CN208585406U - 飞翼式倾转旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞翼式倾转旋翼无人机，涉及航空飞行器领域，主要目的是提供一款没有场地限制、续航能力较强的无人机。本实用新型的主要技术方案为：该飞翼式倾转旋翼无人机，包括机身、连接于所述机身两侧的两个机翼，每个所述机翼的端部连接有翼梢小翼；每个所述机翼的前侧可倾转地设置有第一螺旋桨，后侧设置有第二螺旋桨，所述第一螺旋桨可向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，以及复位至其桨盘面与水平面平行；所述第二螺旋桨的桨盘面与水平面平行；所述控制装置用于控制所述第一螺旋桨倾转。本实用新型主要用于测绘和警用等。

Description

飞翼式倾转旋翼无人机

技术领域

本实用新型涉及航空飞行器技术领域，具体而言，涉及一种飞翼式倾转旋翼无人机。

背景技术

无人机是利用无线电遥控设备和程序控制装置来操纵的不载人飞机，近年来，无人机已经被应用到航拍、农林植保、地质勘探、电力巡航和反恐维稳公安执法等多个领域。

其中，固定翼机有场地要求，其须有较长的跑道才能起飞，起飞时间较长，而垂直起降机没有较高的场地要求，但由于其没有机翼而续航能力较低。因此，提供一款没有场地限制、续航能力较强的无人机具有重大意义。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种飞翼式倾转旋翼无人机，主要目的是提供一款没有场地限制、续航能力较强的无人机。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种飞翼式倾转旋翼无人机，包括机身、连接于所述机身两侧的两个机翼，每个所述机翼的端部连接有翼梢小翼；

每个所述机翼的前侧可倾转地设置有第一螺旋桨，后侧设置有第二螺旋桨，所述第一螺旋桨可向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，以及复位至其桨盘面与水平面平行；所述第二螺旋桨的桨盘面与水平面平行；

所述控制装置用于控制所述第一螺旋桨倾转。

具体地，所述第二螺旋桨为两叶桨，所述第一螺旋桨的两个桨叶可相对转动，且能在非工作状态时随风流转动至相互重叠，或在所述控制装置的控制下转动至相互重叠。

具体地，所述第二螺旋桨的桨盘面与复位后的所述第一螺旋桨的桨盘面位于同一平面。

具体地，每个所述机翼上设置有与翼展方向垂直的支臂，所述支臂采用碳纤维材料制成；

所述第一螺旋桨可倾转地设置于所述支臂的一端，所述第二螺旋桨设置于所述支臂的另一端。

具体地，所述支臂为一端具有开口的中空结构，所述支臂一端的底部设置有与该端开口连通的豁口；

所述控制装置包括倾转机构和飞控系统，所述倾转机构包括两个本体，每个所述本体包括从动摇臂和设置于所述支臂内的舵机和连杆，所述从动摇臂的一端与所述第一螺旋桨的电机座连接，另一端通过所述豁口伸入所述支臂内并与所述支臂转动连接，所述连杆的一端与所述从动摇臂转动连接，另一端与所述舵机的主动摇臂转动连接，所述舵机与所述飞控系统连接。

具体地，每个所述机翼包括沿翼展方向布置且可拆卸连接的第一部分和第二部分；

所述第一螺旋桨可倾转地设置于所述第一部分的前侧，所述第二螺旋桨设置于所述第一部分的后侧；

所述机身和两个所述机翼的第一部分为一体成型结构。

具体地，所述第一部分的端部设置有沿翼弦方向布置的第一插接孔和第二插接孔；

所述第二部分的一端设置有沿翼弦方向布置的第一插接杆和第二插接杆，所述第一插接杆和所述第二插接杆分别依次可插拔地插接于所述第一插接孔和所述第二插接孔内。

具体地，所述机身上设置有红外观测设备、声光电驱鸟设备、测绘设备和警用设备中的一种或两种以上；

所述机身上还设置有与飞控系统连接的云台，所述云台上设置有可见光相机或红外相机，所述可见光相机或所述红外相机能将其图像信息通过图传设备传输至地面控制中心。

具体地，所述机身的腹部设置有可收放起落架，所述可收放起落架为碳纤维材料可收放起落架。

具体地，所述机身为复合材料机身，所述机翼为复合材料机翼，所述翼梢小翼为复合材料翼梢小翼；

所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨均为全碳纤维螺旋桨。

借由上述技术方案，本实用新型飞翼式倾转旋翼无人机至少具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供的飞翼式倾转旋翼无人机，通过将第一螺旋桨可倾转地设置在机翼的前侧，第二螺旋桨设置在机翼的后侧，且第二螺旋桨的桨盘面与水平面平行，第一螺旋桨可向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，以及复位至其桨盘面与水平面平行，实现了当该无人机欲起飞或降落时，控制装置可以控制第一螺旋桨向复位至其桨盘面与水平面平行，使得该无人机可以垂直起飞和降落，从而使得该无人机的起降过程不依托跑道，进而降低了对跑道的要求；当该无人机欲以固定翼姿态飞行时，第二螺旋桨可以停止工作，而控制装置可以控制第一螺旋桨向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，使得该无人机可以固定翼飞行模式飞行，节约了动力，从而延长了续航时间，进而提高了续航能力；而且，该无人机的机翼端部连接有翼梢小翼，减小了诱导阻力。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种飞翼式倾转旋翼无人机的结构示意图；

图2为图1中第一螺旋桨与倾转机构的本体相连接的结构示意图；

图3为图1中机翼的第一部分和第二部分相连接且在第一视角的结构示意图；

图4为图1中机翼的第一部分和第二部分相连接且在第二视角的结构示意图；

图5为图1所示飞翼式倾转旋翼无人机垂直起飞或降落时的结构示意图；

图6为图1所示飞翼式倾转旋翼无人机以固定翼模式飞行时的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型申请的飞翼式倾转旋翼无人机的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种飞翼式倾转旋翼无人机，包括机身1、连接于机身1两侧的两个机翼2，每个机翼2的端部连接有翼梢小翼 21；每个机翼2的前侧可倾转地设置有第一螺旋桨3，后侧设置有第二螺旋桨 4，第一螺旋桨3可向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，以及复位至其桨盘面与水平面平行；第二螺旋桨4的桨盘面与水平面平行；控制装置用于控制第一螺旋桨3倾转。

在一些示例中，该飞翼式倾转旋翼无人机，整机可以采用飞翼式的整体布局方案，从而使其具有更佳的续航时间，且在机头上可以设置空速管11，机翼 2上可以设置襟22和副翼23，在机翼2的端部可以设置翼梢小翼21，使得翼梢小翼21可以阻隔机翼2下翼面的高压气流绕过翼梢流向上翼面，避免了在翼梢形成强烈的漩涡气流，从而减小了诱导阻力。参见图5，当该无人机欲起飞时，控制装置可以控制第一螺旋桨3复位至其桨盘面与水平面平行，使得该无人机可以不依托跑道地垂直起飞；参见图6，当该无人机欲以固定翼姿态飞行时，第二螺旋桨4可以停止工作，而控制装置可以控制第一螺旋桨3向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，使得第一螺旋桨3可以为飞机提供拉力，从而为飞机提供向前的动力，进而使得该无人机可以固定翼飞行姿态飞行，延长了续航时间；参见图5，当该无人机欲降落时，第二螺旋桨4可以恢复工作，而控制装置可以控制第一螺旋桨3复位至其桨盘面与水平面平行，使得该无人机可以不依托跑道地垂直降落。其中，两个第二螺旋桨4的倾转可以由控制装置同步控制，以保证该无人机可以平稳地转化飞行姿态且不失速，从而保证该无人机的平稳飞行。此处的第一螺旋桨3或第二螺旋桨4可以理解为螺旋桨总成，即二者各自可以包括螺旋桨本体、与螺旋桨本体驱动连接的电机以及设置在电机外部的电机座等。

需要说明的是，在一些示例中，该无人机以固定翼姿态飞行时，第二螺旋桨4处于停止工作状态，第一螺旋桨3的桨盘面与水平面垂直，即该无人机在固定翼姿态飞行时，仅通过第一螺旋桨3的拉力提供向前的动力，可以避免前方第一螺旋桨3产生的气流打在后方第二螺旋桨4的表面而产生的气流漩涡，同时也降低了功耗，从而有效提高了飞行效率。

本实用新型实施例提供的飞翼式倾转旋翼无人机，通过将第一螺旋桨可倾转地设置在机翼的前侧，第二螺旋桨设置在机翼的后侧，且第二螺旋桨的桨盘面与水平面平行，第一螺旋桨可向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，以及复位至其桨盘面与水平面平行，实现了当该无人机欲起飞或降落时，控制装置可以控制第一螺旋桨向复位至其桨盘面与水平面平行，使得该无人机可以垂直起飞和降落，从而使得该无人机的起降过程不依托跑道，进而降低了对跑道的要求；当该无人机欲以固定翼姿态飞行时，第二螺旋桨可以停止工作，而控制装置可以控制第一螺旋桨向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，使得该无人机可以固定翼飞行模式飞行，节约了动力，从而延长了续航时间，进而提高了续航能力；而且，该无人机的机翼端部连接有翼梢小翼，减小了诱导阻力。

为了减小该无人机在飞行时与空气的摩擦阻力，在一些示例中，可以将第二螺旋桨4采用为两叶桨，该第二螺旋桨4的两个桨叶能可相对转动，且能在非工作状态时随风流转动至相互重叠。参见图6，当该无人机以固定翼姿态飞行时，控制装置控制第一螺旋桨3向上倾转至其桨盘面与水平面垂直，而第二螺旋桨4停止工作，此时，第二螺旋桨4的两个桨叶能够随风流向后转动，直至相互重叠，从而减小了该无人机在飞行时与空气的摩擦阻力，有利于该无人机的飞行。具体地，第二螺旋桨4的两个桨叶可以分别与电机的输出端转动连接，当第二螺旋桨4正常工作时，两个桨叶受到离心力的作用而形成螺旋桨，当第二螺旋桨4停止工作时，两个桨叶因失去离心力而随风流向后转动，直至重叠。当然，第二螺旋桨4的两个桨也可以通过控制装置对电机的控制作用，实现在控制装置的控制下转动至相互重叠。

为了便于控制，在一些示例中，参见图5，第二螺旋桨4的桨盘面可以与复位后的第一螺旋桨3的桨盘面位于同一平面。即第二螺旋桨4朝下方布置，从而方便对螺旋桨的控制。

具体地，在一些示例中，参见图1，每个机翼2上设置有与翼展方向垂直的支臂6，该支臂6采用碳纤维材料制成；第一螺旋桨3可倾转地设置于支臂 6的一端，第二螺旋桨4设置于支臂6的另一端。其中，支臂6可以设置在机翼2下方中部位置，使得螺旋桨与机翼2之间具有一定距离，以减小该无人机垂直起飞或降落时，机翼2对螺旋桨产生下冲气流的阻碍作用，有利于气流向下运动；同时，所述的支臂6采用碳纤维材料制成，可以减轻该无人机的结构重量，提高其强度。

具体地，在一些示例中，参见图1和图2，支臂6可以为一端具有开口的中空结构，该支臂6一端的底部设置有与该端开口连通的豁口；控制装置可以包括倾转机构5和飞控系统，而倾转机构5的结构形式可以有多种，只要可以实现在飞控系统的控制下使得每个第一螺旋桨3倾转即可，例如，该倾转机构 5可以包括两个本体，这里所说的两个本体可以理解为两个倾转机构5，用于在飞控系统的控制下分别控制两个第一螺旋桨3倾转，参见图1至图3，每个本体可以包括从动摇臂51和设置在支臂6内的舵机52和连杆53，从动摇臂 51的一端与第一螺旋桨3的电机座31连接，另一端通过豁口伸入支臂6内并与支臂6转动连接，连杆53的一端与从动摇臂51转动连接，另一端与舵机52 的主动摇臂(舵机摇臂)521转动连接，舵机52与飞控系统连接。也就是说，倾转机构5的每个本体可以采用舵机52、连杆53和从动摇臂51构成，使得飞控系统可以控制舵机52带动其主动摇臂(舵机摇臂)521推拉连杆53，从而使得连杆53带动从动摇臂51以其另一端为轴在豁口和支臂6该端开口内倾转，进而带动第一螺旋桨3倾转，结构简单，控制可靠，控制精度高，且重量较轻，同时，在该结构形式的倾转机构5中，当连杆53转动一定角度后，连杆53会卡在舵机盘上，从而防止了角度转过后发生机械卡死现象。同时，舵机52和连杆53设置在支臂6内而不是裸露在机身1外，减小了该无人机在飞行时，其表面与空气的摩擦阻力，有利于该无人机的飞行，当然，可以通过设计支臂6的直径，从动摇臂51的长度和其在支臂6该端的连接位置，使得从动摇臂 51同样位于支臂6内。其中，从动摇臂51另一端与支臂6的转动连接方式有多种，例如，可以在从动摇臂的另一端相对两侧分别设置两个凸起511，在支臂6一端相应位置设置两个通孔，两个凸起511可以分别转动连接在两个通孔内，从而实现二者之间的转动连接。其中，前述的第二螺旋桨4的两个桨叶可以通过飞控系统对电机的控制作用来实现转动至相互重叠。

具体地，在一些示例中，飞控系统对倾转机构5中两个本体的两个舵机52 的控制可以为同步精准控制，以保证两个第一螺旋桨3同步倾转。当该无人机起飞或降落时，飞控系统精准同步控制两个本体的两个舵机52同步带动其主动摇臂521推拉两根连杆53，使得两根连杆53同步带动两个从动摇臂51倾转，进而使得两个第一螺旋桨3同步倾转，即两个第一螺旋桨3均复位至其桨盘面与水平面平行，两个第二螺旋桨4正常工作，使得该无人机可以不依托跑道地垂直起飞或降落；当该无人机欲以固定翼姿态飞行时，飞控系统精准同步控制两个舵机52带动其主动摇臂521推拉两根连杆53，使得两根连杆53同步带动两个从动摇臂51倾转，进而使得两个第一螺旋桨3同步倾转，即两个第一螺旋桨3均向上倾转至其桨盘面与水平面垂直，两个第二螺旋桨4停止工作，使得该无人机以固定翼模式飞行。其中，所述的舵机可以采用数字自锁舵机，该舵机不仅具有结构简单，拆装方便和控制精准等优点。

为了使得该无人机能够在保持具有较大机翼2面积的条件下，方便运输转场，在一些示例中，参见图1，该无人机的机翼2可以包括沿翼展方向布置且可拆卸连接的第一部分24和第二部分25，且第一螺旋桨3可以可倾转地设置在第一部分24的前侧，第二螺旋桨4可以设置在第一部分24的后侧。当该无人机需要运输转场时，可以将机翼2的第二部分25拆下，从而减小翼展长度，便于运输转场，当该无人机工作时，可以将第一部分24和第二部分25组装连接，以保证较大机翼2面积，足够的翼展长度，从而保证该无人机具有足够的升力。而且，该无人机的机身1和两个机翼2的第一部分24可以为一体成型结构，以提高该无人机的强度。

其中，在一些示例中，机翼2的第一部分24和第二部分25之间的可拆卸连接方式可以有多种，只要可以实现二者之间的可拆卸连接即可，为了便于操作，参见图3和图4，在第一部分24的端部可以设置有沿翼弦方向布置的第一插接孔241和第二插接孔242；第二部分25的一端可以设置有沿翼弦方向布置的第一插接杆251和第二插接杆252，且第一插接杆251和第二插接杆252可分别依次可插拔地插接于第一插接孔241和第二插接孔242内。当该无人机需要运输转场时，可以向第二部分25施加外力，使得第一插接杆251和第二插接杆252分别脱离第一插接孔241和第二插接孔242，从而将第二部分25拆下；当该无人机工作时，可以将第二部分25的第一插接杆251和第二插接杆252 分别对准第一部分24的第一插接孔241和第二插接孔242，并施加外力，使得第一插接杆251和第二插接杆252分别插入第一插接孔241和第二插接孔242 内，从而完成第二部分25组装，操作方便。当然，第一插接孔241和第二插接孔242亦可以设置在第二部分25上，而第一插接杆251和第二插接杆252 亦可以设置在第一部分24上，同样可以实现上述目的。此外，由于机翼2的厚度不是均匀的，而是一侧较厚，另一侧较薄，为了提高第一部分24和第二部分25的连接强度，所述的第一插接孔241和第二插接孔242可以沿第一部分24端面厚度逐渐减小的方向依次布置，且第一插接孔241的内径大于第二插接孔242的内径；第一插接杆251和第二插接杆252沿第二部分25端面厚度逐渐减小的方向依次布置，且第一插接杆251的外径大于第二插接杆252的外径。而且，为了进一步提高第一部分24和第二部分25的连接强度，同时减小该无人机的结构重量，可以在第一插接孔241和第二插接孔242内均设置套管，第一插接杆251和第二插接杆252分别依次通过所述套管可插拔地插接于第一插接孔241和所述第二插接孔242内，且套管、第一插接杆251和第二插接杆252均可以采用碳管制成。同时，为了更进一步提高第一部分24和第二部分25的连接强度，可以在第一部分24和第二部分25的相应端部设置螺栓孔，使得二者可以通过连接垫片和螺栓进一步紧固连接。

具体地，在一些示例中，机身1上可以设置有红外观测设备、声光电驱鸟设备、测绘设备和警用设备中的一种或两种以上，以便该无人机具有双目避障、激光测距、驱赶鸟类、测绘和警用中的一种或多种功能。其中，红外观测设备、声光电驱鸟设备、测绘设备和警用设备分别可以采用任意类型具有相应功能的设备，只要可以使得该无人机具有相应功能即可，此处不做限定。此外，机身 1上还可以设置有与飞控系统连接的云台，该云台上设置有可见光相机或红外相机，飞控系统可以控制云台旋转，使得该可见光相机或红外相机能将其拍摄到的图像信息通过机载端的图传设备传输至地面控制中心。其中，在白天，可以在云台上挂载可见光相机，该可见光相机可以拍摄白天的图像信息，并通过图传设备将图像信息实时传输至地面控制中心，在夜晚，可以在云台上挂载红外相机，该红外相机可以拍摄夜晚的图像信息，同样通过图传设备将图像信息实时传输至地面控制中心，使得地面控制中心可以同步观看到该无人机在白天和黑夜所拍摄的画面，使用更方便。当然，可见光相机和红外相机亦可以采用任意类型可见光和红外一体化的双光相机来代替，而图传设备可以采用任意类型具有相应功能的设备，此处不做限定。

具体地，参见图1，在机身1的腹部可以设置有可收放起落架7，该可收放起落架7可以采用碳纤维材料制成的起落架，其中，该起落架7可以包括两只支脚，且该两只支脚可以相互平行布置，以便于该无人机可以稳固支撑于地面，而且，该两只支脚的一端可以分别通过转轴与两个机翼2转动连接，且该两个转轴可以各自连接一与飞控系统连接的舵机，可以由飞控系统通过舵机控制相应转轴转动，从而使得两个支脚可以收起或放下，当该无人机飞行时，可以收起该起落架7，以减小该无人机与空气的摩擦阻力；同时，可以在支臂6 的位置处设置系统保型舱，以便将所述舵机等部件设置于系统保型舱内而不是裸露在机身1外，以进一步减小该无人机与空气的摩擦阻力。此外，该起落架的两个支脚均可以由碳纤维材料制成，可以提高其强度，同时减小其结构质量。

具体地，在一些示例中，该无人机的机身1、两个机翼2的第一部分24 以及机身内部的结构件可以为一体成型结构，且可以采用复合材料共固化一体成型方式加工而成的一体成型结构，翼梢小翼21可以为采用该复合材料制成，当然，机翼2的第二部分25亦可以采用该复合材料制成，使得该无人机具有较高的比强度和比刚度的同事，还可以降低机体的结构重量，从而提高了该无人机的有效载荷，以利于该无人机性能的提升。同时，第一螺旋桨3和第二螺旋桨4均可以采用全碳纤维材料制成，从而减小螺旋桨的振动，减小该无人机的结构重量，提高其强度。具体地，该复合材料可以包括35％以上的碳纤维预浸料，30％以上的玻璃纤维预浸料和20％以上的聚甲基丙烯酰亚胺，从而使得该该无人机具有比强度和比刚度较高的特性，而且，还可以在满足强度和刚度性能指标的同时，有效降低了集体的结构重量，提升了飞机的有效载荷。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，包括机身、连接于所述机身两侧的两个机翼，每个所述机翼的端部连接有翼梢小翼；

每个所述机翼的前侧可倾转地设置有第一螺旋桨，后侧设置有第二螺旋桨，所述第一螺旋桨可向下倾转至其桨盘面与水平面垂直，以及复位至其桨盘面与水平面平行；所述第二螺旋桨的桨盘面与水平面平行；

控制装置用于控制所述第一螺旋桨倾转。

2.根据权利要求1所述的飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，

所述第二螺旋桨为两叶桨，所述第一螺旋桨的两个桨叶可相对转动，且能在非工作状态时随风流转动至相互重叠，或在所述控制装置的控制下转动至相互重叠。

3.根据权利要求1所述的飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，

所述第二螺旋桨的桨盘面与复位后的所述第一螺旋桨的桨盘面位于同一平面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，

每个所述机翼上设置有与翼展方向垂直的支臂，所述支臂采用碳纤维材料制成；

所述第一螺旋桨可倾转地设置于所述支臂的一端，所述第二螺旋桨设置于所述支臂的另一端。

5.根据权利要求4所述的飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，

所述支臂为一端具有开口的中空结构，所述支臂一端的底部设置有与该端开口连通的豁口；

所述控制装置包括倾转机构和飞控系统，所述倾转机构包括两个本体，每个所述本体包括从动摇臂和设置于所述支臂内的舵机和连杆，所述从动摇臂的一端与所述第一螺旋桨的电机座连接，另一端通过所述豁口伸入所述支臂内并与所述支臂转动连接，所述连杆的一端与所述从动摇臂转动连接，另一端与所述舵机的主动摇臂转动连接，所述舵机与所述飞控系统连接。

6.根据权利要求1至3或5中任一项所述的飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，

所述机身上设置有红外观测设备、声光电驱鸟设备、测绘设备和警用设备中的一种或两种以上；

所述机身上还设置有与飞控系统连接的云台，所述云台上设置有可见光相机或红外相机，所述可见光相机或所述红外相机能将其图像信息通过图传设备传输至地面控制中心。

7.根据权利要求1至3或5中任一项所述的飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，

所述机身的腹部设置有可收放起落架，所述可收放起落架为碳纤维材料可收放起落架。

8.根据权利要求1至3或5中任一项所述的飞翼式倾转旋翼无人机，其特征在于，

所述机身为复合材料机身，所述机翼为复合材料机翼，所述翼梢小翼为复合材料翼梢小翼；

所述第一螺旋桨和所述第二螺旋桨均为全碳纤维螺旋桨。