CN208683103U - 一种无人运输机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无人运输机，其特征在于，包括：机身(1)、固定翼系统及可倾转旋翼系统，固定翼系统包括两个机翼(4)，两个机翼(4)对称安装在机身(1)的中部的两侧；所述可倾转旋翼系统包括两个第一可倾转旋翼(2)和一个第二可倾转旋翼(3)，所述第一可倾转旋翼(2)与所述机翼(4)的端部转动连接，所述第二可倾转旋翼(3)与所述机身(1)的尾端转动连接，并且所述第一可倾转旋翼(2)和所述第二可倾转旋翼(3)的转动轴相互平行。本方案使无人运输机在节能飞行的同时实现垂直起降，从设计上解决了机场跑道对无人运输机的限制，且具有载重大，能耗低，安全性高，飞行灵活等特点。

Description

一种无人运输机

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，特别是涉及一种倾转旋翼无人运输机。

背景技术

目前，民用运输行业及物流行业发展迅速，在运输途径上，主要有公路运输、铁路运输、水路运输、航空运输等。其中，航空运输具有速度快，成本低，且不受地形地貌影响的优势，成为人们最重要的运输方案之一。然而，目前主要用于装载货物的是运输机和航班客机的腹舱，这需要前期重要设施大型机场的建设，运营成本起点高，极大的制约了航空运输发展。尤其近年来，伴随电子商务的发展，和城际合作的增多，各种重要材料和贵重物品需要更加快速、安全的运输方式。同时高原山地的物资输送、移植器官等公益行为日益增加，以往的运输方式很难满足这种要求，迫切需要一种新的简单又迅速的运输方式。

无人机能利用遥控装置和智能控制装置，操纵飞行器进行整个起降和飞行过程，无需人工操纵，不仅能省去人工费用，更能增加运输的有效载重。现有的无人机虽然种类多样，但在功能上单一，固定翼飞机载荷大、续航时间长，但却不能悬停，起降需跑道。直升机和多旋翼机可以机动灵活的飞行，但载荷小、能耗高。急需一种续航时间长、载荷大，同时，可以垂直起降、飞行机动性强，并且拥有高安全性的无人机来完成高标准的货运任务。

实用新型内容

本实用新型提出一种倾转旋翼无人运输机，采用倾转旋翼技术将固定翼飞行器与旋翼飞行器的飞行特征相结合，通过运用五种飞行模式使无人运输机在节能飞行的同时实现垂直起降，从设计上解决了机场跑道对无人运输机的限制，与现有技术相比，具有载重大，能耗低，安全性高，飞行灵活等特点，且能够在500km的中短距离内，进行2吨左右货物的运输。

为达到上述目的，本实用新型提供一种无人运输机，包括：

机身(1)、固定翼系统及可倾转旋翼系统，固定翼系统包括两个机翼(4)，两个机翼(4)对称安装在机身(1)的中部的两侧；

所述可倾转旋翼系统包括两个第一可倾转旋翼(2)和一个第二可倾转旋翼(3)，所述第一可倾转旋翼(2)与所述机翼(4)的端部转动连接，所述第二可倾转旋翼(3)与所述机身(1)的尾端转动连接，并且所述第一可倾转旋翼(2)和所述第二可倾转旋翼(3)的转动轴相互平行。

如上的，其中，第一可倾转旋翼(2)包括第一发动机(21)、在与所述第一发动机(21)的转动轴垂直的平面上设置的第一旋翼(22)以及与所述第一发动机(21)外壳连接的第一转动轴(23)，所述第一转动轴(23)的端部与所述机翼(4)的端部转动连接。

如上的，其中，第二可倾转旋翼(3)包括第二发动机(31)、在与所述第二发动机(31)的转动轴垂直的平面上设置的第二旋翼(32)以及与所述第二发动机(31)外壳连接的第二转动轴(33)，所述第二转动轴(33)与机身(1)的尾端转动连接。

如上的，本实用新型还提供一种无人运输机，还包括伺服舵机(7)，所述伺服舵机(7)的一端与所述机身的尾端固定连接，所述伺服舵机(7)的另一端设有拱形连接板；所述第二发动机(31)通过所述第二转动轴(33)转动连接在所述拱形连接板的两端。

如上的，其中，两个第一可倾转旋翼(2)发动机转速相同、转向相反，且同步倾转。

如上的，其中，两个第一可倾转旋翼(2)中一个故障时，剩余正常工作的所述第一可倾转旋翼(2)及所述第二可倾转旋翼(3)均倾转至与地面垂直向上方向，将第二可倾转旋翼(3)旋转方向设置为与正常工作的第一可倾转旋翼(2)相反的旋转方向。

如上的，其中，在垂直起降飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)及所述第二可倾转旋翼(3)均倾转至与地面垂直向上方向。

如上的，其中，在低速机动飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)倾转至与地面垂直向上方向，且所述第二可倾转旋翼(3)倾转至平行于机身轴线，飞机的水平向后方向。

如上的，其中，在倾转过渡飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)倾转至平行于机身轴线向上旋转45度角方向，且所述第二可倾转旋翼(3)倾转至地面垂直向上方向。

如上的，其中，在高速节能飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)倾转至平行于机身轴线，飞机的水平向前方向，且所述第二可倾转旋翼(3)倾转至平行于机身轴线，飞机的水平向后方向。

如上的，其中，

本实用新型实现的有益效果如下：

(1)速度快。高速节能模式时无人运输机飞行速度可以达到时速800km/h。

(2)功能强。能实现垂直起降功能，无需大型机场和跑道。

(3)省燃料。采用旋翼与固定翼相结合的设计方式，节省燃料费用。

(4)省人工。可以无需飞行员驾驶，省去相应的人工花费，并省掉飞行员的自身重量，提高有效的载货重量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在附图中：

图1为根据本实用新型公开的无人运输机垂直起降时结构示意图；

图2为根据本实用新型公开的无人运输机垂直起降时可倾转旋翼位置关系示意图；

图3为根据本实用新型公开的无人运输机垂直起降模式可倾转旋翼位置图；

图4为根据本实用新型公开的无人运输机低速机动模式可倾转旋翼位置图；

图5为根据本实用新型公开的无人运输机倾转过渡模式可倾转旋翼位置图；

图6为根据本实用新型公开的无人运输机高速节能模式可倾转旋翼位置图；

图7为一示例性实施例说明的本实用新型无人运输机具体工作过程框图。

图中：

1-机身 2-第一可倾转旋翼 3-第二可倾转旋翼

4-机翼 5-垂直尾翼 6-水平尾翼

7-伺服舵机 8-货舱 9-起落架

21-第一发动机 22-第一旋翼 23-第一转动轴

31-第二发动机 32-第二旋翼 33第二转动轴

具体实施方式

本实用新型公开了一种无人运输机。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

图1是根据本实用新型公开的一种无人运输机垂直起降时结构示意图；

本实用新型公开了一种无人运输机包括机身(1)、固定翼系统及可倾转旋翼系统。

为进行描述的需要，飞机与由三个正交方向定义的常规坐标系相结合，如图1所示：

X轴方向，其平行于机身轴线，飞机的水平前行方向为X轴的正方向；

Z轴方向，其与地面垂直，向下的方向为Z轴的正方向；

Y轴方向，其与X方向和Z方向所确定的平面XZ垂直，指向飞机右侧的方向为Y轴的正方向。

在本实用新型描述中，位置或方向的相对表述具有与它们在飞机坐标系中共同的含义，尤其是：

前方或向前表示X轴正方向，后方或向后表示X轴负方向；

下方或向下表示Z轴正方向，上方或向上表示Z轴负方向；

右侧或向右表示Y轴正方向，左侧或向左表示Y轴负方向。

根据飞机设计领域中的惯例，对于转动或扭矩，参照围绕与X方向平行的飞机横摇转轴的横摇角、围绕与Y方向平行的俯仰轴的俯仰角、和围绕与Z方向平行的偏航轴的偏航角。

如图1所示，飞机机身(1)以运输机领域中的传统方式，是沿机身(1)的与X方向平行方向伸长。

根据飞机设计领域中的惯例，机身(1)上装载机载设备，如通讯系统、飞控系统、定位系统、雷达以及摄像头等，实现飞行任务。

具体的，固定翼系统包括两个机翼(4)、一个垂直尾翼(5)和两个水平尾翼(6)，两个机翼(4)对称安装在机身(1)的中部的两侧，并且机翼(4)与机头之间的距离小于机翼(4)与机尾之间的距离，水平尾翼(6)对称安装在机身尾部的两侧，垂直尾翼(5)安装在机身尾部的顶面。

具体的，可倾转旋翼系统包括两个第一可倾转旋翼(2)及一个第二可倾转旋翼(3)；两个第一可倾转旋翼(2)分别转动安装在两个机翼(4)的端部，第一可倾转旋翼(2)的转动轴线与Y轴平行。机身(1)尾端安装伺服舵机(7)，伺服舵机(7)转动轴线与X轴平行。伺服舵机(7)的输出端使用圆弧状的连接板，该连接板形成拱形空间。

具体的，两个第一可倾转旋翼(2)包括第一转动轴(23)、第一发动机(21)和第一旋翼(22)，第一转动轴(23)一端与机翼(4)转动连接，另一端与第一发动机(21)的外壳连接，第一发动机(21)的转动轴上安装了与第一发动机(21)转动轴垂直的三片第一旋翼(22)，第一旋翼(22)在与第一发动机(21)转动轴垂直的平面内间隔120度角均匀分布安装，第一旋翼(22)长度按照飞机设计领域中的惯例确定。

第二可倾转旋翼(3)包括、第二发动机(31)和第二旋翼(32)及共轴的两个第二转动轴(33)，第二转动轴(33)的一端分别与连接板的拱形空间的两端转动连接，另一端与第二发动机(31)的外壳固定连接。第二发动机(31)的转动轴上安装了与第二发动机(31)转动轴垂直的三片第二旋翼(32)，第二旋翼(32)在与第二发动机(31)转动轴垂直的平面内间隔120度角均匀分布安装，第二可倾转旋翼(3)的旋翼长度要小于第一可倾转旋翼(2)的旋翼长度。

具体的，两个第一可倾转旋翼(2)沿第一发动机(21)转动轴轴线方向，可以从X轴正方向倾转至Z轴负方向；第二可倾转旋翼(3)沿第二发动机(31)转动轴轴线方向，可以从Z轴负方向倾转至X轴负方向；伺服舵机(7)拱形空间内设置的与X轴垂直的转动轴可以从Y轴正方向倾转至Y轴负方向。

具体的，倾转机构及伺服舵机一般均由伺服电机、控制电路和减速齿轮组构成。

具体的，依据两个第一可倾转旋翼(2)及一个第二可倾转旋翼(3)不同的倾转角度，并配合固定翼系统，可以组合出5种飞行模式，即垂直起降模式、低速机动模式(类直升机模式)、倾转过渡模式、高速节能模式(类固定翼飞机模式)及意外应急模式等。

图2为根据本实用新型公开的一种无人运输垂直起降时可倾转旋翼位置关系示意图。

本实用新型公开的一种无人运输机，包括垂直起降模式，即两个第一可倾转旋翼(2)及第二可倾转旋翼(3)均倾转至Z轴负方向，如图3所示。

具体的，两个第一可倾转旋翼(2)及一个第二可倾转旋翼(3)，两个第一可倾转旋翼(2)由两个发动机分别驱动，两个发动机转速相同、转向相反；在垂直起降模式下，第二可倾转旋翼(3)发动机采用矢量动力的方式消除反扭力矩。

具体的，如图2所示，两个第一可倾转旋翼(2)对应于R1和R2，第二可倾转旋翼(3)对应于R3。

具体的，如图2所示，令旋翼R1、R2、R3，产生的升力为F1、F2、F3，扭转力为f1、f2、f3，各扭转力的力臂为L1、L2、L3。则无人运输机的平衡状态方程如下：

其中，m为运输机总质量，g为重力加速度。

具体的，CW和CCW都表示旋转的方向，CW表示顺时针旋转，CCW表示逆时针旋转。

具体的，通过三个垂直于地面的可倾转旋翼R1、R2、R3的旋转，获得升力F1、F2、F3，通过可倾转旋翼旋转速度的变化来改变升力大小而获得上升或下降的速度；当升力大于无人运输机重量时，即F1+F2+F3>mg时，无人运输机垂直上升，而升力小于无人运输机重量时，即F1+F2+F3<mg时，无人运输机垂直下降，从而实现无人运输机的垂直起降。当F1+F2+F3＝mg时，可以实现无人运输机悬停。

具体的，设置在旋翼R3处的伺服舵机(7)通过调整围绕与X方向平行的飞机横摇转轴的横摇角，可以调控垂直起降时无人运输机的飞行姿态。

本实用新型公开的一种无人运输机，还包括低速机动模式。

具体的，如图4所示，即两个第一可倾转旋翼(2)倾转至Z轴负方向，且第二可倾转旋翼(3)倾转至X轴负方向。两个第一可倾转旋翼(2)倾转至Z轴负方向，通过垂直于地面的可倾转旋翼(2)的旋转获得升力F1+F2；同时，第二可倾转旋翼(3)倾转至X轴负方向，获得推力-F3，此时第二可倾转旋翼(3)处于低功率输出状态，用于减速以及微调无人运输机的水平飞行速度，并通过配合伺服舵机(7)在Y轴方向的旋转实现转向等功能，从而获得较高的灵活性能。

本实用新型公开的一种无人运输机，还包括倾转过渡模式。

具体的，如图5所示，两个第一可倾转旋翼(2)倾转至正X轴向负Z轴旋转45度角方向，且第二可倾转旋翼(3)倾转至Z轴负方向。该模式是从垂直起降模式向高速节能模式过渡的一个过程，在这个过程中，两个第一可倾转旋翼(2)倾转至正X轴向负Z轴旋转45度角方向时，在提供升力(F1+F2)sin45°保证飞行高度的同时，还提供了向前的推力(F1+F2)cos45°，确保无人运输机获得从旋翼向固定翼飞行模式转变所需要的初速度；同时第二可倾转旋翼(3)倾转至Z轴负方向，配合伺服舵机(7)在Y轴方向的旋转，在提供升力F3的同时，还可以调整飞行方向。此时垂直方向(F1+F2)sin45°+F3＝mg用来保持飞行高度。

本实用新型公开的一种无人运输机，还包括高速节能模式。

具体的，如图6所示，两个第一可倾转旋翼(2)倾转至X轴正方向，且第二可倾转旋翼(3)倾转至X轴负方向。在这种模式下，三个可倾转旋翼输出推力F1+F2-F3，且第二可倾转旋翼(3)处于低功率输出状态，只用于飞行过程中突然减速时才输出较大功率，同时节省了第二可倾转旋翼(3)的燃料。

具体的，由固定翼飞行器领域中传统方式可知，通过由机翼(4)、水平尾翼(6)以及垂直尾翼(5)构成飞行器空气动力面，可以保证无人运输机水平飞行状态时的稳定性以及空气动力控制，并获得较高的飞行速度。

本实用新型公开的一种无人运输机，还包括意外应急模式。

具体的，两个第一可倾转旋翼(2)中一个故障时，剩余正常工作的第一可倾转旋翼(2)及第二可倾转旋翼(3)均倾转至Z轴负方向。通过两个垂直于地面的可倾转旋翼的旋转获得升力F2+F3或F1+F3，通过可倾转旋翼旋转速度的变化来改变升力大小而获得上升或下降的速度。

图7为一示例性实施例说明的本实用新型一种无人运输机具体工作过程框图。具体的，如图7所示，当所述无人运输机接收到起飞命令后，飞控系统即转入预先设定的垂直起降模式；当飞行到指定高度后，飞控系统则将运输机转入预先设定倾转过渡模式；当无人运输机获得足够的初速度，完成倾转过渡，运输机则进入高速节能模式；当接近飞行目的时，飞控系统则将运输机转入低速机动模式；在到达指定地点上空时，再转入垂直起降模式，无人运输机将自动降落在指定地点。

具体的，在实施例整个飞行过程中，当飞控系统检测到有一台第一可倾转旋翼(2)出现故障时，就将飞控系统转入意外应急模式，将第二可倾转旋翼(3)旋转方向设置为与正常工作的第一可倾转旋翼(2)相反的旋转方向，保证无人运输机可以安全降落。

本实用新型公开的一种无人运输机还包括机身(1)底部设置有货舱(8)，货舱(8)设置了前开式桥式舱门；沿X轴方向的机身(1)头部和尾部以及机翼(4)底部均安装有起落架(9)。

具体的，前开式桥式舱门设置在飞机腹部，下部舱门可向正X轴方向向下打开，并可做倾斜货桥使用，斜坡在15～17度之间。

具体的，货舱可以装载2吨左右货物。

具体的，机身(1)头部和尾部以及机翼(4)底部均安装有起落架(9)，通过四个起落架实现飞机在各种降落平台的平稳起飞和降落。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种无人运输机，其特征在于，包括：

机身(1)、固定翼系统及可倾转旋翼系统，固定翼系统包括两个机翼(4)，两个机翼(4)对称安装在机身(1)的中部的两侧；

所述可倾转旋翼系统包括两个第一可倾转旋翼(2)和一个第二可倾转旋翼(3)，所述第一可倾转旋翼(2)与所述机翼(4)的端部转动连接，所述第二可倾转旋翼(3)与所述机身(1)的尾端转动连接，并且所述第一可倾转旋翼(2)和所述第二可倾转旋翼(3)的转动轴相互平行。

2.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，所述第一可倾转旋翼(2)包括第一发动机(21)、在与所述第一发动机(21)的转动轴垂直的平面上设置的第一旋翼(22)以及与所述第一发动机(21)外壳连接的第一转动轴(23)，所述第一转动轴(23)的端部与所述机翼(4)的端部转动连接。

3.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，所述第二可倾转旋翼(3)包括第二发动机(31)、在与所述第二发动机(31)的转动轴垂直的平面上设置的第二旋翼(32)以及与所述第二发动机(31)外壳连接的第二转动轴(33)，所述第二转动轴(33)与机身(1)的尾端转动连接。

4.根据权利要求3所述的无人运输机，其特征在于，所述无人运输机还包括伺服舵机(7)，所述伺服舵机(7)的一端与所述机身的尾端固定连接，所述伺服舵机(7)的另一端设有拱形连接板；所述第二发动机(31)通过所述第二转动轴(33)转动连接在所述拱形连接板的两端。

5.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，还包括：

所述两个第一可倾转旋翼(2)发动机转速相同、转向相反，且同步倾转。

6.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，包括：

所述两个第一可倾转旋翼(2)中一个故障时，剩余正常工作的所述第一可倾转旋翼(2)及所述第二可倾转旋翼(3)均倾转至与地面垂直向上方向，将第二可倾转旋翼(3)旋转方向设置为与正常工作的第一可倾转旋翼(2)相反的旋转方向。

7.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，包括：

在垂直起降飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)及所述第二可倾转旋翼(3)均倾转至与地面垂直向上方向。

8.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，包括：

在低速机动飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)倾转至与地面垂直向上方向，且所述第二可倾转旋翼(3)倾转至平行于机身轴线，飞机的水平向后方向。

9.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，包括：

在倾转过渡飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)倾转至平行于机身轴线向上旋转45度角方向，且所述第二可倾转旋翼(3)倾转至地面垂直向上方向。

10.根据权利要求1所述的无人运输机，其特征在于，包括：

在高速节能飞行模式下，两个所述第一可倾转旋翼(2)倾转至平行于机身轴线，飞机的水平向前方向，且所述第二可倾转旋翼(3)倾转至平行于机身轴线，飞机的水平向后方向。