CN205770116U - 一种小型倾转翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小型倾转翼飞行器，采用两个左右对称设置的无刷电机，并直接用舵机带动电机旋转，效率更高，控制电机也更方便。零件的设计上面是镂空设计，在保证强度的同时减轻重量。整个飞机便于加工制作，材料易得，成本低；具有更高的载荷比，机翼的设计采用力矩结构稳定的“S”形翼型，展弦比和雷诺数符合空气动力学的要求。本实用新型是固定翼飞机和多旋翼飞机巧妙的结合，也是工业级倾转旋翼机应用的基础；能初步发挥在救援物资运输，载重，甚至电力系统巡线等方面的作用；可以应用到相关无人机的载重比赛中，效率极高。

Description

一种小型倾转翼飞行器

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，具体是一种小型倾转翼飞行器。

背景技术

将固定翼和多旋翼原理结合起来的倾转翼飞行器是当今仍旧在研究的重点也是难点，作为广泛应用的飞行器安全性低且难度大。针对现有的倾转翼飞行器结构复杂，稳定性差，制作工艺繁琐且成本高的问题。如今，具备固定翼和多旋翼飞行器的倾转旋翼机是无人机研究的新方向，它有着固定翼和多旋翼飞行器的双重特点，因此具有垂直起降，高速巡航，效率高等优点，但是目前制造出的大型倾转旋翼机如美国的鱼鹰式战斗机等尚存在安全稳定性的问题，也是限制倾转旋翼机发展的一大瓶颈。但是无疑待该技术成熟后，倾转旋翼机将会得到广泛的使用。但是对于小范围的使用，我们可以在航模的基础上制造出新式的倾转翼飞行器。改变常规的飞行器布局，类似于阿凡达飞行器，使用左右两个可倾转电机作为动力（可作为推力或者拉力），左右对称，中间部分加上载物仓用以承重。飞控刷入二轴模式程序，实现对飞行器的控制。容易实现并且同样能实现多旋翼飞机和固定翼飞机两种飞行模式。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种小型倾转翼飞行器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种小型倾转翼飞行器，包括外侧翼肋、短翼肋、载物舱连接处翼肋、翼肋前缘碳杆、电机处翼肋、后端加固碳杆和载物舱，所述外侧翼肋位于翼肋前缘碳杆左右两端，外侧翼肋与短翼肋之间以及短翼肋与载物舱连接处翼肋之间均设有电机处翼肋；外侧翼肋、短翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋前端均开设有通孔，翼肋前缘碳杆穿过所述通孔；外侧翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋前端以及短翼肋后端开设有对应的圆孔，整体连接加强碳棒穿过所述圆孔，外侧翼肋、短翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋通过整体连接加强碳棒连接；外侧翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋后端通过后端加固碳杆连接；电机处翼肋下方固定有内侧电机支撑板和外侧电机支撑板，内侧电机支撑板和外侧电机支撑板内侧均设有电机座支撑板加固片；内侧电机支撑板和外侧电机支撑板之间后端设有舵机安装板；内侧电机支撑板和外侧电机支撑板尾部开设有倾转电机座螺纹孔，倾转电机座左右两端均设有倾转电机座侧板，倾转电机座侧板通过倾转电机座螺纹孔固定在内侧电机支撑板和外侧电机支撑板之间，倾转电机座侧板上开设有倾转电机座侧板舵机拉杆连接孔；倾转电机座上安装有无刷电机，无刷电机驱动连接子弹头型固定座，子弹头型固定座上设有碳纤维桨；所述载物舱左右顶部左右两端上方均设有载物舱连接处翼肋，载物舱连接处翼肋通过载物舱连接环与载物舱连接，载物舱连接环与载物舱连接处翼肋之间设有载物舱垫片，两侧对应的载物舱垫片之间通过中间连接碳杆连接；载物舱是由载物舱定型碳杆通过三通连接件组成的长方体；载物舱尾部设有载物舱舱门，载物舱舱门通过连接环分别与载物舱尾部顶端和底端的载物舱定型碳杆铰接；载物舱后端左右两侧外壁上均设有载物舱侧面舵机安装位，载物舱侧面舵机安装位上安装有金属齿轮舵机，金属齿轮舵机通过舱门舵机拉臂与舱门导轨铰链结构铰接，舱门导轨铰链结构为两个并分别位于载物舱舱门左右两侧，舱门导轨铰链结构套设在载物舱导轨上。

作为本实用新型进一步的方案：所述载物舱连接处翼肋上开设有载物舱连接处翼肋减重孔；短翼肋上开设有短翼肋减重孔；电机处翼肋上开设有电机处翼肋减重孔；外侧电机支撑板上开设有外侧电机支撑板减重孔和载物舱连接处翼肋定位孔。

作为本实用新型再进一步的方案：所述中间连接碳杆的直径为2mm，后端加固碳杆的直径为2mm，载物舱定型碳杆的直径为2mm，整体连接加强碳棒共8个，直径为6mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型结构设计合理，改变了传统的固定翼飞机布局，与多旋翼飞机结合，搭载飞控、GPS等，实现独特的姿态解算，能手动遥控和地面站控制，使用巴尔沙木作为骨架，热缩膜为表面材料实现轻量化，突破了飞行器设计的常规化；成本低，生产工艺简单；实现固定翼飞机和多旋翼飞机两种形态的有效结合，垂直起降方便，对场地要求低，适应能力强，性能可靠。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：1-外侧翼肋，2-载物舱连接环，3-外侧电机支撑板减重孔，4-中间连接碳杆，5-载物舱垫片，6-短翼肋，7-载物舱连接处翼肋，8-金属齿轮舵机，9-翼肋前缘碳杆，10-整体连接加强碳棒，11-电机处翼肋，12-后端加固碳杆，13-内侧电机支撑板，14-碳纤维桨，15-子弹头型固定座，16-倾转电机座，17-无刷电机，18-倾转电机座侧板，19-舵机安装板，20-电机处翼肋减重孔，21-载物舱舱门，22-舱门舵机拉臂，23-舱门导轨铰链结构，24-三通连接件，25-载物舱侧面舵机安装位，26-连接环，27-载物舱定型碳杆，28-载物舱连接处翼肋减重孔，29-短翼肋减重孔，30-电机座支撑板加固片，31-外侧电机支撑板，32-倾转电机座侧板舵机拉杆连接孔，33-载物舱导轨，34-载物舱连接处翼肋定位孔，35-倾转电机座螺纹孔。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参阅图1，一种小型倾转翼飞行器，包括外侧翼肋1、短翼肋6、载物舱连接处翼肋7、翼肋前缘碳杆9、电机处翼肋11、后端加固碳杆12和载物舱，所述外侧翼肋1位于翼肋前缘碳杆9左右两端，外侧翼肋1与短翼肋6之间以及短翼肋6与载物舱连接处翼肋7之间均设有电机处翼肋11；外侧翼肋1、短翼肋6、载物舱连接处翼肋7和电机处翼肋11前端均开设有通孔，翼肋前缘碳杆9穿过所述通孔；外侧翼肋1、载物舱连接处翼肋7和电机处翼肋11前端以及短翼肋6后端开设有对应的圆孔，整体连接加强碳棒10穿过所述圆孔，外侧翼肋1、短翼肋6、载物舱连接处翼肋7和电机处翼肋11通过整体连接加强碳棒1连接；外侧翼肋1、载物舱连接处翼肋7和电机处翼肋11后端通过后端加固碳杆12连接；电机处翼肋11下方固定有内侧电机支撑板13和外侧电机支撑板31，内侧电机支撑板13和外侧电机支撑板31内侧均设有电机座支撑板加固片30；内侧电机支撑板13和外侧电机支撑板31之间后端设有舵机安装板19；内侧电机支撑板13和外侧电机支撑板31尾部开设有倾转电机座螺纹孔35，倾转电机座16左右两端均设有倾转电机座侧板18，倾转电机座侧板18通过倾转电机座螺纹孔35固定在内侧电机支撑板13和外侧电机支撑板31之间，倾转电机座侧板18上开设有倾转电机座侧板舵机拉杆连接孔32；倾转电机座16上安装有无刷电机17，无刷电机17通过齿轮减速组驱动连接子弹头型固定座15，子弹头型固定座15上设有碳纤维桨14；所述载物舱左右顶部左右两端上方均设有载物舱连接处翼肋7，载物舱连接处翼肋7通过载物舱连接环2与载物舱连接，载物舱连接环2与载物舱连接处翼肋7之间设有载物舱垫片5，两侧对应的载物舱垫片5之间通过中间连接碳杆4连接；载物舱是由载物舱定型碳杆27通过三通连接件24组成的长方体；载物舱尾部设有载物舱舱门21，载物舱舱门21通过连接环26分别与载物舱尾部顶端和底端的载物舱定型碳杆27铰接；载物舱后端左右两侧外壁上均设有载物舱侧面舵机安装位25，载物舱侧面舵机安装位25上安装有金属齿轮舵机8，金属齿轮舵机8通过舱门舵机拉臂22与舱门导轨铰链结构23铰接，舱门导轨铰链结构23为两个并分别位于载物舱舱门21左右两侧，舱门导轨铰链结构23套设在载物舱导轨33上。

进一步的，本实用新型所述载物舱连接处翼肋7上开设有载物舱连接处翼肋减重孔28；短翼肋6上开设有短翼肋减重孔29；电机处翼肋11上开设有电机处翼肋减重孔20；外侧电机支撑板31上开设有外侧电机支撑板减重孔3和载物舱连接处翼肋定位孔34，飞行器整体重量轻。

进一步的，本实用新型所述中间连接碳杆4的直径为2mm，后端加固碳杆12的直径为2mm，载物舱定型碳杆27的直径为2mm，整体连接加强碳棒10共8个，直径为6mm。

本实用新型采用全新的姿态结算算法，基本控制原理还与现有的无人机控制原理类似，采用舵机驱动的矢量动力，依靠电机的不同转向和转差速实现飞行器的横滚，俯仰和偏航。使用这种飞行器可以应用于少量的特种载重任务，电力系统的巡航，以及救援物资运输（如定点空投等）等任务。

机身搭载ATMega328P 单片机作为主处理系统，通过MPU6050三轴数字陀螺仪，三轴数字加速度传感器，BMP085 数字气压传感器和HMC5883L 三轴数字磁阻传感器等多个传感器采集数据，并经过处理使得两个无刷电机获得不同的信号，并实时对加速度进行反馈，实现对飞行器的动力控制，完成飞行器的上升和下降；同时飞行控制系统根据飞行器的姿态，反馈给舵机不同的PWM信号，从而舵机做出相应的反馈，控制和调节飞行器的姿态，使得飞行器平稳运行。在飞行控制系统的作用下，飞行器具有自稳，定高，锁定航向等模式。

机身中间配以载物舱，相关组件使用树脂3D打印而成，并使用环氧树脂胶结剂固定。载物舱四周再加上端木条用于加固、定位和放置舵机，其中两个舵机沿对侧放置，长舵臂为拉杆结构，下端形成铰链，铰链可绕套杆圆环360度旋转，利用与套杆圆环相连接的导轨控制舱门的开合，角度控制准确（角度范围0~-90°之间），满足放置和投放大的物体的需求。

优化电机座部分的设计，为了适应机身的配平需要，电机座采用突出式的设计，电机动力的轴线大约与载物舱的中线重合，保证整体飞行器加重物后仍能将重心维持在载物舱重心轴线与机翼轴线之间；电机座的靠近翼肋一侧的形状由方形卡槽围成，做成的方形卡槽则保证了电机座的零件部分与翼肋保持良好的配合关系；另外电机座支撑部分采用双层椴木板黏合，平面处打圆孔镂空处理，两层板之间的镂空孔相互错开，便于之间的加工固定。机翼采用S翼型，在保证足够的升力情况下具有更强的力矩稳定性能。机身整体镂空处理得当，机身主梁应用桁架结构，将整机重量保持在1Kg上下，市面上的飞机普遍是泡沫材料或是轻木板，结构过于复杂，并没有充分发挥和体现材料的力学性能。螺旋桨采用齿轮组变速系统，对于螺旋桨而言，一般直径增大拉力随之增大，效率也随之增加，所以在结构允许的情况下尽可能采用直径大的螺旋桨，因此在本机型中，采用1400大KV值的2212小电机，电机的后出轴加齿轮减速组使得电机能带上大桨，等效于同等条件下KV980的电机的效果，从而获得更大的推重比。齿轮减速组采用机械强度较高的铝合金加工的齿轮组,齿轮组的侧面配有紧固螺钉起到锁紧电机轴的作用。齿轮组的具体参数：小齿轮齿数14，压力角20度，模数0.5；大齿轮齿数34，压力角20度，模数0.5。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种小型倾转翼飞行器，包括外侧翼肋、短翼肋、载物舱连接处翼肋、翼肋前缘碳杆、电机处翼肋、后端加固碳杆和载物舱，其特征在于：所述外侧翼肋位于翼肋前缘碳杆左右两端，外侧翼肋与短翼肋之间以及短翼肋与载物舱连接处翼肋之间均设有电机处翼肋；外侧翼肋、短翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋前端均开设有通孔，翼肋前缘碳杆穿过所述通孔；外侧翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋前端以及短翼肋后端开设有对应的圆孔，整体连接加强碳棒穿过所述圆孔，外侧翼肋、短翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋通过整体连接加强碳棒连接；外侧翼肋、载物舱连接处翼肋和电机处翼肋后端通过后端加固碳杆连接；电机处翼肋下方固定有内侧电机支撑板和外侧电机支撑板，内侧电机支撑板和外侧电机支撑板内侧均设有电机座支撑板加固片；内侧电机支撑板和外侧电机支撑板之间后端设有舵机安装板；内侧电机支撑板和外侧电机支撑板尾部开设有倾转电机座螺纹孔，倾转电机座左右两端均设有倾转电机座侧板，倾转电机座侧板通过倾转电机座螺纹孔固定在内侧电机支撑板和外侧电机支撑板之间，倾转电机座侧板上开设有倾转电机座侧板舵机拉杆连接孔；倾转电机座上安装有无刷电机，无刷电机驱动连接子弹头型固定座，子弹头型固定座上设有碳纤维桨；所述载物舱左右顶部左右两端上方均设有载物舱连接处翼肋，载物舱连接处翼肋通过载物舱连接环与载物舱连接，载物舱连接环与载物舱连接处翼肋之间设有载物舱垫片，两侧对应的载物舱垫片之间通过中间连接碳杆连接；载物舱是由载物舱定型碳杆通过三通连接件组成的长方体；载物舱尾部设有载物舱舱门，载物舱舱门通过连接环分别与载物舱尾部顶端和底端的载物舱定型碳杆铰接；载物舱后端左右两侧外壁上均设有载物舱侧面舵机安装位，载物舱侧面舵机安装位上安装有金属齿轮舵机，金属齿轮舵机通过舱门舵机拉臂与舱门导轨铰链结构铰接，舱门导轨铰链结构为两个并分别位于载物舱舱门左右两侧，舱门导轨铰链结构套设在载物舱导轨上。

2.根据权利要求1所述的小型倾转翼飞行器，其特征在于：所述载物舱连接处翼肋上开设有载物舱连接处翼肋减重孔；短翼肋上开设有短翼肋减重孔；电机处翼肋上开设有电机处翼肋减重孔；外侧电机支撑板上开设有外侧电机支撑板减重孔和载物舱连接处翼肋定位孔。

3.根据权利要求1所述的小型倾转翼飞行器，其特征在于：所述中间连接碳杆的直径为2mm，后端加固碳杆的直径为2mm，载物舱定型碳杆的直径为2mm，整体连接加强碳棒共8个，直径为6mm。