CN210942223U

CN210942223U - 一种涵道式无人机

Info

Publication number: CN210942223U
Application number: CN201921570884.9U
Authority: CN
Inventors: 刘子铭; 甄鹏飞; 孙博; 马罡; 刘春桃
Original assignee: Cool High Technology Beijing Co ltd
Current assignee: Cool High Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2029-09-20

Abstract

本实用新型属于无人机技术领域，公开了一种涵道式无人机，设置有机身；至少两个气动单元，通过连接件固定安装在所述机身外侧；能源单元，安装在所述机身内部，所述能源单元用于驱动各气动单元。通过将电机和其他相关零部件通过电机支架固定在涵道的内壁上，使涵道作为一个单独的模块，并设置一个连接接头，用于与机身对接，组装成涵道式无人机，使得涵道的拆装和维修过程更为简单，而且在电机支架上设置的零部件高度集成，避免了过多的连接固定件，使零部件数量和自身重量都会减少，通过将涵道分布在机身外侧的结构形式，使涵道上开口和下开口处的气流不会受到自身零部件的遮挡，保证了气动效率。

Description

一种涵道式无人机

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及一种涵道式无人机。

背景技术

目前，业内最接近的现有技术：无人机具有机动灵活、反应速度快、无人驾驶、可精确控制等优点，在众多领域中广泛应用，例如影像拍摄、探测、监控等。现有的无人机飞行器多采用开放式螺旋桨，开放式螺旋桨的桨叶在高速圆周旋转时在桨尖处速度超高，诱导阻力巨大，且对外界气流产生冲击造成巨大噪声，导致气动效率降低。为了避免无人机在人口密集环境中飞行时旋翼产生的安全隐患，提高气动效率，多采用涵道式无人机。

涵道式飞行器由于螺旋桨桨叶叶尖处受涵道限制，冲击噪声减小。诱导阻力减少，从而气动效率较高。在同样功率消耗下，涵道螺旋桨较同样直径的开放(孤立)螺旋桨，会产生更大的推力。同时由于涵道的环括作用，其结构紧凑、气动噪声低、使用安全性好。且在相同载重下，相比于其他类型的无人机，涵道飞行器的结构更加紧凑，其能安全通过的空间尺寸需求仅为多旋翼无人机和直升机的1/4-1/6。另外，涵道结构有效减小了气动干扰和噪声，使得它具有良好的隐蔽性，能够为信息采集、情报侦察、人质救援、城市特种反恐等警用领域内的难点问题提供更加有效的解决实施方案。再次，涵道式无人机能够在复杂狭窄的环境下“零距离”接触障碍物作业，加入机械臂等外部操作机构后，即可对高空中目标作业对象开展如传感器布置、接触式测量、清理障碍、阀门闸刀操作等直接接触式的作业。

涵道式飞行器在涵道内部安装旋翼作为升力系统，为平衡反扭矩通常在同一个涵道内采用共轴双桨，或者需要额外安装导流板、结构支撑件、导流板迎角控制舵机等复杂的附属单元，导致涵道的拆装和维修十分复杂，而且需要很多的连接固定件进行安装。零部件数量和自身重量都会增加，从而大大降低了涵道飞行器的有效载荷，涵道与开放式旋翼相比产生的升力增益被这些附属单元消耗，使现有的涵道飞行器的飞行性能远远落后于开放式螺旋桨，涵道飞行器不能达到预期的设计效果，实用价值较低，应用范围受限。另外，涵道飞行器基本上都是固定结构，针对某项特定需求研制，不能适应多变的任务需求，也不能通用于多种用途。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的涵道飞行器需要安装复杂的附属单元，导致涵道的拆装和维修十分复杂，而且需要很多的连接固定件进行安装，零部件数量和自身重量都会增加，从而大大降低了涵道飞行器的有效载荷。

(2)涵道飞行器基本上都是固定结构，不能适应多变的任务需求，也不能通用于多种用途。

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种涵道式无人机。

本实用新型是这样实现的，一种涵道式无人机，所述涵道式无人机设置有机身；

至少两个气动单元，通过连接件固定安装在所述机身外侧，各气动单元的中心在同一水平面上呈阵列分布，且各气动单元具有相同的外形和尺寸；以及能源单元，安装在所述机身内部，所述能源单元用于驱动各气动单元。

进一步，各所述气动单元的中心在同一水平面上呈矩形阵列分布，所述气动单元的数量为偶数，且各所述气动单元对称分布在所述机身的两侧。

进一步，各所述气动单元包括涵道圈本体、至少一个螺旋桨、与螺旋桨一一对应连接的电机支架和一一对应驱动螺旋桨的电机，电机支架固定安装在涵道圈本体内；

电机支架包括中间的托盘、以及连接托盘和涵道内壁的连接杆，螺旋桨的桨毂固定连接到电机上，并能随电机旋转，电机能转动地坐落在托盘内。

进一步，所述涵道圈本体包括内壁和外壁，所述内壁和外壁之间形成腔体，所述腔体内焊接有加强筋，加强筋在腔体内布置上下两层，每层中的四个加强筋沿腔体的周向均匀分布；

在内壁的上端与外壁的上端之间设置有上唇口，在内壁的下端与外壁的下端之间设置有下唇口。

进一步，各所述涵道圈本体的内壁的内径和外壁的外径均相同，各所述涵道圈本体的高度均相同，且各所述气动单元内的螺旋桨的直径均相同。

进一步，所述电机支架包括托盘和沿涵道圈本体的径向水平布置在托盘外侧的连接杆，连接杆的外端与涵道的内壁固定连接；

涵道内壁预埋安装件，连接杆与安装件通过螺纹连接；电机支架上套有整流滑套，整流滑套的内部截面形状与电机支架的外部截面形状相同。

进一步，所述气动单元包括两个螺旋桨，一一对应的两个电机支架分别避开上唇口和下唇口，并靠近涵道圈本体的上端和下端；或者一一对应的两个电机支架分别设置在上唇口和下唇口处。

进一步，所述机身包括框架和设置在框架的外侧的外壳；

所述框架采用金属支撑柱和碳纤维板相结合的桁架结构，框架上安装有电池、舵机、飞控处理器、方向识别机构和通讯装置。

进一步，所述涵道无人机还包括起落架，起落架包括连接在机身或涵道圈本体上的多根支撑杆。

进一步，在位于上方的电机支架的托盘的上方安装前部整流罩，在位于下方的电机支架的托盘的下方安装后部整流罩；

前部整流罩和后部整流罩的外壁均为流线形，且后部整流罩的底端的弧度小于前部整流罩的顶端的弧度；或者前部整流罩的顶端为弧形，后部整流罩的底端为尖角。

进一步，所述气动单元的外壁上安装有连接接头，连接接头上设置电源通讯插头，机身上安装有涵道电源和通讯装置连接的接头，所述电源通讯插头能插入所述机身上的接头内。

本实用新型通过将电机和其他相关零部件通过电机支架固定在涵道的内壁上，使涵道作为一个单独的模块，并设置一个连接接头，用于与机身对接，组装成涵道式无人机，使得涵道的拆装和维修过程更为简单，而且在电机支架上设置的零部件高度集成，避免了过多的连接固定件，使零部件数量和自身重量都会减少，通过将涵道分布在机身外侧的结构形式，使涵道上开口和下开口处的气流不会受到自身零部件的遮挡，保证了气动效率。

双涵道式无人机通过导流板对调整姿态进行辅助，将导流板布置在涵道正对的下方，将控制导流板摆动方向的舵机连接在电机支架上。不需要再设置其他的控制结构，避免了其他的连接结构，整体布局简单，减轻了部分重量。

四涵道式无人机通过涵道倾转或者螺旋桨变距即可调整姿态，不需要设置导流板，整体布局更为简单，极大地减轻了重量。另外，起落架连接在机身的下方，减小了无人机的外廓尺寸，通过横杆增加了落地时与地面的接触面积，提高了稳定性。

六涵道式无人机采用多个且为偶数个气动单元，不仅是一种冗余设计，在部分气动单元发生故障或损坏时，其他气动单元能够继续工作，避免坠毁。还可以将气动单元左右对称布置，使外部轮廓呈矩形，在批量运输时能够节省空间，另外，起落架连接在机身的下方，减小了无人机的外廓尺寸，通过横杆增加了落地时与地面的接触面积，提高了稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的双涵道式无人机结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的导流板结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的四涵道式无人机结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的四涵道式无人机起落架结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的六涵道式无人机结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的六涵道式无人机侧面结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的涵道结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的连接接头结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的电机托盘结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的整流滑套结构示意图；

图中：1、框架；2、涵道；3、固定架；4、导流板；5、起落架；6、前部整流罩；7、后部整流罩；8、主纵梁；9、连接支架；10、涵道圈本体；11、螺旋桨；12、电机支架；13、整流滑套；14、预埋安装件；15、连接接头；16、托盘；17、连接杆。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本实用新型的结构作详细的描述。

如图1至图10所示，本实用新型实施例提供的涵道式无人机包括至少两个气动单元、机身和能源单元。机身为各气动单元和能源单元的安装载体，各气动单元分布在机身的外侧，机身与各气动单元之间分别通过连接件连接，可采用螺丝固连。本实施例中，能源单元为电池，置于机身内部，各气动单元的电机分别通过线路连接到电池。

各气动单元分别包括涵道圈本体10、螺旋桨11和电机支架12。气动单元作为一个单独的模块，其外壁上设置连接接头15，连接接头15上设置电源通讯插头；在机身上布置有涵道电源和通讯的预留位置，并设置相应的接头，与各气动单元的连接接头15直接对接后，各气动单元迅速与电源和通讯装置连接，即可快速组装为涵道式无人机，为螺旋桨11提供动力，并能传输采集数据和控制信号。

如图1和图2所示，涵道式无人机包括两个气动单元；如图3至图4所示，涵道式无人机包括四个气动单元；如图5至图6所示，涵道式无人机包括六个气动单元。采用多个且为偶数个的气动单元，在部分气动单元发生故障或损坏时，其他气动单元能够继续工作，避免坠毁。设置为偶数个还可以将气动单元左右对称布置，使外部轮廓呈矩形，在批量运输时形状较为规则，方便排列，且能够节省空间。

涵道式飞行器的气动性能主要体现在涵道2的结构设计，其相关结构和参数决定了升力系统的气动效率，比如涵道2出口滑流面积与螺旋桨11桨盘面积之比、涵道2剖面翼型以及涵道2截面的长宽比、飞行器主体与涵道2连接、涵道2唇口形状等。

机身包括框架1和外壳。框架1为金属支撑柱和碳纤维板相结合的桁架结构，强度大、重量轻、空间大。在框架1内不仅布置电池，还布置舵机、飞控处理器、方向识别机构、通讯装置，外壳罩设在框架1的外侧，起到保护内部结构和美观的作用。其中方向识别机构内安装有罗盘，通讯装置内安装有数据采集器和数据处理器。

如图1所示，双涵道的起落架5为沿双涵道式无人机的周向布置的四根支撑杆，各支撑杆通过预埋件连接在涵道2的外壁上。

如图3和图6所示，四涵道式无人机和六涵道式无人机的起落架5包括四根支撑杆，在各支撑杆的下方连接水平设置的横杆，增加了落地时与地面的接触面积，提高了稳定性。四涵道和六涵道式无人机的机身的框架1呈条状，涵道2对称布置在框架1的两侧。六涵道式无人机的机身的框架1包括两根主纵梁8，涵道2布置在两根主纵梁8的外侧，并通过连接支架9固定到主纵梁8上。

如图4所示，在位于上方的电机支架12的托盘16的上方安装前部整流罩6(空中飞行时前部整流罩6朝向上方)，在位于下方的电机支架12的托盘16的下方安装后部整流罩7。前部整流罩6和后部整流罩7的外壁均为流线形，后部整流罩7的底端比前部整流罩6的顶端尖，也就是说，弧度较小，或者使后部整流罩7的底端为尖角。本实施例中，前部整流罩6的顶端为弧形，后部整流罩7的底端为尖角。

如图7至图8所示，本体的内壁和外壁分开制作，内壁和外壁之间形成腔体，在内壁的上端与外壁的上端之间形成上唇口，在内壁的下端与外壁的下端之间形成下唇口。

在腔体内用加强筋片从前后左右四个方向分别加强内、外壁之间的连接，加强筋片在腔体内布置上下两层，每层中的四个加强筋片沿腔体的周向均匀分布。

涵道圈本体10采用玻璃钢加工工艺，在本体的内、外壁的上方和下方交接处均采用玻璃钢制作工艺黏合，玻璃钢依靠模具成型，性能稳定、厚度较薄、强度大、重量轻。

如图9所示，螺旋桨11包括桨毂和沿桨毂的周向均匀布置的至少两个叶片。本实施例中，设置三个叶片。

电机支架12包括托盘16和沿轴向水平布置在托盘16外侧的连接杆17，连接杆17的外端与涵道2的内壁固定连接。本实施例中，电机支架12包括三根均匀分布的连接杆17，电机支架12与桨毂由碳纤维一体成型。电机安装在托盘16上，螺旋桨11通过桨毂安装在电机的外侧，电机驱动叶片转动。

电机支架12为空心流线型结构，其横截面为水滴形。在保证优良气动性能和较低气动阻力的同时，还能兼顾容纳电机、电调的电源线和信号线的安装。

如图10所示，涵道2内壁预埋安装件14，连接杆17的外端的内部预留有金属螺母，安装件与螺母通过螺丝固连。电机支架12上套有流线型的整流滑套13，整流滑套13的内部截面形状与电机支架12的外部截面形状相同。当电机支架12完成与内壁的连接后，整流滑套13滑动至电机支架12与内壁的连接处，用于紧固的螺丝完全遮盖住，其外端面与内壁贴合。

本实施例中，在涵道2内设置两个螺旋桨11，电机支架12的位置分别避开上唇口和下唇口，并分别靠近涵道2的上端和下端，连接在内壁上，用于可靠地支撑电机和螺旋桨11。或者在涵道2的上唇口和下唇口处分别设置电机支架12，上唇口和下唇口能满足强度要求即可。还可以仅在涵道2内设置一个螺旋桨11和一个电机支架12。

本实用新型的工作原理是：将电机和其他相关零部件通过电机支架12固定在涵道2的内壁上，使涵道2作为一个单独的模块，并设置一个连接接头15，用于与机身对接，组装成涵道式无人机。涵道式无人机特别是涵道2的拆装和维修过程更为简单，而且在电机支架12上设置的零部件高度集成，避免了过多的连接固定件，使零部件数量和自身重量都会减少。

本实用新型涵道分布在机身外侧的结构形式，使涵道2上开口和下开口处的气流不会受到自身零部件的遮挡，保证了气动效率。

本实用新型的双涵道式无人机中，由于只有两个涵道2，无法通过涵道2倾转或者螺旋桨11变距来调整姿态，需要导流板4之类的辅助结构。将导流板4通过固定架3安装在涵道2正对的下方，将控制导流板4摆动方向的舵机连接在电机支架12上。不需要再设置其他的控制结构，避免了其他的连接结构，整体布局简单，减轻了部分重量。

四涵道式无人机和六涵道式无人机通过涵道2倾转或者螺旋桨11变距即可调整姿态，不需要设置导流板4，整体布局更为简单，极大地减轻了重量。另外，起落架5连接在机身的下方，减小了无人机的外廓尺寸。

本实用新型的结构简单，避免了控制结构的安装，减轻了重量，增加了无人机的有效载荷。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种涵道式无人机，其特征在于，所述涵道式无人机设置有

机身；

至少两个气动单元，通过连接件固定安装在所述机身外侧，各气动单元的中心在同一水平面上呈阵列分布，且各气动单元具有相同的外形和尺寸；以及

能源单元，安装在所述机身内部，所述能源单元用于驱动各气动单元。

2.如权利要求1所述的涵道式无人机，其特征在于，各所述气动单元的中心在同一水平面上呈矩形阵列分布，所述气动单元的数量为偶数，且各所述气动单元对称分布在所述机身的两侧。

3.如权利要求1所述的涵道式无人机，其特征在于，各所述气动单元包括涵道圈本体、至少一个螺旋桨、与螺旋桨一一对应连接的电机支架和一一对应驱动螺旋桨的电机，电机支架固定安装在涵道圈本体内；

4.如权利要求3所述的涵道式无人机，其特征在于，所述涵道圈本体包括内壁和外壁，所述内壁和外壁之间形成腔体，所述腔体内焊接有加强筋，加强筋在腔体内布置上下两层，每层中的四个加强筋沿腔体的周向均匀分布；

5.如权利要求3所述的涵道式无人机，其特征在于，各所述涵道圈本体的内壁的内径和外壁的外径均相同，各所述涵道圈本体的高度均相同，且各所述气动单元内的螺旋桨的直径均相同。

6.如权利要求3所述的涵道式无人机，其特征在于，所述电机支架包括托盘和沿涵道圈本体的径向水平布置在托盘外侧的连接杆，连接杆的外端与涵道的内壁固定连接；

7.如权利要求4所述的涵道式无人机，其特征在于，所述气动单元包括两个螺旋桨，一一对应的两个电机支架分别避开上唇口和下唇口，并靠近涵道圈本体的上端和下端；或者一一对应的两个电机支架分别设置在上唇口和下唇口处。

8.如权利要求1所述的涵道式无人机，其特征在于，所述机身包括框架和设置在框架的外侧的外壳；

9.如权利要求1至8任一项所述的涵道式无人机，其特征在于，所述涵道无人机还包括起落架，起落架包括连接在机身或涵道圈本体上的多根支撑杆。

10.如权利要求7所述的涵道式无人机，其特征在于，在位于上方的电机支架的托盘的上方安装前部整流罩，在位于下方的电机支架的托盘的下方安装后部整流罩；

11.如权利要求1所述的涵道式无人机，其特征在于，所述气动单元的外壁上安装有连接接头，连接接头上设置电源通讯插头，机身上安装有涵道电源和通讯装置连接的接头，所述电源通讯插头能插入所述机身上的接头内。