CN115071963A - 垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，机身主体、左机翼、右机翼、电动尾翼、起落架是可以拆卸的。左、右机翼各有一个涵道，涵道内设有旋翼，涵道设有可以关闭和开启的涵道盖，无人机起飞时左、右机翼涵道盖开启，同时左、右机翼涵道的旋翼启动，左、右机翼涵道的旋翼提供垂直起降的升力。机身主体尾部设有可以改变角度的主涵道、主旋翼，当无人机垂直起飞时主涵道与机身主体呈垂直状态，主旋翼提供垂直起降升力，当无人机飞行时，左、右机翼涵道的旋翼停止工作，同时左、右机翼涵道盖关闭，主涵道转动角度与机身呈平行状态，主旋翼提供飞行推力。无人机使用对向活塞双曲轴发动机/发电机机组提供油电混合动力，无人机的旋翼及电动尾翼等其他动力都是采用驱动电动机进行驱动。无人机携带360度摄像机及挂弹架装置，提供查打一体的能力。

Description

垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机

技术领域

本发明属于飞行器结构设计技术领域，具体涉及的是垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机。

背景技术

无人机由于其目标小，伤亡小等特点被越来越多的运用到军事战场上。通过对无人机应用现状、特点的分析可以得出无人机在未来立体战场作战中，陆军作战部队可以充分使用无人机进行查、打一体的作战手段。尤其是在当前反恐行动中无人机也发挥着重要的作用，在边防部队中应用无人机进行侦查敌情、获取情报，参与进攻、掩护队员，火力攻击、心理袭扰的功能。

在现有技术中，民用领域的垂直起降的固定翼无人机主要都是复合构型，都是在固定翼上叠加多个旋翼，成为叠加的多旋翼结构。这种结构的无人机气动干扰明显，气动效率低下，叠加的多旋翼只有在起飞和降落时才能发挥功用，当固定翼无人机处于飞行状态时，叠加的多旋翼及其附属机构增加了飞行阻力，影响了飞行性能。

发明内容

如何解决现有技术中垂直起降固定翼无人机存在的结构不合理，气动干扰大、阻力大，飞行性能低下的问题，提供一种飞行阻力小，气动效率高，既能提高飞行性能又能提高载荷，多用途的垂直起降的固定翼无人机是本发明的技术目的。

本发明的另一个目的是为陆军作战部队提供一种可以拆卸的固定翼垂直起降、查打一体、油电混合动力的无人机，这种固定翼无人机可以列装到营一级作战单位，即可以进行战场侦察，同时又具备打击能力，形成强有力的作战能力。可拆卸的固定翼无人机便于运输和携带，拆卸后普通货车就可以运载，垂直起降的目的是解决固定翼无人机随时随地的起飞和降落问题，查打一体解决了中、小型无人机只能进行侦察不能执行打击任务的问题，油电混合动力系统解决了中、小型无人机载荷重量及长航时的问题，确保固定翼无人机具备重量轻、载重量大及长航时的能力。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于包括机身主体，左机翼，右机翼，电动尾翼，油电混合动力系统，所述机身主体后部设有可改变角度的主涵道，所述主涵道上设有主旋翼，主涵道改变角度的目的是：当主涵道与机身主体呈垂直状态时主旋翼提供无人机的垂直升力，当主涵道与机身主体呈水平状态时主旋翼提供无人机的飞行推力。所述机身主体两侧安装有可拆卸的左机翼和右机翼，所述左机翼设有左涵道，所述左涵道内设有左旋翼，所述右机翼设有右涵道，所述右涵道内设有右旋翼，左、右涵道的旋翼提供无人机垂直起降的升力，所述主旋翼、左旋翼、右旋翼均由驱动电机驱动。

本发明垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于油电混合动力系统是由对向活塞双曲轴发动机，双发电机，充电控制器、电源逆变装置，超级电容组，多驱动电动机，飞行控制器组成，所述的对向活塞双曲轴发动机是在一个汽缸内安装了两个活塞，活塞是对向安装的，两个活塞的中间位置是燃烧室，两个活塞连杆一边连接活塞，另一边连接曲轴，两个活塞在汽缸内进行四冲程的做功过程，所述双发电机分别安装在对向活塞双曲轴发动机的两个曲轴上，所述的双发电机通过充电控制器、电源逆变装置与多驱动电动机连接，所述的超级电容组分别与充电控制器、多驱动电动机连接，所述的飞行控制器通过控制总线与所述的对向活塞双曲轴发动机，充电控制器，超级电容组，多驱动电动机连接，所述的油电混合动力系统安装在机身主体上。对向活塞双曲轴发动机/发电机是本发明无人机选择的一种油电混合动力系统，也可以选择其他的类似涡轮发动机、涡扇发动机等作为固定翼无人机的动力系统。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于机身主体与左机翼、右机翼是可以拆卸的，机身主体与左机翼、右机翼之间设有机械销轴连接和电器线路插销连接，组装起来是靠机械销轴进行固定的，电器线路及控制线路是靠电器线路插销进行连接的，拆卸是反操作。所述左机翼、右机翼的末端设有左机翼尾翼和右机翼尾翼。。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，所述可以改变角度的主涵道安装在机身主体的后尾部位，所述机身主体的后尾部位设有电机齿轮箱，所述主涵道设有贯穿主涵道的固定轴，所述主旋翼安装在主涵道内的固定轴上，所述在主涵道外的固定轴两端设有齿轮，所述主涵道外的固定轴两端安装在机身主体的后尾部位的电机齿轮箱上。由飞控系统控制调整主涵道的角度，由电动齿轮箱执行调整主涵道角度。垂直起飞时主涵道与机身主体呈垂直角度，与左机翼涵道和右机翼涵道保持同样的角度，由飞控系统控制，电动齿轮箱与主涵道两端的齿轮进行调整，起飞到一定高度后，主涵道由控制系统控制，电动齿轮箱与主涵道两端的齿轮进行角度调整，与机身主体保持水平角度，提供无人机的飞行推力。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于左旋翼安装在左涵道内，所述左涵道的上、下方设有可以开启和关闭的涵道盖，所述右旋翼安装在右涵道内，所述右涵道的上、下方设有可以开启和关闭的涵道盖。一个方法是左、右机翼涵道的上、下涵道盖，开启时涵道盖与机翼呈垂直状态，无人机垂直起飞时是开启的，当无人机完成起飞后主涵道改变角度，改升力为推力，无人机左、右旋翼停止工作，左、右涵道的上、下涵道盖关闭，关闭时涵道盖与机翼呈平行状态。无人机左、右涵道的上、下涵道盖的开启或关闭，左、右旋翼的开启、关停由飞控系统控制，无人机左、右涵道的上、下涵道盖的开启或关闭由电动螺杆执行。左、右涵道的上、下涵道盖关闭后减小了气动干扰和气动阻力，提高了飞行效率。另一个方法是无人机左、右机翼涵道的上、下涵道盖也可以采取与机翼平行的推拉式涵道盖，无人机垂直起飞时上、下涵道盖是拉开开启的，无人机水平飞行时上、下涵道盖是推进关闭的，垂直降落时进行反操作。无人机左、右涵道的上、下涵道盖的开启或关闭由飞控系统控制，无人机左、右涵道的上、下涵道盖的开启或关闭由电动螺杆执行。该技术方案也可以设计成在机身主体的前端增加一个主涵道和主旋翼，功能是提供该无人机的起飞升力，结构跟左、右涵道一样，也设有上、下涵道盖。起飞、飞行、降落时的操作跟左、右涵道同步进行。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述机身主体的后端设有电动尾翼，所述电动尾翼是可以拆卸的，所述电动尾翼与机身主体之间设有机械销轴连接和电器线路插销连接，组装起来由机械销轴进行连接固定，电器部分及控制线路由电器插销连接，拆卸是反操作。所述电动尾翼的作用是调整无人机飞行方向及升降高度，由飞控系统控制无人机的飞行方向及升降高度。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述机身主体前端下方安装有360度可旋转高清摄像机，飞控系统控制图像信号的获取与传递。所述左机翼下方设有左挂弹架，所述右机翼下方设有右挂弹架，飞控系统控制左、右挂弹架导弹的发射。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述机身主体前下方设有可拆卸的起落架装置，机身主体与起落架装置之间设有机械销轴连接，所述左机翼下、右机翼下设有可以拆卸的左、右起落架装置，左、右机翼与左、右起落架装置之间设有机械销轴连接。起落架装置跟机身主体，左、右机翼都是可以拆卸的，组装成起来由机械销轴进行连接固定，拆卸是反操作。无人机的起落架装置可以是固定式起落架，也可以是轮式起落架，。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于飞控系统由机身主体的飞行控制器与地面遥控器系统组成，所述的地面遥控器由手动控制器和显示器的基站组成，也可以有若干个单兵显示器，单兵显示器是基站的主要纽带，可以跟基站进行信息共享。

本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述的机身主体，左、右机翼材料是用金属骨架或碳钎维骨架充填发泡材料制作而成的，发泡材料外再包裹金属材料或玻璃纤维。使用金属骨架或碳钎维骨架加发泡材料的目的是尽量减轻无人机的自身重量，发泡材料外再包裹金属材料或玻璃纤维是保证无人机的机身强度。

附图说明

图1是垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机俯视图；

图2是垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机侧面图；

图3是垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机油电混合动力系统结构示意图；(实线表示机械连接，虚线表示电器线路连接)

具体实施方式

图1中机身主体10与左机翼11、右机翼12、主尾翼27、起落架21、起落架22、起落架23是可以拆卸开来和组装到一起的，对向活塞双曲轴油电混合动力系统及飞控系统50安装在机身主体10上。主涵道17通过固定轴两端19、20的齿轮与电动齿轮箱32结合，安装在机身主体的尾部，通过控制电动齿轮箱32调整主涵道17的角度。主涵道17内设有主旋翼18，主旋翼18安装在固定轴上。左机翼11上安装有左机翼尾翼33，安装有左起落架22，安装有左挂弹架24，安装左涵道13，安装有左涵道的上、下涵道盖25，左涵道内安装有左旋翼14。右机翼12上安装有右机翼尾翼34，安装有右起落架23，安装有右挂弹架25，安装右涵道15，安装有右涵道的上、下涵道盖26，右涵道内安装有右旋翼16。机身主体10尾部安装电动尾翼27，电动尾翼27两端安装方向翼28、29。机身主体10在30、31位置通过机械销轴及电器插座与左机翼11、右机翼12组装起来。

图2是垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机侧面图，机身主体10是不规则的圆柱形状，机身主体头部91呈圆锥状，机身主体头部安装有可360旋转高清摄像机26，机身主体尾部92呈扁平状，机身主体设有可以改变角度的主涵道17，主涵道17设置在机身主体尾部92，是可以改变角度的。机身主体尾部92设有电动尾翼方向翼29。整个机身主体90是流线形。左机翼11是椭圆流线形，左机翼末端设有左机翼尾翼33，左机翼下设有挂弹架24。右机翼与左机翼完全相同。

图3是本发明的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机对向活塞双曲轴发动机/发电机油电混合系统结构示意图，对向活塞双曲轴发动机 60内的活塞61、71对向安装，活塞61、71与活塞连杆62、72一端连接，活塞连杆62、72的另一端与曲轴63、73连接。发电机64、65硬连接在曲轴63、73 的输出端上，双发电机64、65与连接充电控制器66输入端连接，充电控制器66输出端与电源逆变器67连接、与超级电容组68连接，超级电容组68输出端与无人机多旋翼驱动电机69连接，电源逆变器67与无人机多旋翼驱动电机69连接。飞行控制器70与对向活塞双曲轴发动机60连接，飞行控制器70控制对向活塞双曲轴发动机60转速，以控制双发电机64、65的发电功率，飞行控制器70与充电控制器66连接，飞行控制器70控制充电控制器66，以控制超级电容组和电源逆变器给无人机多旋翼驱动电机提供电力以及给超级电容组充电，飞行控制器70与无人机多旋翼驱动电机69连接，飞行控制器70控制多旋翼驱动电机69，以控制各个驱动电机的开启、关闭、及转速的高、低。

最后需要说明的是，以上通过附图说明了本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照附图对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于包括机身主体，左机翼，右机翼，电动尾翼，油电混合动力系统，所述机身主体上设有可改变角度的主涵道，所述主涵道上设有主旋翼，所述机身主体两侧安装有左机翼和右机翼，所述左机翼设有左涵道，所述左涵道上设有左旋翼，所述右机翼设有右涵道，所述右涵道上设有右旋翼，所述主旋翼、左旋翼、右旋翼均由驱动电机驱动。

2.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于油电混合动力系统由对向活塞双曲轴发动机，双发电机，充电控制器、电源逆变装置，超级电容组，多个驱动电动机，飞行控制器组成，所述双发电机分别安装在所述的对向活塞双曲轴发动机的两个曲轴上，所述的双发电机分别通过充电控制器、电源逆变装置与多个驱动电动机连接，所述的充电控制器与超级电容组、电源逆变装置连接，所述的超级电容组与多个驱动电动机连接，所述的电源逆变装置与多个驱动电机连接，所述的飞行控制器通过控制总线与所述的对向活塞双曲轴发动机，充电控制器、超级电容组，多个驱动电动机连接，所述的油电混合动力系统安装在机身主体上。

3.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于机身主体两侧设有可拆卸的左机翼和右机翼，所述机身主体与左机翼、右机翼设有机械销轴连接和电器线路插销连接，所述左机翼、右机翼的末端设有左机翼尾翼和右机翼尾翼。

4.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，所述机身主体的后尾部位设有电机齿轮箱，所述可改变角度的主涵道安装在机身主体的后尾部位，所述可改变角度的主涵道设有贯穿主涵道的固定轴，所述可改变角度的主旋翼安装在主涵道内的固定轴上，所述固定轴在可改变角度的主涵道外的两端设有齿轮，所述可改变角度的主涵道的两端安装在所述机身主体后尾部位的电机齿轮箱上。

5.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述左机翼设有左涵道，左涵道的上、下方设有可以开启和关闭的涵道盖，所述左旋翼安装在左涵道内，所述右机翼设有右涵道，右涵道的上、下方设有可以开启和关闭的涵道盖，所述右旋翼安装在右涵道内。

6.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述机身主体的后端设有可拆卸的电动尾翼，所述电动尾翼与机身主体之间设有机械销轴连接和电器线路插销连接。

7.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述机身主体前端下方安装有360度可旋转高清摄像机，所述左机翼下方设有左挂弹架，所述右机翼下方设有右挂弹架。

8.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述机身主体前下方设有可拆卸的起落架装置，所述机身主体下方的起落架装置与机身主体之间设有机械销轴连接，所述左机翼下方、右机翼下方设有可拆卸的起落架装置，左机翼、右机翼下方的起落架装置与左机翼、右机翼之间设有机械销轴连接。

9.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述飞控系统由机身主体的飞行控制器和与地面的遥控器装置组成，所述地面的遥控器装置由手动控制器和显示器的基站组成。

10.如权利要求1所述的垂直起降、查打一体、油电混合动力的可拆卸固定翼无人机，其特征在于所述的机身主体、左机翼、右机翼是用金属骨架或者碳钎维骨架充填发泡材料制作而成的，发泡材料外再包裹金属材料或玻璃纤维。

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