CN209956223U - 一种尾座双发垂直起降固定翼无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种尾座双发垂直起降固定翼无人机，包括机身和设置在机身两侧的机翼，还包括：设置在机翼前缘的动力组件、设置在机翼上的副翼升降舵、设置在机翼上的起落架组件和设置在起落架组件上的方向舵；其中，动力组件具体包括电机、电机安装支架、螺旋桨和电调。尾座双发垂直起降固定翼无人结构布局简单，无多余无用载荷，利用同一组动力装置实现垂直起降和水平飞行，灵活性高，可定点定高悬停，环境适应力强，续航里程长，能量效率高，在军事和民用领域都具有广泛的应用前景。

Description

一种尾座双发垂直起降固定翼无人机

技术领域

本实用新型属无人机技术领域，具体涉及一种尾座双发垂直起降固定翼无人机。

背景技术

无人机具有低成本、安全性好、使用方便、用途广泛等优点，在军事、民用领域逐渐得到广泛的应用。根据飞行原理，无人机包括固定翼无人机和旋翼无人机两大类。

固定翼无人机具有航速快、续航里程长、能量效率高等优点，但起飞需要一定的跑道，无法实现垂直起降和定点悬停；而旋翼机的最大优势在于能够垂直起降、定点悬停，但该类机型航速慢、续航时间短、能量效率低，无法执行大面积作业任务。

复合翼无人机是近几年研究人员研发的一款新型无人机，它结合了旋翼机和固定翼无人机的优点，通常在机翼上安装四个旋翼，用来实现垂直起降功能，但由于旋翼只用于垂直起飞阶段，在固定翼平飞阶段，旋翼系统停止工作，不仅会提高无人机的无用载荷，也会产生一定的废阻力，降低固定翼模型的飞行效率。

实用新型内容

为了至少解决以上提到现有技术存在的技术问题之一，本实用新型实施例公开了一种尾座双发垂直起降固定翼无人机，包括机身和设置在机身两侧的机翼，还包括：动力组件，设置在机翼的前缘，为无人机提供动力；副翼升降舵，设置在机翼的后缘位置，用于控制无人机的滚转和俯仰；起落架组件，设置在机翼上，用于竖直支撑所述无人机，保证无人机垂直起降；和方向舵，设置在起落架组件上，用于控制所述无人机的航向；其中，动力组件具体包括电机；电机安装支架，设置与机翼的前缘固连，用于安装电机；螺旋桨，设置与电机固连，设置为在电机的驱动下旋转，为无人机提供动力；电调，设置在机翼的内部，用于控制电机转速。

进一步，一些实施例公开的固定翼无人机，起落架组件包括两个起落架，两个起落架对称地安装在机翼上，该起落架具体包括：两个起落架斜撑杆；起落架大梁，其两端分别与两个起落架斜撑杆固连，形成整体呈A型的起落架；起落架小梁，设置在起落架大梁的下方，其两端分别与两个起落架斜撑杆铰接。

进一步，一些实施例公开的固定翼无人机，起落架还包括：三通连接件，设置用于将起落架斜撑杆与起落架大梁固连；设置用于将起落架斜撑杆与起落架小梁铰接；A尖安装件，设置在起落架斜撑杆的顶端，用于将起落架斜撑杆与机翼固连；万向球套件，设置在起落架斜撑杆的底端，用于无人机在地面上滑动。

本实用新型一些实施例公开的固定翼无人机，方向舵设置在位于机翼两侧的起落架小梁上，且方向舵与起落架小梁设置为固连。

本实用新型一些实施例公开的固定翼无人机，还包括：副翼升降舵机，设置在机翼的内部，用于驱动副翼升降舵；方向舵舵机，设置在机翼的内部，用于驱动方向舵。

本实用新型一些实施例公开的固定翼无人机，还包括：垂尾，设置在机翼的翼尖上，并且与机翼垂直固连；小翼，设置在机翼的翼尖上，用于增大机翼翼尖负扭转。

本实用新型一些实施例公开的固定翼无人机，副翼升降舵与机翼设置为铰接，且副翼升降舵的面积为机翼的面积的25-35％。

本实用新型一些实施例公开的固定翼无人机，机翼的翼根采用平凸翼型，其安装角和迎角设置为0度，机翼的翼尖采用对称翼型，其迎角设置为负扭转。

本实用新型一些实施例公开的固定翼无人机，机翼上设置有贯穿其两个表面的起落架安装槽，用于安装起落架组件。

进一步，本实用新型一些实施例公开的固定翼无人机，还包括定位导向件，定位导向件设置在起落架安装槽中，用于起落架组件的安装定位。

本实用新型实施例公开的尾座双发垂直起降固定翼无人机，结构布局简单，无多余无用载荷，利用同一组动力装置实现垂直起降和水平飞行，灵活性高，可定点定高悬停，环境适应力强，续航里程长，能量效率高，在军事和民用领域都具有广泛的应用前景。

附图说明

图1实施例1尾座双发垂直起降固定翼无人机结构组成立体示意图

图2实施例2起落架组件结构组成示意图

图3实施例3尾座双发垂直起降固定翼无人机结构组成示意图

具体实施方式

在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本法实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本实用新型中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本实用新型公开的内容。

除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本实用新型中的其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。

本公开所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于±5％，如小于或等于±2％，如小于或等于±1％，如小于或等于±0.5％，如小于或等于±0.2％，如小于或等于±0.1％，如小于或等于±0.05％。浓度、量和其它数值数据在本文中可以以范围格式表示或呈现。这样的范围格式仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1％至5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。本公开述及的机翼，具有通常固定翼飞机的机翼的形状特征，机翼的前缘通常指与飞机机身相固定连接后，位于飞机机身的机头方向的一端边缘，机翼的后缘通常指与飞机机身相固定连接后，位于飞机机身的尾部方向的一端边缘，机翼的两个表面，通常是指机翼的两个上下翼面。本公开述及的固连，通常是指固定连接，可以包括焊接、铆接、螺纹连接等方式，具体连接方式可以根据使用条件进行选择。

在本公开，包括权利要求书中，所有连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”等被理解为是开放性的，即是指“包括但不限于”。连接词“由...组成”和“由...构成”是封闭连接词。

在一些实施方式中，无人机包括机身和设置在机身两侧的机翼，机翼通常对称地设置在机身两侧，且机翼与机身一体化设计，确保其具有优良的气动性能。机身的外形通常为流线型结构，以减少气动阻力。

在一些实施方式中，机翼的翼根采用平凸翼型，其安装角和迎角设置为 0度，机翼的翼尖采用对称翼型，其迎角设置为负扭转。在一些实施例中，机翼对称安装在机身两侧，翼根采用CLARK Y平凸翼型，安装角和迎角均为0度；翼尖采用NACA 0011对称翼型，迎角为负扭转0.5度，以此保证飞机起飞时能够垂直上升或下降，飞机平飞时具有足够的升力和飞行效率。在一些实施例中，机翼后缘具有后掠角，提高了飞机航向稳定性。一些实施例中，机翼为半蒙板结构，内部由翼肋和梁作为支撑，大大增加机翼的结构强度和刚度。

在一些实施方式中，机翼的后缘设置有副翼升降舵，为无人机提供俯仰力矩和翻滚力矩，作为可选实施例，副翼升降舵的面积为机翼面积的25-35％，能够为飞机提供足够的俯仰力矩和翻滚力矩，例如，可以设置为25％，28％， 30％，32％，35％等。作为可选实施例，副翼升降舵与机翼设置为铰接，副翼升降舵能够相对于机翼在一定角度内摆动，提供俯仰力矩和翻滚力矩。

在一些实施方式中，无人机还包括垂尾和小翼，都设置安装在机翼的翼尖上，均可以由1mm碳纤维复合材料层合板材料制成。在一些实施例中，垂尾设置在机翼的翼尖，并且与机翼垂直固连，用以提高飞机飞行时的横向稳定性；小翼设置在机翼的翼尖，小翼与机翼翼尖之间通常设置一个小的负扭转角度，例如，0.5度，1度，1.5度，2度等，用于增大机翼翼尖负扭转。在一些实施例中，机翼的翼尖部位，设置有用于安装固定垂尾的垂尾安装槽和用于安装固定小翼的小翼安装槽。本文述及的垂直固连，通常是指部件之间固定连接，固定连接的部件之间互相垂直。

在一些实施方式中，机翼的内部设置有副翼升降舵机，用于驱动副翼升降舵；例如机翼内的翼肋之间可以设置副翼升降舵舵机安装槽，该安装槽上固定安装副翼升降舵舵机；在一些实施例中，机翼的内部设置有方向舵舵机，用于驱动方向舵，例如，可以在机翼的翼肋之间设置方向舵舵机安装槽，该安装槽上固定安装方向舵舵机。通常，副翼升降舵舵机通过拉杆控制副翼升降舵，方向舵舵机通过拉杆控制方向舵，为无人机提供俯仰力矩、翻滚力矩和偏航力矩。

在一些实施方式中，无人机包括动力组件，动力组件通常包括两个电机、两个螺旋桨和两个电机安装支架；通常电机安装支架对称地设置在机翼的前缘，并与其固连，电机安装在电机安装支架上，螺旋桨安装在电机上。作为可选实施例，电机安装支架由碳纤维复合材料与轻木复合制成，其一端设有电机安装底座，电机通过螺丝和螺母固定在该电机安装底座上；其另一端加工成与机翼前缘相适配的形状，通过插接方式固定在机翼前缘，再通过粘结剂使电机安装支架与机翼胶粘连接，例如环氧树脂粘结剂。在一些实施例中，与电机配套设置有电调，设置在机翼的内部，例如，机翼内部设置有电调安装槽，电调安装在该安装槽中。在一些实施例中，电机为无刷直流电机，通过螺丝和螺母固连在电机安装底座上。电调通常是指电子调速器。

在一些实施方式中，无人机包括安装在机翼上的起落架组件，用于竖立放置无人机，竖立放置的无人机，机头方向朝上，尾部方向朝下，与起落架组件同向，保证其垂直起飞和垂直降落。在一些实施例中，起落架组件包括两个起落架，两个起落架对称地设置在机身的两侧，与机翼固连。起落架整体呈A字型，其具体包括两个起落架斜撑杆，形成起落架的两个侧边，设置在两个侧边之间的起落架大梁，其两端分别于两个起落架斜撑杆固连，形成 A型起落架整体结构。在一些实施例中，还设置有三通连接件，用于将起落架大梁和起落架斜撑杆固连；通常三通连接件设置在起落架斜撑杆的中部，距离起落架斜撑杆顶端较近的位置上，以得到呈A字型的起落架。在一些实施例中，还设置有A尖安装件，A尖安装件可以固连在机翼上，进而将A 尖安装件与起落架斜撑杆的前端固连，从而将起落架斜撑杆与机翼之间固连。在一些实施例中，还设置有万向球套件，设置在起落架斜撑杆的底端，减小起落架与放置地面之间的摩擦阻力，提高无人机垂直起降的稳定性。

在一些实施方式中，起落架小梁设置在起落架大梁的下方，其两端分别与两个起落架斜撑杆铰接，使得起落架小梁能够在一定的角度范围内转动。在一些实施方式中，起落架小梁与起落架斜撑杆之间通过三通连接件铰接。在一些实施例中，起落架小梁上固连有方向舵，起落架小梁转动时带动方向舵摆动，进而调节气流方向，调整无人机飞行方向。

在一些实施方式中，机翼上设置有贯穿其两个表面的起落架安装槽，用于安装起落架组件。安装起落架组件时，起落架大梁穿过起落架安装槽，其两端分别与起落架斜撑杆位置固连。

在一些实施方式中，无人机还包括定位导向件，该定位导向件设置在起落架安装槽中，用于起落架组件的安装定位，例如，起落架大梁穿过固定安装在起落架安装槽中的定位导向件，方便其安装和固定。

在一些实施方式中，机身包括任务仓和电池仓，任务仓中安装有飞控、数据发送器和接收机。机身前缘和头部分别安装有空速计和全球定位仪，机身尾部设有数传天线安装孔和磁罗盘定位安装板。

本实用新型提供的尾座双发垂直起降固定翼无人机，其起飞、飞行和降落过程包多旋翼模式和固定翼模式，具体包括：

起飞阶段为多旋翼模式，由电机提供向上的拉力，两个电机差速为飞机提供横滚力矩，由设置在机翼前缘的电机驱动螺旋桨产生高速气流，高速气流流经设置在无人机下方的方向舵，保证无人机的横向静稳定性；同时机翼下方的副翼升降舵能够为飞机提供足够的升降力矩和翻滚力矩，再结合飞控的自稳定系统，保证飞机平稳起飞；

无人机飞行到一定高度时，结合飞控的控制，可实现定点定高悬停；随后增大功率，提高电机转速，控制副翼升降舵面往飞机背部方向旋转，为无人机提供低头力矩，使飞机低头，最终无人机转换为固定翼模式高速飞行；

固定翼模式下无人机飞行过程中，机翼产生维持无人机飞行所需的升力，电机为无人机提供向前的拉力，副翼升降舵为无人机提供升降力矩和翻滚力矩，方向舵提供无人机的偏航力矩；

当飞行任务结束后，无人机返回降落点，副翼升降舵为飞机提供抬头力矩，使无人机由平飞状态转变成竖直状态，固定翼模式转换成多旋翼模式，以实现无人机垂直降落。

为了更好的说明本实用新型内容，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在实施例中，对于本领域技术人员熟知的一些方法、手段、仪器、设备未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。以下结合附图对本实用新型实施例的技术细节进一步说明。

图1是实施例1的尾座双发垂直起降固定翼无人机的结构组成立体示意图，该无人机包括机身1和设置在其机身1左右两侧的机翼3，机翼3的前缘，各设置有一套动力组件，动力组件包括与机翼前缘固定连接的电机安装支架 23，电机22固定连接在电机安装支架23上，螺旋桨21固定连接在电机22上；两个副翼升降舵4分别设置在两个机翼3的后缘位置，副翼升降舵4与机翼3铰接连接；每个机翼3上安装有一个起落架5，起落架5上连接有一个方向舵6，方向舵6与起落架5之间固连；机翼3的翼尖上，设置连接有垂直固连的垂尾7 和固连的小翼8，垂尾7在机翼的两个表面上形成对称结构。

图2是实施例2的起落架结构组成示意图，图中，起落架5包括两个起落架斜撑杆53，在起落架斜撑杆53较为接近顶端的位置上各固连有一个三通连接件54，两个三通连接件54之间设置一个起落架大梁56，起落架大梁56的两端分别与三通连接件54固连；起落架斜撑杆53的顶端连接有一个A尖安装件 52，A尖安装件52的一端设置为与起落架斜撑杆53的顶端相适配的固定连接结构，其另一端为设置有通孔的固定板51，起落架与机翼固连时，固定板51 被螺栓固定连接在机翼上，以便将起落架斜撑杆53的顶端固定在机翼上；万向球套件55设置在起落架斜撑杆53的底端；起落架大梁56的下方设置有起落架小梁57，起落架小梁57的两端分别与两个三通连接件54铰链连接；定位导向件58为具有两个平行通孔的结构，可以设置起落架大梁56和起落架小梁57 分别从两个通孔穿过，起落架大梁56与定位导向件58之间过盈配合，起落架小梁57与定位导向件58之间间隙配合，起落架与机翼固定连接时，定位导向件58设置在机翼上的起落架安装槽中，便于安装起落架大梁56和起落架小梁 57；起落架小梁57上，在三通连接件54与定位导向件58之间，各固连有一个全动式方向舵6，方向舵6在方向舵机的驱动下能够往返摆动。起落架小梁56 为碳杆，直径为9mm，方向舵8的前端设置有9mm的通孔，起落架小梁56穿过该通孔，与方向舵固连，接触部位用粘结剂3M树脂胶加固连接。万向球套件55设置安装在起落架斜撑杆53的底端。

图3为实施例3公开的固定翼无人机结构组成示意图，图中机身的前端部设置有空速计12和全球定位仪13，机身的中部包括任务仓9和电池仓10，电调11设置在机翼的内部，机身尾部还设置有数传天线安装孔和磁罗盘安装板，安装有数传天线和磁罗盘；螺旋桨21为拉力螺旋桨1365碳纤浆，用螺栓固定在电机22上，电机22为无刷直流拉力电机；电机安装支架23由碳纤维复合材料与轻木复合材料制成，其后端的形状与机翼前缘相适配，通过插接方式固定在机翼前缘，接触面上设置环氧树脂粘结，加强固定连接强度。设置在机身左右两侧的螺旋桨在无刷拉力电机的驱动下相向转动，以平衡电机反扭矩。

本实用新型实施例公开的尾座双发垂直起降固定翼无人机，结构布局简单，无多余无用载荷，利用同一组动力装置实现垂直起降和水平飞行，灵活性高，可定点定高悬停，环境适应力强，续航里程长，能量效率高，在军事和民用领域都具有广泛的应用前景。

本实用新型公开的技术方案和实施例中公开的技术细节，仅是示例性说明本实用新型的构思，并不构成对本实用新型的限定，凡是对本实用新型公开的技术细节所做的没有创造性的改变，都与本实用新型具有相同的发明精神，都在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种尾座双发垂直起降固定翼无人机，包括机身和设置在机身两侧的机翼，其特征在于，还包括：

动力组件，设置在所述机翼的前缘，为所述无人机提供动力；

副翼升降舵，设置在所述机翼后缘位置，用于控制所述无人机的滚转和俯仰；

起落架组件，设置在所述机翼上，用于竖直支撑所述无人机，保证无人机垂直起降；和

方向舵，设置在所述起落架组件上，用于控制所述无人机的航向；

其中，所述动力组件包括：

电机；

电机安装支架，设置与所述机翼的前缘固连，用于安装所述电机；

螺旋桨，设置与所述电机固连，设置为在所述电机的驱动下旋转，为所述无人机提供动力；

电调，设置在所述机翼的内部，用于控制所述电机转速。

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于，所述起落架组件包括两个起落架，所述两个起落架对称地安装在所述机翼上，所述起落架具体包括：

两个起落架斜撑杆；

起落架大梁，所述起落架大梁的两端分别与所述两个起落架斜撑杆固连，形成整体呈A型的起落架；

起落架小梁，设置在所述起落架大梁的下方，所述起落架小梁的两端分别与两个所述起落架斜撑杆铰接。

3.根据权利要求2所述的固定翼无人机，其特征在于，所述起落架还包括：

三通连接件，设置用于将所述起落架斜撑杆与所述起落架大梁固连，设置用于将所述起落架斜撑杆与所述起落架小梁铰接；

A尖安装件，设置在所述起落架斜撑杆的顶端，用于将所述起落架斜撑杆与所述机翼固连；和

万向球套件，设置在所述起落架斜撑杆的底端，用于所述无人机在地面上滑动。

4.根据权利要求2所述的固定翼无人机，其特征在于，所述方向舵设置在位于所述机翼两侧的起落架小梁上，且所述方向舵与所述起落架小梁之间设置为固连。

5.根据权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于，还包括：

副翼升降舵机，设置在所述机翼的内部，用于驱动所述副翼升降舵；

方向舵舵机，设置在所述机翼的内部，用于驱动所述方向舵。

6.根据权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于，还包括：

垂尾，设置在所述机翼的翼尖上，并且与所述机翼垂直固连；

小翼，设置在所述机翼的翼尖上，用于增大机翼翼尖负扭转。

7.根据权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于，所述副翼升降舵与所述机翼设置为铰接，且所述副翼升降舵的面积为所述机翼的面积的25-35％。

8.根据权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于，所述机翼的翼根采用平凸翼型，其安装角和迎角设置为0度，所述机翼的翼尖采用对称翼型，其迎角设置为负扭转。

9.根据权利要求1所述的固定翼无人机，其特征在于，所述机翼上设置有贯穿其两个表面的起落架安装槽，用于安装所述起落架组件。

10.根据权利要求9所述的固定翼无人机，其特征在于，还包括定位导向件，所述定位导向件设置在所述起落架安装槽中，用于所述起落架组件的安装定位。

Images