CN114889818A - 一种刀片式无人机系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种刀片式无人机系统，包括刀片式飞行主体，飞行主体上安装的机载设备包括电池与太阳能系统、航电系统、可变桨矩/可倾转的主引擎、对接口、定桨矩辅助垂直起降引擎、起落架。电池与太阳能系统安装在飞行主体中部，航电系统安装在飞行主体正前部，可变桨矩/可倾转的主引擎安装在飞行主体前半部，对接口安装在飞行主体两侧，定桨矩辅助垂直起降引擎安装在飞行主体后半部，起落架安装在飞行主体下部。

Description

一种刀片式无人机系统
技术领域
本发明公开涉及无人机领域，尤其涉及一种刀片式无人机系统。
背景技术
现代特种部队、海军陆战队、陆军与边防部队都还用的是传统的作战方式。尤其是现有的边防部队，运输的方式仍然是“人扛”，攻击敌人的方式仍然是“肉搏”，条件极为艰苦。现在陆战部队的作战方式和“朝鲜战场”时期相比，没有本质上的区别。为了让巡逻工作、补给运输和部署打击这三项基本任务中不那么艰苦，让战士们少受伤。新型无人机或许是最好的选择之一。为完成此项任务，大国陆战部队会使用无人机。陆战无人飞行器大体分为2种——大型无人作战平台和小型无人作战平台。
小型无人作战平台一般为多旋翼或固定翼，经常用来做自杀式察打一体无人机、侦查无人机或者超小型送物飞行器。这种无人作战平台打击烈度太低、航程太小、不足以支撑作战补给。只能做一些简单任务或者当大型无人机带的武器，不足以支撑全部的陆战任务.所以，只有大型无人作战平台才能解决这类问题。
大型无人作战平台一般分为固定翼飞机或直升机，固定翼飞机难以起降，一般不会作为前线补给或者前线打击用的无人飞行器。无人直升机虽然解决了起降问题，但是无人直升机抗风性较差，攻击直升机前线打击时容易被发现，运输直升机在运输时旋翼过大，不容易维护与放置。所以，现有的大型无人机也不是陆军的最好选择。
现有陆战部队存在四大问题，即条件艰苦且容易伤亡、物资和武器补给困难、缺低成本多用途攻击平台(现有无人机用途都比较单一)和武器不宜存放，而现有无人飞行器难以解决上述问题，因此需要设计新型无人机。
发明内容
本发明要提供一种刀片式无人机系统，以解决现有技术存在的至少一个问题。
新一代无人机的研发方向为运输与打击，目标是让攻击和运输合为一体。如果让攻击和运输合为一体，就可以完成更多的任务并降低成本。我们遇见的问题主要为如何做到两项都很高效。我们可以通过外形、新型设计理念等多种方式变作战模式，也可以通过拼接、变形等方式改变气动外形。要实现攻击运输一体化，也要利用模块化舱，和智能的航电系统(适应两种模式与新型作战方式)来做调整。实现攻击运输一体化，可以更好的帮助现有的陆战部队。
由此，可以提供一种刀片式无人机系统，包括刀片式飞行主体，飞行主体上安装的机载设备包括电池与太阳能系统、航电系统、可变桨矩/可倾转的主引擎、对接口、定桨矩辅助垂直起降引擎、起落架；
电池与太阳能系统安装在飞行主体中部，航电系统安装在飞行主体正前部，可变桨矩/可倾转的主引擎安装在飞行主体前半部，对接口安装在飞行主体两侧，定桨矩辅助垂直起降引擎安装在飞行主体后半部，起落架安装在飞行主体下部；
所述可变桨矩/可倾转的主引擎和定桨矩辅助垂直起降引擎用于实现垂直起降和飞行模式之间的转换；
所述对接口用于连接多个刀片式无人机系统，形成串联模块化组合。
优选的，所述起落架为多个，采用可收缩的不稳定结构，长度可以不同。
优选的，包括主摄像头，安装在飞行主体正前部。
优选的，包括主引擎上盖、辅助垂直起降引擎盖，主引擎上盖、辅助垂直起降引擎盖分别安装在可变桨矩/可倾转的主引擎和定桨矩辅助垂直起降引擎上部两侧。
优选的，包括多用途操纵舵面，多用途操纵舵面安装在飞行主体后部。
优选的，包括主引擎下盖，主引擎下盖安装在可变桨矩/可倾转的主引擎下部两侧。
优选的，包括模块化有效载荷区域、吊装/普通运输支撑模块、制导武器挂架，模块化有效载荷区域、吊装/普通运输支撑模块、制导武器挂架安装在飞行主体下部。
优选的，包括机枪放置点，机枪放置点安装在飞行主体前部两侧，也可放置在飞行主体前部上侧或下侧。
本发明还提供一种刀片式无人机系统的垂直起降方法，包括：
A：将多用途操纵舵面舵面向下折，提高升力；
B：将可变桨矩调至合适桨矩，以使主引擎产生最大拉力；
C：起飞，收上起落架；
D：倾转可变桨矩/可倾转的主引擎；
E：达到垂直起飞转飞行模式的速度后，关主引擎上盖，关闭主引擎下盖，关闭辅助垂直起降引擎百叶窗，关闭辅助垂直起降引擎盖，并关闭定桨距垂直起降辅助引擎；
F：将多用途操纵舵面复位并让主引擎调到适当桨矩，以使主引擎适应飞行模式。
优选的，步骤B中的合适桨矩为100mm，步骤F中的适当桨矩为200mm-300mm。
在不冲突的情况下，以上技术特征互组合使用。
最后所应说明的是，以上技术方案仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围之中。
与现有技术相比，本发明刀片式无人机在飞行构型方面的优点在于：
(1)四涵道风扇垂直起降；
(2)刀片低阻隐蔽外形；
(3)多片横向对接，串联模块化组合；
(4)太阳能充电，飞一会儿歇一会儿；
(5)可拆卸悬吊式货舱。
在互补冲突的基础上，以上飞行构型可以任意组合使用。
现有技术相比，本发明刀片式无人机在任务功能方面的优点在于：
(1)执行传统打击任务时，携带机枪，未来携带激光枪(无货舱)；
(2)加挂无人机专用小型精确制导弹药(舱下挂弹)；
(3)携带微小型自杀式攻击无人机(在挂架上挂小型投放器)；
(5)前线单兵连队的补给运输(带碳纤维支撑货舱)；
(6)战场6抬担架(带碳纤维支撑货舱)；
(7)多架刀片串行连体，执行吊装任务(吊装缆绳模块)；
(8)前线弹药运输(带碳纤维支撑货舱)。
在互不冲突的基础上，以上任务功能可以任意组合使用。
附图说明
附图示出了本发明公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开的示例性实施方式中的飞行模式下的刀片无人机系统的示意图；
图2是本公开的示例性实施方式中的垂直起降模式下的刀片无人机系统的示意图；
图3是本公开的示例性实施方式中的9架对接模式下的刀片无人机系统的示意图；
图4是本公开的示例性实施方式中的刀片无人机系统的总体分布俯瞰图；
图5是本公开的示例性实施方式中的刀片无人机系统的分布正视图；
图6是本公开的示例性实施方式中的刀片无人机系统的总体分布侧视图；
图7是本公开的示例性实施方式中的刀片无人机系统的垂直起降过程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本发明公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
为实现本发明的目的，特举出实施例的具体实施过程如下：
本飞行器的设计图思路如下，运用刀片式外形，悬挂模块舱，可搭载缆绳吊装，碳纤维悬挂货舱等设备。拥有垂直起降系统，太阳能系统，对接系统等重要系统。在新的需求下运用新型的外形设计，是未来飞行器的发展方向。
如附图1～附图6所示，本发明的刀片式无人机系统拥有飞行主体，飞行主体上安装的机载设备包括电池与太阳能系统(1)、主摄像头(2)、航电系统(3)、可变桨矩/可倾转的主引擎(4)、对接口(5)、主引擎上盖(6)、辅助垂直起降引擎盖(7)、定桨矩辅助垂直起降引擎(8)、多用途操纵舵面(9)、起落架(10)、主引擎下盖(11)、模块化有效载荷区域(12)、吊装/普通运输支撑模块(13)、制导武器挂架(14)和机枪放置点(15)。
电池与太阳能系统(1)安装在飞行主体中部，主摄像头(2)、航电系统(3)安装在飞行主体正前部，可变桨矩/可倾转的主引擎(4)安装在飞行主体前半部，对接口(5)安装在飞行主体两侧，定桨矩辅助垂直起降引擎(8)安装在飞行主体后半部，主引擎上盖(6)、辅助垂直起降引擎盖(7)分别安装在可变桨矩/可倾转的主引擎(4)和定桨矩辅助垂直起降引擎(8)上部两侧，多用途操纵舵面(9)安装在飞行主体后部，起落架(10)安装在飞行主体下部，主引擎下盖(11)安装在可变桨矩/可倾转的主引擎(4)下部两侧，模块化有效载荷区域(12)、吊装/普通运输支撑模块(13)、制导武器挂架(14)安装在飞行主体下部，机枪放置点(15)安装在飞行主体上侧。
机枪放置点(15)也可放置在飞行主体前部上侧或下侧。
主引擎上盖(6)、主引擎下盖(11)、辅助垂直起降引擎盖(7)用来在正常飞行过程中关上减小阻力。其中辅助垂直起降引擎下盖使用引擎自带的百叶窗来完成此项任务。
模块化有效载荷区域(12)是在做大型运输、特种武器、吊装时使用的。可用碳纤维悬挂连接挂架点，碳纤维杆可以拆除以便存放；也可以使用吊装缆绳。在普通打击任务下，只需要将机关枪放到特定区域或者将制导武器挂在机翼下方的挂架即可。
可变桨矩/可倾转的主引擎(4)和定桨矩辅助垂直起降引擎(8)在本实施例中各为2个，其也可以为多个，例如各为3-6个中选取。
航电系统(3)可以包含雷达、陀螺仪、惯导系统、红外设备、飞行管理系统等。
如附图7所示，刀片无人机垂直起降为以下步骤：
A：将多用途操纵舵面(9)向下折，提高升力；
B：将可变桨矩调至合适桨矩，以使主引擎(4)产生最大拉力；
C：起飞，收上起落架(10)；
D：倾转可变桨矩/可倾转的主引擎(4)；
E：达到垂直起飞转飞行模式的速度后，关主引擎上盖(6)，关闭主引擎下盖(11)，关闭辅助垂直起降引擎百叶窗，关闭辅助垂直起降引擎盖(7)，并关闭定桨距垂直起降辅助引擎(8)；
F：将多用途操纵舵面(9)复位并让主引擎(4)调到适当桨矩，以使主引擎(4)适应飞行模式。
可见，本实施例中的刀片无人机垂直起降三步走，分别是垂直起飞、飞到一定高度和变为飞行模式。
其中，桨矩减小可使发动机在最大转速和最大功率状态下工作，因而使主引擎产生最大的拉力，因此，本实施例中的适合桨矩是可变桨矩中的较小桨矩，例如适合桨矩是100mm。
其中，垂直起飞转飞行模式的速度可以为最高设计速度的50％-100％，优选60％-90％，更优选70％-80％。
其中，适当桨矩为的是使主引擎(4)适应飞行模式，在最大转速下桨能从发动机得到最大的有用功率，因此，本实施例中的适当桨矩是可变桨矩中的较大桨矩，示例性的，适当桨矩选取200mm-300mm，如选取300mm。
为了做到垂直起降，发动机设计至关重要。“刀片”无人飞行作战平台运用了两台倾转，两台固定；两台变桨矩，两台定桨矩。
飞行主要引擎(4)可变桨距。桨矩范围为100mm到300mm，直径风扇直径700mm。主引擎可倾转，既在垂直起降时发挥作用。
辅助垂直起降引擎(8)垂直起降时或悬停、超低速时使用，桨矩100mm，让垂直起降时前后更稳定，引擎位置不占地。辅助垂直起降引擎(8)使用定桨矩，而且不能倾转，专为垂直起降而生的。起落架(10)采用可伸缩的不稳定结构，两个起落架长度甚至可以不同。
本发明实施例中的具体技术参数可以为以下：
(1)为实现能抬担架，做大载荷运输与打击的需求，我们单机载荷目标是90kg。
(2)为实现垂直起降，我们通过四个直径700mm的涵道风扇，瞬时推重比为2。
(3)为实现高原作战，要求在升限为9000m高度时能够完成垂直起降。
(4)为实现攻击运输一体化，设置模块化舱段，可快速更换模块。
(5)为实现自主组合，大件吊装，高效率飞行，本飞行器设置对接口，可以进行自主智能对接，最高上限为9架，载荷为810kg。
(6)为实现好存放，高隐蔽等特性，设计上正方形的刀片外形；
(7)为实现续航里程长，我们用了太阳能板，可以在待机的时候自动利用太阳能充电。
(8)为了可以高效率，高速度的飞行，其中前两个涵道发动机可倾转90°。
(9)为方便对机下的模块舱段进行操作，起落架长1.5m，利用不稳定性伸缩结构。
本发明运输平台有效载荷可以为以下：
(1)吊装模块：专门干战地吊装任务，可做到9架组合时吊装，当然也可在2-9架中任意组合。
(2)货舱模块：运送补给物资或运送前线弹药时使用，为边防前线，海军陆战队登录做物资补给。
(3)担架模块：作战时为伤员抬担架，大大减小作战时的伤亡率。
本发明攻击平台有效载荷可以为以下：
(1)小型导弹模块：做前线精确制导打击。
(2)机关枪模块：和敌方陆军进行前线格斗。
(3)自杀式无人机模块：专攻击敌方重要任务进行精确打击。
(4)小型激光武器：前线瞄准格斗。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本发明公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化仍处于本发明公开的范围内。

Claims (10)

1.一种刀片式无人机系统，其特征在于，包括刀片式飞行主体，飞行主体上安装的机载设备包括电池与太阳能系统(1)、航电系统(3)、可变桨矩/可倾转的主引擎(4)、对接口(5)、定桨矩辅助垂直起降引擎(8)和起落架(10)；
电池与太阳能系统(1)安装在飞行主体中部，航电系统(3)安装在飞行主体正前部，可变桨矩/可倾转的主引擎(4)安装在飞行主体前半部，对接口(5)安装在飞行主体两侧，定桨矩辅助垂直起降引擎(8)安装在飞行主体后半部，起落架(10)安装在飞行主体下部；
所述可变桨矩/可倾转的主引擎(4)和定桨矩辅助垂直起降引擎(8)用于实现垂直起降和飞行模式之间的转换；
所述对接口(5)用于连接多个刀片式无人机系统，形成串联模块化组合。
2.如权利要求1所述的刀片式无人机系统，其特征在于，所述起落架(10)为多个，采用可收缩的不稳定结构，长度可以不同。
3.如权利要求1或2所述的刀片式无人机系统，其特征在于，所述刀片式无人机系统还包括主摄像头(2)，所述主摄像头(2)安装在飞行主体正前部。
4.如权利要求1或2所述的刀片式无人机系统，其特征在于，所述刀片式无人机系统还包括主引擎上盖(6)和辅助垂直起降引擎盖(7)，所述主引擎上盖(6)和辅助垂直起降引擎盖(7)分别安装在可变桨矩/可倾转的主引擎(4)和定桨矩辅助垂直起降引擎(8)上部两侧。
5.如权利要求1或2所述的刀片式无人机系统，其特征在于，所述刀片式无人机系统还包括多用途操纵舵面(9)，所述多用途操纵舵面(9)安装在飞行主体后部。
6.如权利要求1或2所述的刀片式无人机系统，其特征在于，所述刀片式无人机系统还包括主引擎下盖(11)，所述主引擎下盖(11)安装在可变桨矩/可倾转的主引擎(4)下部两侧。
7.如权利要求1或2所述的刀片式无人机系统，其特征在于，所述刀片式无人机系统还包括模块化有效载荷区域(12)、吊装/普通运输支撑模块(13)和制导武器挂架(14)，所述模块化有效载荷区域(12)、吊装/普通运输支撑模块(13)和制导武器挂架(14)安装在飞行主体下部。
8.如权利要求1或2所述的刀片式无人机系统，其特征在于，所述刀片式无人机系统还包括机枪放置点(15)，所述机枪放置点(15)安装在飞行主体前部两侧。
9.一种如权利要求1-8任一所述刀片式无人机系统的垂直起降方法，其特征在于，包括：
A：将多用途操纵舵面舵面(9)向下折，提高升力；
B：将可变桨矩调至其合适桨矩，以使主引擎(4)产生最大拉力；
C：起飞，收上起落架(10)；
D：倾转可变桨矩/可倾转的主引擎(4)；
E：达到垂直起飞转飞行模式的速度后，关主引擎上盖(6)，关闭主引擎下盖(11)，关闭辅助垂直起降引擎百叶窗，关闭辅助垂直起降引擎盖(7)，并关闭定桨距垂直起降辅助引擎(8)；
F：将多用途操纵舵面(9)复位并让主引擎(4)调到适当桨矩，以使主引擎(4)适应飞行模式。
10.如权利要求9所述的刀片式无人机系统的垂直起降方法，其特征在于：
步骤B中的合适桨矩为100mm；
步骤F中的适当桨矩为200mm-300mm。
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