CN113665785A - 垂起固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机领域，具体是垂起固定翼无人机，包括机翼模块和若干个动力模块，所述若干个动力模块成对的可拆卸连接在机翼模块的两侧，还包括第一连接件，所述第一连接件用于组装机翼模块或动力模块的零部件。解决了现有的一体式垂起固定翼无人机在储存和运输过程中占用空间较大，同时结构和设备的互换性较差的问题。

Description

垂起固定翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体是指垂起固定翼无人机。

背景技术

固定翼无人机具有气动效率高、航程远、航时长等优势，但需要较长的跑道进行起飞和降落；而旋翼无人机可实现垂直起降，不需要跑道，使用灵活，但其气动效率较低、载重较小、航程较短。垂起固定翼无人机兼具二者优势，可实现垂直起降，在飞行阶段又相当于固定翼无人机，具有航程远、航时长等特点。

垂起固定翼无人机目前主流设计形式是在固定翼飞机的基础上增加成对的垂直起降电机和螺旋桨，以满足垂直起降要求。这类垂起固定翼无人机具有一体的机身和机翼结构，供电系统及控制系统集中设置于机身内，在储存和运输过程中占用空间较大，同时结构和设备的互换性较差，增加使用成本。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了垂起固定翼无人机，解决了现有的一体式垂起固定翼无人机在储存和运输过程中占用空间较大，同时结构和设备的互换性较差的问题。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：

垂起固定翼无人机，包括机翼模块和若干个动力模块，所述若干个动力模块对称分布在机翼模块中轴线的两侧，并和机翼模块的下表面可拆卸连接，所述动力模块还用于向所述机翼模块提供电能，所述动力模块内各系统采用模块化可拆卸连接，所述机翼模块内各系统也采用模块化可拆卸连接。

进一步，机翼模块包括中央翼、中央设备舱、外翼和起落架，所述中央设备舱可拆卸连接在中央翼中部，所述外翼为一对，所述一对外翼分别可拆卸连接在中央翼两侧，所述起落架为一对，所述一对起落架对称分布于中央翼下方，所述中央设备舱与至少一个所述动力模块电性连接。

进一步，所述动力模块包括巡航动力系统、垂直起降动力系统、动力设备舱、尾翼系统和第一连接件，所述垂直起降动力系统为多个，多个所述垂直起降动力系统通过第一连接件对称分布在所述动力设备舱的两端，所述垂直起降动力系统的另一端与巡航动力系统或尾翼系统通过第一连接件可拆卸连接，若干个所述动力设备舱间电性连接。

进一步，所述第一连接件包括螺旋杆、锁紧环、套合杆、锁紧条、弹簧、铆钉、螺钉和锁紧条安装块。

进一步，所述巡航动力系统包括前拉螺旋桨、前拉电机和前拉撑杆，所述前拉螺旋桨与前拉电机连接，所述前拉电机固定在前拉撑杆的一端，所述前拉撑杆的另一端通过所述第一连接件与垂直起降动力系统的一端可拆卸连接。

进一步，所述动力设备舱包括设备舱体、动力电池、垂直起降电机调速器、前拉电机调速器、动力模块电源板、动力模块控制板、第二连接件和动力设备舱撑杆，所述动力设备舱撑杆的两端分别与垂直起降动力系统可拆卸连接，所述动力设备舱通过第二连接件与机翼模块的下表面可拆卸连接。

进一步，所述尾翼系统包括尾翼撑杆、垂直尾翼和水平尾翼，所述尾翼撑杆的一端通过所述第一连接件与垂直起降动力系统可拆卸连接，所述尾翼撑杆的另一端与垂直尾翼和水平尾翼连接。

进一步，所述垂直尾翼固定连接在尾翼撑杆另一端的竖直面上，所述水平尾翼铰接在尾翼撑杆另一端的水平面上。

进一步，所述垂直起降动力系统包括垂直起降撑杆和偶数个垂直起降模块，所述偶数个垂直起降模块对称分布在垂直起降撑杆上，垂直起降撑杆的一端与动力设备舱连接，所述垂直起降撑杆的另一端与巡航动力系统或尾翼系统连接。

进一步，所述垂直起降模块包括垂直起降螺旋桨、垂直起降电机和电机基座，所述垂直起降螺旋桨与垂直起降电机连接，所述垂直起降电机通过电机基座固定连接在垂直起降撑杆上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本申请取消了传统的无人机机身结构，减轻了无人机的整体重量；

2、每个动力模块结构和组成完全相同，内部结构和设备可通用，独立的动力模块之间也可通用，使无人机具备很强的互换性，当某个动力模块的内部结构/设备，或整个动力模块无法工作时，可用其他动力模块或其内部的结构/设备进行替代，而不必更换整机，极大地降低了使用成本；

3、每个动力模块均可独立实现垂直起降、巡航飞行等功能，当无人机的1个或数个动力模块发生故障功能失效后，可利用剩余的动力模块继续完成飞行任务，提高了无人机的可靠性、安全性和容错性。

4、每个动力系统均设有动力电池，相比现有技术中整机集中供电的方式，较长线路造成的功耗，动力电池的分布式设计有利于功耗的降低，同时也有利于更加准确地获得电机的电流、电压，进而提高各动力系统的控制精度。

附图说明

图1为本实施例的垂起固定翼无人机的结构示意图；

图2为机翼模块的框架图；

图3为本实施例的动力模块的结构示意图；

图4为本实施例巡航动力系统的结构示意图；

图5为本实施例垂直起降动力系统的结构示意图；

图6为本实施例尾翼系统的结构示意图；

图7为本实施例动力设备舱的结构示意图；

图8为本实施例第一连接件的爆炸图；

图9为本实施例锁紧条结构的示意图；

图10为本实施例螺旋结构的示意图；

图11为本实施例套合杆的连接示意图；

图12为本实施例套合结构的示意图；

图13为本实施例螺旋结构和套合结构的连接示意图。

其中，巡航动力系统1、垂直起降动力系统2、动力设备舱3、尾翼系统4、前拉螺旋桨5、前拉电机6、前拉撑杆7、第一连接件8、垂直起降螺旋桨9、垂直起降电机10、电机基座11、垂直起降撑杆12、尾翼撑杆13、垂直尾翼14、水平尾翼15、设备舱体16、动力电池17、垂直起降电机调速器18、前拉电机调速器19、动力模块电源板20、动力模块控制板21、第二连接件22、动力设备舱撑杆23、螺旋杆24、锁紧环25、套合杆26、锁紧条27、弹簧28、铆钉29、螺钉30、锁紧条安装块31、中央翼32、中央设备舱33、外翼34、起落架35。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例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例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

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，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“水平”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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装置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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图1所示，包括机翼模块和若干个动力模块，所述若干个动力模块对称分布在机翼模块中轴线的两侧，并和机翼模块的下表面可拆卸连接，所述动力模块内各系统采用模块化可拆卸连接，所述机翼模块内各系统也采用模块化可拆卸连接，本实施例中，将无人机传统机身更换为机翼模块和分布式的动力模块，这种无机身设计减轻了无人机的整体重量，同时，动力由多个动力模块进行提供，其中，每个动力模块结构和组成完全相同，内部结构和设备可通用，独立的动力模块之间也可通用，使无人机具备很强的互换性，当某个动力模块的内部结构/设备，或整个动力模块无法工作时，可用其他动力模块或其内部的结构/设备进行替代，并且动力模块各系统采用模块化可拆卸连接，其结构可进行组装或拆卸，避免了更换整机，极大地降低了使用成本，另外，每个动力模块均可独立实现垂直起降、巡航飞行等功能，当无人机的1个或数个动力模块发生故障功能失效后，可利用剩余的动力模块继续完成飞行任务，提高了无人机的可靠性、安全性和容错性。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图2所示，在上述各实施例的基础上，机翼模块包括中央翼32、中央设备舱33、外翼34和起落架35，具体地，中央设备舱33可拆卸连接在中央翼32中部，其内部装载各类航电设备，例如主飞控模块、机翼电源板、任务设备等，另外，外翼34为一对，可分为左翼和右翼，一对外翼34分别通过第一连接件8可拆卸连接在中央翼32两侧，从而实现快速的拆装，另外，起落架35为一对，一对起落架35对称分布于中央翼32下方，起落架35上端通过插销机构与中央翼32下表面连接，同样实现快速拆装。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图3所示，在上述各实施例的基础上，动力模块包括巡航动力系统1、垂直起降动力系统2、动力设备舱3，尾翼系统4和第一连接件8，具体地，垂直起降动力系统2为多个，多个垂直起降动力系统2通过第一连接件8对称分布在所述动力设备舱3的两端，垂直起降动力系统2的另一端与巡航动力系统1或尾翼系统4通过第一连接件8可拆卸连接，本实施例中，动力模块采用模块化设计，并通过第一连接件8可拆卸的连接起来，当其中某个模块出现故障时，可快速拆下相应故障模块进行更换，缩短了维护周期，同时也降低了维护费用。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图4所示，在上述实施例的基础上，巡航动力系统1包括前拉螺旋桨5、前拉电机6和前拉撑杆7，具体地，前拉螺旋桨5提供巡航飞行阶段无人机前进的动力，同时，前拉螺旋桨5与前拉电机6连接，前拉电机6固定在前拉撑杆7的一端，前拉撑杆7的另一端通过第一连接件8与垂直起降动力系统2的一端可拆卸连接。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图5所示，在上述各实施例的基础上，垂直起降动力系统2包括垂直起降撑杆12和偶数个垂直起降模块，具体地，偶数个垂直起降模块对称分布在垂直起降撑杆12上。

本实施例中，垂直起降模块包括垂直起降螺旋桨9、垂直起降电机10、电机基座11和垂直起降撑杆12，垂直起降螺旋桨9与垂直起降电机10连接，垂直起降电机10通过电机基座11固定连接在垂直起降撑杆12上，垂直起降撑杆12的一端与动力设备舱3连接，垂直起降撑杆12的另一端与巡航动力系统1或尾翼系统4通过第一连接件8可拆卸连接。

本实施例中，垂直起降螺旋桨9和垂直起降电机10提供垂直起降、前飞、后飞以及悬停的动力，垂直起降撑杆12对垂直起降螺旋桨9和垂直起降电机10起支撑作用。

本实施例中，垂直起降动力系统2可为个，其中一个垂直起降动力系统2用于连接巡航动力系统1和动力设备舱3，另外一个垂直起降动力系统2用于连接动力设备舱3和尾翼系统4。

需要说明的是，垂直起降动力系统2可为4个或更多个，优选为偶数个，以便对称地分布在动力设备舱3的两端，使飞行装置更易处于平衡状态，便于飞行控制。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图6所示，在上述各实施例的基础上，尾翼系统4包括尾翼撑杆13、垂直尾翼14和水平尾翼15，具体地，尾翼撑杆13的一端通过第一连接件8与垂直起降动力系统2可拆卸连接，尾翼撑杆13的另一端与垂直尾翼14和水平尾翼15连接。

本实施例中，垂直尾翼14固定连接在尾翼撑杆13另一端的竖直面上，垂直尾翼14的作用是提高无人机的航向稳定性，水平尾翼15铰接在尾翼撑杆13另一端的水平面上，水平尾翼15能够上下偏转，作用是提高无人机的纵向稳定性，并提供无人机俯仰运动所需的偏转力矩。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图7所示，在上述各实施例的基础上，动力设备舱3包括设备舱体16、动力电池17、垂直起降电机调速器18、前拉电机调速器19、动力模块电源板20、动力模块控制板21、第二连接件22和动力设备舱撑杆23，其中：

设备舱体16为动力设备舱3内的所有设备提供支撑；

动力电池17为无人机所有用电设备提供电源输出，独立供电，不用依赖外部供电系统；

垂直起降电机调速器18控制垂直起降电机10转速；

前拉电机调速器19控制前拉电机6转速；

动力模块电源板20对动力设备舱3中用电设备及外部用电设备进行电源管理，并监控动力设备舱3中电机的电流和电压；

动力模块控制板21接受来自主飞控模块的指令，对动力设备舱3中的各个电机和各个电机调速器进行控制，并监控动力电池17的电流和电压；

通过第二连接件22可与中央翼32下表面连接，可实现整个系统与机翼模块的拆卸和安装，本实施例中，第二连接件22采用卡扣的形式进行连接；

动力设备舱撑杆23的两端分别与垂直起降动力系统2连接，将整个系统连成整体。

本申请一个实施例所提供的垂起固定翼无人机如图8所示，在上述各实施例的基础上，第一连接件8包括螺旋杆24、锁紧环25、套合杆26、锁紧条27、弹簧28、铆钉29、螺钉30和锁紧条安装块31，第一连接件8分为了螺旋结构和套合结构，其中：

螺旋结构的组合方式为，将螺旋杆24套入垂直起降撑杆12之中，并用铆钉29将其固定，如图9所示，再将弹簧28与锁紧条27安装到锁紧条安装块31之中，最后如图10所示，将螺旋杆24塞进垂直起降杆内腔，并用装好的锁紧条27结构配合螺钉30使之固定；

套合结构的组合方式为，如图11所示，将套合杆26装入到前拉撑杆7或尾翼撑杆13之中，安装到位后使用铆钉29将套合杆26与前拉撑杆7或尾翼撑杆13固定，最后如图12所示，将锁紧环25套在套合杆26的另一端。

如图13所示，螺旋结构与套合结构可以进行快速组装，将套合结构的套合杆26尾部直接插入到螺旋杆24的内腔，再使用紧缩环沿螺纹方向进行紧固，紧固到位后，将锁紧条27松开，使锁紧条27卡入锁紧环25相应的槽中，这样既可将两部分进行组装；拆卸时，将锁紧条27沿螺旋部分滑动，锁紧条27另一端可脱离锁紧环25的卡槽，再将锁紧环25沿螺纹反向旋转出来，最后将套合杆26从螺旋杆24内腔取出既可完成拆卸。第一连接件8可实现系统的快速组装和拆解，当其中一个模块出现故障时，可快速进行相应故障模块的更换，缩短了维护周期，同时也降低了维护费用。

本实施例中，如图2所示，左翼/右翼同样是使用上述实施例中的第一连接件8与中央翼32进行连接，实现了外翼34和中央翼32的快速拆装。

如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.垂起固定翼无人机，其特征在于，包括机翼模块和若干个动力模块，所述若干个动力模块对称分布在机翼模块中轴线的两侧，并和机翼模块的下表面可拆卸连接，所述动力模块还用于向所述机翼模块提供电能，所述动力模块内各系统采用模块化可拆卸连接，所述机翼模块内各系统也采用模块化可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：机翼模块包括中央翼、中央设备舱、外翼和起落架，所述中央设备舱可拆卸连接在中央翼中部，所述外翼为一对，所述一对外翼分别可拆卸连接在中央翼两侧，所述起落架为一对，所述一对起落架对称分布于中央翼下方，所述中央设备舱与至少一个所述动力模块电性连接。

3.根据权利要求1所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述动力模块包括巡航动力系统、垂直起降动力系统、动力设备舱、尾翼系统和第一连接件，所述垂直起降动力系统为多个，多个所述垂直起降动力系统通过第一连接件对称分布在所述动力设备舱的两端，所述垂直起降动力系统的另一端与巡航动力系统或尾翼系统通过第一连接件可拆卸连接，若干个所述动力设备舱间电性连接。

4.根据权利要求3所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述第一连接件包括螺旋杆、锁紧环、套合杆、锁紧条、弹簧、铆钉、螺钉和锁紧条安装块。

5.根据权利要求1所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述巡航动力系统包括前拉螺旋桨、前拉电机和前拉撑杆，所述前拉螺旋桨与前拉电机连接，所述前拉电机固定在前拉撑杆的一端，所述前拉撑杆的另一端通过所述第一连接件与垂直起降动力系统的一端可拆卸连接。

6.根据权利要求1所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述动力设备舱包括设备舱体、动力电池、垂直起降电机调速器、前拉电机调速器、动力模块电源板、动力模块控制板、第二连接件和动力设备舱撑杆，所述动力设备舱撑杆的两端分别与垂直起降动力系统可拆卸连接，所述动力设备舱通过第二连接件与机翼模块的下表面可拆卸连接。

7.根据权利要求1所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述尾翼系统包括尾翼撑杆、垂直尾翼和水平尾翼，所述尾翼撑杆的一端通过所述第一连接件与垂直起降动力系统可拆卸连接，所述尾翼撑杆的另一端与垂直尾翼和水平尾翼连接。

8.根据权利要求7所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述垂直尾翼固定连接在尾翼撑杆另一端的竖直面上，所述水平尾翼铰接在尾翼撑杆另一端的水平面上。

9.根据权利要求1所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述垂直起降动力系统包括垂直起降撑杆和偶数个垂直起降模块，所述偶数个垂直起降模块对称分布在垂直起降撑杆上，垂直起降撑杆的一端与动力设备舱连接，所述垂直起降撑杆的另一端与巡航动力系统或尾翼系统连接。

10.根据权利要求9所述的垂起固定翼无人机，其特征在于：所述垂直起降模块包括垂直起降螺旋桨、垂直起降电机和电机基座，所述垂直起降螺旋桨与垂直起降电机连接，所述垂直起降电机通过电机基座固定连接在垂直起降撑杆上。

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