CN209305829U - 一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器。飞行器单体主要由共轴双旋翼、主轴、可收放式伞翼以及设备/载荷舱组成。共轴双旋翼的上、下桨叶分别有2片，上、下旋翼的旋转方向相反，以平衡反扭矩。旋翼在爬升和机动时产生所需的升力与操纵力。伞翼主要由伞膜与伞骨组成，伞骨为可折叠式的，伞翼在爬升和机动时处于收放状态，在下降或悬停时处于打开状态，增加下降时的阻力，延长浮空时长。设备/载荷舱为纺锤体外形。主轴连接共轴双旋翼系统、伞翼系统和设备/载荷舱。本飞行器可通过携带不同任务载荷实现单体作战/业，而且，单体飞行器彼此可通过伞翼在空中进行团簇，实现多架飞行器集群作战/业，大大提高效能。

Description

一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器领域，特指一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器。

背景技术

随着无人机技术的飞速发展，无人机在军民用领域的应用越来越广泛，无人机蜂群作战将改变未来战争形态，数十架甚至成百上千架小型无人机以编队飞行模式集群将成为未来战争的重要趋势之一。蜂群无人机的优势主要在于数量制胜，规模足够大的无人机蜂群将对敌方形成强大的威慑与压制。而蜂群无人机的重要特性是单体尺寸小，成本低，具备一定的巡航与机动性能。在民用领域，此类飞行器可用于通讯中继、导航、环境气象观测等；在军用领域，可用于侦查、监视、蜂群作战、空中布雷等。

蒲公英是一种自然界中的草本植物，具有质量轻、空中漂浮时间长、且可团簇等特点。降落伞的设计灵感就来自于蒲公英的种子。本实用新型的飞行器的设计源于蒲公英种子的轻质、长航时，且效仿其在风中漂浮与团簇的特性，方案结合降落伞技术与共轴双旋翼技术，提出了新型伞翼式仿蒲公英集群飞行器的构想。

本实用新型的飞行器具有尺寸小、成本低、效能高、航时长并具备一定的机动性能等优点，可实现大规模数量的无人机空中联结，进一步提高作战/业效能。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，结合共轴双旋翼技术、可收放式伞翼技术、蒲公英仿生技术，提出了一款超长航时、小型伞翼式仿蒲公英集群飞行器。与传统飞行器相比，该飞行器具有质量轻、航时长、可空中联结等特点，适用于未来集群作战/业，具有非常广泛的军民用价值。

为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器，它由若干个单体飞行器相互联结组成集群，所述单体飞行器包括上旋翼、下旋翼、伞骨、伞膜、主轴和设备/载荷舱，所述的上旋翼、下旋翼固定于主轴上部，且两者的旋转方向相反；所述的伞膜以伞骨为骨架，固定于下旋翼下方的主轴上，伞膜以主轴为中心线周向铺展，形成凹面朝下的伞面状；所述的伞骨为可折叠骨架，能够控制伞膜的收放；所述的设备/载荷舱固定于主轴的底部。

作为优选，所述的上旋翼、下旋翼均为刚性旋翼，上旋翼、下旋翼均由两片桨叶组成，桨叶具有负扭转，桨叶外形为梯形，桨根弦长大于桨尖弦长。

作为优选，所述的上旋翼和下旋翼的桨叶翼型选用CLARK-Y翼型。

作为优选，所述的伞骨有内伞骨和外伞骨组成；外伞骨首尾相连，呈连续的六边形，外伞骨的每个角点位置通过内伞骨与主轴铰接。

作为优选，所述的外伞骨上具有卡口，所述集群中相邻两个单体飞行器的外伞骨通过卡口相互联结。

作为优选，所述的伞膜由柔性材料制成。

作为优选，所述的设备/载荷舱内装载有机载设备和/或任务载荷。

作为优选，所述的设备/载荷舱设计为纺锤体外形。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型提出的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，利用蒲公英种子的轻质、浮空时间长及团簇性的仿生特性，具有质量轻、成本低、续航时间超长、能效高的优势，能应用于大规模的无人机集群作战/业。

本实用新型提出的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，爬升和机动时，伞翼处于收放状态，有效降低型阻，共轴双旋翼的设计进一步提高整机的气动效率和能效利用；下降时，旋翼不工作，此时伞翼处于打开状态，提高下降时的型阻，延长浮空时间，节省能源。

本实用新型提出的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，效仿蒲公英种子的团簇性能，单体间能通过伞翼实现空中联结，提高单体作战/业效能。

附图说明

图1伞翼式仿蒲公英集群飞行器结构组成主视图

图2伞翼打开状态示意图

图3伞翼收放状态示意图

图4飞行器集群轴测图

图5飞行器集群俯视图

图中：上旋翼1、下旋翼2、伞骨3、伞膜4、主轴5、设备/载荷舱6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本实用新型利用了蒲公英的质量轻、耗能低、巡航时间长以及团簇性仿生特性，设计一款伞翼式飞行器，飞行器机体主要由共轴双旋翼、主轴、可收放式伞翼以及设备/载荷舱组成，通过主轴连接共轴双旋翼系统、伞翼系统和设备/载荷舱。单体飞行器彼此可通过伞翼在空中进行团簇，实现多架飞行器集群作业/战，大大提高效能。

该伞翼式仿蒲公英集群飞行器由多个单体飞行器相互联结组成集群，每个单体飞行器的具体结构如图1所示，包括上旋翼1、下旋翼2、伞骨3、伞膜4、主轴5、设备/载荷舱6，上旋翼1、下旋翼2、伞骨3、伞膜4和设备/载荷舱6均固定于主轴5上。

飞行器的动力部件为共轴双旋翼系统，共轴双旋翼的上、下桨叶分别有2片，上、下旋翼的旋转方向相反，以平衡反扭矩，旋翼在爬升和机动时产生所需的升力与纵横向操纵力。桨叶翼型选用CLARK-Y翼型，桨叶具有负扭转，外形为梯形，能有效提高旋翼的气动效率。

上旋翼1、下旋翼2共轴式固定于主轴5上部，构成共轴双旋翼系统，作为单体飞行器的动力部件。且上旋翼1、下旋翼2的旋转方向相反，以平衡反扭矩。共轴双旋翼可通过桨毂对上下旋翼进行总距操纵以及纵、横向操纵，旋翼在爬升和机动时产生所需的升力与纵横向操纵力。上旋翼1、下旋翼2均为刚性旋翼，上旋翼1、下旋翼2均由两片桨叶组成，桨叶翼型选用CLARK-Y翼型，桨叶具有负扭转，桨叶外形为梯形，桨根弦长大于桨尖弦长，能有效提高旋翼的气动效率。

单体飞行器采用独特的轻质伞翼设计，伞翼由伞骨3和伞膜4构成，伞骨为伞翼的骨架，起支撑作用，并且能控制伞翼的折叠收放，适应不同的飞行状态。伞骨3有内伞骨和外伞骨组成。6条外伞骨首尾相连，呈连续的六边形，外伞骨的每个角点位置通过内伞骨与主轴5铰接。内伞骨和外伞骨均为多段式设计，各段之间铰接，使其整体能够像折叠式雨伞一样进行收放。伞膜4以伞骨3为骨架，固定于下旋翼2下方的主轴5上，伞膜4以主轴5为中心线周向铺展，形成打开状态下凹面朝下的伞面状。伞膜4由轻质柔性材料制成薄膜，尽可能减小重量。

如图2所示，飞行器在下降或悬停时，为延长浮空时长，节省能源，伞翼处于打开状态，此时共轴双旋翼不工作。如图3所示，飞行器在垂直爬升和机动时，共轴双旋翼工作，此时伞翼处于折叠收放状态，降低附加阻力，提高气动性能。

设备/载荷舱6固定于主轴5的底部，外形设计为纺锤体外形，降低附加阻力，有效利用空间用来放置动力、电气、控制设备和任务载荷等。共轴双旋翼系统、伞翼收放系统的控制装置均可搭载在设备/载荷舱6内，以实现自动化控制。各种动力、电气、控制设备可采用现有的飞行器相关设备，并非本实用新型的关键点，因此不再赘述。在实际使用时，可把不同的系统进行集成设计，最大限度节省重量和空间，飞行器可通过携带不同任务载荷实现单体作战/业。

如图4、5所示，单体飞行器之间需要根据任务情况进行空中集群或分散，因此其伞翼外围的六边形外伞骨上需要设有可灵活组合、分拆的联结部件。联结部件的实现方式可以有多种，例如机械式的卡合件、电磁控制的磁吸件等，只要能够在实际使用中有效实现机动联结即可。在本实施例中，可在伞翼外围的六边形外伞骨上设置卡口，相邻两个单体飞行器的外伞骨通过卡口相互联结，可根据任务需要进行不同数量的飞行器的空中集群，提高作业效能。

上述伞翼式仿蒲公英集群飞行器的控制方法如下：飞行器根据不同的任务需求保持不同的工作状态：在飞行器需要垂直爬升或机动时，通过上旋翼1和下旋翼2组成的共轴双旋翼系统，为每个单体飞行器提供飞行动力，并通过折叠伞骨3保持伞翼处于收缩状态；在飞行器需要下降或悬停时，保持共轴双旋翼系统不工作，并通过打开伞骨3保持伞翼处于张开状态，利用伞翼为飞行器提供悬浮力；单体飞行器之间需要根据任务情况进行空中集群或分散，集群作业时各单体飞行器的伞骨外侧联结呈一体，分散作业时各单体飞行器的伞骨相互脱离，各自进行工作。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，由若干个单体飞行器相互联结组成集群，所述单体飞行器包括上旋翼(1)、下旋翼(2)、伞骨(3)、伞膜(4)、主轴(5)和设备/载荷舱(6)，所述的上旋翼(1)、下旋翼(2)固定于主轴(5)上部，且两者的旋转方向相反；所述的伞膜(4)以伞骨(3)为骨架，固定于下旋翼(2)下方的主轴(5)上，伞膜(4)以主轴(5)为中心线周向铺展，形成凹面朝下的伞面状；所述的伞骨(3)为可折叠骨架，能够控制伞膜(4)的收放；所述的设备/载荷舱(6)固定于主轴(5)的底部。

2.如权利要求1所述的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，所述的上旋翼(1)、下旋翼(2)均为刚性旋翼，上旋翼(1)、下旋翼(2)均由两片桨叶组成，桨叶具有负扭转，桨叶外形为梯形，桨根弦长大于桨尖弦长。

3.如权利要求1所述的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，所述的上旋翼(1)和下旋翼(2)的桨叶翼型选用CLARK-Y翼型。

4.如权利要求1所述的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，所述的伞骨(3)有内伞骨和外伞骨组成；外伞骨首尾相连，呈连续的六边形，外伞骨的每个角点位置通过内伞骨与主轴(5)铰接。

5.如权利要求4所述的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，所述的外伞骨上具有卡口，所述集群中相邻两个单体飞行器的外伞骨通过卡口相互联结。

6.如权利要求1所述的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，所述的伞膜(4)由柔性材料制成。

7.如权利要求1所述的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，所述的设备/载荷舱(6)内装载有机载设备和/或任务载荷。

8.如权利要求1所述的伞翼式仿蒲公英集群飞行器，其特征在于，所述的设备/载荷舱(6)设计为纺锤体外形。