CN208102346U - 一种固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种固定翼无人机，采用了多发动机的组合动力形式。所述多发动机的组合动力包括主动力装置和辅助动力装置；主动力装置位于机身前部，为平飞时提供推进动力；辅助动力装置作为起飞和下降的辅助动力装置。本实用新型具有以下优点：能够实现起飞重量较大的无人机的手抛起飞，且起飞时的辅助动力既能够辅助起飞，也能够辅助降落；系统简单；提升无人机性能；起降方式适应能力强；本方案对起降环境要求较低，几乎可以在任何场地实现起降。

Description

一种固定翼无人机

技术领域

本实用新型属于无人飞行器技术领域，涉及一种固定翼无人机。

背景技术

随着多旋翼无人机的迅速发展，以及应用范围的不断拓展，对多旋翼无人飞行器的潜力进行了不断的挖掘，从巡检、勘察、物流等民用领域到战场侦察的军事领域。对于固定翼无人机，其起降方式对其应用有着一定的制约，例如需要滑跑起飞的飞机对场地要求较高。多旋翼无人机的出现提供了一种无需跑道的无人机方案，但受制于续航能力和飞行速度，应用也存在局限性。

传统的固定翼飞行器具有飞行效率高、速度快、距离远、系统结构简单、重量轻、成本与使用费低等优点，但传统的固定翼飞行器也有自身不可避免的缺陷，即在起飞和降落时需要滑跑或者利用特殊的发射回收装置。特别对于小型固定翼无人机而言，由于城市高楼林立，对仅能进行滑跑起飞及降落的常规小型固定翼无人机的局限性很大。

为此出现了复合式无人机产品，复合式无人机将多旋翼和固定翼进行了组合。可以为垂直起降结合固定翼方案，该方案主要为倾转发动机式，将升力发动机和巡航发动机合二为一，通过机械变轴结构，在飞行状态转换时倾转发动机，使发动机的推力方向绕机身横轴转动，而机身在飞行中基本保持水平，使得无人机同时兼顾两种飞行器的优点；也可以为例如专利号为201510257836.4，名称为《基于双飞控系统的固定结构式垂直起降飞机及其控制方法》的中国专利。

上述技术推力转换机构或动力装置复杂、附件质量大；复杂的系统组合以及飞行过程中无用质量，使得该种无人机存在较高的故障率。

相应的对于起降方式，目前国内外相关技术如下：

(1) 起飞方式：

现有的固定翼无人机依据飞行重量的不同，采用了不同的起飞方式，如手抛起飞、弹射起飞、垂直起飞、火箭助推起飞和滑跑起飞等。对于小型固定翼无人机，多采用手抛起飞、弹射起飞和垂直起飞方式。而手抛起飞方式的无人机最为简单，但由于是依靠人工抛出，对重量的限制很大，一般起飞重量不超过5kg。对于超过5kg的小型无人机，一般只能采用弹射起飞、垂直起飞或者滑跑起飞方式，除了垂直起飞方式，其他两种起飞方式都需要配备相应的弹射设备或对场地条件有要求。

(2) 降落方式：

固定翼无人机一般采用无动力失速降落、伞降、垂直降落或滑跑降落。对于小型固定翼无人机，一般多采用失速降落、伞降等方式。失速降落适用于重量较小的无人机，一般起飞重量不超过5kg，对于采用伞降的无人机，对于重量没有严格要求，但飞行过程中降落伞作为无用质量，限制了无人机的性能。

实用新型内容

为解决上述问题:

根据本实用新型的第一个方面，提出了一种固定翼无人机：

采用了多发动机的组合动力形式;

优选的，包括主动力装置和辅助动力装置；

主动力装置为平飞时的推进动力，主动力装置位于机身前部；

辅助动力装置为起飞和下降提供辅助动力。

进一步优选的，辅助动力装置至少为2个发动机。

进一步优选的，辅助动力装置位于机翼上。

进一步优选的，辅助动力装置也可安装在除机翼以外的其他位置，如机身或者尾翼上。

为了保证机身质心合理，无人机运行平稳。

更进一步优选的，辅助动力装置为偶数个发动机，偶数个发动机对称的设置在两侧的机翼上。

根据本实用新型的第二个方面，提出了一种无人机的起飞方法：

包括以下步骤：

步骤11，起飞前：托举无人机，无人机动力全部启动至最大动力输出；

步骤12，起飞时：将无人机抛出；

步骤13，平飞时：主动力装置继续工作，辅助动力装置停止工作。

优选的，步骤11和步骤12中采用人工托举无人机和人工抛出无人机。

优选的，步骤12中通过辅助设备将无人机抛出；

进一步优选的，步骤12中的辅助设备为弹射装置。

优选的，辅助动力装置为折叠桨叶的螺旋桨。

进一步优选的，步骤13平飞时，将桨叶折叠收回。

根据本实用新型的第三个方面，提出了一种无人机的降落方法：

包括以下步骤：

步骤21，滑行降落：无人机非全动力开启滑行降落；

步骤22，失速下降：在无人机下滑到一定高度时，增大俯仰角，动力装置全部开启，无人机保持大攻角飞行；

步骤23，触地降落：当无人机下落至距离地面足够近的状态后，逐渐将动力装置的输出功率减小，最终停止。

优选的，步骤21无人机非全动力开启滑行降落是指无人机小动力滑行降落，具体为无人机只有主动力装置工作；

优选的，步骤21中无人机非全动力开启滑行降落是指无动力滑行降落；具体为无人机所有动力装置停止工作。

优选的，步骤23具体为：辅助动力装置先停止工作；再逐步降低主动力装置的输出功率；最终主动力装置停止工作；最后无人机完全触地着陆。

本实用新型具有以下优点：

(1) 本实用新型提出的方案能够实现起飞重量较大的（一般大于5kg）的无人机的手抛起飞，且起飞时的辅助动力既能够辅助起飞，也能够辅助降落；能够实现大推重比起飞和降落。

(2) 系统简单：采用本方案的小型无人机，无需辅助起降装置，如弹射装置、降落伞等，整个系统较为简化。

(3) 提升无人机性能；同样起飞重量的无人机，采用本方案，能够有效果减少无人机所携带的额外重量，提高飞行性能，如提高续航时间等。

(4) 起降方式适应能力强；本方案对起降环境要求较低，几乎可以在任何场地实现起降。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型固定翼无人机前视图。

图2为本实用新型固定翼无人机侧视图。

图3为本实用新型固定翼无人机俯视图。

图4为本实用新型固定翼无人机起飞方式示意图。

图5为本实用新型固定翼无人机降落方式示意图。

图6为本实用新型固定翼无人机有动力失速降落原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细、完整地说明。

基本知识介绍：

推重比：推重比是飞机和航空发动机重要的技术性能指标 ，飞机发动机推力与发动机重力或飞机重力之比，它表示飞机发动机或飞机单位重力所产生的推力。飞机发动机在海平面静止条件下于最大状态（加力发动机为全加力状态）所产生的推力与发动机结构重力之比称为飞机发动机推重比。

失速降落：失速是指飞机或机翼在迎角大于最大升力迎角时工作的情况，其特点为气流分离，无法维持飞行，导致高度下降。

首先，本实用新型提出了一种重量较大的（通常大于5kg）手抛起飞固定翼无人机，为了解决手抛方式对起飞重量的约束，采用了多发动机的组合动力形式。用于在手抛起飞时，为无人机提供足够的加速度，减缓人力不足的问题。在保证正常的起飞和降落的前提下，最大限度的简化整个无人机系统。

另外，为了解决无人机的降落问题，采用了失速滑行下降的方式。即能够充分利用多发动机的组合动力形式，而不需要配备额外的降落伞装置，同时也能解决较大重量无人机无动力时速降落时对机体造成损伤的风险。

如图1至图3本实用新型固定翼无人机前视图、侧视图以及俯视图，由图可知，本实用新型固定翼无人机包括主动力装置21和辅助动力装置22；主动力装置21为平飞时的推进动力，辅助动力装置22作为起飞和下降的辅助动力装置。主动力装置21位于机身前部；辅助动力装置22位于机翼上。辅助动力装置22至少为2个发动机。

优选的辅助动力装置22为偶数个发动机，偶数个发动机对称的设置在两侧的机翼上，这样可以保证机身质心合理，无人机运行平稳。当然例如图1至图3所示意的，更常见的情况是辅助动力装置22为2个发动机。

这里还需要说明的是：辅助动力装置22也可安装在除机翼以外的其他位置，如机身或者尾翼上。只要能够确保辅助动力的动力能够可靠的传递即可；当然，实际位置的选取还与飞机的总体设计构型以及使用方式有一定的关系。

优选实施例：

下面结合图4和图5本实用新型固定翼无人机起飞、降落方式示意图以及图6的本实用新型固定翼无人机有动力失速降落原理示意图，对本实用新型固定翼无人机的起飞降落过程进行详细介绍。

起飞状态：

本实用新型大推重比固定翼一般采用手抛方式起飞，也可以借助其它辅助设备，如弹射装置；采用手抛起飞时，无人机的主动力装置21和辅助动力装置22同时启动，借助人工有限的抛投力，无人机可迅速爬升并加速到能够维持正常飞行的状态。

平飞状态：

当无人机进入正常平飞状态时，除了主动力装置21以外的其余动力装置（即辅助动力装置22）均同时停止工；为了降低停转螺旋桨产生的迎风阻力，辅助动力装置22可采用折叠桨叶的螺旋桨。辅助动力装置22的螺旋桨在不工作时桨叶折叠收回。

降落状态：

当无人机准备降落时采用有动力的失速降落触地方式。先通过正常滑行降低平飞高度，当降落到一定高度时，所有动力装置（即无人机的主动力装置21和辅助动力装置22）均启动，在自动控制系统的控制下（或人工遥控控制），无人机保持大攻角飞行，此时无人机处于一种准平衡状态，且水平速度较低。

维持准平衡状态直至无人机机身距离地面足够近的时候，辅助动力装置22逐渐减小推力，实现无人机触地并着陆。

这里对本实用新型固定翼无人机的动力的失速降落原理进行进一步说明，对于一些小型无人机，采用失速降落方式，就利用了“失速”原理，但都属于无动力状态，这种情况下无人机近似自由落体状态，下降速度无法控制，容易导致无人机落地损坏。

若在有动力情况下，飞机的动力装置在无人机触地前，始终工作，通过增大机体的俯仰角，实现慢速飞行及缓慢下降。慢速飞行是指无人机处于失速俯仰角时，依靠动力装置提供绝大部分垂直方向的分力，同时产生了水平方向的分力，水平分力提供了横向的较慢的飞行速度；而由于垂直方向分力的存在，使得无人机可以缓慢下降。

如图6本实用新型固定翼无人机有动力失速降落原理示意图，图中P=动力装置总推力、G=无人机所受重力、D=平飞时的阻力。由图可知在降落过程中：本实用新型无人机的动力装置（即主动力装置21和辅助动力装置22）的在无人机触地前，始终工作。动力装置通过增大机体的俯仰角，实现慢速飞行及缓慢下降。慢速飞行是指无人机处于失速俯仰角时，依靠动力装置提供绝大部分垂直方向的分力，同时产生了水平方向的分力，水平分力提供了横向的较慢的飞行速度；而由于垂直方向分力的存在，使得无人机可以缓慢下降。

本实用新型无人机的起飞方法：

步骤11，起飞前：

托举无人机，无人机动力全部启动至最大动力输出；

此时无人机具备最大加速度的条件。

同时，需要说明的是：这里托举无人机优选的采用人工托举的方式，这样的操作简便。

这里的无人机动力全部启动是指主动力装置21和辅助动力装置22全部启动。

步骤12，起飞时：

将无人机抛出；

这里，优选为人工将无人机抛出。由于，无人机在最大加速度的条件下，因此在很短的时间内便可建立起维持正常平飞的速度；

这里需要说明的是起飞也可以借助其它辅助设备，如弹射装置。

步骤13，平飞时：

在加速到能够维持正常平飞的状态时，仅需要克服平飞所产生的阻力即可，此时一般为匀速飞行。

主动力装置21继续工作，辅助动力装置22停止工作。

进一步的，如果辅助动力装置22为折叠桨叶的螺旋桨，还要将桨叶折叠收回。

本实用新型无人机的降落方法：

步骤21，滑行降落：

这里具体为无人机非全动力开启滑行降落；

无人机非全动力开启滑行降落可以为以下两种方式：

第一种方式，无人机小动力滑行降落；即无人机只有主动力装置21工作。

第二种方式，无动力滑行降落；即无人机所有动力装置（主动力装置21和辅助动力装置22）停止工作。

步骤22，失速下降：

在无人机下滑到一定高度时，增大俯仰角，此时动力装置全部开启，无人机保持大攻角飞行。这里的无人机动力全部启动是指主动力装置21和辅助动力装置22全部启动。

此时无人机维持在较大的功率状态，无人机处于一种准平衡状态，且水平速度较低，实现慢速飞行和缓慢下降状态。

步骤23，触地降落：

当无人机下落至距离地面足够近的状态后，逐渐将动力装置的输出功率减小，最终停止。

具体为，

辅助动力装置22先停止工作；

再逐步降低主动力装置21的输出功率；

最终主动力装置21停止工作；

最后无人机完全触地着陆。

与现有技术相比，本实用新型的优点是：

本实用新型可作为应用于小型通用固定翼无人机平台。本实用新型的特点及优点具体如下：

(1) 本实用新型提出的方案能够实现起飞重量较大的（一般大于5kg）的无人机的手抛起飞，且起飞时的辅助动力既能够辅助起飞，也能够辅助降落；能够实现大推重比起飞和降落。

(2) 系统简单：采用本方案的小型无人机，无需辅助起降装置，如弹射装置、降落伞等，整个系统较为简化。

(3) 提升无人机性能；同样起飞重量的无人机，采用本方案，能够有效果减少无人机所携带的额外重量，提高飞行性能，如提高续航时间等。

(4) 起降方式适应能力强；本方案对起降环境要求较低，几乎可以在任何场地实现起降。

为使本实用新型实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。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。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

Claims (6)

1.一种固定翼无人机，其特征在于：所述无人机采用多发动机的组合动力形式；所述多发动机的组合动力包括主动力装置和辅助动力装置；

主动力装置位于机身前部，为平飞时提供推进动力；

辅助动力装置为起飞和下降提供辅助动力。

2.如权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于：所述辅助动力装置位于机翼上。

3.如权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于：所述辅助动力装置位于机身上。

4.如权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于：所述辅助动力装置位于尾翼上。

5.如权利要求2所述的固定翼无人机，其特征在于：所述辅助动力装置至少为2个发动机。

6.如权利要求3所述的固定翼无人机，其特征在于：所述辅助动力装置为偶数个发动机，偶数个发动机对称的设置在两侧的机翼上。