CN205554578U - 一种高续航时间的无人机装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及无人机领域，具体涉及一种高续航时间的无人机装置，包括机架和主螺旋桨，所述主螺旋桨对称布置于机架的四个方向，机架上还安装有控制无人机飞行状态的主控单元，无人机装置还包括有机翼滑翔装置和驱动装置，所述机翼滑翔装置与驱动装置连接，驱动装置控制机翼滑翔装置展开或收拢。本装置通过增加机翼滑翔装置的方式，有效解决了无人机续航时间短的问题，使无人机通过机翼滑翔装置进行滑翔飞行，达到降低对机载能源的消耗，使无人机可以开展长距离大范围的作业，延长了无人机的续航时间，消除了无人机在实际应用中受到的时间限制和距离限制。

Description

一种高续航时间的无人机装置

技术领域

本实用新型涉及无人机领域，特别是一种高续航时间的无人机装置。

背景技术

无人机又称为无人驾驶飞机、远程遥控或自巡航飞机，是一种成本低、损耗小、机动性高的可携带负载飞行器，已被广泛应用于军事、科研、民用等多种领域。在军事领域，无人机可应用于敌情侦查、通讯中继、早期预警、靶机训练等，甚至可直接组成无人机编队进行对敌作战；在科研领域，可用于飞行试验的验证、新设备及新方案的可行性模拟评估、航拍图像的获取、恶劣环境下的取样及条件监测等；在民用领域，无人机可用于农业墒情监测、农业施肥、灾情分析、工程监理、电网线路巡视等。在一些实际应用中，无人机技术已经取得了相当好的成果，人们已逐渐认识到它的巨大潜力与作用。

四旋翼无人机作为无人机的一种，通过安装在十字形机架结构四个顶端的主螺旋桨，产生气动力，控制四旋翼无人机的飞行动作，能实现垂直起降、自由悬停、 前进、倒退、超低空飞行等多种空中姿态。如图1所示，四个主螺旋桨处在同一高度平面，第一主螺旋桨1和第三主螺旋桨3逆时针旋转，第二主螺旋桨2和第四主螺旋桨4顺时针旋转，通过主控单元来控制主螺旋桨，使不同主螺旋桨的转速根据飞行需要进行改变，即可实现对四旋翼无人机飞行姿态的控制。四旋翼无人机以其新颖的外形及紧凑的结构，被认为是一种最简单、最直观的稳定控制形式。

这种无人机技术虽具有研发成本低、可实施性强、使用范围广、操作要求低等优点，但在实际应用中，无人机却普遍存在续航时间短的缺点。由于无人机在执行长时间、远航程的飞行任务时，主要以螺旋桨作为飞行的动力，但无人机的机载能源有限，且螺旋桨对能源的利用率不高，大大限制了无人机的续航时间。由于无人机的续航时间短，无人机在进行远距离作业时受到了极大的限制，使无人机往往只能进行短距离作业，无法开展超大范围超远距离的工作，同时，由于无人机的续航时间短，无人机也无法开展超长时间的作业，无人机需要在较短时间间隔内进行机载能源的补充，降低了无人机的使用率和工作效率。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于克服现有技术中所存在的由于无人机的机载能源有限，而且主螺旋桨对能源的利用率不高，从而导致无人机续航时间短，无法进行超长时间超远距离作业的问题，提供一种高续航时间的无人机装置，该装置通过降低对无人机机载能源的消耗，实现延长无人机续航时间的目的，同时改善无人机的续航状态，大幅度增加了无人机的续航时间。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种高续航时间的无人机装置，包括机架和主螺旋桨，所述主螺旋桨对称布置于机架的四个方向，机架上还安装有控制无人机飞行状态的主控单元，所述无人机装置还包括有机翼滑翔装置和驱动装置，所述机翼滑翔装置与驱动装置连接，驱动装置设置有用以输出动力的驱动轴，驱动轴转动控制机翼滑翔装置展开或收拢。

所述主螺旋桨提供向上的拉力，在无人机起飞时，使用主螺旋桨提供动力，用以克服无人机自身的重力，牵引机体向上运动，使无人机实现安全平稳的起飞，待无人机起飞之后，在飞行高度沿着某一方向飞行的过程中，通过驱动装置提供动力，使驱动轴转动，从而打开与驱动装置连接的机翼滑翔装置，使无人机借助机翼滑翔装置在高空进行滑翔，在无人机滑翔的过程中，使用主螺旋桨适当调整无人机的高度，使无人机始终保持在某一高度范围内飞行。通过这种方式，减小了无人机在飞行过程中螺旋桨对机载能源的消耗，不仅增加了无人机航程，也延长了无人机的续航时间。在无人机需要降落时，使无人机在预先设定好的降落轨道滑翔，然后通过驱动装置的工作，收拢机翼滑翔装置，使用主螺旋桨提供的动力完成无人机的安全降落。无人机在整个飞行及准备降落的过程中，通过驱动装置打开机翼滑翔装置，使无人机在机载能源提供较少动力的情况下，实现长时间的滑翔或翱翔，达到减少机载能源消耗的目的，极大地改善无人机的续航状态，增加了无人机的续航时间。使无人机在不添加机载能源的情况下，可以进行超长距离和超大范围内的工作，同时可以进行长时间的作业，提高了无人机的使用效率和工作效率。

作为本实用新型的优选方案，所述机翼滑翔装置包括转轴和机翼，所述机翼的一侧固定于机架上，另一侧与转轴连接，所述转轴水平固定于驱动装置上，转轴带动机翼在水平方向转动，且机翼展开后形成的面与水平面平行。

所述驱动装置带动转轴进行转动，从而使与转轴连接的机翼展开或收拢，伸展开的机翼平行于水平面，无人机在空中飞行时，通过伸展开的机翼产生的浮力，使无人机在空中进行滑翔，降低对机载能源的消耗，改善了无人机的续航状态，增加了无人机的续航时间，使无人机可以进行超长距离和超大范围内的作业，提升无人机的连续作业时间。机翼的一边连接于转轴上，另一边固定于十字形机架上，通过固定于驱动装置上的转轴的转动，实现对机翼的展开和收拢。无人机在起飞和降落的过程中，通过驱动轴转动带动转轴旋转，使机翼收拢，无人机在空中飞行时，通过驱动轴的转动带动转轴旋转，使机翼伸展开，从而实现无人机的平稳滑翔。

作为本实用新型的优选方案，所述驱动装置安装于机架中心，转轴的一端连接驱动装置，驱动装置的驱动轴转动，带动转轴绕机架中心做圆周运动，使机翼展开后形成的平面均布于机架中心周围。驱动装置安装于机架中心，转轴的一端固定于驱动装置上，驱动轴转动带动转轴以机架中心为圆心旋转，做圆周运动，使展开的机翼形成的平面平行于水平面，使机翼滑翔装置为无人机提供更大的升力，同时，机翼展开形成的平面均布于机架中心周围，保证无人机受到的作用力比较均衡，使无人机在空中滑翔时，滑翔的时间更长，距离更远，对提高续航时间和扩大航行距离具有相当大的作用。

作为本实用新型的优选方案，所述机翼滑翔装置的转轴垂直于驱动装置的驱动轴。转轴垂直于驱动轴，使驱动轴在带动转轴转动时，更省力。

作为本实用新型的优选方案，所述无人机装置上配置有4个机翼及对应的4个转轴，以机架为中心，对称布置于十字形机架形成的4个象限区域内，分别带动4个机翼展开或收拢的4个转轴连接到同一个驱动装置上。在十字形机架形成的4个象限区域内对应布置4个机翼及对应的4个转轴，使无人机装置在各个方向的受力更加均衡，不容易发生在某一方向严重偏转等问题，更利于无人机在空中滑翔飞行。带动机翼伸展收拢的4根转轴连接到同一个驱动装置上，保持转轴带动机翼展开收拢的同步性，避免发生因各个机翼伸展收拢的速度不同而失去平衡。

作为本实用新型的优选方案，所述机翼展开后呈扇形，机翼展开后的最外边延伸至相邻机架，布满两侧机架形成的90度夹角范围。每个机翼的两边都布置在该象限区域的两侧机架上，使机翼展开后布满象限区域的90度范围，这种机翼布置方式保证机翼滑翔装置为无人机提供的浮力更大，更有利于节约机载能源。

作为本实用新型的优选方案，所述驱动装置为步进电机，所述步进电机与主控单元连接，其转向及旋转角度通过主控单元进行控制。使用步进电机作为驱动装置，可以很好地对机翼滑翔装置的转向及旋转角度进行控制，由于步进电机具有优秀的启停和反转响应能力，在需要伸展开机翼和收拢机翼时，能快捷准确地执行信号命令，并且能准确地调整转轴的转动速度和角度，使无人机便于控制。同时，步进电机没有电刷，可靠性较高，极大地改善了无人机的可靠安全运行能力。

作为本实用新型的优选方案，所述机翼为可折叠薄层，机翼的上层面设有向上凸起的薄层部，使机翼展开后呈上凸下平的流线型结构。由于无人机的机翼滑翔装置在无人机起飞和降落的过程中是收拢的，在空中滑翔时是打开的，需要使用可折叠薄层作为机翼，同时在机翼的上层面布置有向上凸起的薄层部，使机翼展开后呈上凸下平的流线型结，根据伯努利原理，当空气流经机翼时，上方的空气分子因在同一时间内要走的距离较长，所以跑得较下方的空气分子快，造成在机翼上方的气压会较下方低。如此，下方较高的气压就将飞机支撑着，而无人机能浮在空气中。

作为本实用新型的优选方案，所述机架上开设有收纳转轴和机翼的凹槽结构。当无人机在起飞或降落过程中，转轴随着驱动装置旋转而将机翼收拢时，开设与机架上的凹槽用于放置转轴和收拢的机翼。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、在十字形机架结构上增加机翼滑翔装置，使无人机可以通过机翼滑翔装置的升力，使无人机在不消耗机载能源的条件下，仍然可以进行滑翔或翱翔，使用这种滑翔方式，减小了无人机对机载能源的消耗，不仅能有效增加无人机航程，也延长了无人机的续航时间，使无人机可以进行超长距离和超大范围内的工作，提高了无人机的使用效率和工作效率；

2、在十字形机架形成的4个象限区域内对称布置4个机翼及对应的4个转轴，使无人机能平稳滑翔飞行，不会产生向某一方向严重偏移的情况，将带动机翼伸展或收拢的4根转轴连接到同一个驱动装置上，保持转轴带动机翼展开收拢的同步性，避免发生因各个机翼伸展收拢的速度不同而失去平衡；

3、将机翼的上层面布置有向上凸起的薄层部，使机翼展开后的形状设计为上凸下平的流线型结构，使空气流经机翼时，上方的空气分子因在同一时间内要走的距离较长，所以跑得较下方的空气分子快，造成在机翼上方的气压会较下方低，达到使无人机在空中进行滑翔的目的。

附图说明：

图1为现有的四旋翼无人机结构原理图。

图2为本实用新型的无人机装置机翼展开的结构原理图。

图3为图2中的无人机装置机翼收拢的结构原理图。

图中标记：1-第一主螺旋桨，2-第二主螺旋桨，3-第三主螺旋桨，4-第四主螺旋桨，5-驱动装置，6-第一转轴，7-第二转轴，8-第三转轴，9-第四转轴，10-第一机翼，11-第二机翼，12-第三机翼，13-第四机翼。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实施例用于无人机在执行远航程、长时间的飞行任务时，无人机的起飞阶段和起飞后开始滑翔阶段。

如图2所示，高续航时间的无人机装置，包括机架和主螺旋桨，所述主螺旋桨对称布置于机架的四个方向，机架上还安装有控制无人机飞行状态的主控单元，所述无人机装置还包括有机翼滑翔装置和驱动装置5，所述机翼滑翔装置与驱动装置5连接，驱动装置5控制机翼滑翔装置展开或收拢。

四个主螺旋桨对称布置于机架的前后、左右四个方向上，将十字形机架的布置平面看作直角坐标平面，则第一主螺旋桨1和第三主螺旋桨3分别布置在X轴的正负方向上，且主螺旋桨的旋转平面平行于水平面，为无人机提供向上的拉力，用以克服无人机自身的重力。第二主螺旋桨2和第四主螺旋桨4分别布置在Y轴的正负方向上，且主螺旋桨的旋转平面平行于水平面，为无人机提供向上的拉力，用以克服无人机自身的重力。

在无人机起飞时，四个主螺旋桨提供动力，用以克服无人机自身的重力，牵引机体向上运动，使无人机实现安全平稳的起飞，此时，无人机的驱动装置5控制着机翼滑翔装置，使机翼滑翔装置处于收拢状态，无人机在主螺旋桨的作用力下起飞。待无人机起飞之后，在飞行高度的平面上沿着某一方向飞行时，通过主控单元控制驱动装置工作，打开无人机的机翼滑翔装置，使无人机进入滑翔或翱翔状态，并使用主螺旋桨适当调整无人机的高度，使无人机始终保持在某一高度范围内飞行。

如图2所示，所述机翼滑翔装置包括转轴和机翼，本实施例的无人机装置上配置有4个机翼及对应的4个转轴，分别对称布置于十字形机架形成的4个象限区域内，第一机翼10和第一转轴6布置在第四象限区域内，第二机翼11和第二转轴7布置在第一象限区域内，第三机翼12和第三转轴8布置在第二象限区域内，第四机翼13和第四转轴9布置在第三象限区域内，所有机翼的一侧固定于机架上，另一侧与对应的转轴连接，转轴水平固定于驱动装置5上，4个转轴带动对应的机翼在水平方向转动，且机翼展开后形成的面与水平面平行。

在十字形机架形成的4个象限区域内对应布置4个机翼及对应的4个转轴，使无人机装置在各个方向的受力更加均衡，不容易发生在某一方向严重偏转等问题，更利于无人机在空中滑翔飞行。带动机翼伸展收拢的4根转轴连接到同一个驱动装置上，保持转轴带动机翼展开收拢的同步性，避免发生因各个机翼伸展收拢的速度不同而失去平衡。

驱动装置5安装于机架中心，转轴的一端端部固定于驱动装置5上，驱动装置5的驱动轴转动，带动转轴绕机架中心做圆周运动，使机翼展开后形成的平面均布于机架中心周围，且机翼展开后形成的面与水平面平行。为了使驱动轴在带动转轴转动时更省力，转轴与驱动装置的驱动轴垂直布置，驱动装置5安装于机架中心，转轴的一端端部固定于驱动装置5上，驱动轴转动带动转轴以机架中心为圆心旋转，做圆周运动，使展开的机翼形成的平面平行于水平面，使机翼滑翔装置为无人机提供升力，同时，机翼展开形成的平面均布于机架中心周围，保证无人机受到的作用力比较均衡，使无人机在空中滑翔时，不会因为受力不均衡而发生偏移等问题，同时无人机滑翔的时间也更长，距离更远，对提高续航时间和扩大航行距离具有相当大的作用。

驱动装置5为步进电机，所述步进电机与主控单元连接，其转向及旋转角度通过主控单元进行控制。使用步进电机作为驱动装置，可以很好地对机翼滑翔装置的转向及旋转角度进行控制，由于步进电机具有优秀的启停和反转响应能力，在需要伸展开机翼和收拢机翼时，能快捷准确地执行信号命令，并且能准确地调整转轴的转动速度和角度，使无人机便于控制。同时，步进电机没有电刷，可靠性较高，极大地改善了无人机的可靠安全运行能力。

通过驱动装置5的旋转带动转轴转动，从而带动4个机翼做逆时针旋转，使机翼同时伸展开来，伸展开的机翼呈扇形，且平行于水平面。4个转轴带动4个机翼展开，机翼展开后的最外边延伸至相邻机架，布满两侧机架形成的90度夹角范围。每个机翼的两边都布置在该象限区域的两侧机架上，使机翼展开后布满象限区域的90度范围，这种机翼布置方式保证机翼滑翔装置为无人机提供的浮力更大，更有利于节约机载能源。伸展开的机翼产生的浮力，使无人机可以在空中进行滑翔，降低主螺旋桨对机载能源的消耗，改善了无人机的续航状态，增加了无人机的续航时间，使无人机可以进行超长距离和超大范围内的作业，提升无人机的连续作业时间。

实施例2

本实施例用于无人机在执行远航程、长时间的飞行任务时，无人机的滑翔阶段。

如图2所示，高续航时间的无人机装置，包括机架和主螺旋桨，所述主螺旋桨对称布置于机架的四个方向，机架上还安装有控制无人机飞行状态的主控单元，所述无人机装置还包括有机翼滑翔装置和驱动装置5，所述机翼滑翔装置与驱动装置5连接，驱动装置5控制机翼滑翔装置展开或收拢，使得机翼滑翔装置打开后无人机可借助机翼在空中滑翔。

所述机翼滑翔装置包括转轴和机翼，本实施例的无人机装置上配置有4个机翼及对应的4个转轴，分别对称布置于十字形机架形成的4个象限区域内，第一机翼10和第一转轴6布置在第四象限区域内，第二机翼11和第二转轴7布置在第一象限区域内，第三机翼12和第三转轴8布置在第二象限区域内，第四机翼13和第四转轴9布置在第三象限区域内，所有的机翼与对应的转轴连接，每个转轴带动对应的机翼展开或收拢，且4个转轴连接到同一驱动装置上，驱动装置5的驱动轴转动时，带动转轴在水平方向转动。无人机在滑翔时，通过驱动装置5的驱动轴带动4个转轴转动，由于4个转轴连接到同一驱动装置上，当主控单元控制驱动装置工作时，驱动轴转动同时带动4个转轴同时做逆时针旋转，4个转轴使4个机翼同时伸展开来，避免发生因各个机翼伸展收拢的速度不同而失去平衡，保持转轴带动机翼展开收拢的同步性，避免发生因各个机翼伸展收拢的速度不同而失去平衡，这样更利于无人机在空中滑翔飞行。

机翼为可折叠薄层，机翼的上层面设有向上凸起的薄层部，使机翼展开后呈上凸下平的流线型结构。由于无人机的机翼滑翔装置在无人机在空中滑翔时是打开的，需要使用可折叠薄层作为机翼，同时在机翼的上层面布置有向上凸起的薄层部，使机翼展开后呈上凸下平的流线型结，根据伯努利原理，当空气流经机翼时，上方的空气分子因在同一时间内要走的距离较长，所以跑得较下方的空气分子快，造成在机翼上方的气压会较下方低。如此，下方较高的气压就将飞机支撑着，而无人机能浮在空气中。

在应用该无人机装置时，采取下述步骤方法进行控制：

a、无人机准备起飞前，关闭无人机的机翼滑翔装置；

b、通过无人机的主控单元，启动无人机的主螺旋桨，使无人机的主螺旋桨向无人机提供向上的动力，克服无人机的重力使无人机起飞；

c、无人机起飞上升到一定高度后，通过主控单元控制驱动装置转动，驱动装置的驱动轴转动带动机翼滑翔装置的转轴转动，从而使机翼展开，使无人机在一定高度位置进行滑翔；

d、在滑翔过程中，无人机的滑翔高度会慢慢降低，此时通过主螺旋桨提供动力，使无人机上升到原来高度继续滑翔；

e、无人机完成飞行作业后，先调整好无人机的飞行轨道，使无人机在预定降落轨道滑翔缓降，当接近降落位置上空时，关闭机翼滑翔装置，同时打开主螺旋桨，使主螺旋桨为无人机提供向上的拉力，达到使无人机平稳降落的目的。

无人机在滑翔过程中，通过驱动装置打开机翼滑翔装置，同时使用主螺旋桨适当调整无人机的高度，使无人机始终保持在某一高度范围内飞行。通过这种方式，减小了无人机在纵向运动过程中螺旋桨对机载能源的消耗，不仅能有效增加无人机航程，也延长了无人机的续航时间。

实施例3

本实施例用于无人机在执行远航程、长时间的飞行任务时，无人机的降落阶段。

无人机准备降落时，首先通过辅助螺旋桨调整无人机的飞行方向，使无人机在需要降落的轨道上滑翔缓降。接近降落目的地上空时，通过主控单元控制驱动装置5，如图3所示，通过主控单元控制驱动装置5工作，使驱动轴转动带动4个转轴顺时针转动，从而使4个机翼也做顺时针旋转并收拢，同时，主螺旋桨为无人机提供动力，使无人机安全着落。机架上开设有收纳转轴和机翼的凹槽结构。当无人机在起飞或降落过程中，转轴随着驱动装置旋转而将机翼收拢时，开设与机架上的凹槽用于放置转轴和收拢的机翼。

无人机在降落过程中，首先通过调整无人机的飞行方向，使无人机在辅助滑翔装置下进行滑翔缓降，无人机在降落过程中先使用辅助滑翔装置来实现降落，降低了主螺旋桨和辅助螺旋桨对机载能源的消耗，对增加无人机的续航时间，使无人机进行超长距离和超大范围内的作业提供了支持。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高续航时间的无人机装置，包括机架和主螺旋桨，所述主螺旋桨对称布置于机架的四个方向，机架上还安装有控制无人机飞行状态的主控单元，其特征在于，所述无人机装置还包括有机翼滑翔装置和驱动装置，所述机翼滑翔装置与驱动装置连接，驱动装置控制机翼滑翔装置展开或收拢。

2.根据权利要求1所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，所述机翼滑翔装置包括转轴和机翼，所述机翼的一侧固定于机架上，另一侧与转轴连接，所述转轴水平固定于驱动装置上，转轴带动机翼在水平方向转动，且机翼展开后形成的面与水平面平行。

3.根据权利要求2所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，所述驱动装置安装于机架中心，转轴的一端连接驱动装置，驱动装置的驱动轴转动，带动转轴绕机架中心做圆周运动，使机翼展开后形成的平面均布于机架中心周围。

4.根据权利要求3所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，所述机翼滑翔装置的转轴垂直于驱动装置的驱动轴。

5.根据权利要求3所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，无人机装置上配置有4个机翼及对应的4个转轴，以机架为中心，对称布置于十字形机架形成的4个象限区域内，分别带动4个机翼展开或收拢的4个转轴连接到同一个驱动装置上。

6.根据权利要求5所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，所述机翼展开后呈扇形，机翼展开后的最外边延伸至相邻机架，布满两侧机架形成的90度夹角范围。

7.根据权利要求2所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，所述驱动装置为步进电机，步进电机与主控单元连接，其转向及旋转角度通过主控单元进行控制。

8.根据权利要求2所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，所述机翼为可折叠薄层，机翼的上层面设有向上凸起的薄层部，使机翼展开后呈上凸下平的流线型结构。

9.根据权利要求2所述的高续航时间的无人机装置，其特征在于，所述机架上开设有收纳转轴和机翼的凹槽结构。