CN217436038U - 无人机机身结构和无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种无人机机身结构和无人机。该无人机机身结构包括框架部、动力单元和多个机臂。框架部包括多个横梁和多个纵梁，多个横梁与多个纵梁彼此垂直并且在交叉点处连接。多个机臂中的每个机臂的一端与多个横梁和多个纵梁中的至少一部分梁通过直连方式连接，并且每个机臂不经过框架部的中心位置，框架部与多个机臂形成的结构是非全对称的。动力单元包括多个旋翼套件，多个旋翼套件中的至少一部分设置在机臂未与至少一部分梁连接的一端。本实用新型优点是悬停效率高、结构重量轻、载重大。

Description

无人机机身结构和无人机

技术领域

本实用新型的实施方式总体上涉及无人机技术领域，更具体地，涉及一种无人机机身结构和无人机。

背景技术

随着无人机技术的逐渐成熟，多旋翼无人机越来越多地应用于载重运输。常规多旋翼无人机为四旋翼布局，升力有限。为增加多旋翼无人机的载重能力，需要提升无人机的推力-重量比。具体方案包括增加旋翼数量、增加旋翼推力和减轻结构重量等。

为集成更多旋翼，旋翼必须远离机身，以确保旋翼之间保持安全距离。但旋翼机臂加长会结构重量增大、旋翼面积占比减小。通过多个呈圆周阵列状安装在机身上的旋翼机臂，可增大植保无人机的载重负荷。但圆周阵列的平面利用效率并非最高。

专利文献一CN201922165467.2公开了一种八旋翼无人机，通过四个主臂和八个支臂，实现了八个旋翼的设计方案。所述悬臂系统包括与机身连接的四个主臂，每个主臂的末端向外伸出有两个支臂，每个支臂的末端支撑有一个所述带有螺旋桨的电机。通过在四个主臂的末端向外伸出两个支臂，加大了主臂之间的间隔，减少了主臂的数量和数量。

在机臂加长的情况下，可在机臂上安装额外的旋翼以增加旋翼数量。专利文献二201620702115.X公开了一种多旋翼大载重植保无人机，包括机身；安装在机身周边的多个机臂，所述多个机臂呈圆周阵列状安装在机身侧壁上，所述机臂均包括支撑杆、第一旋翼、第一无刷电机、第二旋翼、第二无刷电机和固定架，所述支撑杆的一端固定在机身侧壁上，第一无刷电机通过固定架固定在支撑杆的中部，第一旋翼与第一无刷电机的输出轴连接，第二无刷电机通过固定架固定在支撑杆的尾部，第二旋翼安装在第二无刷电机上；安装在机身下方的储药罐；安装在储药罐上的药物喷洒装置；以及安装在机身下方的起落架。通过多个呈圆周阵列状安装在机身上的机臂配合旋转，增强向下产生的气流，增大植保无人机的载重负荷。在该专利文献公开的技术方案中，内外分布单层旋翼，旋翼呈圆周平面阵列，旋翼面积占比低，全部载荷都传递到中央机身。

为减轻机臂结构重量，可采用共轴式旋翼布局。每两个旋翼组成一个动力单元，通过接力方式提升旋翼下洗流速度，但共轴双旋翼桨盘面积相对单旋翼面积并未增大。同轴旋翼并未增大桨盘面积，因此不能有效提升旋翼效率。专利文献三201510782290.4公开了一种大载重无人机的设计方案，包括机身总成和三个以上的机臂总成，每个机臂总成的一端与机身总成相连，每个机臂总成的另一端上均设有两个同轴布置的旋翼组件，每个旋翼组件均包括一个螺旋桨和一个电机，机身总成的底部设有用于挂载物品的挂载平台。该专利文献公开的技术方案采用双层共轴多旋翼和四机臂，全部载荷都传递到机身上。

为了增大植保无人机的喷幅，可采用横列式旋翼布局。通过两个平行长机臂和多个环绕机身的短机臂，构成八旋翼无人机布局。上述设计增加了旋翼利用效率。专利文件四201822177257.0公开了一种植保机，包括机身、起落架、短机臂和长机臂，短机臂有多个且环绕机身设置，长机臂有两个，两个长机臂相互平行且分别设置于机身的前后两侧，短机臂的一端固定连接在机身上，另一端设有第一旋翼组件且与长机臂固定连接；长机臂的两端分别设有第二旋翼组件，各旋翼组件底部设有喷洒装置；起落架顶部支撑连接于长机臂底部。在加大喷幅的情况下保证了机体结构的整体强度；与常规多旋翼无人机相比，同等载重情况下喷幅较大，喷洒效率较高，有利于节省植保作业时间和成本。然而该专利文献公开的技术方案中两个平行长机臂并未直接连接，组合体刚度并未有效提升。

为了提升旋翼无人机总升力和系统可靠性，专利文献五201611266600.8公开了一种矩阵飞行器由多个(两个或两个以上)基础多旋翼飞行器构成，多个基础多旋翼飞行器构成一个m×n阶矩阵，m≥1，n≥1。通过将多个常规多旋翼飞行器连接组成矩阵飞行器，在保证飞行品质的基础上获得更大的载重能力；通过采用多个GPS天线并拉长天线安装距离获得了更高的位置精度和航向精度，提高了矩阵飞行器自主飞行时的轨迹精度和飞行品质；可以在一个或几个基础多旋翼飞行器出现故障时正常飞行，其电池组成并联系统可以提高电池的利用效率并具有电池故障冗余能力。然而，多个多旋翼飞行器平面组合，提升载重能力，但机构松散，利用率低，有效载荷小，单纯增加无人机的数量不仅不能降低桨盘载荷，而且降低了结构效率。

上述专利文献一至四的共同点是采用中心式结构，全部机臂最终汇总到机身上。由于所采用旋翼机臂为悬臂梁结构，旋翼机臂需要足够的强度以确保结构稳定性。随着旋翼直径的增大，旋翼机臂长度增加，进一步增加了机体强度需求和结构重量。此外，随着旋翼直径和机臂长度的增大，旋翼远离机体，旋翼升力面在无人机整个投影面积中的占比降低，导致悬停效率降低。上述专利文献五通过矩阵式结构将多个单体无人机连接在一起，每架无人机的旋翼仍采用中心式结构，需要将每架无人机机臂的升力汇总到各自机身上。

在中心式结构范畴下，所有旋翼的力和力矩均在中心式机身处汇总，因此需要机身具有足够的结构强度。单纯通过增加旋翼数量，导致了结构重量增加、机臂数量增加、中央机身强度被动增大、整体结构增重；通过采用共轴旋翼方案，导致下洗流速度增加，悬停效率较单层旋翼下降，因此悬停效率并未得到充分提升。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题中的至少一个，在第一方面，本实用新型的实施方式提供了一种无人机机身结构，所述无人机机身结构包括框架部、动力单元和多个机臂。所述框架部包括多个横梁和多个纵梁，所述多个横梁与所述多个纵梁彼此垂直并且在交叉点处连接。所述多个机臂中的每个机臂的一端与所述多个横梁和所述多个纵梁中的至少一部分梁通过直连方式连接，并且每个机臂不经过所述框架部的中心位置，所述框架部与所述多个机臂形成的结构是非全对称的。所述动力单元包括多个旋翼套件，所述多个旋翼套件中的至少一部分设置在所述机臂未与所述至少一部分梁连接的一端。

在一些实施方式中，所述多个旋翼套件中的一部分旋翼套件设置在所述多个横梁与所述多个纵梁的多个交叉点中的至少一部分交叉点处。

在一些实施方式中，所述无人机机身结构还包括多个应力传感器，所述多个应力传感器设置在以下中的至少一部分处：所述多个机臂与所述框架部的连接处、所述多个横梁与所述多个纵梁的交叉点处。

在一些实施方式中，所述多个机臂中的每个机臂的一端与所述多个横梁和所述多个纵梁中的至少一部分梁通过可折叠连接件直连。

在一些实施方式中，所述无人机机身结构还包括多个辅助梁，所述多个辅助梁与所述多个横梁与所述多个纵梁中的全部或者部分相垂直连接。

在第二方面，本实用新型的实施方式提供了一种无人机，所述无人机包括根据上述任何实施方式所述的无人机机身结构以及航电单元、储能单元和起落架。其中，所述航电单元用于执行对所述多个旋翼套件的控制。所述储能单元用于对所述多个旋翼套件供能。所述起落架固定设置在所述框架部的下方，所述起落架所在的平面与所述框架部所在的平面垂直。

在一些实施方式中，所述无人机还包括承载平台和负载底座。其中，所述承载平台与所述起落架连接，并且所述承载平台通过斜拉梁与所述框架部连接，所述承载平台所在的平面与所述框架部所在的平面平行。所述负载底座固定设置在所述承载平台上。

在一些实施方式中，所述无人机还包括植保任务载荷，其中，所述植保任务载荷包括药箱、药泵和喷头。所述药箱设置在所述负载底座上。所述药泵设置在所述药箱的下方。所述喷头设置在所述多个旋翼套件中的至少一部分多个旋翼套件的下方，与所述旋翼套件的底部连接。

在一些实施方式中，所述无人机还包括运输箱，所述运输箱安装在所述负载底座与所述框架结构之间。

在一些实施方式中，所述无人机还包括消防任务载荷，所述消防任务载荷包括发射筒和灭火弹。其中，所述发射筒安装在所述负载底座与所述框架结构之间，所述灭火弹设置在所述发射筒中。

本实用新型提出的无人机机身结构和无人机，所有旋翼的机臂不经过框架部的中心位置，也就是不在机身中心汇总，而是两个或多个旋翼一组，以机臂直连的方式相互连接，使得旋翼之间的承力路线不在机身中心汇总，从而减少了机身中心的强度需求，减轻了机身结构重量。上述结构将常规的中央集中式承载方式演变为网络承载方式，通过网状机体结构形成分布式升力。

由框架部和机臂形成的网格状结构是非全对称的。相对于常规的全对称中央集中式机身，本实用新型的实施方式的区别在于：纵向机身长度与横向机身长度不相等，具体可以体现为横梁与纵梁的长度不相等、机臂的长度不相等、横梁和纵梁分别与机臂连接形成的长度不相等，或者纵向旋翼间距与横向旋翼间距不等长，呈现非全对称布局，减少了旋翼之间的非升力面积，从而提升旋翼桨盘总面积在无人机投影面积中的占比。通过在分布式机身框架内增加内旋翼，进一步提升旋翼桨盘总面积在无人机投影面积中的占比，从而进一步提高悬停效率。

本实用新型的实施方式提出的无人机机身结构和无人机采用非全对称式、分布式旋翼升力结构，减轻了无人机的结构重量，突破了多旋翼无人机的旋翼和机臂数量限制，将常规悬臂梁结构改为简支梁结构，提升了结构强度，减轻了结构重量；突破了现有集中式布局多旋翼无人机的机臂数量瓶颈，有效增加了旋翼数量，提升了升力面积，降低了桨盘载荷；通过非等臂长布局，缩小了旋翼之间的非升力面积，提升了悬停效率。

本实用新型的实施方式提出的无人机机身结构和无人机的主要优点是重量轻、载重大、飞行灵活、组合方便，特别适用于执行多种飞行任务的载重无人机；然而，本实用新型的实施方式所提出的无人机机身结构和无人机不仅仅适用于载重无人机，也可以应用于任何需要减轻无人机重量的场景。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

图1示出了根据本实用新型的实施方式的八旋翼无人机机身结构的示意图；

图2示出了根据本实用新型的实施方式的十二旋翼无人机机身结构的示意图；

图3示出了根据本实用新型的实施方式的十八旋翼无人机机身结构的示意图；

图4示出了根据本实用新型的实施方式的二十四旋翼无人机机身结构的示意图；

图5示出了根据本实用新型的实施方式的八旋翼无人机展开状态斜视图；

图6示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机展开状态前视图；

图7示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机折叠状态斜视图；

图8示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载植保任务载荷的展开状态斜视图；

图9示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载植保任务载荷的折叠状态斜视图；

图10示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载植保任务载荷的折叠状态俯视图；

图11示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载植保任务载荷的展开状态俯视图；

图12示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载运输任务载荷的折叠状态斜视图；

图13示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载运输任务载荷的展开状态斜视图；

图14示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载消防任务载荷的折叠状态斜视图；

图15示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载消防任务载荷的展开状态斜视图；

图16示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机在执行不同飞行任务时的机头指向示意图；

图17示出了根据本实用新型实施方式的十二旋翼无人机折叠状态斜视图；

图18示出了根据本实用新型实施方式的十二旋翼无人机展开状态斜视图。

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。

在一个方面，本实用新型的实施方式提供了一种无人机机身结构。参考图1，其示出了根据本实用新型的实施方式的八旋翼无人机机身结构的示意图。如图1所示，该八旋翼无人机机身结构包括框架部、动力单元和多个机臂。

框架部包括2个横梁(101)和2个纵梁(102)，2个横梁与2个纵梁彼此垂直并且在交叉点处连接。

多个机臂(103、104)中的每个机臂的一端与2个横梁(101)和2个纵梁(102)中的至少一部分梁通过直连方式连接，即，机臂与框架的某个梁在一条直线上。每个机臂不经过框架部的中心位置。

在图1所示的结构中，框架部呈正方形，机臂包括短机臂(103)和长机臂(104)，短机臂(103)与框架部的纵梁以直连方式连接，长机臂(104)与框架部的横梁以直连方式连接。从而，框架部与多个机臂形成的结构是非全对称的。可以看出，非全对称式的机身结构可以通过机臂的长度设置来实现。

如图1所示，仅作为旋翼布局的一个具体示例，设置在短机臂(103)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与框架部的横梁相切，设置在长机臂(104)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与设置在短机臂(103)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹相切。

动力单元包括多个旋翼套件(105)，多个旋翼套件(105)中的至少一部分设置在机臂(103、104)未与至少一部分梁连接的一端。

作为本实用新型的一个实施方式，多个机臂(103、104)中的每个机臂的一端与2个横梁和2个纵梁中的至少一部分梁通过可折叠连接件直连。从而，多个机臂(103、104)可以折叠，减小收纳体积。

作为本实用新型的一个实施方式，无人机机身结构还可以包括多个辅助梁(106)，多个辅助梁(106)与横梁(101)与纵梁(102)中的全部或者部分相垂直连接。在图1所示的示例中，辅助梁(106)与每个横梁(101)与纵梁(102)垂直连接。辅助梁增加了框架部的稳定性和强度。

参考图2，其示出了根据本实用新型的实施方式的十二旋翼无人机机身结构的示意图。如图2所示，该十二旋翼无人机机身结构包括框架部、动力单元和多个机臂。

框架部包括2个横梁(201)和4个纵梁(202)，2个横梁与4个纵梁彼此垂直并且在交叉点处连接。

多个机臂(203、204)中的每个机臂的一端与2个横梁和4个纵梁中的至少一部分梁通过直连方式连接，即，机臂与框架的某个梁在一条直线上。并且每个机臂不经过框架部的中心位置。作为本实用新型的一个实施方式，多个机臂(203、204)中的每个机臂的一端与2个横梁和4个纵梁中的至少一部分梁通过可折叠连接件直连。从而，多个机臂(203、204)可以折叠，减小收纳体积。

在图2所示的结构中，框架部呈长方形，即，横梁和纵梁不等长，横梁的长度大于纵梁的长度。机臂包括短机臂(203)和长机臂(204)，短机臂(203)与框架部的纵梁以直连方式连接，长机臂(204)与框架部的横梁以直连方式连接。从而，框架部与多个机臂形成的结构是非全对称的。可以看出，非全对称的结构既可以通过将框架部设置为非全对称(非正方形)结构来实现，也可以通过将机臂设置为不等长来实现，或者兼而有之。

动力单元包括多个旋翼套件(205)，多个旋翼套件(205)设置在机臂未与梁连接(即，未与框架部连接)的一端。

如图2所示，仅作为旋翼布局的一个具体示例，设置在短机臂(203)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与框架部的横梁相切，设置在长机臂(204)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与设置在短机臂(203)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹相切。

作为本实用新型的一个实施方式，该无人机机身结构还可以包括多个应力传感器(207)，多个应力传感器(207)设置在多个机臂与框架部的连接处中的一部分处。应力传感器可以用于实时监测多个机臂与框架部的连接处的应力数据，即，检测机臂的受力状态，例如，检测机臂承受的弯矩。仅作为示例，应力传感器可以是应变片、压敏电阻、测力计等。本实用新型对于应力传感器的具体类型不做限制，只要具备应力检测的功能即可。

作为本实用新型的一个实施方式，该无人机机身结构还可以包括多个储能单元(208)，多个储能单元(208)分布式地设置在框架部上。在图2所示的示例中，4个储能单元(208)分布式地设置在框架部的四个纵梁(202)上。

参考图3，其示出了根据本实用新型的实施方式的十八旋翼无人机机身结构的示意图。该十八旋翼无人机机身结构包括框架部、动力单元和多个机臂。

框架部包括3个横梁(301)和4个纵梁(302)，3个横梁(301)与4个纵梁(302)彼此垂直并且在交叉点处连接。

多个机臂(303、304)中的每个机臂的一端与3个横梁和4个纵梁中的至少一部分梁通过直连方式连接，即，机臂与框架的某个梁在一条直线上。并且每个机臂不经过框架部的中心位置。

作为本实用新型的一个实施方式，多个机臂(303、304)中的每个机臂的一端与3个横梁和4个纵梁中的至少一部分梁通过可折叠连接件直连。从而，多个机臂(303、304)可以折叠，减小收纳体积。

在图3所示的结构中，框架部呈长方形，即，横梁(301)和纵梁(302)不等长，横梁(301)的长度大于纵梁(302)的长度。机臂包括与纵梁直连的纵向机臂(303)和与横梁直连的横向机臂(304)。如图3所示，纵向机臂(303)彼此等长，横向机臂(304)均长于纵向机臂(303)的长度，并且横向机臂(304)彼此不等长，与上下两条横梁直连的机臂的长度短于与中间横梁直连的机臂的长度。从而，框架部与多个机臂形成的结构是非全对称的。可以看出，非全对称的结构既可以通过将框架部设置为非全对称(非正方形)结构来实现，也可以通过将机臂设置为不等长来实现，或者兼而有之。

动力单元包括多个旋翼套件(305)，多个旋翼套件(305)中的一部分设置在机臂(303、304)未与梁连接(即，未与框架部连接)的一端，一部分设置在横梁(301)与纵梁(302)的多个交叉点中的一部分交叉点处。

如图3所示，仅作为旋翼布局的一个具体示例，设置在纵向机臂(303)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与框架部的横梁相切，设置在横向机臂(304)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与设置在纵向机臂(303)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹相切。

如图3所示，作为本实用新型的一个实施方式，该无人机机身结构还可以包括多个应力传感器(307)，多个应力传感器(307)设置在多个机臂与框架部的部分连接处以及横梁与纵梁的部分交叉点处。应力传感器可以用于实时监测机臂与框架部连接处以及横梁和纵梁交叉点处的应力数据，即，检测机臂、横梁和纵梁的受力状态，例如，检测机臂、横梁和纵梁承受的弯矩。仅作为示例，应力传感器可以是应变片、压敏电阻、测力计等。本实用新型对于应力传感器的具体类型不做限制，只要具备应力检测的功能即可。

作为本实用新型的一个实施方式，该无人机机身结构还可以包括多个储能单元(308)，多个储能单元(308)分布式地设置在框架部上。在图3所示的结构中，10个储能单元(308)分布式地设置在框架部的一个横梁(301)和四个纵梁(302)上。

参考图4，其示出了根据本实用新型的实施方式的二十四旋翼无人机机身结构的示意图。该二十四旋翼无人机机身结构包括框架部、动力单元和多个机臂。

框架部包括4个横梁(401)和4个纵梁(402)，4个横梁(401)与4个纵梁(402)彼此垂直并且在交叉点处连接。

多个机臂(403、404)中的每个机臂的一端与4个横梁和4个纵梁中的至少一部分梁通过直连方式连接，即，机臂与框架的某个梁在一条直线上。并且每个机臂不经过框架部的中心位置。

作为本实用新型的一个实施方式，多个机臂(403、404)中的每个机臂的一端与4个横梁和4个纵梁中的至少一部分梁通过可折叠连接件直连。从而，多个机臂(403、404)可以折叠，减小收纳体积。

在图4所示的结构中，框架部大致呈正方形，即，横梁(401)和纵梁(402)基本上等长。机臂包括与纵梁(402)直连的纵向机臂(403)和与横梁(401)直连的横向机臂(404)。如图4所示，纵向机臂(403)彼此等长，横向机臂(404)均长于纵向机臂(403)的长度，并且横向机臂(404)彼此不等长，与上下两条横梁直连的机臂的长度短于与中间两条横梁直连的机臂的长度。从而，框架部与多个机臂形成的结构是非全对称的。可以看出，非全对称的结构可以在正方形框架部的基础上通过将机臂设置为不等长来实现。

动力单元包括多个旋翼套件(405)，多个旋翼套件(405)中的一部分设置在机臂(403、404)未与梁连接(即，未与框架部连接)的一端，一部分设置在横梁(401)与纵梁(402)的多个交叉点中的一部分交叉点处。

如图4所示，仅作为旋翼布局的一个具体示例，设置在纵向机臂(403)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与框架部的横梁相切，设置在横向机臂(404)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹与设置在纵向机臂(403)的端部的旋翼套件的旋翼轨迹相切。

如图4所示，作为本实用新型的一个实施方式，该无人机机身结构还可以包括多个应力传感器(407)，多个应力传感器(407)设置在多个机臂与框架部的部分连接处以及横梁与纵梁的部分交叉点处。应力传感器可以用于实时监测机臂与框架部连接处以及横梁和纵梁交叉点处的应力数据，即，检测机臂、横梁和纵梁的受力状态，例如，检测机臂、横梁和纵梁承受的弯矩。仅作为示例，应力传感器可以是应变片、压敏电阻、测力计等。本实用新型对于应力传感器的具体类型不做限制，只要具备应力检测的功能即可。

可选地，横梁与纵梁之间的连接件以及框架部与机臂之间的连接件可以采用模块化结构，具有扩展连接功能，能够相互组合小型无人机而形成更大的分布式无人机平台，或通过拆解大型分布式无人机平台而得到多个小型分布式无人机平台，实现无人机机身的灵活组合或分解，从而构成不同旋翼数量的无人机飞行平台。

如图1-4所示的布局，所有旋翼的机臂不经过框架部的中心位置，也就是不在机身中心汇总，而是两个或多个旋翼一组，以机臂直连的方式相互连接，使得旋翼之间的承力路线不在机身中心汇总，从而减少了机身中心的强度需求，减轻了机身结构重量。

上述结构将常规的中央集中式承载方式演变为网络承载方式，通过网状机体结构形成分布式升力。

如图1-4所示，由框架部和机臂形成的网格状结构是非全对称的。相对于常规的全对称中央集中式机身，本实用新型的实施方式的区别在于：纵向机身长度与横向机身长度不相等，具体可以体现为横梁与纵梁的长度不相等、机臂的长度不相等、横梁和纵梁分别与机臂连接形成的长度不相等，或者纵向旋翼间距与横向旋翼间距不等长，呈现非全对称布局，减少了旋翼之间的非升力面积，从而提升旋翼桨盘总面积在无人机投影面积中的占比。通过在分布式机身框架内增加内旋翼，进一步提升旋翼桨盘总面积在无人机投影面积中的占比，从而进一步提高悬停效率。

本实用新型的实施方式提出的无人机机身结构采用非全对称式、分布式旋翼升力结构，减轻了无人机的结构重量，突破了多旋翼无人机的旋翼和机臂数量限制，将常规悬臂梁结构改为简支梁结构，提升了结构强度，减轻了结构重量；突破了现有集中式布局多旋翼无人机的机臂数量瓶颈，有效增加了旋翼数量，提升了升力面积，降低了桨盘载荷；通过非等臂长布局，缩小了旋翼之间的非升力面积，提升了悬停效率。

本实用新型的实施方式提出的无人机机身结构的主要优点是重量轻、载重大、飞行灵活、组合方便，特别适用于执行多种飞行任务的载重无人机；然而，本实用新型的实施方式所提出的无人机机身结构不仅仅适用于载重无人机，也可以应用于任何需要减轻无人机重量的场景。

在第二方面，本实用新型的实施方式提出了一种无人机，无人机包括根据上述任何实施方式描述的无人机机身结构，以及航电单元、储能单元和起落架。其中，航电单元用于执行对多个旋翼套件的控制。储能单元用于对多个旋翼套件供能。

以下参考图5-图7，其分别示出了根据本实用新型的实施方式的八旋翼无人机的展开状态斜视图、折叠状态前视图和折叠状态斜视图。

如图5-7所示，该八旋翼无人机包括上机身(110)、机臂(120)、下机身(130)、动力单元(140)和航电单元(150)。

上机身(110)，采用框架式结构，包括4根主梁(111)(包括2个横梁和2个纵梁)、4个交叉连接件(113)和8个折叠臂连接件(114)。4根主梁(111)彼此垂直并且在交叉点处连接，构成框架部。其中，主梁(111)之间以及主梁(111)和折叠臂连接件(114)通过交叉连接件(113)连接。上机身(110)和机臂(120)通过折叠臂连接件(114)连接。

作为本实用新型的一个实施方式，上机身(110)还可以包括4根辅助梁(112)，4根辅助梁(112)与4根主梁(111)相垂直连接。

作为本实用新型的一个实施方式，上机身(110)还可以包括2根斜拉梁(115)。可选地，上机身(110)和下机身(130)通过交叉连接件(113)和斜拉梁(115)连接。

机臂(120)可以采用可折叠结构，包括4根短机臂(121)和4根长机臂(122)。所有机臂采用直连方式成对连接，并且不需要经过上机身中心位置。

作为本实用新型的一个实施方式，下机身(130)可以采用框架式结构，包括起落架(131)、承载平台(132)和负载底座(133)。起落架(131)固定设置在框架部的下方，起落架(131)所在的平面与框架部所在的平面垂直。承载平台(132)与起落架(131)连接，并且承载平台(132)通过斜拉梁与框架部连接，承载平台(132)所在的平面与框架部所在的平面平行。负载底座(133)固定设置在承载平台(132)上。负载底座(133)用于搭载不同的任何载荷。

动力单元(140)为无人机提供升力，在图5-7所示的示例中，动力单元(140)包括8个电动旋翼套件(141)和动力电池(142)。其中，电动旋翼套件(141)包括匹配的电机、电调和旋翼。动力电池(142)用于为电动旋翼组件(141)提供电能，可视情况搭载一组或多组。

航电单元(150)用于实现飞行控制、载荷控制和数据通讯，可以包括飞行控制模块、任务载荷控制模块和无线链路模块等。需要注意，当无人机机身结构包括应力传感器的情况下，航电单元(150)除了根据飞行控制指令实现飞行控制之外，还可以根据应力传感器检测到的应力数据进行无人机的应力控制。

根据本实用新型的实施方式，无人机还可以包括任务载荷(160)，例如，可以用于完成植保、运输和消防等飞行任务。

参考图8-图11，其分别示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载植保任务载荷的展开状态斜视图、折叠状态斜视图、折叠状态俯视图和展开状态俯视图。

如图8-图11所示，任务载荷(160)可以包括植保任务载荷，其中，植保任务载荷包括药箱(161)、药泵(162)和喷头(163)。药箱(161)设置在负载底座上。药泵(162)设置在药箱(161)的下方。喷头(163)设置在多个旋翼套件中的至少一部分多个旋翼套件的下方，与旋翼套件的底部连接。

参考图12-图13，其分别示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载运输任务载荷的折叠状态斜视图和展开状态斜视图。运输任务载荷(160)可以包括运输箱(164)，运输箱(164)安装在负载底座与框架结构之间。运输箱(164)用于完成运输飞行任务。

参考图14-图15，其分别示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机搭载消防任务载荷的折叠状态斜视图和展开状态斜视图。消防任务载荷包括发射筒(165)和灭火弹(166)。其中，发射筒(165)安装在负载底座与框架结构之间，灭火弹(166)设置在发射筒(165)中。发射筒(165)和灭火弹(166)用于完成消防飞行任务。

任务载荷(160)通过负载底座(133)与无人机连接，且包括但不限于植保、运输和消防载荷三种。除植保、消防和运输外，还可执行其他的飞行任务，通过更换不同的任务载荷(160)，无人机飞行平台可执行不同的飞行任务。

参考图16，其示出了根据本实用新型实施方式的八旋翼无人机在执行不同飞行任务时的机头指向示意图。在执行不同任务时，无人机可灵活改变机头指向，以获取更好的飞行性能，例如，植保作业或消防作业以短机臂指向作为机头方向，以利用其大跨幅和良好视角；运输作业以长机臂指向作为机头指向，以减小飞行阻力。

参考图17-图18，其分别示出了根据本实用新型实施方式的十二旋翼无人机折叠状态斜视图和展开状态斜视图。

如图17-图18所示，该十二旋翼无人机包括上机身、机臂、下机身、动力单元和航电单元(250)。

上机身采用框架式结构，包括6根主梁(211)(包括2个横梁和4个纵梁)、8个交叉连接件(213)和12个折叠臂连接件(214)。6根主梁(211)彼此垂直并且在交叉点处连接，构成框架部。其中，主梁(211)之间以及主梁(211)和折叠臂连接件(214)通过交叉连接件(213)连接。上机身和机臂通过折叠臂连接件(214)连接。

作为本实用新型的一个实施方式，上机身还可以包括4根辅助梁(212)，4根辅助梁(212)设置在框架部的中间区域，与两个横梁的中间段以及两个纵梁相垂直连接。

作为本实用新型的一个实施方式，上机身还可以包括6根斜拉梁(215)。可选地，上机身和下机身通过交叉连接件(213)和斜拉梁(215)连接。

机臂可以采用可折叠结构，包括8根短机臂(221)和4根长机臂(222)。所有机臂采用直连方式成对连接，并且不需要经过上机身中心位置。

作为本实用新型的一个实施方式，下机身可以采用框架式结构，包括起落架(231)、承载平台(232)和负载底座(233)。起落架(231)固定设置在框架部的下方，起落架(231)所在的平面与框架部所在的平面垂直。承载平台(232)与起落架(231)连接，并且承载平台(232)通过斜拉梁与框架部连接，承载平台(232)所在的平面与框架部所在的平面平行。负载底座(233)固定设置在承载平台(232)上。负载底座(233)用于搭载不同的任何载荷。

动力单元为无人机提供升力，在图17-图18所示的示例中，动力单元包括12个电动旋翼套件(241)和动力电池(242)。其中，电动旋翼套件(241)包括匹配的电机、电调和旋翼。动力电池(242)用于为电动旋翼组件(241)提供电能，可视情况搭载一组或多组。

航电单元(250)用于实现飞行控制、载荷控制和数据通讯，可以包括飞行控制模块、任务载荷控制模块和无线链路模块等。需要注意，当无人机机身结构包括应力传感器的情况下，航电单元(250)除了根据飞行控制指令实现飞行控制之外，还可以根据应力传感器检测到的应力数据进行无人机的应力控制。

本实用新型的实施方式给出了非全对称框架式多用途八旋翼载重无人机飞行平台的设计方案，以及用于植保、运输和消防的具体应用方式，能够实现大载重条件下的高效率和远距离运输，可以应用于航空航天和无人机等技术领域。

本实用新型的实施方式提出的无人机的所有旋翼的机臂不经过框架部的中心位置，也就是不在机身中心汇总，而是两个或多个旋翼一组，以机臂直连的方式相互连接，使得旋翼之间的承力路线不在机身中心汇总，从而减少了机身中心的强度需求，减轻了机身结构重量。上述结构将常规的中央集中式承载方式演变为网络承载方式，通过网状机体结构形成分布式升力。

由框架部和机臂形成的网格状结构是非全对称的。相对于常规的全对称中央集中式机身，本实用新型的实施方式的区别在于：纵向机身长度与横向机身长度不相等，具体可以体现为横梁与纵梁的长度不相等、机臂的长度不相等、横梁和纵梁分别与机臂连接形成的长度不相等，或者纵向旋翼间距与横向旋翼间距不等长，呈现非全对称布局，减少了旋翼之间的非升力面积，从而提升旋翼总面积在无人机投影面积中的占比。通过在分布式机身框架内增加内旋翼，进一步提升旋翼总面积在无人机投影面积中的占比，从而进一步提高悬停效率。

本实用新型的实施方式提出的无人机的主要优点是重量轻、载重大、飞行灵活、组合方便，特别适用于执行多种飞行任务的载重无人机；然而，本实用新型的实施方式所提出的技术方案不仅仅适用于载重无人机，也可以应用于任何需要减轻无人机重量的场景。

本实用新型的实施方式提出的无人机采用非对称分布式多旋翼无人机升力结构，具有以下技术效果：

(1)减轻了结构重量，突破了多旋翼无人机的旋翼和机臂数量限制，将常规悬臂梁结构改为简支梁结构，提升了结构强度，减轻了结构重量；

(2)提升了悬停效率：突破了现有集中式布局多旋翼无人机的机臂数量瓶颈，有效增加了旋翼数量，提升了升力面积，降低了桨盘载荷；通过非等臂长或非对称框架部的布局，缩小了旋翼之间的非升力面积，提升了悬停效率；

(3)提升了作业效率：根据不同应用场景，灵活选择跨度最大或阻力最小的飞行方式，提升了作业效率。

出于示意的目的，已经给出了本实用新型的实施方式的前述说明，其并非是穷举性的也并非要将本实用新型限制为所公开的确切形式。本领域技术人员可以理解的是，在不偏离本实用新型的范围的情况下可以做出各种变化，并且可以将其中的元件替换为等同物。另外，在不偏离本实用新型的基本范围的情况下，可以进行很多修改以使得特定的情况或材料适应于本实用新型的教导。因此，本实用新型不试图限制于所公开的作为用于实现本实用新型所预期的最佳模式的特定实施方式，本实用新型将包括落入所附的权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (10)

1.一种无人机机身结构，其特征在于，所述无人机机身结构包括框架部、动力单元和多个机臂，

所述框架部包括多个横梁和多个纵梁，所述多个横梁与所述多个纵梁彼此垂直并且在交叉点处连接，

所述多个机臂中的每个机臂的一端与所述多个横梁和所述多个纵梁中的至少一部分梁通过直连方式连接，并且每个机臂不经过所述框架部的中心位置，所述框架部与所述多个机臂形成的结构是非全对称的，

所述动力单元包括多个旋翼套件，所述多个旋翼套件中的至少一部分设置在所述机臂未与所述至少一部分梁连接的一端。

2.根据权利要求1所述的无人机机身结构，其特征在于，所述多个旋翼套件中的一部分旋翼套件设置在所述多个横梁与所述多个纵梁的多个交叉点中的至少一部分交叉点处。

3.根据权利要求1所述的无人机机身结构，其特征在于，所述无人机机身结构还包括多个应力传感器，所述多个应力传感器设置在以下中的至少一部分处：所述多个机臂与所述框架部的连接处、所述多个横梁与所述多个纵梁的交叉点处。

4.根据权利要求1所述的无人机机身结构，其特征在于，所述多个机臂中的每个机臂的一端与所述多个横梁和所述多个纵梁中的至少一部分梁通过可折叠连接件直连。

5.根据权利要求1所述的无人机机身结构，其特征在于，所述无人机机身结构还包括多个辅助梁，所述多个辅助梁与所述多个横梁与所述多个纵梁中的全部或者部分相垂直连接。

6.一种无人机，其特征在于，所述无人机包括根据权利要求1-5中任一项所述的无人机机身结构以及航电单元、储能单元和起落架，

其中，所述航电单元用于执行对所述多个旋翼套件的控制；

所述储能单元用于对所述多个旋翼套件供能；

所述起落架固定设置在所述框架部的下方，所述起落架所在的平面与所述框架部所在的平面垂直。

7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括承载平台和负载底座，

其中，所述承载平台与所述起落架连接，并且所述承载平台通过斜拉梁与所述框架部连接，所述承载平台所在的平面与所述框架部所在的平面平行，

所述负载底座固定设置在所述承载平台上。

8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括植保任务载荷，其中，所述植保任务载荷包括药箱、药泵和喷头，

所述药箱设置在所述负载底座上，

所述药泵设置在所述药箱的下方，

所述喷头设置在所述多个旋翼套件中的至少一部分多个旋翼套件的下方，与所述旋翼套件的底部连接。

9.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括运输箱，所述运输箱安装在所述负载底座与所述框架部之间。

10.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述无人机还包括消防任务载荷，所述消防任务载荷包括发射筒和灭火弹，

其中，所述发射筒安装在所述负载底座与所述框架部之间，所述灭火弹设置在所述发射筒中。

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