CN113148158A - 一种测绘用固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测绘用固定翼无人机，包括前机体、保形测绘吊舱、机身变形装置、后机体、连接转动装置、后翼、半刚性过渡翼段和可变弯碟形多面体架，保形测绘吊舱设置在前机体的底部，机身变形装置设置在前机体的后部，本发明涉及工程测量测绘技术领域。该测绘用固定翼无人机使用可变联接翼气动布局、后置动力和前三点式修形起落架布局，可解决大展弦比无人机难以在风力较大的天气执行航测任务，小展弦比无人机难以在较低的飞行速度下经济地执行航测任务的问题，当天气良好时，该无人机以最小前掠角和最大展弦比模式执行航测任务，以延长留空时间，提高使用经济性，当低空风力增大时，该无人机以小展弦比模式继续工作。

Description

一种测绘用固定翼无人机

技术领域

本发明涉及工程测量测绘技术领域，具体为一种测绘用固定翼无人机。

背景技术

无人机航测是传统航空摄影测量手段的有力补充，具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，在小区域和飞行困难地区高分辨率影像快速获取方面具有明显优势，随着无人机与数码相机技术的发展，基于无人机平台的数字航摄技术已显示出其独特的优势，无人机航拍可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。

固定翼无人机有留空时间长、航速快及载荷大等优势，所以通常在执行大面积地形的航测时通常使用固定翼无人机，然而，普通固定翼无人机的机体是针对特定飞行状态优化设计的，所以大展弦比无人机难以在风力较大的天气执行航测任务，小展弦比无人机难以在较低的飞行速度下经济地执行航测任务。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种测绘用固定翼无人机，以解决大展弦比无人机难以在风力较大的天气执行航测任务，小展弦比无人机难以在较低的飞行速度下经济地执行航测任务的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种测绘用固定翼无人机，包括前机体、保形测绘吊舱、机身变形装置、后机体、连接转动装置、后翼、半刚性过渡翼段和可变弯碟形多面体架，所述保形测绘吊舱设置在前机体的底部，所述机身变形装置设置在前机体的后部，所述后机体设置在机身变形装置的后部，所述连接转动装置设置在后机体的中上部双侧，所述后翼与连接转动装置远离后机体的一端转动连接，所述前机体单侧的半刚性过渡翼段的数量设置为两个，上方所述半刚性过渡翼段安装在后翼远离连接转动装置的一端，所述可变弯碟形多面体架安装在上方半刚性过渡翼段远离后翼的一端，下方所述半刚性过渡翼段安装在可变弯碟形多面体架远离上方半刚性过渡翼段的一端，下方所述半刚性过渡翼段远离可变弯碟形多面体架的一端安装在前机体的最侧面位置处，该无人机使用可变联接翼气动布局、后置动力和前三点式修形起落架布局，当该无人机在良好天气中使用时，该无人机以最小前掠角和最大展弦比模式执行航测任务，以延长留空时间，提高使用经济性。

优选的，所述前机体包括前机身，所述前机身的左右两侧安装有前翼，所述前翼的数量设置为两个，每个所述前翼设置有后掠角和上反角。

优选的，所述机身变形装置包括俯仰向变形机构，所述俯仰向变形机构的后部滑动连接有伸缩变形机构，伸缩变形机构向后移动，使得可变联接小翼向机身侧翻卷，这使得该无人机总翼弦长度减小，所述伸缩变形机构的外围设置有S型整流环，所述S型整流环的前部外表面安装在前机身的后部内表面，S型整流环可以降低机身变形装置附近的气动阻力。

优选的，所述后机体包括后机身，所述后机身的外表面顶部安装有垂尾，所述后机身的后部安装有螺旋桨，所述S型整流环的后部内表面安装在后机身的前部外表面，俯仰向变形机构顺时针旋转，使得前机身和后机身的总前视投影面积减小。

优选的，所述连接转动装置的总数设置为两个，两个所述连接转动装置对称设置在垂尾的中下部双侧表面，每个所述后翼设置有前掠角和下反角，连接转动装置驱动后翼使其迎角减小，下方所述半刚性过渡翼段远离可变弯碟形多面体架的一端安装在前翼的翼尖处，俯仰向变形机构、伸缩变形机构和连接转动装置的动作使得该无人机的总受风面积减小，减轻较强风力对无人机航测任务的影响。

优选的，所述可变联接小翼包括可变弯碟形多面体架，所述可变弯碟形多面体架的单面设置为放射状可变杆架结构，所述可变弯碟形多面体架的每个放射状子杆靠近放射中心的一端通过球头铰转动连接有多铰连接器，所述多铰连接器的内部设置有若干铰碗结构，所述可变弯碟形多面体架的每个子杆中部设置有微型微弧电动推杆，所述弯碟形多面体架双面的两个相邻多铰连接器之间设置有普通电动推杆，在可变联接小翼变形时，可变联接小翼整体做的是复杂的空间翻卷动作，可变联接小翼利用单面呈放射状的可变弯碟形多面体架设计方案，以尽可能少的动作单元数量模仿柔性材料的复杂翻卷过程，在可变联接小翼变形时，各多铰连接器和球头铰为可变弯碟形多面体架提供变形所需的空间自由度，各微型微弧电动推杆为可变弯碟形多面体架提供精确的分布形变量和足够的变形动力，使用微弧电动推杆可以使可变弯碟形多面体架的总体厚度减小，减小该无人机的飞行阻力。

优选的，所述可变弯碟形多面体架的外侧包覆有硬橡胶层，所述硬橡胶层的外侧包覆有分布式气囊层，所述分布式气囊层的外侧包覆有复合材料板条层，所述复合材料板条层的外侧包覆有抗腐蚀橡胶层，硬橡胶层在配合可变弯碟形多面体架变形时不会被划伤，分布式气囊层用来修饰变形曲面的微小缺陷，复合材料板条层起增加结构强度和吸收振动的作用，抗腐蚀橡胶层充当可变联接小翼的蒙皮。

(三)有益效果

本发明提供了一种测绘用固定翼无人机。具备以下有益效果：

(1)、本发明使用可变联接翼气动布局、后置动力和前三点式修形起落架布局，当该无人机在良好天气中使用时，该无人机以最小前掠角和最大展弦比模式执行航测任务，以延长留空时间，提高使用经济性。

(2)、本发明通过设置机身变形装置，当低空风力增大，对无人机的航测任务产生较大干扰时，机身变形装置开始动作，俯仰向变形机构顺时针旋转，使得前机身和后机身的总前视投影面积减小，伸缩变形机构向后移动，使得可变联接小翼向机身侧翻卷，这使得该无人机总翼弦长度减小，连接转动装置驱动后翼使其迎角减小，上述动作使得该无人机的总受风面积减小，减轻较强风力对无人机航测任务的影响，S型整流环可以降低机身变形装置附近的气动阻力；

当天气良好，又需要执行复杂地形的高精度测绘任务时，需要无人机以稳定的姿态低速飞行而不失速，并要求较高的使用经济性，此时，该无人机的俯仰向变形机构逆时针旋转，伸缩变形机构向前移动，连接转动装置驱动后翼使其迎角增大，上述动作使得该无人机的总升力增大，抗失速性能提高，可以较好地执行复杂地形的高精度测绘任务。

(3)、本发明通过设置可变联接小翼，在可变联接小翼变形时，可变联接小翼整体做的是复杂的空间翻卷动作，可变联接小翼利用单面呈放射状的可变弯碟形多面体架设计方案，以尽可能少的动作单元数量模仿柔性材料的复杂翻卷过程，在可变联接小翼变形时，各多铰连接器和球头铰为可变弯碟形多面体架提供变形所需的空间自由度，各微型微弧电动推杆为可变弯碟形多面体架提供精确的分布形变量和足够的变形动力，使用微弧电动推杆可以使可变弯碟形多面体架的总体厚度减小，减小该无人机的飞行阻力。

(4)、本发明的可变联接小翼设置多夹层结构，硬橡胶层在配合可变弯碟形多面体架变形时不会被划伤，分布式气囊层用来修饰变形曲面的微小缺陷，复合材料板条层起增加结构强度和吸收振动的作用，抗腐蚀橡胶层充当可变联接小翼的蒙皮。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为本发明各部件连接结构示意图；

图3为本发明可变联接小翼处结构示意图；

图4为本发明可变联接小翼内部局部结构示意图；

图5为本发明机身变形装置处结构示意图。

图中：1前机体、101前机身、102前翼、2保形测绘吊舱、3机身变形装置、301俯仰向变形机构、302伸缩变形机构、303S型整流环、4后机体、401后机身、402垂尾、403螺旋桨、5连接转动装置、6后翼、7半刚性过渡翼段、8可变联接小翼、801可变弯碟形多面体架、802球头铰、803多铰连接器、804微型微弧电动推杆、805硬橡胶层、806分布式气囊层、807复合材料板条层、808抗腐蚀橡胶层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1-5所示，本发明提供一种技术方案：一种测绘用固定翼无人机，包括前机体1、保形测绘吊舱2、机身变形装置3、后机体4、连接转动装置5、后翼6、半刚性过渡翼段7和可变弯碟形多面体架8，保形测绘吊舱2设置在前机体1的底部，机身变形装置3设置在前机体1的后部，后机体4设置在机身变形装置3的后部，连接转动装置5设置在后机体4的中上部双侧，后翼6与连接转动装置5远离后机体4的一端转动连接，前机体1单侧的半刚性过渡翼段7的数量设置为两个，上方半刚性过渡翼段7安装在后翼6远离连接转动装置5的一端，可变弯碟形多面体架8安装在上方半刚性过渡翼段7远离后翼6的一端，下方半刚性过渡翼段7安装在可变弯碟形多面体架8远离上方半刚性过渡翼段7的一端，下方半刚性过渡翼段7远离可变弯碟形多面体架8的一端安装在前机体1的最侧面位置处，该无人机使用可变联接翼气动布局、后置动力和前三点式修形起落架布局，当该无人机在良好天气中使用时，该无人机以最小前掠角和最大展弦比模式执行航测任务，以延长留空时间，提高使用经济性。

前机体1包括前机身101，前机身101的左右两侧安装有前翼102，前翼102的数量设置为两个，每个前翼102设置有后掠角和上反角。

机身变形装置3包括俯仰向变形机构301，俯仰向变形机构301的后部滑动连接有伸缩变形机构302，伸缩变形机构302向后移动，使得可变联接小翼8向机身侧翻卷，这使得该无人机总翼弦长度减小，伸缩变形机构302的外围设置有S型整流环303，S型整流环303的前部外表面安装在前机身101的后部内表面，S型整流环303可以降低机身变形装置3附近的气动阻力。

后机体4包括后机身401，后机身401的外表面顶部安装有垂尾402，后机身401的后部安装有螺旋桨403，S型整流环303的后部内表面安装在后机身401的前部外表面，俯仰向变形机构2顺时针旋转，使得前机身101和后机身401的总前视投影面积减小。

连接转动装置5的总数设置为两个，两个连接转动装置5对称设置在垂尾402的中下部双侧表面，每个后翼6设置有前掠角和下反角，连接转动装置5驱动后翼6使其迎角减小，下方半刚性过渡翼段7远离可变弯碟形多面体架8的一端安装在前翼102的翼尖处，俯仰向变形机构2、伸缩变形机构302和连接转动装置5的动作使得该无人机的总受风面积减小，减轻较强风力对无人机航测任务的影响，S型整流环303可以降低机身变形装置3附近的气动阻力。

可变联接小翼8包括可变弯碟形多面体架801，可变弯碟形多面体架801的单面设置为放射状可变杆架结构，可变弯碟形多面体架801的每个放射状子杆靠近放射中心的一端通过球头铰802转动连接有多铰连接器803，多铰连接器803的内部设置有若干铰碗结构，可变弯碟形多面体架801的每个子杆中部设置有微型微弧电动推杆804，弯碟形多面体架801双面的两个相邻多铰连接器803之间设置有普通电动推杆，在可变联接小翼8变形时，可变联接小翼8整体做的是复杂的空间翻卷动作，可变联接小翼8利用单面呈放射状的可变弯碟形多面体架801设计方案，以尽可能少的动作单元数量模仿柔性材料的复杂翻卷过程，在可变联接小翼8变形时，各多铰连接器803和球头铰802为可变弯碟形多面体架801提供变形所需的空间自由度，各微型微弧电动推杆804为可变弯碟形多面体架801提供精确的分布形变量和足够的变形动力，使用微弧电动推杆可以使可变弯碟形多面体架801的总体厚度减小，减小该无人机的飞行阻力。

可变弯碟形多面体架801的外侧包覆有硬橡胶层805，硬橡胶层805的外侧包覆有分布式气囊层806，分布式气囊层806的外侧包覆有复合材料板条层807，复合材料板条层807的外侧包覆有抗腐蚀橡胶层808，硬橡胶层805在配合可变弯碟形多面体架801变形时不会被划伤，分布式气囊层806用来修饰变形曲面的微小缺陷，复合材料板条层807起增加结构强度和吸收振动的作用，抗腐蚀橡胶层808充当可变联接小翼8的蒙皮。

工作原理：该测绘用固定翼无人机使用可变联接翼气动布局、后置动力和前三点式修形起落架布局，当该无人机在良好天气中使用时，该无人机以最小前掠角和最大展弦比模式执行航测任务，以延长留空时间，提高使用经济性。

当低空风力增大，对无人机的航测任务产生较大干扰时，机身变形装置3开始动作，俯仰向变形机构2顺时针旋转，使得前机身101和后机身401的总前视投影面积减小，伸缩变形机构302向后移动，使得可变联接小翼8向机身侧翻卷，这使得该无人机总翼弦长度减小，连接转动装置5驱动后翼6使其迎角减小，俯仰向变形机构2、伸缩变形机构302和连接转动装置5的上述动作使得该无人机的总受风面积减小，减轻较强风力对无人机航测任务的影响，S型整流环303可以降低机身变形装置3附近的气动阻力。

当天气良好，又需要执行复杂地形的高精度测绘任务时，需要无人机以稳定的姿态低速飞行而不失速，并要求较高的使用经济性，普通小展弦比无人机无法完成此任务，此时，该无人机的机身变形装置3开始动作，俯仰向变形机构2逆时针旋转，伸缩变形机构302向前移动，连接转动装置5驱动后翼6使其迎角增大，上述动作使得该无人机的总升力增大，抗失速性能提高，可以较好地执行复杂地形的高精度测绘任务。

在可变联接小翼8变形时，可变联接小翼8整体做的是复杂的空间翻卷动作，这也是可变形翼面的技术难点所在之处，可变联接小翼8采用的思路是利用单面呈放射状的可变弯碟形多面体架801设计方案，以尽可能少的动作单元数量在一定程度上模仿柔性材料的复杂翻卷过程，同时还要在变形过程中和变形结束后提供一定的结构强度，在可变联接小翼8变形时，各多铰连接器803和球头铰802为可变弯碟形多面体架801提供变形所需的空间自由度，各微型微弧电动推杆804为可变弯碟形多面体架801提供精确的分布形变量和足够的变形动力，使用微弧电动推杆可以使可变弯碟形多面体架801的总体厚度减小，减小该无人机的飞行阻力，半刚性过渡翼段7内设置有与可变弯碟形多面体架801局部相似但更简化的结构。

硬橡胶层805在配合可变弯碟形多面体架801变形时不会被划伤，分布式气囊层806用来修饰变形曲面的微小缺陷，复合材料板条层807起增加结构强度和吸收振动的作用，抗腐蚀橡胶层808充当可变联接小翼8的蒙皮。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种测绘用固定翼无人机，包括前机体(1)、保形测绘吊舱(2)、机身变形装置(3)、后机体(4)、连接转动装置(5)、后翼(6)、半刚性过渡翼段(7)和可变弯碟形多面体架(8)，其特征在于：所述保形测绘吊舱(2)设置在前机体(1)的底部，所述机身变形装置(3)设置在前机体(1)的后部，所述后机体(4)设置在机身变形装置(3)的后部，所述连接转动装置(5)设置在后机体(4)的中上部双侧，所述后翼(6)与连接转动装置(5)远离后机体(4)的一端转动连接，所述前机体(1)单侧的半刚性过渡翼段(7)的数量设置为两个，上方所述半刚性过渡翼段(7)安装在后翼(6)远离连接转动装置(5)的一端，所述可变弯碟形多面体架(8)安装在上方半刚性过渡翼段(7)远离后翼(6)的一端，下方所述半刚性过渡翼段(7)安装在可变弯碟形多面体架(8)远离上方半刚性过渡翼段(7)的一端，下方所述半刚性过渡翼段(7)远离可变弯碟形多面体架(8)的一端安装在前机体(1)的最侧面位置处。

2.根据权利要求1所述的一种测绘用固定翼无人机，其特征在于：所述前机体(1)包括前机身(101)，所述前机身(101)的左右两侧安装有前翼(102)，所述前翼(102)的数量设置为两个，每个所述前翼(102)设置有后掠角和上反角。

3.根据权利要求2所述的一种测绘用固定翼无人机，其特征在于：所述机身变形装置(3)包括俯仰向变形机构(301)，所述俯仰向变形机构(301)的后部滑动连接有伸缩变形机构(302)，所述伸缩变形机构(302)的外围设置有S型整流环(303)，所述S型整流环(303)的前部外表面安装在前机身(101)的后部内表面。

4.根据权利要求3所述的一种测绘用固定翼无人机，其特征在于：所述后机体(4)包括后机身(401)，所述后机身(401)的外表面顶部安装有垂尾(402)，所述后机身(401)的后部安装有螺旋桨(403)，所述S型整流环(303)的后部内表面安装在后机身(401)的前部外表面。

5.根据权利要求4所述的一种测绘用固定翼无人机，其特征在于：所述连接转动装置(5)的总数设置为两个，两个所述连接转动装置(5)对称设置在垂尾(402)的中下部双侧表面，每个所述后翼(6)设置有前掠角和下反角，下方所述半刚性过渡翼段(7)远离可变弯碟形多面体架(8)的一端安装在前翼(102)的翼尖处。

6.根据权利要求1所述的一种测绘用固定翼无人机，其特征在于：所述可变联接小翼(8)包括可变弯碟形多面体架(801)，所述可变弯碟形多面体架(801)的单面设置为放射状可变杆架结构，所述可变弯碟形多面体架(801)的每个放射状子杆靠近放射中心的一端通过球头铰(802)转动连接有多铰连接器(803)，所述多铰连接器(803)的内部设置有若干铰碗结构，所述可变弯碟形多面体架(801)的每个子杆中部设置有微型微弧电动推杆(804)，所述弯碟形多面体架(801)双面的两个相邻多铰连接器(803)之间设置有普通电动推杆。

7.根据权利要求6所述的一种测绘用固定翼无人机，其特征在于：所述可变弯碟形多面体架(801)的外侧包覆有硬橡胶层(805)，所述硬橡胶层(805)的外侧包覆有分布式气囊层(806)，所述分布式气囊层(806)的外侧包覆有复合材料板条层(807)，所述复合材料板条层(807)的外侧包覆有抗腐蚀橡胶层(808)。

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