CN113772079A - 鸭翼尾座式无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种鸭翼尾座式无人机，包括机身、机翼、鸭翼、动力组件和副翼组件。副翼组件包括副翼、蝉翼、第二驱动组件和第三驱动组件，副翼组件设有两组，两组副翼组件分别与两个机翼连接，其中，对于任意一对的副翼组件和机翼：副翼的一端与机翼的后缘转动连接，第二驱动组件用于驱使副翼摆动，蝉翼与副翼滑动连接，第三驱动组件用于驱使与副翼重叠的蝉翼从副翼的后缘伸出，第三驱动组件还用于驱使蝉翼从副翼的后缘缩回至与副翼重叠的位置。本发明的鸭翼尾座式无人机能够在垂直起降状态提供更大的舵效，抵消了不必要的升力，同时不影响平飞巡航状态的舵效。

Description

鸭翼尾座式无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种鸭翼尾座式无人机。

背景技术

目前，无人机开始在越来越多的领域中发挥作用，例如物流运输、地形测绘、农业植保等。然而，在这些领域仍未大规模运用无人机，究其原因，是传统固定翼无人机和多旋翼无人机均无法完全满足这些场景的应用需求。这些领域对于无人机的需求有许多共同之处，例如都需要携带较重的货物或测绘仪器、需要足够的飞行时长、需要适应各种复杂地形等。固定翼无人机具有飞行速度较快、负载大、可以远距离操纵、飞行高度较高和续航时间长的优点，但具有起降需要跑道、机动性不足、不能悬停和体积较大的缺点，这显然无法满足复杂地形的起降和操纵需求。而多旋翼无人机具有机动灵活、不需要跑道便可以垂直起降、可以精准悬停、体积小和操纵简单的优点，但具有续航时间短、稳定性和效率较差、操控距离较近、飞行高度较低和负载较小的缺点，所以只能小面积作业。

相关技术中，存在结合了多旋翼无人机和固定翼无人机的特性的鸭翼尾座式无人机，其具有垂直起降的功能，且具有负载大、续航时间较长的特点。在垂直起降状态下，鸭翼尾座式无人机的机翼在桨气流的作用下会产生一定的升力，这种情况下的升力是是无必要的、有害的，会使无人机有低头的趋势。鸭翼尾座式无人机在平飞巡航状态下的舵效足够，然而其重心和舵面作用中心之间的距离较短，即舵面施力力臂较短，导致无人机在垂直起降状态舵效不足，起降不稳定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种鸭翼尾座式无人机，能够在垂直起降状态提供更大的舵效，抵消了不必要的升力，同时不影响平飞巡航状态的舵效。

根据本发明实施例的鸭翼尾座式无人机，包括：

机身；

机翼，设有两个，两个所述机翼分别置于所述机身的两侧，各所述机翼的一端与所述机身固定连接；

鸭翼，设有两个，两个所述鸭翼分别置于所述机身的两侧，各所述鸭翼的一端与所述机身固定连接，两个所述鸭翼分别位于两个所述机翼的前侧；

动力组件，包括螺旋桨和第一驱动组件，所述第一驱动组件用于驱使所述螺旋桨旋转，所述螺旋桨用于为所述机身提供升降时的升力，所述螺旋桨还用于为所述机身提供平飞时的推力；

副翼组件，包括副翼、蝉翼、第二驱动组件和第三驱动组件，所述副翼组件设有两组，两组所述副翼组件分别与两个所述机翼连接，其中，对于任意一对的所述副翼组件和所述机翼：所述副翼的一端与所述机翼的后缘转动连接，所述第二驱动组件用于驱使所述副翼摆动，所述蝉翼与所述副翼滑动连接，所述第三驱动组件用于驱使与所述副翼重叠的所述蝉翼从所述副翼的后缘伸出，所述第三驱动组件还用于驱使所述蝉翼从所述副翼的后缘缩回至与所述副翼重叠的位置。

根据本发明实施例的鸭翼尾座式无人机，至少具有如下有益效果：副翼组件包括副翼、蝉翼、第二驱动组件和第三驱动组件，第二驱动组件驱使副翼相对机翼摆动，从而在平飞巡航状态下使无人机产生俯仰动作，第二驱动组件还在垂直起降状态驱使副翼和蝉翼一起偏转，从而产生抬头力矩；蝉翼与副翼滑动连接，第三驱动组件用于驱使与副翼重叠的蝉翼从副翼的后缘伸出，蝉翼直接增加了舵面面积，蝉翼与空气相互作用，可提供额外的作用力，从而为无人机提供更大的舵效，在垂直起降状态，副翼和蝉翼产生的抬头力矩足够抵消机翼在桨气流的作用下产生的低头力矩，无人机可稳定升降；在平飞巡航状态下，第三驱动组件驱使蝉翼从副翼的后缘缩回至与副翼重叠的位置，由此不影响平飞巡航状态的舵效。

根据本发明的一些实施例，所述螺旋桨设有偶数个，一半的所述螺旋桨设于一个所述机翼的前侧，另一半的所述螺旋桨设于另一个所述机翼的前侧，一个所述蝉翼位于设于一个所述机翼的一个所述螺旋桨的后方，另一个所述蝉翼位于设于另一个所述机翼的一个所述螺旋桨的后方。

根据本发明的一些实施例，所述副翼中设有容置腔，且所述副翼的后缘设有与所述容置腔连通的开口，所述蝉翼置于所述容置腔中，所述第三驱动组件用于驱使位于容置腔中的所述蝉翼从所述开口伸出，所述第三驱动组件还用于驱使所述蝉翼从所述开口缩回至所述容置腔中。

根据本发明的一些实施例，所述第三驱动组件包括第三驱动元件、滑轨和滑块，所述滑块与所述蝉翼固定连接，所述滑轨与所述副翼固定连接，所述第三驱动元件用于驱使所述蝉翼作直线运动。

根据本发明的一些实施例，所述第三驱动元件为直线舵机或直线电机。

根据本发明的一些实施例，还包括两个小翼，两个所述小翼分别固定于两个所述机翼远离所述机身的一端，两个所述小翼共同用于将所述机身支撑在地面上。

根据本发明的一些实施例，所述小翼包括两个支撑板，两个所述支撑板的一端均与所述机翼远离所述机身的一端固定连接，两个所述支撑板相邻的侧边之间的夹角为锐角。

根据本发明的一些实施例，还包括两组襟翼组件，所述襟翼组件包括襟翼和第四驱动组件，两组所述襟翼组件分别与两个所述机翼连接，其中，对于任意一对的所述襟翼组件和所述机翼：所述襟翼与所述机翼连接，所述第四驱动组件用于驱使所述襟翼相对所述机翼运动。

根据本发明的一些实施例，所述鸭翼和所述机翼均为克拉克Y翼。

根据本发明的一些实施例，所述机身内设有货仓。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明实施例的鸭翼尾座式无人机的立体图；

图2为图1中鸭翼尾座式无人机的副翼组件的示意图；

图3为图1中鸭翼尾座式无人机的机翼产生低头力矩的示意图；

图4为图1中鸭翼尾座式无人机的副翼和蝉翼消除低头力矩的示意图；

图5为图1中鸭翼尾座式无人机的副翼的示意图。

附图标记：机身100；

鸭翼200；

动力组件300、螺旋桨310、第一驱动组件320；

机翼400；

小翼500、支撑板510；

副翼组件600、副翼610、容置腔611、开口612、蝉翼620、第三驱动组件630、第三驱动元件631、滑轨632、滑块633；

襟翼组件700。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1和图2，根据本发明实施例的鸭翼尾座式无人机，包括机身100、鸭翼200、动力组件300、机翼400和副翼组件600。机翼400设有两个，两个机翼400分别置于机身100的两侧，各机翼400的一端与机身100固定连接。鸭翼200设有两个，两个鸭翼200分别置于机身100的两侧，各鸭翼200的一端与机身100固定连接，两个鸭翼200分别位于两个机翼400的前侧。动力组件300包括螺旋桨310和第一驱动组件320，第一驱动组件320用于驱使螺旋桨310旋转，螺旋桨310用于为机身100提供升降时的升力，螺旋桨310还用于为机身100提供平飞时的推力。

副翼组件600包括副翼610、蝉翼620、第二驱动组件和第三驱动组件630，副翼组件600设有两组，两组副翼组件600分别与两个机翼400连接，其中，对于任意一对的副翼组件600和机翼400：副翼610的一端与机翼400的后缘转动连接，第二驱动组件用于驱使副翼610摆动，蝉翼620与副翼610滑动连接，第三驱动组件630用于驱使与副翼610重叠的蝉翼620从副翼610的后缘伸出，第三驱动组件630还用于驱使蝉翼620从副翼610的后缘缩回至与副翼610重叠的位置。

结合上述，第二驱动组件驱使副翼610相对机翼400摆动，从而在平飞巡航状态下使无人机产生俯仰动作，第二驱动组件还在垂直起降状态驱使副翼610和蝉翼620一起偏转，从而产生抬头力矩。蝉翼620与副翼610滑动连接，第三驱动组件630用于驱使与副翼610重叠的蝉翼620从副翼610的后缘伸出，蝉翼620直接增加了舵面面积，蝉翼620与空气相互作用，可提供额外的作用力，从而为无人机的提供更大的舵效，在垂直起降状态，副翼610和蝉翼620产生的抬头力矩足够抵消机翼400在桨气流的作用下产生的低头力矩，无人机可稳定升降；在平飞巡航状态下，第三驱动组件630驱使蝉翼620从副翼610的后缘缩回至与副翼610重叠的位置，由此不影响平飞巡航状态的舵效。

具体的，参照图3和图4说明副翼610和蝉翼620抵消低头力矩的过程，需要说明的是，图3和图4中的空心直线箭头指的是滑流，实心直线箭头指的是受力，实心曲线箭头指的是低头力矩，圆圈指的是鸭翼尾座式无人机的重心，该重心位于机翼400的上方。鸭翼尾座式无人机向上升起时，机翼400在桨气流的作用下会产生的低头力矩(参照图3)，低头力矩会使鸭翼尾座式无人机具有低头的趋势。通过使副翼610向下后方摆动，并使蝉翼620从副翼610的后缘伸出，副翼610和蝉翼620会产生的抬头力矩，从而抵消机翼400的低头力矩，使鸭翼尾座式无人机回复平稳。

需要说明的是，舵效用于描述舵(舵是泛指，例如舵可以是升降舵、方向舵、副翼等)在无人机飞行时改变方向的能力，亦即舵对航向的控制能力。当无人机需要改变方向的角度相同时，改变方向所需要的时间越短，舵所需要转过的角度越小，则舵效越佳。

此外，鸭翼200产生的脱体气流在机翼400上方产生的低压区可扩大机翼400的压差，在大迎角飞行时鸭翼200的上洗气流可有效减小机翼400迎角，以扩大失速范围。另外，通过设置鸭翼200，可提高最大升力效率并减小无人机的配平阻力。

具体的，第一驱动组件通常包括电机，电机的转轴与螺旋桨310传动连接，从而驱使螺旋桨310旋转。第二驱动组件通常包括舵机，舵机的转轴与副翼610传动连接，从而驱使副翼610摆动。

参照图1，在本发明的一些实施例中，螺旋桨310设有偶数个，一半的螺旋桨310设于一个机翼400的前侧，另一半的螺旋桨310设于另一个机翼400的前侧，一个蝉翼620位于设于一个机翼400的一个螺旋桨310的后方，另一个蝉翼620位于设于另一个机翼400的一个螺旋桨310的后方。

蝉翼620位于螺旋桨310的后方，则蝉翼620处于浆气流(即螺旋桨驱动的气流)最大的位置，蝉翼620从副翼610的后缘伸出后，可为无人机提供更大的舵效，蝉翼620对航向的控制能力更强。

具体的，螺旋桨310的数量可以2个、4个或其它数量。

参照图5，在本发明的一些实施例中，副翼610中设有容置腔611，且副翼610的后缘设有与容置腔611连通的开口612，蝉翼620置于容置腔611中，第三驱动组件630用于驱使位于容置腔611中的蝉翼620从开口612伸出，第三驱动组件630还用于驱使蝉翼620从开口612缩回至容置腔611中。

通过在副翼610中设置容置腔611，可在不使用蝉翼620时，将蝉翼620收纳在容置腔611中，从而可保护蝉翼620，降低蝉翼620损伤的概率，延长蝉翼620的使用寿命。

在另外的实施例中，蝉翼620也可贴合在副翼610的上表面或下表面(指无人机平飞时的方位)，在第三驱动组件630的作用下，蝉翼620从副翼610的后缘伸出，或者，蝉翼620缩回，直至蝉翼620与副翼610重叠。

参照图2，在本发明的一些实施例中，第三驱动组件630包括第三驱动元件631、滑轨632和滑块633，滑块633与蝉翼620固定连接，滑轨632与副翼610固定连接，第三驱动元件631用于驱使蝉翼620作直线运动。

通过设置第三驱动元件631，可使蝉翼620作直线运动，进而使蝉翼620能够从副翼610的后缘伸出，以及使蝉翼620缩回至与副翼610重叠的位置。通过设置滑轨632和滑块633，可使蝉翼620的运动更为平稳。

在本发明的进一步实施例中，第三驱动元件631为直线舵机或直线电机。直线舵机和直线电机均可驱使蝉翼620作直线运动，且成本较低，有利于降低鸭翼尾座式无人机的成本。

具体的，直线舵机通常包括电机、丝杆和螺母，丝杆的两端与副翼610转动连接，电机驱使丝杆旋转，丝杆和螺母螺纹配合，螺母与蝉翼620固定连接。电机通电后，即可驱使蝉翼620作直线运动。

参照图1，在本发明的一些实施例中，鸭翼尾座式无人机还包括两个小翼500，两个小翼500分别固定于两个机翼400远离机身100的一端，两个小翼500共同用于将机身100支撑在地面上。

由此，鸭翼尾座式无人机在升起或降落时，可通过两个小翼500停靠在地面上，无需跑道，鸭翼尾座式无人机的机动性强。

此外，小翼500可降低了因翼尖涡造成的升力诱导阻力，减少绕流对升力的破坏，提高升阻比，从而达到增加升力的目的。

具体的，小翼500与机翼400可通过注塑一体成型，或者通过紧固件连接，从而实现固定。

参照图1，在本发明的进一步实施例中，小翼500包括两个支撑板510，两个支撑板510的一端均与机翼400远离机身100的一端固定连接，两个支撑板510相邻的侧边之间的夹角为锐角。

由此，两个小翼500共有四个支撑板510，可稳定支撑机身100。

具体的，两个支撑板510相邻的侧边之间的夹角可以是30°、45°、60°或其它数值。

参照图1，在本发明的一些实施例中，还包括两组襟翼组件700，襟翼组件700包括襟翼和第四驱动组件，两组襟翼组件700分别与两个机翼400连接，其中，对于任意一对的襟翼组件700和机翼400：襟翼与机翼400连接，第四驱动组件用于驱使襟翼相对机翼400运动。

襟翼可增加机翼400的面积，且襟翼向下偏转时，还可改变机翼400的弯度，从而提升机翼400的升力。其中，襟翼可安装在机翼400的前缘或后缘，襟翼的运动形式包括向下偏转，或者，襟翼向下偏转的同时向前或向后运动。第四驱动组件通过包括液压马达和连杆机构，从而驱使襟翼运动。

参照图1，在本发明的一些实施例中，鸭翼200和机翼400均为克拉克Y翼。克拉克Y翼的横切面上弯下平，其最凸出处位于弦长20％处。克拉克Y翼具有较好的升力效果。

参照图1，在本发明的一些实施例中，机身100内设有货仓。通过设置货仓，可方便地承载货物。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.鸭翼尾座式无人机，其特征在于，包括：

机身；

机翼，设有两个，两个所述机翼分别置于所述机身的两侧，各所述机翼的一端与所述机身固定连接；

鸭翼，设有两个，两个所述鸭翼分别置于所述机身的两侧，各所述鸭翼的一端与所述机身固定连接，两个所述鸭翼分别位于两个所述机翼的前侧；

动力组件，包括螺旋桨和第一驱动组件，所述第一驱动组件用于驱使所述螺旋桨旋转，所述螺旋桨用于为所述机身提供升降时的升力，所述螺旋桨还用于为所述机身提供平飞时的推力；

副翼组件，包括副翼、蝉翼、第二驱动组件和第三驱动组件，所述副翼组件设有两组，两组所述副翼组件分别与两个所述机翼连接，其中，对于任意一对的所述副翼组件和所述机翼：所述副翼的一端与所述机翼的后缘转动连接，所述第二驱动组件用于驱使所述副翼摆动，所述蝉翼与所述副翼滑动连接，所述第三驱动组件用于驱使与所述副翼重叠的所述蝉翼从所述副翼的后缘伸出，所述第三驱动组件还用于驱使所述蝉翼从所述副翼的后缘缩回至与所述副翼重叠的位置。

2.根据权利要求1所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，所述螺旋桨设有偶数个，一半的所述螺旋桨设于一个所述机翼的前侧，另一半的所述螺旋桨设于另一个所述机翼的前侧，一个所述蝉翼位于设于一个所述机翼的一个所述螺旋桨的后方，另一个所述蝉翼位于设于另一个所述机翼的一个所述螺旋桨的后方。

3.根据权利要求1所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，所述副翼中设有容置腔，且所述副翼的后缘设有与所述容置腔连通的开口，所述蝉翼置于所述容置腔中，所述第三驱动组件用于驱使位于容置腔中的所述蝉翼从所述开口伸出，所述第三驱动组件还用于驱使所述蝉翼从所述开口缩回至所述容置腔中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，所述第三驱动组件包括第三驱动元件、滑轨和滑块，所述滑块与所述蝉翼固定连接，所述滑轨与所述副翼固定连接，所述第三驱动元件用于驱使所述蝉翼作直线运动。

5.根据权利要求4所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，所述第三驱动元件为直线舵机或直线电机。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，还包括两个小翼，两个所述小翼分别固定于两个所述机翼远离所述机身的一端，两个所述小翼共同用于将所述机身支撑在地面上。

7.根据权利要求6所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，所述小翼包括两个支撑板，两个所述支撑板的一端均与所述机翼远离所述机身的一端固定连接，两个所述支撑板相邻的侧边之间的夹角为锐角。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，还包括两组襟翼组件，所述襟翼组件包括襟翼和第四驱动组件，两组所述襟翼组件分别与两个所述机翼连接，其中，对于任意一对的所述襟翼组件和所述机翼：所述襟翼与所述机翼连接，所述第四驱动组件用于驱使所述襟翼相对所述机翼运动。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，所述鸭翼和所述机翼均为克拉克Y翼。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的鸭翼尾座式无人机，其特征在于，所述机身内设有货仓。

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