CN113386955A - 一种无尾三角翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无尾三角翼无人机，属于飞行器领域。目的是解决现有无人机中电池能质比低，飞行距离和飞行时间受限，起降时对场地要求高的问题。技术方案是，提供一种无尾三角翼无人机，包括无人机主体、动力系统和控制系统，无人机主体包括机身、第一机翼和第二机翼，动力系统包括第一供能装置、升力平衡组件、至少一组第一旋翼动力组件和至少一组第二旋翼动力组件。

Description

一种无尾三角翼无人机

技术领域

本发明属于飞行器领域，涉及一种无尾三角翼无人机。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。

与有人驾驶飞机相比，无人机往往更适合那些太“愚钝，肮脏或危险”的任务。无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机加行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

1、传统无人机大多分为旋翼无人机和固定翼无人机两种，旋翼无人机能够垂直起降，但飞行速度不如固定翼无人机；固定翼无人机具有飞行时间长、飞行距离远和飞行速度快等优点，但对起飞场地有较高要求，不利于实用；

2、传统无人机大多依赖于蓄电池供能进行工作，蓄电池的电量有限，导致无人机飞行时间短,不能长时间滞空，不利于完成飞行任务；

3、无人机在执行任务时，由于蓄电池电量有限，无人机飞行距离短，需要沿操作场地飞行进行电池更换，工作效率低，增加了人力物力的成本支出。

发明内容

鉴于此，本发明目的在于提供一种无尾三角翼无人机，能够快速进行垂直起降，降低了对起降场地的要求，并且具有滞空时间长，维护方便，载荷量大，环境友好等优点，缓解了传统电池能质比低的缺点，为飞行任务提供了更多的可用载荷。

发明人通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是，提供一种无尾三角翼无人机，包括无人机主体、动力系统和控制系统，所述无人机主体包括机身、第一机翼和第二机翼，所述第一机翼与机身的一侧连接，所述第二机翼与机身的另一侧连接，所述动力系统包括第一供能装置、升力平衡组件、至少一组第一旋翼动力组件和至少一组第二旋翼动力组件，所述第一供能装置安装在无人机主体上，所述第一供能装置分别与升力平衡组件、第一旋翼动力组件、第二旋翼动力组件和控制系统连接，所述第一旋翼动力组件安装在第一机翼的前沿上，所述第二旋翼动力组件安装在第二机翼的前沿上，所述升力平衡组件安装在机身后端，升力平衡组件位于第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件之间的中点线上。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个具体实施方式，所述第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件的形状结构相同，所述第一旋翼动力组件包括转动连接件、安装件、桨叶和电机，所述桨叶安装在转动连接件上，所述安装件的一端与转动连接件连接，所述安装件的另一端与第一机翼的前沿连接，所述电机分别与第一供能装置和桨叶连接，所述第一旋翼动力组件通过转动连接件相对于第一机翼能够向下转动90°。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个优选实施方式，所述第一供能装置为太阳能光伏板。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个进一步的实施方式，所述机身包括机身架，所述第一机翼包括第一机翼架，所述第二机翼包括第二机翼架，所述第一供能装置为柔性太阳能电池片，所述第一供能装置分别包覆在机身架、第一机翼架和第二机翼架上。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个进一步的实施方式，所述第一机翼上设有第一副翼，所述第二机翼上设有第二副翼。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个进一步的实施方式，所述第一机翼和第二机翼均与机身可拆卸连接。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个进一步的实施方式，所述第一机翼和第二机翼上对称设有上反角鲨鱼鳍，所述上反角鲨鱼鳍分别位于第一机翼的端部和第二机翼的端部。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个进一步的实施方式，所述控制系统包括控制元件和伺服机构，所述控制元件与伺服机构连接，所述伺服机构分别与动力系统、第一副翼和第二副翼连接。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个进一步的实施方式，所述无人机主体上设有第二供能装置，所述第二供能装置分别与升力平衡组件、第一动力组件、第二动力组件和控制系统连接。

根据本发明一种无尾三角翼无人机的一个进一步的实施方式，所述无人机主体上设有平板天线。

工作原理：本发明在工作时，控制方式有两种，一种是基于4G/5G地面基站，通过4G/5G信号将无人机与基站进行连接，然后基站再与控制终端连接，通过控制终端能够一次性控制多架无人机，进行集群飞行任务；另一种是每台无人机上均设有控制元件，控制元件是微型电脑，通过设置接收机来接受无人机的信号，多台无人机基于5G连接组成分布式计算平台，架设临时局域网为所需区域提供短期云服务或与运用算力集群实现自主管理控制。

与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点：

a)本发明采用一种无尾三角翼无人机，包括无人机主体、动力系统和控制系统，无人机主体包括机身、第一机翼和第二机翼，动力系统包括第一供能装置、升力平衡组件、至少一组第一旋翼动力组件和至少一组第二旋翼动力组件的设置，结构简单，支持快速垂直起降，降低了无人机对起降场地的要求。

b)本发明采用第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件的形状结构相同，第一旋翼动力组件包括转动连接件、安装件、桨叶和电机的设置，第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件在无人机进行起飞时能够配合升力平衡装置为无人机提供向上的升力，无人机起飞到一定高度后通过转动连接件能够调整第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件相对于机身的角度，第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件又在无人机飞行时为其提供动力，另外无人机在低速飞行时能够通过转动连接件不停调整桨叶旋转面相对于机身的角度，根据实际飞行情况调整迎角，能够提高无人机飞行效率、降低能耗、节约成本和延长无人机使用寿命。

c)本发明采用第一供能装置为太阳能光伏板的设置，光伏板能够吸收太阳能将其转换为电能为本发明提供工作所需要的能源，来维持无人机飞行和无人机上搭载的其它装置的基本供电需求，实现无人机长时间滞空飞行以完成飞行任务，避免使用者在长时间使用时由于蓄电池的电量有限而需要频繁更换电池，提高了工作效率，降低了人力成本和物力成本。

d)本发明采用机身包括机身架，第一机翼包括第一机翼架，第二机翼包括第二机翼架，第一供能装置为柔性太阳能电池片，第一供能装置分别包覆在机身架、第一机翼架和第二机翼架上的设置，增加了本发明整体结构的稳固性和空间的利用率，减轻了本发明整体的重量，便于运输。

e)本发明采用第一机翼上设有第一副翼，第二机翼上设有第二副翼的设置，通过第一副翼和第二副翼能够调整无人机飞行时上升和下降。

f)本发明采用第一机翼和第二机翼均与机身可拆卸连接的设置，方便工作人员进行无人机的快速组装和拆卸工作，拆卸后方便运输收纳无人机，减少运输难度。

g)本发明采用第一机翼和第二机翼上对称设有上反角鲨鱼鳍的设置，能够在无人机飞行时消除其受到的诱导阻力，另外避免本发明在飞行过程中发生严重侧滑的情况。

h)本发明采用控制系统包括控制元件和伺服机构的设置，通过控制元件对伺服机构下达命令，伺服机构能够根据控制元件的命令快速准确地调整无人机上的相应部件运作。

i)本发明采用无人机主体上设有第二供能装置的设置，将第二供能装置作为备用电源，能够在天气不好或第一供能装置无法工作时为无人机飞行和无人机上搭载的其它装置提供能源，确保其正常运行。

j)本发明采用无人机主体上设有平板天线的设置，能够增加本发明飞行时传递的信号强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种无尾三角翼无人机一较佳实施例的立体结构示意图。

图2是图1中另一使用状态下的参考图。

图中标记分别为：110机身、120第一机翼、121第一副翼、130第二机翼、131第二副翼、140上方角鲨鱼鳍、310第一供能装置、320升力平衡组件、330第一旋翼动力组件、340第二旋翼动力组件。

具体实施方式

下面结合附图与一个具体实施例进行说明。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可以不对其进行进一步定义和解释。

实施例1：

参见图1至图2。本实施例所描述的是一种无尾三角翼无人机，包括无人机主体、动力系统和控制系统，所述无人机主体包括机身110、第一机翼120和第二机翼130，所述第一机翼120与机身110的一侧连接，所述第二机翼130与机身110的另一侧连接，所述动力系统包括第一供能装置310、升力平衡组件320、一组第一旋翼动力组件330和一组第二旋翼动力组件340，所述第一供能装置310安装在无人机主体上，所述第一供能装置310分别与升力平衡组件320、第一旋翼动力组件330、第二旋翼动力组件340和控制系统连接，所述第一旋翼动力组件330安装在第一机翼120的前沿上，所述第二旋翼动力组件340安装在第二机翼130的前沿上，所述升力平衡组件320安装在机身110后端，升力平衡组件320位于第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340之间的中点线上。在本实施例中，第一供能装置310能够为无人机飞行和无人机上搭载的附件供电，第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340为螺旋桨，能够在无人机起飞和飞行时提供相应的动力，升力平衡组件320为升力风扇，升力平衡组件320与第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340配合实现无人机的垂直起降，在无人机起飞时，第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340的旋转面平行于机身110，由于第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340平行于机身110立轴提供的推力中心位于重心之前，在工作时会使无人机产生不可控的抬头力矩，升力平衡组件320位于机身110的重心之后，能够将第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340工作时产生的推力中心平衡至无人机机身110的重心上，实现无人机的垂直起降。

具体的，所述第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340的形状结构相同，所述第一旋翼动力组件330包括转动连接件、安装件、桨叶和电机，所述桨叶安装在转动连接件上，所述安装件的一端与转动连接件连接，所述安装件的另一端与第一机翼120的前沿连接，所述电机分别与第一供能装置310和桨叶连接，所述第一旋翼动力组件330通过转动连接件相对于第一机翼120能够向下转动90°。在本实施例中，第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340的形状结构相同，第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340均包括转动连接件、安装件、桨叶和电机，转动连接件为铰链，安装件为安装杆，桨叶采用的是平凸翼型，第一供能装置310为电机供电，电机带动桨叶转动，在无人机起飞过程中，当无人机上升到一定高度后，第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340通过转动连接件逐渐向前下方倾斜，桨叶旋转面从平行于机身110的逐渐向前下方倾斜转动，最后桨叶旋转面垂直于机身110，起飞过程中，第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340逐渐向机身110前下方倾斜转动时，当无人机获得足够使第一机翼120和第二机翼130产生所需升力后，升力平衡组件320停止工作，第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340持续工作，这样能够减小桨叶工作时产生的气流对机身110力矩的影响，避免机身产生反转和滑流现象，并且第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340在工作时产生的气流直接吹向无人机的舵面，能够在无人机失速情况下具有一定的操作性，提高了无人机的安全性。本实施例中电机具体采用的是直径22MM高度12MM的KV为1000的无刷直流电机，桨叶的大小为12英寸，第一供能装置为电机供能，在电机转速达到1000rpm/min时能够提供约450G的最大静态推力。

具体的，所述第一供能装置310为太阳能光伏板。在本实施例中，采用太阳能光伏板代替常规的蓄电池作为主要供能装置，太阳能光伏板是通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或间接转换成电能的装置，相对于普通电池和可循环充电电池来说，太阳能电池属于更节能环保的绿色产品，能够支持无人机进行更长距离、更长时间的飞行任务。

实施例2：

参见图1至图2。本实施例所描述的是一种无尾三角翼无人机，包括无人机主体、动力系统和控制系统，所述无人机主体包括机身110、第一机翼120和第二机翼130，所述第一机翼120与机身110的一侧连接，所述第二机翼130与机身110的另一侧连接，所述动力系统包括第一供能装置310、升力平衡组件320、一组第一旋翼动力组件330和一组第二旋翼动力组件340，所述第一供能装置310安装在无人机主体上，所述第一供能装置310分别与升力平衡组件320、第一旋翼动力组件330、第二旋翼动力组件340和控制系统连接，所述第一旋翼动力组件330安装在第一机翼120的前沿上，所述第二旋翼动力组件340安装在第二机翼130的前沿上，所述升力平衡组件320安装在机身110后端，升力平衡组件320位于第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340之间的中点线上。

具体的，所述第一旋翼动力组件330和第二旋翼动力组件340的形状结构相同，所述第一旋翼动力组件330包括转动连接件、安装件、桨叶和电机，所述桨叶安装在转动连接件上，所述安装件的一端与转动连接件连接，所述安装件的另一端与第一机翼120的前沿连接，所述电机分别与第一供能装置310和桨叶连接，所述第一旋翼动力组件330通过转动连接件相对于第一机翼120能够向下转动90°。本实施例中上述内容与实施例1中所述内容相同，在此不再进行过多赘述。

具体的，所述机身110包括机身架，所述第一机翼120包括第一机翼架，所述第二机翼130包括第二机翼架，所述第一供能装置310为柔性太阳能电池片，所述第一供能装置310分别包覆在机身架、第一机翼架和第二机翼架上。在本实施例中，机身架是碳纤维复合材料经过镂空处理后一体成型的桁条式机身架，第一机翼架和第二机翼架通过两根4mm的碳纤维管组成，这样的组成的无人机不仅提高了自身的强度，还减轻了无人机的整体重量，如果采用同样体积的轻木材料质量约为1.2kg，而本实施例中整体质量约为850g，第一供能装置310为柔性可弯曲单晶硅太阳能电池片，将其通过细钢丝与机身架桁条预留安装点连接，第一供能装置310还起到了充当机身蒙皮的作用，增加空间利用率，减轻了本发明整体结构重量。

具体的，所述第一机翼120上设有第一副翼121，所述第二机翼130上设有第二副翼131。在本实施例中，第一副翼121和第二副翼131能够控制本发明飞行时的方向和高度。

具体的，所述第一机翼120和第二机翼130均与机身110可拆卸连接。在本实施例中，第一机翼120和第二机翼130与机身110支持快速拆卸和装配，减少了无人机运输的难度，还减少了使用无人机前的安装部署时间。

具体的，所述第一机翼120和第二机翼130上对称设有上反角鲨鱼鳍140，所述上反角鲨鱼鳍140分别位于第一机翼120的端部和第二机翼130的端部。在本实施例中，上反角鲨鱼鳍140能够消除诱导阻力，同时还能够避免本发明在飞行过程出现严重侧滑。

具体的，所述控制系统包括控制元件和伺服机构，所述控制元件与伺服机构连接，所述伺服机构分别与动力系统、第一副翼121和第二副翼131连接。在本实施例中，控制元件为树莓派，也就是微型电脑，控制元件能够监测无人机当前状态，并给伺服机构下达命令，伺服机构接收到控制元件下达的命令后，控制相关部件执行命令，完成各种飞行操作。

具体的，所述无人机主体上设有第二供能装置，所述第二供能装置分别与升力平衡组件320、第一旋翼动力组件330、第二旋翼动力组件340和控制系统连接。在本实施例中，第二供能装置为蓄电池，作为备用电源安装在本发明上，当第一供能装置310无法正常运作或出现其它紧急情况时，第二供能装置为无人机提供电能。

具体的，所述无人机主体上设有平板天线。在本实施例中，平板天线能够增强无人机发出的信号。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无尾三角翼无人机，其特征在于，包括无人机主体、动力系统和控制系统，所述无人机主体包括机身、第一机翼和第二机翼，所述第一机翼与机身的一侧连接，所述第二机翼与机身的另一侧连接，所述动力系统包括第一供能装置、升力平衡组件、至少一组第一旋翼动力组件和至少一组第二旋翼动力组件，所述第一供能装置安装在无人机主体上，所述第一供能装置分别与升力平衡组件、第一旋翼动力组件、第二旋翼动力组件和控制系统连接，所述第一旋翼动力组件安装在第一机翼的前沿上，所述第二旋翼动力组件安装在第二机翼的前沿上，所述升力平衡组件安装在机身后端，升力平衡组件位于第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件之间的中点线上。

2.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述第一旋翼动力组件和第二旋翼动力组件的形状结构相同，所述第一旋翼动力组件包括转动连接件、安装件、桨叶和电机，所述桨叶安装在转动连接件上，所述安装件的一端与转动连接件连接，所述安装件的另一端与第一机翼的前沿连接，所述电机分别与第一供能装置和桨叶连接，所述第一旋翼动力组件通过转动连接件相对于第一机翼能够向下转动90°。

3.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述第一供能装置为太阳能光伏板。

4.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述机身包括机身架，所述第一机翼包括第一机翼架，所述第二机翼包括第二机翼架，所述第一供能装置为柔性太阳能电池片，所述第一供能装置分别包覆在机身架、第一机翼架和第二机翼架上。

5.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述第一机翼上设有第一副翼，所述第二机翼上设有第二副翼。

6.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述第一机翼和第二机翼均与机身可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述第一机翼和第二机翼上对称设有上反角鲨鱼鳍，所述上反角鲨鱼鳍分别位于第一机翼的端部和第二机翼的端部。

8.根据权利要求5所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述控制系统包括控制元件和伺服机构，所述控制元件与伺服机构连接，所述伺服机构分别与动力系统、第一副翼和第二副翼连接。

9.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述无人机主体上设有第二供能装置，所述第二供能装置分别与升力平衡组件、第一旋翼动力组件、第二旋翼动力组件和控制系统连接。

10.根据权利要求1所述的一种无尾三角翼无人机，其特征在于，所述无人机主体上设有平板天线。

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