CN211468764U - 移动载具牵引的无人自转旋翼机系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空领域，具体而言是一种移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，包括无人自转旋翼机和用于对无人自转旋翼机实现牵引和收放的基座；所述无人自转旋翼机包括“L”形的梁和“H”形的尾翼，梁和尾翼相互连接，梁的顶部设置有桨毂，桨毂上连接有旋翼、梁上端部逆航向一侧安装有刹车和转速传感器，梁的上部钝角折弯处顺航向一侧有设备基座。本申请简化了无人旋翼机的机体结构、简化了基座的结构、将牵引和收放所需的设备集成到基座上、借助牵引绳和特别设计的机构简化旋翼无人机的收放操作，并使旋翼无人机在回收后能自动固定到基座上。

Description

移动载具牵引的无人自转旋翼机系统

技术领域

本申请属于航空领域，具体而言是一种移动载具牵引的无人自转旋翼机系统。

背景技术

无人自转旋翼机也称作无人自旋翼机、无人旋翼机，是一种以自转旋翼作为升力面、螺旋桨推（拉）力或其它供能方式为前进动力的无人驾驶旋翼类飞行器。自转旋翼机的旋翼未与发动机直接相连，飞行中可同时提供升力和俯仰、滚转操作力矩。旋翼在飞行时依靠相对气流的吹动而一直保持旋转状态，因而即使发动机失效，依靠旋翼的自转，旋翼机还是可以安全着陆。

作为旋翼飞行器，其具有良好的低空、低速性能，可实现近乎垂直的跃升式起飞和自转降落，不需要专用起降场地，自转旋翼机的另一特点是可以不用自带动力、完全依靠外部动力进行牵引飞行，从而大大降低系统复杂度和成本。因此，在边境巡逻、影视拍摄等应用场景，可为相关设备提供低门槛、低成本的飞行平台。德国Focke-Achgelis公司曾研制一款小型无动力自转旋翼机Fa330，单人操作，通过钢索连接在舰船上以约30km/h的速度拖曳起飞，用以执行侦察、警戒任务。

专利US20110186687A1公布了一种可为机载电子系统独立供能的无人旋翼风筝，所述方案由旋翼驱动发电机为机载电子设备供能，该方案增加了旋翼桨毂部分的复杂度，且旋翼本身也是被动旋转，所提供的能量有限，限制了机载电子设备的功率；所述方案未对起飞/回收和牵引装置提出要求。

专利US20120091259A1公布了一种可牵引的航空器和一种系留牵引装置，所述方案的系留装置无法在飞行器停放时提供足够的约束，飞行器需要另行固定；所述方案的飞行器在降落时已与牵引绳索断开，无法回到起飞时的位置，增加了回收难度。

专利US8540183B2公布了一种包含可牵引飞行的通用旋翼机的航空装置，所述方案在降落时牵引绳未提供约束，飞行器依靠旋翼自转降落，落点不确定，且机身必须安装滑橇或起落架，增加了结构重量和复杂度；所述方案未对基座和飞行器与基座的连接形式作出要求；

专利US20140183300A1公布了一种受约束的载荷系统和方法，所述方案包含多组运动副对缆绳进行收放，结构较复杂、占用空间较大；此外，所述方案将控制光纤、电缆集成在同一根线缆中，虽然可以为设备提供更大的功率和更长的续航时间，但线缆中的线束在使用过程中有断裂的风险，降低了使用可靠度，同时这种集成式的线缆造价较高，限制了使用范围。

专利US9211959B2公布了一种从移动平台发射无人飞行器的系统，所述方案在无人飞行器起飞后便不再为其提供动力和约束，对于自转旋翼无人的情况，要适用于该系统必须自带动力系统，这无疑增加了自转旋翼无人的复杂程度。此外，所述方案未包含无人飞行器的回收功能。

发明内容

为了解决现有技术中存在无法高效的实现无人机回收的问题，现在提出一种移动载具牵引的无人自转旋翼机系统。

为实现上述技术问题，本申请所采用的技术方案如下：

一种移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：包括无人自转旋翼机和用于对无人自转旋翼机实现牵引和收放的基座；

所述无人自转旋翼机包括“L”形的梁和“H”形的尾翼，梁和尾翼相互连接，梁的顶部设置有桨毂，桨毂上连接有旋翼、梁上端部逆航向一侧安装有刹车和转速传感器，梁的上部钝角折弯处顺航向一侧有设备基座。

刹车包括制动盘和制动钳总成，梁上端部逆航向一侧有刹车安装支架，其上固定有制动钳总成，制动盘在桨毂下方与桨毂同轴安装，随桨毂一同旋转。用于旋翼快速制动。

无人自转旋翼机根据安装的任务设备，可用于多种任务和目的，如空中摄影、交通流量监控、边境巡逻、靶试训练等，可携带的任务设备包括但不限于：摄像机、光电球头、角反射器等。

所述旋翼为无迎角、定距安装的气动桨叶，桨叶由刚性和半刚性材料组成，保证桨叶在受到气动力时发生一定的变形而不至于折断。

所述桨毂为“跷跷板”式桨毂，总距固定。

所述转速传感器通过测量与旋翼同步旋转的制动盘转速来测量旋翼转速。

“L”形的梁由一整根金属管材折弯而成，倒圆角处固定连接有近似三角形的刚性薄板，用于增加圆角处刚度、连接牵引线缆。靠近桨毂处的加强筋外侧焊接有设备基座，可安装各种有效载荷。

基座包括基座上壁板和基座下壁板，基座上壁板窄端安装有电动绞车，电动绞车与电机相连，线缆一端连接在电动绞车的绞盘上，线缆另一端连接在无人自转旋翼机上，基座上壁板还安装有加强板，加强板上连接有V形卡槽，加强板的开孔中设置有限位器。

基座上壁板和基座下壁板之间通过设置有多个C形件相连，基座上壁板内侧连接有用于加强刚度的桁条，基座上壁板宽端安装有梯形卡槽，梯形卡槽的中部通过两个桁条与上壁板连接，在基座上壁板和基座下壁板上均设置有多个用于固定安装各个结构的安装孔。

梯形卡槽处设置有用于固定尾翼的保险装置，保险装置包括C形卡箍、插销和螺钉，螺钉依次穿过尾翼、C形卡箍和梯形卡槽上的通孔，插销再穿过螺钉上的通孔。

所述电动绞车由电机、绞盘和绞车基座组成，绞盘通过轴承连接在绞车基座上，电机固定在绞车基座的一侧，电机通过蜗杆副驱动绞盘正、反向转动，实现线缆的收放从而控制旋翼机的起飞和回收。

所述线缆用于承受牵引载荷，在飞行时提供高度和方向约束，在回收时将飞行器牵引到基座附件。

所述限位器用于改变牵引力的方向。

本申请的有益效果为：

1、本申请简化了无人旋翼机的机体结构、简化了基座的结构、将牵引和收放所需的设备集成到基座上、借助牵引绳和特别设计的机构简化旋翼无人机的收放操作，并使旋翼无人机在回收后能自动固定到基座上。

2.安装方便：与已公开的方案相比，飞行器、绞车和收放装置都集中安装在基座上，移动载具只需要与基座进行机械连接，就可以实现飞行全过程的功能，不需要在移动载具上额外设置收放、系留装置。

3. 回收方便：与已公开的方案相比，飞行器能通过线缆的牵引、约束作用直接回收到基座上并可靠固定，降低了回收难度且不需要额外考虑降落场地。

4. 结构简单：与已公开的方案相比，由于基座提供了固定和支撑功能，飞行器不再需要滑撬或起落架等着陆装置，此外，在一定速度范围内，牵引力和飞行器的升力、阻力的合力可以自适应地平衡，因此尾翼没有活动控制面；以上因素简化了飞行器结构、降低了结构重量和飞行阻力，为有效载荷预留更多载重。

5．具有较高性价比：与已公开的方案相比，进一步简化了飞行器结构，飞行器和基座无特殊工艺要求，与其他飞行平台相比没有昂贵的航空发动机和控制设备，整套系统了生产成本低、维护简单，借助机动平台的牵引，可将一定重量的任务设备携带升空，具有极低的飞行成本。

附图说明

图1是本实用新型的正视图。

图2是本实用新型的侧视图。

图3是本实用新型的俯视图。

图4是本实用新型的轴测图。

图5是本实用新型的刹车结构放大图。

图6是本实用新型的基座的爆炸图。

图7是本实用新型的保险装置示意图。

图8是本实用新型的局部放大图。

图9是本实用新型的飞行示意图。

图10是本实用新型的回收示意图。

图中：1-基座，1.1-基座上壁板，1.2-基座下壁板，1.3-限位器，1.4-C形件，1.5-桁条，1.6-加强板，1.7-梯形卡槽，1.8-安装孔，1.9-V形卡槽，2-无人自转旋翼机，3-电动绞车，4-电机，5-设备基座，6-尾翼，7-刹车，7.1-制动盘，7.2-制动钳总成，8-桨毂，9-旋翼，10-保险装置，10.1 -C形卡箍，10.2-插销，10.3-螺钉，11-牵引孔，12-线缆，13-凸块，14-转速传感器。

具体实施方式

一种移动载具牵引的无人自转旋翼机系统包括无人自转旋翼机2和用于对无人自转旋翼机2实现牵引和收放的基座1；

所述无人自转旋翼机2包括“L”形的梁和“H”形的尾翼6，梁和尾翼6相互连接，梁的顶部设置有桨毂8，桨毂8上连接有旋翼9、梁上端部逆航向一侧安装有刹车7和转速传感器14，梁的上部钝角折弯处顺航向一侧有设备基座5。

刹车7包括制动盘7.1和制动钳总成7.2，梁上端部逆航向一侧有刹车7安装支架，其上固定有制动钳总成7.2，制动盘7.1在桨毂8下方与桨毂8同轴安装，随桨毂8一同旋转。用于旋翼9快速制动。

无人自转旋翼机2根据安装的任务设备，可用于多种任务和目的，如空中摄影、交通流量监控、边境巡逻、靶试训练等，可携带的任务设备包括但不限于：摄像机、光电球头、角反射器等。

所述旋翼9为无迎角、定距安装的气动桨叶，桨叶由刚性和半刚性材料组成，保证桨叶在受到气动力时发生一定的变形而不至于折断。

所述桨毂8为“跷跷板”式桨毂8，总距固定。

所述转速传感器14通过测量与旋翼9同步旋转的制动盘7.1转速来测量旋翼9转速。

“L”形的梁由一整根金属管材折弯而成，倒圆角处固定连接有近似三角形的刚性薄板，用于增加圆角处刚度、连接牵引线缆12。靠近桨毂8处的加强筋外侧焊接有设备基座5，可安装各种有效载荷。

基座1包括基座上壁板1.1和基座下壁板1.2，基座上壁板1.1窄端安装有电动绞车3，电动绞车3与电机4相连，线缆12一端连接在电动绞车3的绞盘上，线缆12另一端连接在无人自转旋翼机2上，基座上壁板1.1还安装有加强板1.6，加强板1.6上连接有V形卡槽1.9，加强板1.6的开孔中设置有限位器1.3。

基座上壁板1.1和基座下壁板1.2之间通过设置有多个C形件1.4相连，基座上壁板1.1内侧连接有用于加强刚度的桁条1.5，基座上壁板1.1宽端安装有梯形卡槽1.7，梯形卡槽1.7的中部通过两个桁条1.5与上壁板连接，在基座上壁板1.1和基座下壁板1.2上均设置有多个用于固定安装各个结构的安装孔1.8。

梯形卡槽1.7处设置有用于固定尾翼6的保险装置10，保险装置10包括C形卡箍10.1 、插销10.2和螺钉10.3，螺钉10.3依次穿过尾翼6、C形卡箍10.1 和梯形卡槽1.7上的通孔，插销10.2再穿过螺钉10.3上的通孔。

所述电动绞车3由电机4、绞盘和绞车基座1组成，绞盘通过轴承连接在绞车基座1上，电机4固定在绞车基座1的一侧，电机4通过蜗杆副驱动绞盘正、反向转动，实现线缆12的收放从而控制旋翼9机的起飞和回收。

所述线缆12用于承受牵引载荷，在飞行时提供高度和方向约束，在回收时将飞行器牵引到基座1附件。

所述限位器1.3用于改变牵引力的方向。

电动绞车3固定安装在基座上壁板1.1窄端；线缆12一端连接在电动绞车3的绞盘上，穿过两个限位器1.3，另一端连接在无人自转旋翼机2上；限位器通过加强筋沿基座1长轴固定安装在上壁板内侧中轴线处，限位器穿过加强板1.6和上壁板的小孔竖直固定安装；“V”形卡槽通过加强板1.6固定安装在靠近电动绞车3的上壁板外侧中轴线处；梯形卡槽1.7固定安装在基座上壁板1.1宽端，中部通过两个桁条1.5与上壁板连接，以增加卡槽刚度；保险装置10由“C”形卡箍、插销10.2和螺钉10.3组成，为无人自转旋翼机2在基座1的停放提供额外的固定，无人自转旋翼机2停放在基座1上时，“C”形卡箍嵌入并包含水平尾翼6和梯形卡槽1.7，“C”形卡箍上的孔分别与尾翼6、梯形卡槽1.7上的孔对齐，螺钉10.3穿过“C”形卡箍、尾翼6、梯形卡槽1.7上的孔并由插销10.2固定。

结合附图所示，在图1中，电机4通过蜗杆形式与绞车机械耦合，电机4正/反转即可控制绞车收/放线缆12,当电机4停转时，蜗杆结构锁定绞车，保持当前释放的线缆12长度。

在图2所示实施例中，有效载荷基座1通过加强筋连接在无人自转旋翼机2上，作为各种任务载荷的固定基座1。

在图2和图3所示实施例中，尾翼6在水平和竖直方向有很大的投影面积，在飞行中可以提供足够的航向和俯仰稳定性。

在图4所示实施例中，无人自转旋翼机2，通过V形卡槽1.9、梯形卡槽1.7、线缆12和保险装置10固定在基座1上。

在图6所示实施例中，基座1由基座1下板、C形型材、加强筋、基座1上板、加强板1.6、限位器1.3、V形卡槽1.9和梯形卡槽1.7组成，绞车和电机4安装在基座1上板上，线缆12穿过两个限位器1.3后连接到飞行器。

在图7所示实施例中，抽出插销10.2，向上拔出螺钉10.3，向前抽出C形卡箍10.1解除保险装置10。

在图8所示实施例中，线缆12穿过限位器1.3后连接于飞行器的牵引孔11处，线缆12释放过程中，无人自转旋翼机2逐渐提高飞行高度，线缆12收卷过程中，无人自转旋翼机2被牵引到基座1上板附近，凸块13接触V形卡槽1.9，线缆12继续收卷，凸块13滑入V形卡槽1.9深处并固定。

在图9所示的一个实施例中，基座1固定在一辆汽车顶部，车辆向前行驶时，相对气流吹动旋翼9旋转产生升力，当行驶速度和旋翼9转速达到要求时，电机4驱动绞车释放线缆12，无人自转旋翼机2离开基座1进入飞行状态，在飞行中通过调整车辆行驶速度或线缆12长度可调节无人自转旋翼机2的飞行高度和速度。

在图10所示实施例中，包括四个步骤，分别是第Ⅰ步-第Ⅳ步，具体为由于线缆12牵引力作用点位于凸块13与加强板1.6接触点之后，凸块13接触加强板1.6后，线缆12的牵引力产生向后扭转的力矩，让尾翼6也压入梯形卡槽1.7上，实现飞行器准确回收。

最后应说明的是，显然，上述实施例子仅仅是为清楚的说明本申请而作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的一般技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有可能的实施方式予以穷举。而由此引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围中。

Claims (7)

1.一种移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：包括无人自转旋翼机（2）和用于对无人自转旋翼机（2）实现牵引和收放的基座（1）；

所述无人自转旋翼机（2）包括“L”形的梁和“H”形的尾翼（6），梁和尾翼（6）相互连接，梁的顶部设置有桨毂（8），桨毂（8）上连接有旋翼（9）、梁上端部逆航向一侧安装有刹车（7）和转速传感器（14），梁的上部钝角折弯处顺航向一侧有设备基座（5）。

2.根据权利要求1所述的移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：刹车（7）包括制动盘（7.1）和制动钳总成（7.2），梁上端部逆航向一侧有刹车（7）安装支架，其上固定有制动钳总成（7.2），制动盘（7.1）在桨毂（8）下方与桨毂（8）同轴安装，随桨毂（8）一同旋转。

3.根据权利要求1所述的移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：所述旋翼（9）为无迎角、定距安装的气动桨叶，桨叶由刚性和半刚性材料组成。

4.根据权利要求1所述的移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：“L”形的梁由一整根金属管材折弯而成，倒圆角处固定连接有刚性薄板，靠近桨毂（8）处的加强筋外侧焊接有设备基座（5）。

5.根据权利要求1所述的移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：基座（1）包括基座上壁板（1.1）和基座下壁板（1.2），基座上壁板（1.1）窄端安装有电动绞车（3），电动绞车（3）与电机（4）相连，线缆（12）一端连接在电动绞车（3）的绞盘上，线缆（12）另一端连接在无人自转旋翼机（2）上，基座上壁板（1.1）还安装有加强板（1.6），加强板（1.6）上连接有V形卡槽（1.9），加强板（1.6）的开孔中设置有限位器（1.3）。

6.根据权利要求5所述的移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：基座上壁板（1.1）和基座下壁板（1.2）之间通过设置有多个C形件（1.4）相连，基座上壁板（1.1）内侧连接有用于加强刚度的桁条（1.5），基座上壁板（1.1）宽端安装有梯形卡槽（1.7），梯形卡槽（1.7）的中部通过两个桁条（1.5）与上壁板连接，在基座上壁板（1.1）和基座下壁板（1.2）上均设置有多个用于固定安装各个结构的安装孔（1.8）。

7.根据权利要求6所述的移动载具牵引的无人自转旋翼机系统，其特征在于：梯形卡槽（1.7）处设置有用于固定尾翼（6）的保险装置（10），保险装置（10）包括C形卡箍（10.1 ）、插销（10.2）和螺钉（10.3），螺钉（10.3）依次穿过尾翼（6）、C形卡箍（10.1 ）和梯形卡槽（1.7）上的通孔，插销（10.2）再穿过螺钉（10.3）上的通孔。

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