CN205440866U - 一种倾转旋翼式飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及飞行器设计技术领域，特别是涉及一种倾转旋翼式飞行器。倾转旋翼式飞行器包括飞行器本体以及包括：至少两个对称设置在飞行器本体前端的前旋翼；倾转机构，用于控制前旋翼在升降状态和平飞状态之间进行转换；至少一个设置在飞行器本体的尾部后旋翼；设置在飞行器本体上的空速计和处理装置，处理装置用于根据空速计传递的飞行速度信息控制倾转机构带动前旋翼倾转，以及控制后旋翼是否工作。本实用新型的倾转旋翼式飞行器能够快速垂直升降，降低起飞场地要求，且飞行器重量轻，从而减少了飞行器与机载设备降落过程中所受冲击，也增加了飞行器使用的安全性。

Description

一种倾转旋翼式飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器设计技术领域，特别是涉及一种倾转旋翼式飞行器。

背景技术

目前，无人机已经得到广泛的运用，例如运用无人机进行测绘；测绘无人机主要可以分为以下几种：

1、直升机；

2、多旋翼飞行器；

3、固定翼飞机。

其中，直升机涉及周期变距总成控制，机械结构上相当复杂；动力上要求推重比大于一，航程航时上远不及固定翼飞行器；且直升机造价普遍较高，不适用于民用推广。

对于多旋翼飞行器，其推重比要求大于一，并且受到电池容量限制，因此航时航程上远不及固定翼飞行器。

对于固定翼飞机，属于目前使用较多的测绘无人机方案，其平飞阶段可以靠机翼产生升力与重力平衡，因此对推重比要求大大降低，能源消耗大大减少，从而具有航时长，航程远的特点。

固定翼飞机使用过程中也存在许多缺陷，例如在起飞降落阶段的空速较低，且要求机翼升力较大；因此，目前普遍采用弹射装置弹射起飞与开伞降落回收方式以解决上述问题；但是，这种方式的弊端在于弹射装置沉重且不便于携带，开伞降落的方式降落区域难以控制，且降落时对机体，机载设备冲击较大。

发明内容

本实用新型的目的是提供了一种倾转旋翼式飞行器，以至少解决上述一个技术问题。

本实用新型的技术方案是：

一种倾转旋翼式飞行器，包括飞行器本体，以及包括：

至少两个前旋翼，位于所述飞行器本体的前端，且沿所述飞行器本体的中心轴线左右两两对称设置；

倾转机构，用于将所述前旋翼设置在所述飞行器本体的前端，且用于受控地控制所述前旋翼在升降状态和平飞状态之间进行转换；在所述升降状态时，所述前旋翼的旋转轴线垂直于所述飞行器本体的飞行方向；在所述平飞状态时，所述前旋翼的旋转轴线平行于所述飞行器本体的飞行方向；

至少一个后旋翼，固定设置在所述飞行器本体的尾部，且位于所述飞行器本体的中心轴线上，所述后旋翼的旋转轴线垂直于所述飞行器本体的飞行方向；

空速计，设置在所述飞行器本体上，用于实时监测所述飞行器本体的飞行速度；

处理装置，设置在所述飞行器本体上，用于根据所述空速计传递的飞行速度信息控制所述倾转机构，所述处理装置还用于在所述前旋翼处于升降状态时控制所述后旋翼处于工作状态，以及在所述前旋翼处于平飞状态时控制所述后旋翼处于停止状态。

优选的，每个所述前旋翼通过一个倾转机构设置在所述飞行器本体的前端。

优选的，所述倾转机构包括：

倾转支架；

舵机，固定设置在所述倾转支架的轴向中点位置处；

第一连接杆，一端与所述舵机连接，另一端与所述飞行器本体的前端固定连接，所述舵机用于在所述处理装置控制下带动所述倾转支架转动，且所述第一连接杆的轴线作为所述倾转支架的转动轴线。

优选的，所述前旋翼包括：

两个第一驱动电机，对称固定设置在所述倾转支架的轴向两端；

两个第一螺旋桨，分别由所述第一驱动电机驱动，两个所述第一螺旋桨的旋转轴线重合，且与所述第一连接杆的轴线垂直，另外，两个所述第一螺旋桨的旋转方向相反。

优选的，所述后旋翼包括：

固定对称设置的两个第二驱动电机；

两个第二螺旋桨，分别由所述第二驱动电机驱动，两个所述第二螺旋桨的旋转轴线重合，且两个所述第二螺旋桨的旋转方向相反；

第二连接杆，一端固定连接至两个所述第二驱动电机之间的位置处，另一端固定连接至所述飞行器本体的尾部。

优选的，所述前旋翼的数量为两个，所述后旋翼的数量为一个。

优选的，所述飞行器本体包括左右两侧的机翼，在所述机翼外段上设置有副翼，在所述机翼的端部固定设置有端板。

优选的，所述空速计固定设置在所述飞行器本体的前端。

本实用新型的优点在于：

本实用新型的倾转旋翼式飞行器中，处理装置能够根据飞行器的飞行速度，自动控制前旋翼在升降状态和平飞状态之间进行转换，以及自动对后旋翼是否工作进行控制，从而在前旋翼处于升降状态且后旋翼工作时实现飞行器的快速垂直升降，升力要求较小且不需要其他辅助设备，进一步减轻飞行器重量；另外，在前旋翼处于平飞状态且后旋翼停止工作时，实现飞行器平飞，推重比要求低，能源消耗少。

附图说明

图1是本实用新型一个优选实施例中，倾转旋翼式飞行器处于升降状态时的结构示意图；

图2是本实用新型一个优选实施例中，倾转旋翼式飞行器处于平飞状态时的结构示意图；

图3是本实用新型一个优选实施例中，前旋翼与部分倾转机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型保护范围的限制。

下面结合附图1至图3对本实用新型倾转旋翼式飞行器做进一步详细说明。

本实用新型提供了一种倾转旋翼式飞行器，包括飞行器本体1；其中飞行器本体1可以是目前已知的多种适合的结构；本实施例中，优选包括机身以及与机身融为一体且位于左右两侧的机翼11，通过翼身融合技术继承了飞翼优异的气动特性，并且提供了较大的内部空间，且重量分布更合理，结构更轻，有利于增加载荷和航程；并且，这样的结构能够使得飞行器在平飞过程中产生升力与重力相平衡，从而降低推重比要求，减少能耗。另外，在每个机翼11外段上设置有一个副翼12，主要用于飞行器横滚与升降控制；在每个机翼11的端部固定设置有垂直的端板13，主要用于增加平飞时的航向安定性。

进一步，与已知的大部分飞行器类似，本实用新型的倾转旋翼式飞行器还包括用于提供飞行动力的旋翼(旋翼机构)，本实用新型旋翼的具体结构下面将要进行详细描述。

本实用新型的倾转旋翼式飞行器中，旋翼包括至少两个前旋翼2以及至少一个后旋翼4；其中，至少两个前旋翼2位于飞行器本体1的前端，且沿飞行器本体1的中心轴线(沿飞行方向的轴线)左右两两对称设置；至少一个后旋翼4固定设置在飞行器本体1的尾部，且位于飞行器本体1的中心轴线上，后旋翼4的旋转轴线垂直于飞行器本体1的飞行方向。

本实用新型的倾转旋翼式飞行器还包括倾转机构3，主要用于将前旋翼2设置在飞行器本体1的前端，且用于受控地控制前旋翼2在升降状态和平飞状态之间进行转换；其中，在升降状态时，是使得前旋翼2的旋转轴线垂直于飞行器本体1的飞行方向；相应地，在平飞状态时，是使得前旋翼2的旋转轴线平行于飞行器本体1的飞行方向。

需要说明的是，倾转机构3的数量可以根据需要进行适合的设置，例如可以采用一个倾转机构3同时控制左右的前旋翼2转动；在本实用新型的一个优选实施例中，每个前旋翼2是通过一个倾转机构3设置在飞行器本体1的前端。

同样，倾转机构3的结构也可以根据需要进行适合的设置，例如采用一根受控地可绕自身轴线的旋转杆(参照图1和图2中的第一连接杆33，将前旋翼2分别设置在旋转杆两端，同样可以实现将前旋翼2固定且带动前旋翼2转动的目的。在本实用新型的一个优选实施例中，每个倾转机构3可以包括倾转支架31、舵机32以及第一连接杆33；倾转支架31可以为中空的矩形框架；舵机32采用已知的多种适合的舵机，通常包括舵盘、减速齿轮组、位置反馈电位计、直流电机、控制电路等，具体结构不再赘述；舵机32是固定设置在倾转支架31的轴线中点位置处，优选倾转支架31与舵机32的两侧的舵盘相栓接。

第一连接杆33优选为直杆，其内部可以采用中空结构，以方便布置舵机32的控制导线等；第一连接杆33的一端与舵机32中减速齿轮组的输出轴(通常位于舵机舵盘中心)连接，另一端与飞行器本体1的前端固定连接。舵机32在能够处理装置(后续将进行描述)控制下驱动减速齿轮组转动，由于其输出轴与第一连接杆33固定，因此舵机32转动时能够使其本体相对转动，从而带动倾转支架31转动，且第一连接杆33的轴线作为倾转支架31的转动轴线。

进一步，本实用新型的前旋翼2可以根据需要选择为多种适合的结构；在本实用新型的一个优选实施例中，前旋翼2可以包括第一驱动电机21和第一螺旋桨22。两个第一驱动电机21对称固定设置在倾转支架31的轴向两端；两个第一螺旋桨22分别由第一驱动电机21驱动；两个第一螺旋桨22的旋转轴线重合，且与第一连接杆33的轴线垂直，另外，两个第一螺旋桨22的旋转方向相反；在常规状态下，两个第一螺旋桨22的动力输出信号大小相等，即产生的陀螺力矩大小相等。另外，由于采用共轴(即倾转机构3的转动轴)双桨结构，且由舵机32直驱驱动，能够大大改善了因第一螺旋桨22工作的陀螺力矩引起的振动问题，从而降低了对机构的强度，疲劳性要求，提升了倾转机构3的传力效率。

在本实用新型的一个优选实施例中，后旋翼4可以包括第二驱动电机41、第二螺旋桨42以及第二连接杆43。第二驱动电机41为两个，固定对称设置；第二螺旋桨42的数量与第二驱动电机41相对应，一个第二螺旋桨42由一个第二驱动电机41驱动，两个第二螺旋桨42的旋转轴线重合；同样，两个第二螺旋桨42的旋转方向相反。

第二连接杆43可以与第一连接杆33结构类似，一端固定连接至两个第二驱动电机41之间的位置处，具体地，一个第二驱动电机41的底部(参照图1和图2所示的视图方向)与第二连接杆43一端顶部固定连接，另一个第二驱动电机41的顶部再与第二连接杆43一端底部固定连接；第二连接杆43的另一端(远离后旋翼4的一端)固定连接至飞行器本体1的尾部。当然，第二连接杆43与后旋翼4之间除了上述形式以外，还可以根据需要选择其他适合的连接方式，此处不再赘述。

本实用新型的倾转旋翼式飞行器中，前后旋翼具体数量可以根据需要进行适合的选择，例如前旋翼2可以选择为两个、四个、六个等等，且两两对称设置；同样，后旋翼4可以选择为1个或者多个，且多个后旋翼4可以在同一直线上布置。在本实用新型的一个优选实施例中，特别如图1和图2所示，前旋翼2的数量为两个，后旋翼4的数量为一个；采用双前发倾转动力能够使得飞行器结构更简单，飞行器重量更轻，另外，还能够实现高速，低耗电量的平飞，从而达到远超过旋翼机航时航程。

本实用新型的倾转旋翼式飞行器还包括空速计5和处理装置；空速计5可以选择已知的多种适合的空速计，设置在飞行器本体1上，优选固定设置在飞行器本体1的前端，用于实时监测飞行器本体1的飞行速度。

处理装置可以根据需要设置为多种适合的数量处理装置，例如微型计算机、单片机等；处理装置设置在飞行器本体1上(内部)，与空速计5、倾转机构3中的舵机32以及前旋翼2和后旋翼4中的驱动电机通过导线连接，或者采用无线信号传输方式进行连接。处理装置用于根据空速计5传递的飞行速度信息控制倾转机构3，比如当飞行速度达到一设定值时，则控制倾转机构3倾转，从而使得前旋翼2在升降状态和平飞状态之间进行转换。另外，处理装置还用于在前旋翼2处于升降状态时控制后旋翼4工作，使得控制飞行器垂直升降起飞；处理装置还用于在前旋翼2处于平飞状态时控制后旋翼4停止，从而控制飞行器平飞。

本实用新型的倾转旋翼式飞行器能够在前旋翼2处于升降状态且后旋翼4工作时实现飞行器的快速垂直升降，大大降低了起飞场地要求，升力要求较小且不需要其他辅助设备(例如弹射装置)，进一步减轻飞行器重量，从而减少了飞行器与机载设备降落过程中所受冲击，也增加了飞行器使用的安全性；另外，在前旋翼2处于平飞状态且后旋翼4停止工作时，实现飞行器平飞，推重比要求低，能源消耗少。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种倾转旋翼式飞行器，包括飞行器本体(1)，其特征在于，还包括：

至少两个前旋翼(2)，位于所述飞行器本体(1)的前端，且沿所述飞行器本体(1)的中心轴线左右两两对称设置；

倾转机构(3)，用于将所述前旋翼(2)设置在所述飞行器本体(1)的前端，且用于受控地控制所述前旋翼(2)在升降状态和平飞状态之间进行转换；在所述升降状态时，所述前旋翼(2)的旋转轴线垂直于所述飞行器本体(1)的飞行方向；在所述平飞状态时，所述前旋翼(2)的旋转轴线平行于所述飞行器本体(1)的飞行方向；

至少一个后旋翼(4)，固定设置在所述飞行器本体(1)的尾部，且位于所述飞行器本体(1)的中心轴线上，所述后旋翼(4)的旋转轴线垂直于所述飞行器本体(1)的飞行方向；

空速计(5)，设置在所述飞行器本体(1)上，用于实时监测所述飞行器本体(1)的飞行速度；

处理装置，设置在所述飞行器本体(1)上，用于根据所述空速计(5)传递的飞行速度信息控制所述倾转机构(3)，所述处理装置还用于在所述前旋翼(2)处于升降状态时控制所述后旋翼(4)工作，以及在所述前旋翼(2)处于平飞状态时控制所述后旋翼(4)停止。

2.根据权利要求1所述的倾转旋翼式飞行器，其特征在于，每个所述前旋翼(2)通过一个所述倾转机构(3)设置在所述飞行器本体(1)的前端。

3.根据权利要求2所述的倾转旋翼式飞行器，其特征在于，所述倾转机构(3)包括：

倾转支架(31)；

舵机(32)，固定设置在所述倾转支架(31)的轴向中点位置处；

第一连接杆(33)，一端与所述舵机(32)连接，另一端与所述飞行器本体(1)的前端固定连接，所述舵机(32)用于在所述处理装置控制下带动所述倾转支架(31)转动，且所述第一连接杆(33)的轴线作为所述倾转支架(31)的转动轴线。

4.根据权利要求3所述的倾转旋翼式飞行器，其特征在于，所述前旋翼(2)包括：

两个第一驱动电机(21)，对称固定设置在所述倾转支架(31)的轴向两端；

两个第一螺旋桨(22)，分别由所述第一驱动电机(21)驱动，两个所述第一螺旋桨(22)的旋转轴线重合，且与所述第一连接杆(33)的轴线垂直，另外，两个所述第一螺旋桨(22)的旋转方向相反。

5.根据权利要求1-4任一项所述的倾转旋翼式飞行器，其特征在于，所述后旋翼(4)包括：

固定对称设置的两个第二驱动电机(41)；

两个第二螺旋桨(42)，分别由所述第二驱动电机(41)驱动，两个所述第二螺旋桨(42)的旋转轴线重合，且两个所述第二螺旋桨(42)的旋转方向相反；

第二连接杆(43)，一端固定连接至两个所述第二驱动电机(41)之间的位置处，另一端固定连接至所述飞行器本体(1)的尾部。

6.根据权利要求5所述的倾转旋翼式飞行器，其特征在于，所述前旋翼(2)的数量为两个，所述后旋翼(4)的数量为一个。

7.根据权利要求5所述的倾转旋翼式飞行器，其特征在于，所述飞行器本体(1)包括左右两侧的机翼(11)，在所述机翼(11)外段上设置有副翼(12)，在所述机翼(11)的端部固定设置有垂直的端板(13)。

8.根据权利要求5所述的倾转旋翼式飞行器，其特征在于，所述空速计(5)固定设置在所述飞行器本体(1)的前端。