架的一端转动地套设于所述前机翼轴；所述连杆组件包括第一球头连杆和第二球头连杆，所述第一球头连杆的一端铰接于所述机身，所述第二球头连杆的一端铰接于所述前机翼轴，所述第一球头连杆的另一端和所述第二球头连杆的另一端能够相对转动地连接在一起；

所述快速展开后机翼包括第一后机翼、第二后机翼、盒式扭转弹簧以及丝杠；所述盒式扭转弹簧包括沿竖直方向相对设置的上壳体和下壳体、两端分别固定连接于所述上壳体和所述下壳体的扭转弹簧；所述上壳体与所述第一后机翼和所述丝杠固定连接，所述下壳体与所述第二后机翼固定连接；所述丝杠与所述下壳体之间形成丝杠螺母副；所述丝杠的底端能够转动地安装于所述机身；所述扭转弹簧用于驱动所述第一后机翼和所述第二后机翼相对转动，实现所述第一后机翼和所述第二后机翼的展开。

优选地，所述快速展开后机翼还包括内啮合棘轮机构，所述内啮合棘轮机构包括固定安装于所述第二后机翼的棘轮、以及固定安装于所述丝杠的棘爪，所述棘爪与所述棘轮啮合。

优选地，所述上壳体朝向所述下壳体的端面、以及所述下壳体朝向所述上壳体的端面均为螺旋端面，并在所述螺旋端面的一端设置有用于对所述第一后机翼和所述第二后机翼的展开角度进行限位的竖直限位面；

所述上壳体和所述下壳体在所述第一后机翼和所述第二后机翼处于展开且相对转动时，通过所述螺旋端面的相互配合使展开后的所述第一后机翼和所述第二后机翼共面。

优选地，所述连杆组件还包括固定安装于所述前机翼轴的端部的轴座；

所述第二球头连杆铰接于所述轴座。

优选地，所述连杆组件还包括固定安装于所述机身的旋转底座；

所述第一球头连杆铰接于所述旋转底座。

优选地，所述套筒和所述旋转轴承架均设置有与所述前机翼轴过渡配合的轴承。

优选地，所述下壳体设置有用于穿设所述丝杠且与所述丝杠螺纹配合的螺纹孔。

优选地，所述扭转弹簧为钢卷弹簧。

优选地，所述旋转轴承架通过旋转轴安装于所述机身。

优选地，所述机身设置有滑轨；

所述滑块设置有与所述滑轨形状配合的滑槽。

有益效果：

本发明的折叠控制一体化无人机采用折叠控制一体化前机翼和快速展开后机翼，折叠控制一体化前机翼采用电动推杆驱动对称设置的两个前机翼进行展开，通过连杆组件控制前机翼在展开的同时实现转动，使前机翼从竖直状态转动进入水平状态，通过连杆实现舵盘对前机翼的角度控制；快速展开后机翼通过盒式扭转弹簧为对称设置的两个后机翼提供展开驱动力，通过丝杠与下壳体之间的丝杠螺母副实现后机翼在展开的同时实现在高度上的位移，使两个后机翼在展开之后位于同一个水平面；因此，上述折叠控制一体化无人机具有控制效果好、气动特性好、阻力小、可以产生更大的过载且完成更大的机动动作的优点，有效地避免了舵机安装带来的舵面形变和干涉问题。

附图说明

图1为本发明的折叠控制一体化无人机的立体结构示意图；

图2为图1中折叠控制一体化前机翼的展开状态示意图；

图3为图1中折叠控制一体化前机翼的折叠状态示意图；

图4为图3中折叠控制一体化前机翼的控制部分的结构示意图；

图5为图4中折叠控制一体化前机翼的局部放大结构示意图；

图6为图4中折叠控制一体化前机翼处于展开过程中的结构示意图；

图7为图1中快速展开后机翼处于展开状态时中间部分的结构示意图；

图8为图7中快速展开后机翼处于折叠状态时中间部分的结构示意图。

其中，1-机身，2-前机翼，3-第一后机翼，4-第二后机翼，5-电动推杆，6-滑块，7-舵机，8-旋转轴承架，9-连杆组件，10-套筒，11-连杆，12-前机翼轴，13-第一球头连杆，14-第二球头连杆，15-丝杠，16-上壳体，17-下壳体，18-扭转弹簧，19-棘轮，20-螺旋端面，21-竖直限位面，22-轴座，23-旋转底座，24-舵盘，25-滑槽

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。

本发明提供了一种折叠控制一体化无人机，包括机身1、折叠控制一体化前机翼以及快速展开后机翼；如图1结构所示的折叠控制一体化无人机，折叠控制一体化前机翼以及快速展开后机翼均处于展开状态，折叠控制一体化前机翼包括对称设置的两个前机翼2，快速展开后机翼包括对称设置的两个后机翼，两个后机翼分别为第一后机翼3和第二后机翼4；图2为折叠控制一体化前机翼处于完全展开状态时的结构示意图；其中：

如图3、图4以及图5结构所示，折叠控制一体化前机翼包括电动推杆5、滑块6、舵机7、对称设置的两个前机翼2、对称设置的两个旋转轴承架8以及对称设置的两个连杆组件9；电动推杆5固定安装于机身1；滑块6滑动配合地安装于机身1，并与电动推杆5的输出端固定连接，用于在电动推杆5的驱动作用下沿机身1长度方向滑动；为了方便控制滑块6的滑动轨迹，同时通过机身1对滑块6进行支撑，机身1上设置有滑轨，滑块6设置有与滑轨形状配合的滑槽25，滑槽25可以为梯形槽或燕尾槽，滑槽25的延伸方向与机身1的长度方向一致；舵机7固定连接于滑块6，舵机7的舵盘24与套设在前机翼2的前机翼轴12上的套筒10之间通过连杆11活动连接；套筒10能够相对前机翼轴12转动；通过连杆11和套筒10实现舵盘24与前机翼2之间的连接，从而能够实现舵机7对前机翼2的控制；旋转轴承架8能够转动地安装于机身1，旋转轴承架8的一端转动地套设于前机翼轴12；旋转轴承架8通过旋转轴(图中未示出)安装于机身1，在前机翼2的展开过程中，旋转轴承架8绕旋转轴转动，通过旋转轴承架8实现对前机翼2的支撑和轨迹控制；连杆组件9包括第一球头连杆13和第二球头连杆14，第一球头连杆13的一端铰接于机身1，第二球头连杆14的一端铰接于前机翼轴12，第一球头连杆13的另一端和第二球头连杆14的另一端能够相对转动地连接在一起；连杆组件9可以包括固定安装于前机翼轴12的端部的轴座22以及固定安装于机身1的旋转底座23，第二球头连杆14铰接于轴座22，第一球头连杆13铰接于旋转底座23；通过轴座22、旋转底座23、第一球头连杆13以及第二球头连杆14实现前机翼轴12与机身1之间的连接，并通过中间转动连接的第一球头连杆13以及第二球头连杆14实现前机翼2在转动展开的同时进行翼面翻转，使前机翼2从折叠状态进入展开状态的同时从竖直状态进入水平状态，图2中的前机翼2处于水平展开状态，图3中的前机翼2处于竖直折叠状态，图6中的前机翼2正处于展开状态，前机翼2处于从竖直进入水平的倾斜状态；套筒10和旋转轴承架8均设置有与前机翼轴12过渡配合的轴承，即，在套筒10和前机翼轴12之间安装有轴承，在旋转轴承架8与前机翼轴12之间安装有轴承，轴承与前机翼轴12之间过渡配合；

如图7和图8结构所示，快速展开后机翼包括第一后机翼3、第二后机翼4、盒式扭转弹簧18以及丝杠15；第一后机翼3和第二后机翼4沿机身1长度方向的中心线对称设置；盒式扭转弹簧18包括沿竖直方向相对设置的上壳体16和下壳体17、两端分别固定连接于上壳体16和下壳体17的扭转弹簧18，扭转弹簧18可以为钢卷弹簧；上壳体16与第一后机翼3和丝杠15固定连接，下壳体17与第二后机翼4固定连接；丝杠15与下壳体17之间形成丝杠15螺母副；下壳体17设置有用于穿设丝杠15且与丝杠15螺纹配合的螺纹孔；丝杠15的底端能够转动地安装于机身1；扭转弹簧18用于驱动第一后机翼3和第二后机翼4相对转动，实现第一后机翼3和第二后机翼4的展开。盒式扭转弹簧18的弹力为第一后机翼3和第二后机翼4提供展开的作用力；并且第二后机翼4在旋转展开的同时，在丝杠15螺母副的作用下，将旋转运动同时转换成直线运动，使第一后机翼3和第二后机翼4在展开后旋转至同一水平面。

上述折叠控制一体化无人机采用折叠控制一体化前机翼和快速展开后机翼，折叠控制一体化前机翼采用电动推杆5驱动对称设置的两个前机翼2进行展开，通过连杆组件9控制前机翼2在展开的同时实现转动，使前机翼2从竖直状态转动进入水平状态，通过连杆11实现舵盘24对前机翼2的角度控制；快速展开后机翼通过盒式扭转弹簧18为对称设置的两个后机翼提供展开驱动力，通过丝杠15与下壳体17之间的丝杠15螺母副实现后机翼在展开的同时实现在高度上的位移，使两个后机翼在展开之后位于同一个水平面；因此，上述折叠控制一体化前机翼能够同时完成两个前机翼2的展开和控制，通过舵机7能够控制两个前机翼2朝不同方向偏转，并产生与副翼相同的控制效果，上述折叠控制一体化无人机采用全动折叠结构，结构可靠简单，将折叠和控制相融合，使得通过一套装置即可实现两个功能，并且全动翼较分割式多翼面具有更好的控制效果；并且使展开后的一对前机翼2完全处于一个平面，展开后的一对后机翼完全处于一个平面，拥有更好的气动外形，气动特性好、阻力小、可以产生更大的过载，使得飞行器可以完成更大的机动动作，避免了飞行器编队中执行机构饱和的问题，也有效避免了两种舵机7安装方式带来的舵面形变和干涉问题。

如图8结构所示，快速展开后机翼还包括内啮合棘轮机构，内啮合棘轮机构包括固定安装于第二后机翼4的棘轮19、以及固定安装于丝杠15的棘爪，棘爪与棘轮19啮合。通过设置的内啮合棘轮机构，能够使后机翼在展开过程中更加稳定，完全展开之后能够牢固的固定在完全展开状态。

为了使完全展开后的第一后机翼3和第二后机翼4完全处于同一个水平面，如图7和图8结构所示，上壳体16朝向下壳体17的端面、以及下壳体17朝向上壳体16的端面均为螺旋端面20，并在螺旋端面20的一端设置有用于对第一后机翼3和第二后机翼4的展开角度进行限位的竖直限位面21；上壳体16和下壳体17在第一后机翼3和第二后机翼4处于展开且相对转动时，通过螺旋端面20的相互配合使展开后的第一后机翼3和第二后机翼4共面。

通过设置在上壳体16和下壳体17上的螺旋端面20，使得第一后机翼3和第二后机翼4在展开过程中，在扭转弹簧18的驱动下，上壳体16与下壳体17之间通过丝杠15螺母副的作用以及螺旋端面20的相互配合，能够在转动的过程中进行高度位置的调节，并在完全展开时，上壳体16的竖直限位面21和下壳体17的竖直限位面21抵接在一起，实现对第一后机翼3和第二后机翼4展开状态的限位。

综上，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 (8)

1.一种折叠控制一体化无人机，其特征在于，包括机身、折叠控制一体化前机翼、以及快速展开后机翼；其中：

所述折叠控制一体化前机翼包括电动推杆、滑块、舵机、对称设置的两个前机翼、对称设置的两个旋转轴承架以及对称设置的两个连杆组件；所述电动推杆固定安装于所述机身；所述滑块滑动配合地安装于所述机身，并与所述电动推杆的输出端固定连接，用于在所述电动推杆的驱动作用下沿所述机身长度方向滑动；所述舵机固定连接于所述滑块，所述舵机的舵盘与套设在所述前机翼的前机翼轴上的套筒之间通过连杆活动连接；所述套筒能够相对所述前机翼轴转动；所述旋转轴承架能够转动地安装于所述机身，所述旋转轴承架的一端转动地套设于所述前机翼轴；所述连杆组件包括第一球头连杆和第二球头连杆，所述第一球头连杆的一端铰接于所述机身，所述第二球头连杆的一端铰接于所述前机翼轴，所述第一球头连杆的另一端和所述第二球头连杆的另一端能够相对转动地连接在一起；

所述快速展开后机翼包括第一后机翼、第二后机翼、盒式扭转弹簧以及丝杠；所述盒式扭转弹簧包括沿竖直方向相对设置的上壳体和下壳体、两端分别固定连接于所述上壳体和所述下壳体的扭转弹簧；所述上壳体与所述第一后机翼和所述丝杠固定连接，所述下壳体与所述第二后机翼固定连接；所述丝杠与所述下壳体之间形成丝杠螺母副；所述丝杠的底端能够转动地安装于所述机身；所述扭转弹簧用于驱动所述第一后机翼和所述第二后机翼相对转动，实现所述第一后机翼和所述第二后机翼的展开；

所述快速展开后机翼还包括内啮合棘轮机构，所述内啮合棘轮机构包括固定安装于所述第二后机翼的棘轮、以及固定安装于所述丝杠的棘爪，所述棘爪与所述棘轮啮合；

所述上壳体朝向所述下壳体的端面、以及所述下壳体朝向所述上壳体的端面均为螺旋端面，并在所述螺旋端面的一端设置有用于对所述第一后机翼和所述第二后机翼的展开角度进行限位的竖直限位面；

所述上壳体和所述下壳体在所述第一后机翼和所述第二后机翼处于展开且相对转动时，通过所述螺旋端面的相互配合使展开后的所述第一后机翼和所述第二后机翼共面。

2.如权利要求1所述的折叠控制一体化无人机，其特征在于，所述连杆组件还包括固定安装于所述前机翼轴的端部的轴座；

所述第二球头连杆铰接于所述轴座。

3.如权利要求2所述的折叠控制一体化无人机，其特征在于，所述连杆组件还包括固定安装于所述机身的旋转底座；

所述第一球头连杆铰接于所述旋转底座。

4.如权利要求3所述的折叠控制一体化无人机，其特征在于，所述下壳体设置有用于穿设所述丝杠且与所述丝杠螺纹配合的螺纹孔。

5.如权利要求4所述的折叠控制一体化无人机，其特征在于，所述套筒和所述旋转轴承架均设置有与所述前机翼轴过渡配合的轴承。

6.如权利要求5所述的折叠控制一体化无人机，其特征在于，所述旋转轴承架通过旋转轴安装于所述机身。

7.如权利要求1-6任一项所述的折叠控制一体化无人机，其特征在于，所述机身设置有滑轨；

所述滑块设置有与所述滑轨形状配合的滑槽。

8.如权利要求7所述的折叠控制一体化无人机，其特征在于，所述扭转弹簧为钢卷弹簧。

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