CN115071966A - 一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器，包括固定翼无人机本体(1)和两个主机翼(2)，其特在于，固定翼载物无人机本体(1)包括机身(31)和T型上层结构(32)，T型上层结构包括竖板(321)和横板(322)，竖板(321)的横截面为流线型，竖板(321)的下端面固定连接在机身(31)上端中间的后半部，横板(322)下表面中间连接在竖板(321)上端面，横板(322)的横截面也为流线形；在横板(322)两边分别连接一个主机翼(2)；本发明自主的固定翼飞行器的设计，更符合流体力学的要求，减少气流对飞行器飞行姿态的影响。

Description

一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器
技术领域
本发明是一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器，涉及飞行器抗振领域，尤其涉及用于解决起飞时产生振动以及起降场地问题的固定翼飞行器。
背景技术
所谓VTOL(Vertical take-off and landing)UAV是包含『定翼机』与『旋翼机』两种特性的空中无人载具，能垂直起飞、着陆，不需要跑道，因此飞机如果能够在任何地方随时起降，不管是透过远端遥控还是自动飞行，垂直起降无人机因为不受地形限制所以能完成的任务将相当多元，其中包括空拍、物流、探勘或军事活动，许多人认为垂直起降飞机会是未来的趋势。
但是，由于飞行器受飞行场地、风速、天气等情况的影响，不可避免在飞行途中发生振动，尤其是起降过程中，更易发生振动，从而导致飞行器受损的情况。
发明内容
本发明的目的是一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器，以克服现有的无人载具易发生振动，从而导致飞行器受损的情况。
一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器，包括固定翼无人机本体1和两个主机翼2，其特在于，无人机本体1本体包括机身31和T型上层结构32，T型上层结构包括竖板321和横板322，竖板321的横截面为流线型，竖板321的下端面固定连接在机身31上端中间的后半部，横板322下表面中间连接在竖板321上端面，横板322的横截面也为流线形；在横板322两边分别连接一个主机翼2；
在横板322与主机翼2连接处还设有连接机构3，两个连接机构3在横板322与主机翼2的下方，两个连接机构3分别连接有一个VTOL结构碳纤维管4；两个VTOL结构碳纤维管4都与机身31平衡，每个VTOL结构碳纤维管4的尾端连接有一组固定翼推进电机8和一个固定翼推进用螺旋桨9，固定翼推进电机8又与一个固定翼推进用螺旋桨9连接，固定翼推进用螺旋桨9的螺旋桨旋转面与VTOL结构碳纤维管4垂直，每个VTOL结构碳纤维管4的前部固定连接有一个VTOL起降用螺旋桨7，每个VTOL结构碳纤维管4上的连接机构3与尾部之间也固定连接有一个VTOL起降用螺旋桨7，四个一个VTOL起降用螺旋桨7都在VTOL结构碳纤维管4的下方，且其螺旋桨的旋转面在为水平面；在VTOL结构碳纤维管4尾部还设有倒v字形尾翼5，倒v字形尾翼5的两个端面分别与VTOL结构碳纤维管4尾部固定连接；
在机身31的中部的机舱内还固定有三轴抗振模块本体10；
三轴抗振模块本体10的外壳为立方体，其包括三轴向抗振外壳上半11和三轴向抗振下半12，轴向抗振外壳上半11盖在三轴向抗振下半12上，在轴向抗振外壳上半11固定安装有数据接头底座13，数据接头14从数据接头底座13穿出；
在三轴抗振模块本体10内的四角安装有4个Z轴移动模块15，还有2个Y轴移动模块16和2个X轴移动模块17，其中，每个Z轴移动模块15与相邻的Z轴移动模块15之间连设有Y轴移动模块16，与另一个相邻的Z轴移动模块15之间连设有X轴移动模块17，这样Y轴移动模块16和X轴移动模块17形成一个框架，其中，两个对边的框架都为Y轴移动模块16或X轴移动模块17；
三轴抗振模块10的内部结构中心是传感器载台19，传感器载台19上面安装有受测传感器18；将各两组X轴移动用内光轴25、两组Y轴移动用内光轴26贯穿传感器载台19，并且在两组X轴移动用内光轴25、两组Y轴移动用内光轴26与传感器载台19之间安装有三轴抗振用弹簧21，X轴移动用内光轴25的两端顶点各插入并固定在两个X轴移动模块17内，同样Y轴移动用内光轴26的两端顶点各插入并固定在两个Y轴移动模块16内，四组X轴移动用外光轴23两端分别插入Z轴移动模块15和X轴移动模块17内，同样，四组Y轴移动用外光轴24两端分别插入Z轴移动模块15和Y轴移动模块16内，用Z轴移动用光轴22贯穿Z轴移动模块15，并且在Z轴移动用光轴22顶端及末端安装上八组Z轴固定用轴承20，再将受测传感器18安装在传感器载台19上方；
在所有的X轴移动模块17、Y轴移动模块16和Z轴移动模块15之间的Z轴移动用光轴22、X轴移动用外光轴23、Y轴移动用外光轴24、X轴移动用内光轴25和Y轴移动用内光轴26外部套都三轴抗振用弹簧21，三轴抗振用弹簧21的两端分别与传感器载台19、X轴移动模块17、Y轴移动模块16或Z轴移动模块15连接。
所述的三轴抗振模块本体10处于机身31的重心位置。
所述的数据接头14从数据接头底座13穿出与机身31内的存储设备连接。
本发明的有益效果：本发明自主的固定翼飞行器的设计，更符合流体力学的要求，减少气流对飞行器飞行姿态的影响。本发明通过飞行器机体特殊的结构和其机舱内的抗振模块的有机配合；大大减少了振动对飞行器稳定性的影响；透过垂直起降无人机作为载体传感器的校正平台，将飞行中产生的加速度以及GPS数据纪录用于校正传感器，大大提高传感器输出结果的准确度。
附图说明
图1、是本发明结构示意图；
图2、是本发明无人机本体1；
图3、是本发明仰视立体示意图；
图4、是图1之A-A剖视图；
图5、是本发明之三轴抗振模块10外部结构示意图；
图6、是本发明之三轴抗振模块10内部结构示意图；
图7、是本发明之传感器载台19在三轴抗振模块10中位置示意图。
其中，1为固定翼载物无人机本体、2为主机翼、3为连接机构、4为VTOL结构碳纤维管、5倒V字型尾翼、6为VTOL起降用电机、7为VTOL起降用螺旋桨、8固定翼推进电机、9固定翼推进用螺旋桨、10三轴抗振模块本体、11为三轴向抗振外壳上半、12为三轴向抗振下半、13为数据接头底座、14为数据接头、15为Z轴移动模块、16为Y轴移动模块、17为X轴移动模块、18为受测传感器、19为传感器载台、20为Z轴固定用轴承、21为三轴抗振用弹簧、22为Z轴移动用光轴、23为X轴移动用外光轴、24为Y轴移动用外光轴、25为X轴移动用内光轴、26为Y轴移动用内光轴、31为机身、32为T型上层结构、321为竖板、322为横板。
具体实施方式
一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器，包括固定翼无人机本体1和两个主机翼2，其特在于，无人机本体1本体包括机身31和T型上层结构32，T型上层结构包括竖板321和横板322，竖板321的横截面为流线型，竖板321的下端面固定连接在机身31上端中间的后半部，横板322下表面中间连接在竖板321上端面，横板322的横截面也为流线形；在横板322两边分别连接一个主机翼2；
在横板322与主机翼2连接处还设有连接机构3，两个连接机构3在横板322与主机翼2的下方，两个连接机构3分别连接有一个VTOL结构碳纤维管4；两个VTOL结构碳纤维管4都与机身31平衡，每个VTOL结构碳纤维管4的尾端连接有一组固定翼推进电机8和一个固定翼推进用螺旋桨9，固定翼推进电机8又与一个固定翼推进用螺旋桨9连接，固定翼推进用螺旋桨9的螺旋桨旋转面与VTOL结构碳纤维管4垂直，每个VTOL结构碳纤维管4的前部固定连接有一个VTOL起降用螺旋桨7，每个VTOL结构碳纤维管4上的连接机构3与尾部之间也固定连接有一个VTOL起降用螺旋桨7，四个一个VTOL起降用螺旋桨7都在VTOL结构碳纤维管4的下方，且其螺旋桨的旋转面在为水平面；在VTOL结构碳纤维管4尾部还设有倒v字形尾翼5，倒v字形尾翼5的两个端面分别与VTOL结构碳纤维管4尾部固定连接；
在机身31的中部的机舱内还固定有三轴抗振模块本体10；
三轴抗振模块本体10的外壳为立方体，其包括三轴向抗振外壳上半11和三轴向抗振下半12，轴向抗振外壳上半11盖在三轴向抗振下半12上，在轴向抗振外壳上半11固定安装有数据接头底座13，数据接头14从数据接头底座13穿出；
在三轴抗振模块本体10内的四角安装有4个Z轴移动模块15，还有2个Y轴移动模块16和2个X轴移动模块17，其中，每个Z轴移动模块15与相邻的Z轴移动模块15之间连设有Y轴移动模块16，与另一个相邻的Z轴移动模块15之间连设有X轴移动模块17，这样Y轴移动模块16和X轴移动模块17形成一个框架，其中，两个对边的框架都为Y轴移动模块16或X轴移动模块17；
三轴抗振模块10的内部结构中心是传感器载台19，传感器载台19上面安装有受测传感器18；将各两组X轴移动用内光轴25、两组Y轴移动用内光轴26贯穿传感器载台19，并且在两组X轴移动用内光轴25、两组Y轴移动用内光轴26与传感器载台19之间安装有三轴抗振用弹簧21，X轴移动用内光轴25的两端顶点各插入并固定在两个X轴移动模块17内，同样Y轴移动用内光轴26的两端顶点各插入并固定在两个Y轴移动模块16内，四组X轴移动用外光轴23两端分别插入Z轴移动模块15和X轴移动模块17内，同样，四组Y轴移动用外光轴24两端分别插入Z轴移动模块15和Y轴移动模块16内，用Z轴移动用光轴22贯穿Z轴移动模块15，并且在Z轴移动用光轴22顶端及末端安装上八组Z轴固定用轴承20，再将受测传感器18安装在传感器载台19上方；
在所有的X轴移动模块17、Y轴移动模块16和Z轴移动模块15之间的Z轴移动用光轴22、X轴移动用外光轴23、Y轴移动用外光轴24、X轴移动用内光轴25和Y轴移动用内光轴26外部套都三轴抗振用弹簧21，三轴抗振用弹簧21的两端分别与传感器载台19、X轴移动模块17、Y轴移动模块16或Z轴移动模块15连接。
所述的三轴抗振模块本体10处于机身31的重心位置。
所述的数据接头14从数据接头底座13穿出与机身31内的存储设备连接。用SD卡记忆然后等飞行完再读取数据。
以下接合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例:如图1、图2、图3和图4所示，本发明是一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器。包括固定翼载物无人机本体1和两侧主机翼2、连接主体结构3、倒V形尾翼5与三轴抗振模块，固定翼载物无人机本体1用于装载抗震模块以及使用四组M3内六角螺丝拧紧连接两侧主机翼2，在两侧主机翼2与固定翼载物无人机本体1的连接处会以胶合固定安装上两组VTOL连接主体结构3，两组VTOL结构碳纤维管4会与VTOL连接主体结构3透过下上固定木片与四组M4内六脚螺丝拧紧固定，四组VTOL起降用电机6会在固定VTOL连接主体结构3时一并安装在VTOL结构碳纤维管4上，四组VTOL起降用螺旋桨7则会以M4内六角螺丝拧紧固定在各组VTOL起降用电机6下方，在VTOL结构碳纤维管4的末端会安装上v形尾翼5并且在尾翼后端同时以木片卡榫的方式固定两组固定翼推进电机8，最后再将固定翼推进用螺旋桨9以两组M4内六脚螺丝拧紧安装在各组固定翼推进电机8的顶端。
无人机垂直起降装置会在固定翼载物无人机1本体内部的安装空间以四组M5内六角螺丝拧紧固定将三轴抗振模块本体10安装在机身重心位置，以避免抗震模块的重量影响飞行稳定性。
三轴抗振模块本体10的外部结构以三轴向抗振外壳上半11、三轴向抗振下半12中心以八组M3沉头内六脚螺丝拧紧固定，顶端的数据接头14会以同轴心贯穿数据接头底座13以两组M3沉头内六脚螺丝拧紧固定。三轴抗振模块的内部结构以传感器载台19为中心将各两组X轴移动用内光轴25、Y轴移动用内光轴26贯穿并且在四组轴与传感器载台19之间填入三轴抗振用弹簧21，在X轴移动用内光轴25的两端顶点各插入X轴移动模块17并以四组M2止付螺丝拧紧固定，在Y轴移动用内光轴26的两端顶点各插入Y轴移动模块16并以四组M2止付螺丝拧紧固定，将Z轴移动模块15插入四组X轴移动用外光轴23以四组M2止付螺丝拧紧固定与四组Y轴移动用外光轴24以四组M2止付螺丝拧紧固定的同时贯穿X轴移动模块17与Y轴移动模块16并且都在移动模块中间填入三轴抗振用弹簧21，以Z轴移动用光轴22贯穿Z轴移动模块15并且在顶端及末端安装上八组Z轴固定用轴承20，在Z轴固定用轴承20与Z轴移动模块15之间填入八组三轴抗振用弹簧21，之后再将受测传感器18以4组M2内六角螺丝安装在传感器载台19上方，最终再将三轴抗振内部结构压入外部结构中。
在一些实施方式中，飞行器机翼和VTOL垂直起降结构设计，包括：
制作机翼结构，机翼会用飞机木以激光切割的方式切出18片纵向基底，在透过轻型泡沫以热切割器制作出填充结构，最后在安装完毕之后在外层蒙上1mm的纤维白皮，两侧皆安装上一组翻滚方向控制舵机。
VTOL垂直起降结构，VTOL结构主体会以两组950mm长度10mm管径的碳纤维管与机翼和尾翼结合，垂直起降的电机会以四组400KV配上50A电子变速器用对称的方式安装在碳纤维管上。
V形尾翼以及推进电机设计装配，尾翼会以四片切割的飞机木以及270mm泡沫组合，顶端及左右将各安装上3D打印的固定架以倒V形结构安装，尾翼左右两侧皆会安装上一组航向方向控制电机。直线推进电机会以两组300KV配上80A的电子变速器安装在V形尾翼左右侧与碳纤维管固定的后端。
其有益效果为：实现自主化固定翼飞行器的设计，更符合流体力学的要求，减少气流对飞行器飞行姿态的影响。
在一些实施方式中，飞行器机体创新，以载物为主轴设计的新结构，并且置物仓支持抽取替换，包括：
其有益效果为：飞行器支持载物功能，并实现置物仓抽取替换结构设计，以方便快速更换受测载体。
在一些实施方式中，抗振模块创新，在基于传感器裸版装配情况下，设计出单/三轴可调整抗振模块，包括：
确认载体传感器裸版尺寸，测量校准方式以及接口尺寸以及器件高度。
设计单轴与三轴的运动结构，考虑到移动轴心为直径3MM的光轴阻力问题，在移动滑块上面配置3-8-10尺寸的直线轴承。
在两组结构主体概念设计完成之后，在剩余空间不同的情况下，对单轴结构装配上直径8MM的油性阻尼器；三轴结构装配上线径0.8mm外径6MM的弹簧以达到多轴移动抗振的效果。
主体结构制作，透过五轴电控车床加工之后工件加上阳极处理以防止接触短路，单轴结构所有加工零件总数为11件；三轴的所有加工零件总数为35件，装配配合螺丝皆为M3内六角螺丝与M2止付螺丝。
其有益效果为：设计高性能的单/三轴可调整抗振模块，提高固定翼飞行器在飞行时尤其起降时的抗震能力。
在一些实施方式中，搭配上单轴/多轴的抗振模块以减少机体传感器上陀螺仪与加速度计因振动所造成的数据抖动，包括：
其有益效果为：单轴/多轴的抗振模块可以减少机体传感器上陀螺仪与加速度计因振动所造成的数据抖动，提高飞行器内部陀螺仪和加速度计的准确度。
在一些实施方式中，透过垂直起降无人机作为载体传感器的校正平台，将飞行中产生的加速度以及GPS数据纪录用于校正传感器，包括：
其有益效果为：增加垂直起降无人机的有效用途，可以作为载体传感器的矫正平台来校正传感器。

Claims (3)

1.一种飞行和起降稳定的固定翼飞行器，包括固定翼无人机本体(1)和两个主机翼(2)，其特在于，固定翼载物无人机本体(1)包括机身(31)和T型上层结构(32)，T型上层结构包括竖板(321)和横板(322)，竖板(321)的横截面为流线型，竖板(321)的下端面固定连接在机身(31)上端中间的后半部，横板(322)下表面中间连接在竖板(321)上端面，横板(322)的横截面也为流线形；在横板(322)两边分别连接一个主机翼(2)；
在横板(322)与主机翼(2)连接处还设有连接机构(3)，两个连接机构(3在横板(322)与主机翼(2)的下方，两个连接机构(3)分别连接有一个VTOL结构碳纤维管(4)；两个VTOL结构碳纤维管(4)都与机身(31)平衡，每个VTOL结构碳纤维管(4的尾端连接有一组固定翼推进电机(8)和一个固定翼推进用螺旋桨(9)，固定翼推进电机(8)又与一个固定翼推进用螺旋桨(9)连接，固定翼推进用螺旋桨(9)的螺旋桨旋转面与VTOL结构碳纤维管(4)垂直，每个VTOL结构碳纤维管(4)的前部固定连接有一个VTOL起降用螺旋桨(7)，每个VTOL结构碳纤维管(4)上的连接机构(3与尾部之间也固定连接有一个VTOL起降用螺旋桨(7)，四个一个VTOL起降用螺旋桨(7)都在VTOL结构碳纤维管(4)的下方，且其螺旋桨的旋转面在为水平面；在VTOL结构碳纤维管(4)尾部还设有倒v字形尾翼(5)，倒v字形尾翼(5)的两个端面分别与VTOL结构碳纤维管(4)尾部固定连接；
在机身(31)的中部的机舱内还固定有三轴抗振模块本体(10；
三轴抗振模块本体(10)的外壳为立方体，其包括三轴向抗振外壳上半(11)和三轴向抗振下半(12)，轴向抗振外壳上半(11)盖在三轴向抗振下半(12)上，在轴向抗振外壳上半(11)固定安装有数据接头底座(13)，连接传感器载台(19)的数据接头(14)从数据接头底座(13)穿出；
在三轴抗振模块本体(10)内的四角安装有4个Z轴移动模块(15)，还有2个Y轴移动模块(16)和2个X轴移动模块(17)，其中，每个Z轴移动模块(15与相邻的Z轴移动模块(15)之间连设有Y轴移动模块(16)，与另一个相邻的Z轴移动模块(15)之间连设有X轴移动模块(17)，这样Y轴移动模块(16)和X轴移动模块(17)形成一个框架，其中，两个对边的框架都为Y轴移动模块(16)或X轴移动模块(17)；
三轴抗振模块(10)的内部结构中心是传感器载台(19)，传感器载台(19)上面安装有受测传感器(18)；将各两组X轴移动用内光轴(25)、两组Y轴移动用内光轴(26)贯穿传感器载台(19)，并且在两组X轴移动用内光轴(25)、两组Y轴移动用内光轴(26与传感器载台(19)之间安装有三轴抗振用弹簧(21)，X轴移动用内光轴(25)的两端顶点各插入并固定在两个X轴移动模块(17)内，同样Y轴移动用内光轴(26)的两端顶点各插入并固定在两个Y轴移动模块(16)内，四组X轴移动用外光轴(23)两端分别插入Z轴移动模块(15)和X轴移动模块(17)内，同样，四组Y轴移动用外光轴(24两端分别插入Z轴移动模块(15)和Y轴移动模块(16)内，用Z轴移动用光轴22贯穿Z轴移动模块15)，并且在Z轴移动用光轴(22)顶端及末端安装上八组Z轴固定用轴承(20)，再将受测传感器(18)安装在传感器载台(19)上方；
在所有的X轴移动模块(17)、Y轴移动模块(16)和Z轴移动模块(15)之间的Z轴移动用光轴(22)、X轴移动用外光轴(23)、Y轴移动用外光轴(24)、X轴移动用内光轴(25)和Y轴移动用内光轴(26)外部套都三轴抗振用弹簧(21)，三轴抗振用弹簧(21)的两端分别与传感器载台(19)、X轴移动模块(17)、Y轴移动模块(16)或Z轴移动模块(15)连接。
2.根据权利要求1所述的一种飞行和起落稳定的固定翼飞行器，其特征在于，三轴抗振模块本体(10)处于机身(31)的重心位置。
3.根据权利要求1所述的一种飞行和起落稳定的固定翼飞行器，其特征在于，数据接头(14)从数据接头底座(13)穿出与机身(31)内的存储设备连接。
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