CN206939074U - 一种气动垂直起降飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气动垂直起降飞行器，它包含机翼、机舱、电池、位于机舱尾部的推进式螺旋桨、与机舱连接的四角支架结构、相互垂直的升降舵和垂直舵以及自主导航控制系统，实现飞行器垂直起降功能。本实用新型能通过机身机翼一体化流线设计以达到长续航和载重，大幅度提升飞行器的安全性、可控性和可靠性，结构简单，制造成本低。

Description

一种气动垂直起降飞行器

技术领域

本实用新型涉及无人飞行器领域，特别涉及一种气动垂直起降飞行器。

背景技术

多旋翼无人机最大的优势在于能够随时随地垂直起降，不受场地和空间的限制。然而多旋翼的短续航(目前大部分情况下飞行时间小于30分钟)和低载重能力严重限制了其在无人机物流中的应用。相比于多旋翼无人机，固定翼无人机能够实现超长续航(多旋翼的3到10倍)和大载重。但是固定翼无人机需要一定的起降跑到和空间。这又限制了固定翼无人机的应用。

多旋翼和固定翼的结合是同时解决续航和载重问题的一种趋势。目前市场上出现了多款采用旋转试电机驱动螺旋桨实现垂直起降和固定翼巡航的无人机，这种无人机的缺点在于复杂的控制系统和转动的机械结构，大大增加了无人机的技术成本和安全隐患。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气动垂直起降飞行器，能够同时实现小空间地垂直起降，长续航，大载重，低成本和高安全性的飞行。

本实用新型提供的一种气动垂直起降飞行器，它包含：

机翼；

机舱；

推进式螺旋桨，所述推进式螺旋桨设置于所述机舱的尾部；

四角支架结构，所述四角支架结构连接于所述机舱的尾部；

升降舵，所述升降舵连接于所述四角支架结构后方；

垂直舵，所述垂直舵连接于所述四角支架结构后方。

优选地，所述四角支架结构的前端连接在所述推进式螺旋桨前方的机舱上。

优选地，所述升降舵和垂直舵均位于所述推进式螺旋桨后方；所述垂直舵与升降舵相互垂直。

优选地，所述四角支架结构包含第一支架、第二支架、第三支架和第四支架；

所述第一支架包含第一支架面板和第一支架杆，所述第二支架包含第二支架面板和第二支架杆，第三支架包含第三支架面板和第三支架杆，所述第四支架包含第四支架面板和第四支架杆；

所述升降舵包含第一控制面板和第二控制面板，所述第一支架杆的后端与所述第一控制面板连接，所述第三支架杆的后端与所述第二控制面板连接；

所述垂直舵包含第三控制面板和第四控制面板，所述第二支架杆的后端与所述第三控制面板连接，所述第四支架杆的后端与所述第四控制面板连接。

优选地，所述第一支架面板与第三支架面板成异面夹角，所述第二支架面板与第四支架面板成异面夹角。

优选地，驱动飞行器垂直起降飞行的所述推进式螺旋桨，包含电机和单一螺旋桨；

优选地，各自内置若干独立运行电池的机翼，与所述机舱可拆卸地连接；所述机翼的尾端设置有副翼。

优选地，所述机舱前部设置有第一视觉摄像头；

降落伞设置在机舱前端并位于所述第一视觉摄像头后方；

自动导航控制系统设置于所述机舱外壳上并设置于所述推进式螺旋桨前方。

优选地，沿Z轴转动的所述垂直舵提供Z轴力矩，所述推进式螺旋桨提供X轴方向的推力，使飞行器悬停时沿Y轴移动；

沿Y轴转动的所述升降舵提供Y轴的力矩，所述推进式螺旋桨提供X轴方向的推力，使飞行器悬停时沿Z轴移动；

沿Y轴转动的所述升降舵提供Y轴的力矩，所述推进式螺旋桨沿X轴方向的推力先增大再减小，使飞行器从垂直起飞状态变化到巡航状态。

优选地，沿Y轴转动的副翼提供Y轴的力矩，使飞行器在空中沿Y轴转动；沿X轴转动的所述副翼提供X轴的力矩，平衡了推进式螺旋桨的旋转气流产生的X轴力矩，使飞行器在空中稳定飞行。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：(1)通过螺旋桨垂直推力实现垂直起降功能；(2)通过控制面板直接位于螺旋桨气流之后来实现悬停， 且巡航过程中可实现对飞行姿态的有效控制；(3)机身机翼一体化流线设计可大幅度提升整机气动升阻比，以达到长续航和大载重的效果；(4)四组独立运行的电池系统和备用降落伞能大幅度提升飞行器的安全性；(5)自主导航和自动控制系统可实现自主运行功能；(6)通过第一视觉系统作为备份控制系统，可大幅度提升飞行器的可控性和可靠性；(7)可拆卸的机翼设计可实现便捷运输；(8)除螺旋桨和控制面板外，无其他需要转动的机械结构，结构简单而且强度大，制造成本低。

附图说明

图1本实用新型的飞行器立体结构示意图；

图2为本实用新型的飞行器垂直起降过程Y轴示意图；

图3为本实用新型的飞行器垂直起降过程Z轴示意图；

图4为本实用新型的飞行器巡航过程Z轴俯视示意图；

图5为本实用新型飞行器巡航过程Y轴侧视示意图。

其中，1.第一视觉摄像头；2.降落伞；3.电池；4.机翼；5.副翼；6.机舱；7.自动导航控制系统；8.四角支架；8_1.第一支架；8_2.第二支架；8_3.第三支架；8_4.第四支架；811.第一支架面板；821.第二支架面板；831.第三支架面板；841.第四支架面板；812.第一支架杆；822.第二支架杆；832.第三支架杆；842.第四支架杆；9.推进式螺旋桨；91.电机；92.单一螺旋桨；10.升降舵；101.第一控制面板；102.第二控制面板；11.垂直舵；111.第三控制面板；112.第四控制面板。

具体实施方式

本实用新型提供的一种气动垂直起降飞行器，为使本实用新型更明显易懂，下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的气动垂直起降飞行器包括：机舱6，两个机翼4，一个位于机舱6尾部的推进式螺旋桨9，一个四角支架结构8，升降舵10，垂直舵11，第一视觉摄像头1，降落伞2和自动导航控制系统7。

如图1、图2和图3结合所示，四角支架结构8与机舱6连接。四角支架结构8包含第一支架8_1、第二支架8_2、第三支架8_3和第四支架8_4；第一支架8_1包含第一支架面板811和第一支架杆812，第二支架8_2包含第二支架面板821和第二支架杆822，第三支架8_3包含第三支架面板831 和第三支架杆832，第四支架8_4包含第四支架面板841和第四支架杆842。

第一支架面板811、第二支架面板821、第三支架面板831和第四支架面板841的前端均连接在推进式螺旋桨9前方的机舱6上。

如图1所示，升降舵10和垂直舵11均连接于四角支架结构8的后方，且垂直舵11与升降舵10相互垂直，升降舵10和垂直舵11均位于推进式螺旋桨9后方。升降舵10包含第一控制面板101和第二控制面板102，垂直舵11包含第三控制面板111和第四控制面板112。

如图2和图3所示，第一支架杆812的后端与第一控制面板101连接，第二支架杆822的后端与第三控制面板111连接，第三支架杆832的后端与第二控制面板102连接，第四支架杆842的后端与第四控制面板112连接。

第一支架面板811与第三支架面板831之间设置成一定的角度，第二支架面板821与第四支架面板841之间设置成一定的角度，如图2和图3的放大部位所示，防止飞行器由于电机91旋转而产生在X轴的转动。

推进式螺旋桨9包含电机91和单一螺旋桨92，推进式螺旋桨9是大推力电机91驱动单一螺旋桨92的结构，可实现最大起飞重量25公斤，最大载重量17公斤。

机翼4与机舱6为可拆卸地连接，便于整机运输和电池更换(只需更换机翼)。机翼4的尾端设置有副翼5，所以该机身机翼一体化设计结构，能大幅提升空气动力升阻比，可达6～17，从而可实现巡航过程中的低耗能和超长巡航时间，巡航时间近似达到多旋翼的3倍～8倍。由于推进式螺旋桨9的推力在巡航过程中只需克服空气阻力，则巡航速度可达110公里/每小时。

如图1所示，每个机翼4内设置有两组独立运行的电池3，所以四组独立运行的电池3和一个备用降落伞2可提高飞行器的安全性和可靠性。

自动导航控制系统7和第一视觉摄像头1可以进一步提升稳定性和可控性，第一视觉摄像头1设置在机舱6前端，降落伞2设置在机舱6前端并位于第一视觉摄像头1后方，自动导航控制系统7设置于机舱6外壳上并置于推进式螺旋桨9前方。

除了单一螺旋桨92和升降舵10和垂直舵11，无其他需要转动的机械结构，所以本实用新型结构简单且强度大，制造成本低。

本实用新型采用固有平衡稳定设计方法来实现巡航过程的自主平衡稳定 性，具体飞行过程如下：

(1)垂直起降飞行过程；

如图3所示，推进式螺旋桨9的大推力电机91驱动单一螺旋桨92，产生的推力实现了飞行器的垂直起飞，其中推力方向是沿着X轴，如图2所示。为了实现起飞过程中的平衡稳定，通过调节垂直舵11，能产生Z轴力矩，保障了飞行器在Z轴的转动平衡稳定。如图3所示，通过调节升降舵10，能产生Y轴力矩，保障了飞行器在Y轴的转动平衡稳定。

当单一螺旋桨92旋转产生的气流(沿着反X轴方向)通过第一支架面板811、第二支架面板821、第三支架面板831和第四支架面板841这四个支架面板时，会产生沿X轴方向并与电机91力矩方向相反的力矩。必要时，飞行器在X轴的转动可通过副翼5、升降舵10和垂直舵11的调节来实现平衡。

(2)悬停过程的前后左右移动；

通过调节垂直舵11，使垂直舵11沿着Z轴转动，产生Z轴方向的力矩，并增大单一螺旋桨92的X轴的推力，实现飞行器在Y轴移动；通过调节升降舵10，使升降舵10沿着Y轴转动，产生Y轴方向的力矩，并增大单一螺旋桨92的X轴的推力，实现飞行器在Z轴移动。

(3)垂直起降飞到水平巡航过程；

如图4和图5所示，通过调节升降舵10，使升降舵10沿着Y轴转动，产生Y轴的力矩，先增大单一螺旋桨92的推力，然后减少单一螺旋桨92的推力，使飞行器从垂直起飞状态到水平巡航状态。

(4)水平巡航过程；

通过调节升降舵10，使升降舵10沿着Y轴转动，产生Y轴方向的力矩，实现飞行器在Z轴移动；通过调节副翼5，使副翼5沿着Y轴转动，可实现飞行器在空中沿着Y轴转弯。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，它包含：

机翼(4)；

机舱(6)；

推进式螺旋桨(9)，所述推进式螺旋桨(9)设置于所述机舱(6)的尾部；

四角支架结构(8)，所述四角支架结构(8)连接于所述机舱(6)的尾部；

升降舵(10)，所述升降舵(10)连接于所述四角支架结构(8)后方；

垂直舵(11)，所述垂直舵(11)连接于所述四角支架结构(8)后方。

2.根据权利要求1所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

所述四角支架结构(8)的前端连接在所述推进式螺旋桨(9)前方的机舱(6)上。

3.根据权利要求1所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

所述升降舵(10)和所述垂直舵(11)均位于所述推进式螺旋桨(9)后方；

所述垂直舵(11)与所述升降舵(10)相互垂直。

4.根据权利要求1所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

所述四角支架结构(8)包含第一支架(8_1)、第二支架(8_2)、第三支架(8_3)和第四支架(8_4)；

所述第一支架(8_1)包含第一支架面板(811)和第一支架杆(812)，所述第二支架(8_2)包含第二支架面板(821)和第二支架杆(822)，所述第三支架(8_3)包含第三支架面板(831)和第三支架杆(832)，所述第四支架(8_4)包含第四支架面板(841)和第四支架杆(842)；

所述升降舵(10)包含第一控制面板(101)和第二控制面板(102)，所述第一支架杆(812)的后端与所述第一控制面板(101)连接，所述第三支架杆(832)的后端与所述第二控制面板(102)连接；

所述垂直舵(11)包含第三控制面板(111)和第四控制面板(112)，所述第二支架杆(822)的后端与所述第三控制面板(111)连接，所述第四支架杆(842)的后端与所述第四控制面板(112)连接。

5.根据权利要求4所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

所述第一支架面板(811)与所述第三支架面板(831)成异面夹角，所述第二支架面板(821)与所述第四支架面板(841)成异面夹角。

6.根据权利要求1或2所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

驱动飞行器垂直起降飞行的所述推进式螺旋桨(9)，包含电机(91)和单一螺旋桨(92)；

7.根据权利要求1所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

各自内置若干独立运行电池(3)的机翼(4)，与所述机舱(6)可拆卸地连接；所述机翼(4)的尾端设置有副翼(5)。

8.根据权利要求1所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

所述机舱(6)前部设置有第一视觉摄像头(1)；

降落伞(2)设置在所述机舱(6)前端并位于所述第一视觉摄像头(1)后方；

自动导航控制系统(7)设置于所述机舱(6)外壳上并设置于所述推进式螺旋桨(9)前方。

9.根据权利要求1或3所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

沿Z轴转动的所述垂直舵(11)提供Z轴力矩，所述推进式螺旋桨(9)提供X轴方向的推力，使飞行器悬停时沿Y轴移动；

沿Y轴转动的所述升降舵(10)提供Y轴的力矩，所述推进式螺旋桨(9)提供X轴方向的推力，使飞行器悬停时沿Z轴移动；

沿Y轴转动的所述升降舵(10)提供Y轴的力矩，所述推进式螺旋桨(9)沿X轴方向的推力先增大再减小，使飞行器从垂直起飞状态变化到巡航状态。

10.根据权利要求7所述的一种气动垂直起降飞行器，其特征在于，

沿Y轴转动的所述副翼(5)提供Y轴的力矩，使飞行器在空中沿Y轴转弯；

沿X轴转动的所述副翼(5)提供X轴的力矩，平衡了推进式螺旋桨(9)的旋转气流产生的X轴力矩，使飞行器在空中稳定飞行。