CN106114848A - 一种系留巡航多模式垂直起降无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种系留巡航多模式垂直起降无人机，可执行多种飞行任务模式并可在狭小空间垂直起降的无人机。包括固定翼机身、机翼、尾翼、水平螺旋桨动力***、垂直螺旋桨电机***、支架、旋翼机身、线缆和有效载荷部件。本发明的设计特点是：针对不同的任务要求，可在短时间内通过拆装部件改变飞行器的结构，选择适应于执行该任务要求的模式。作为系留无人机模式使用时，具有机动性强、悬停时间长等特点；作为巡航垂直起降无人机模式使用时，具有高效巡航飞行、可在目标区域上方悬停并可在狭小空间内垂直起降的特点。不使用时，可将主要部件拆卸后放置以节省存放空间。

Description

一种系留巡航多模式垂直起降无人机

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种系留巡航垂直起降并可执行多种模式任务的无人机。军事领域中可应用于陆军车辆或海军舰船，商业领域中可应用于持续高空拍摄或搭载应急通讯中继设备。

背景技术

无人机是在20世纪20年代作为训练使用的靶机而出现的一种新型空中飞行器，因具有成本低廉、零人员伤亡等特点，在近几场局部战争中，不同类型的无人机都发挥了十分重要的作用，成为一支功能日趋全面的作战力量，越来越受到各国军方的重视。为增强航母综合作战能力，促进航母有人机与无人机配合使用，美国海军计划在2018年前研发一种舰载无人机，用以为核动力航母提供持久的舰载情报、监视和侦察及部分攻击支持。

系留无人机主要应用于长时间不间断的空中监控和应急通讯，可以搭载特制可见光摄像机和红外热成像仪，也可以搭载特制应急通讯中继设备。巡航垂直起降无人机作为一类特殊的无人机，能以零速度起飞并着陆，可在狭小空间内垂直起降。与常规无人机相比，巡航垂直起降无人机具有起降方式灵活、发射回收方便、机动性好等优点，同时也具备常规无人机的一般功能。研发新型系留巡航多模式垂直起降无人机，对于赢得未来战场的主动权具有较高的实用价值。

中国发明专利201610017284.4公开描述了一种复合翼垂直起降无人机。该方案垂直动力单元通过安装杆连接于机翼下部，该无人机只能满足垂直起降和巡航飞行要求，无法满足系留无人机机动性强、悬停时间长的要求，也无法适用于执行多模式的飞行任务。

发明内容

针对上述现有技术中复合翼垂直起降无人机功能单一、无法适用于狭小空间的工作环境以及对无人机执行多种任务的要求。本发明公开了一种系留巡航多模式垂直起降无人机，可针对不同的任务模式快速拆卸组装成系留无人机模式或巡航垂直起降无人机模式。

本发明不仅能实现无人机在中小型载体的狭小空间内垂直起降，不受巡航飞行并在目标空域悬停的要求，作系留无人机模式使用时还可以长时间悬停于目标上方空域，提供不间断的空中监控和应急通讯。

本发明提供了一种系留巡航多模式垂直起降无人机，包括：固定翼机身；固定于固定翼机身两侧的机翼；分布在固定翼机身尾部的尾翼；位于固定翼机身上部的旋翼机身；由旋翼机身四周向外延伸的支架；位于固定翼机身前部的水平螺旋桨动力***；位于支架端部的垂直螺旋桨电机***；连接载体和旋翼机身下部的线缆；位于固定翼机身下部或旋翼机身下部的有效载荷部件。

所述固定翼机身上部、下部和两侧均有安装槽，需要使用时可快速将旋翼机身、有效载荷部件、机翼插装固定在固定翼机身上；固定翼机身内部空降放置储油箱以及水平螺旋桨发动机。

所述机翼水平固定于固定翼机身两侧关于固定翼机身中间平面呈对称分布，无人机巡航飞行时，机翼产生的升力平衡其自身重力。机翼翼稍后缘外侧的副翼为飞机的主操作舵面，左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩使飞机在固定翼机身纵轴上滚转。

所述尾翼分为水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼水平安装在固定翼机身尾部，水平尾翼后缘的升降舵产生的俯仰力矩控制飞机俯仰飞行；垂直尾翼垂直安装在固定翼机身尾部，垂直尾翼后缘的方向舵产生偏航力矩，实现方向操纵。

所述水平螺旋桨动力***包括螺旋桨、发动机以及储油箱。螺旋桨旋转为无人机巡航状态提供飞行动力。

所述垂直螺旋桨电机***转动产生的升力平衡其自身重力，遇到强风等干扰因素时，通过旋转电机保持其平稳飞行姿态。所述支架端部安装单螺旋桨或共轴安装双螺旋桨。

所述有效载荷部件可搭载可见光摄像机和红外热成像仪，也可以搭载特制应急通讯中继设备。

所述机翼、支架、旋翼机身均可快速拆卸和安装，拆卸后可节省空间存放，需要使用时可在短时间内快速安装。

所述旋翼机身由机载电源和控制***组成，机载电源为垂直螺旋桨电机提供电力支持；控制***控制舵面的偏转、螺旋桨的转速、和垂直螺旋桨电机的旋转来控制无人机的飞行轨迹并保持其平稳姿态。

所述旋翼机身、支架均具有可产生气动升力的外形，在巡航飞行时提供部分升力并减小风阻，可减小机翼尺寸、增加航程。

所述线缆***旋翼机身下部接线口，从载体传输的电力作为水平螺旋桨电机的主要能源输入。

本发明具有以下优点：

1.需要侦察远距离目标时，可快速组装成巡航垂直起降无人机模式，可在狭小空间内垂直起飞至一定高度，随后水平螺旋桨动力***启动使无人机巡航飞行，机翼产生的升力平衡自身重力提高飞行效率；至目标空域上空后关闭水平螺旋桨动力***并启动垂直螺旋桨电机***，可在目标上空悬停实现侦察目的并将数据实时传回载体。

2.需要不间断的空中监控和应急通讯时，可快速组装成系留无人机模式，可在载体上空持续工作，具有机动性强和悬停时间长等优点。

3.不需要无人机工作时，可将机翼、支架、旋翼机身等部件拆下，存放于载体的狭小空间内，节省存储空间。

附图说明

图1为本发明作系留无人机模式时的一个实施例的结构示意图。

图2为本发明作巡航垂直起降无人机模式时的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种系留巡航多模式垂直起降无人机，针对不同的飞行任务可作为系留无人机模式或巡航垂直起降无人机模式使用。本发明的技术方案，可解决现有复合翼垂直起降无人机功能单一、无法适用于狭小空间的工作环境以及对无人机执行多种任务的要求。

下面两个实施例分别介绍了本发明作系留无人机模式和巡航垂直起降无人机模式时的实施例，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1所示的系留无人机模式由垂直螺旋桨电机***5、支架6、旋翼机身7、线缆8和有效载荷部件9组成。

所述垂直螺旋桨电机***5安装于支架6端部，采用共轴双螺旋桨布置形式，螺旋桨转动产生的升力平衡其自身重力。遇到强风等干扰因素时，通过旋转电机保持其平稳飞行姿态。

所述旋翼机身7外表面由钛合金材料加工制成，内部放置供水平螺旋桨电机使用的机载电源以及稳定无人机姿态的控制***。

所述支架6安装在旋翼机身7四周，使用时将其***定位槽内并用螺栓紧固连接，其材料为钛合金或碳纤维复合材料。

所述有效载荷部件9插装在旋翼机身7下部，通过螺栓紧固连接。可搭载可见光摄像机和红外热成像仪，也可以搭载特制应急通讯中继设备。

所述线缆8***旋翼机身7下部接线口，从载体传输的电力作为水平螺旋桨电机的主要能源输入。

本发明作系留无人机模式使用时，起飞时依靠载体提供的电力驱动垂直螺旋桨转动，使其产生的升力超过其自身重力后保持匀速转动，无人机平稳上升至目标区域；无人机进入悬停工作状态时，此时垂直螺旋桨产生的升力等于其自身重力，有效载荷部件9进入工作模式，当遇到强风等干扰因素时，机载电源驱动电机旋转保持其平稳飞行姿态。

本实施例的安装方式有两种：初次安装使用时，将支架6及垂直螺旋桨电机***5、有效载荷部件9、线缆8安装在旋翼机身7上；从巡航垂直起降无人机模式转换为系留无人机模式时，将固定翼机身1从旋翼机身7下部的连接装置上拆下，再将有效载荷部件9、线缆8安装在旋翼机身7下部，即可完成飞行模式的转换。

实施例2：

如图2所示的巡航垂直起降无人机模式由固定翼机身1、机翼2、尾翼3、水平螺旋桨动力***4、垂直螺旋桨电机***5、支架6、旋翼机身7和有效载荷部件9组成。

所述固定翼机身1由钛合金材料制成，其上部、下部和两侧均有安装槽，需要使用时可快速将旋翼机身7、有效载荷部件9、机翼2插装固定在固定翼机身1上；固定翼机身1内部空降放置储油箱以及水平螺旋桨发动机。

所述机翼2由钛合金材料或碳纤维复合材料制成，水平固定于固定翼机身1两侧关于固定翼机身1中间平面呈对称分布，无人机巡航飞行时，机翼2产生的升力平衡其自身重力。机翼2翼稍后缘外侧的副翼为飞机的主操作舵面，左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩使飞机在固定翼机身1纵轴上滚转。

所述尾翼3由碳纤维复合材料制成，分为水平尾翼3和垂直尾翼3，水平尾翼3水平安装在固定翼机身1尾部，水平尾翼3后缘的升降舵产生的俯仰力矩控制飞机俯仰飞行；垂直尾翼3垂直安装在固定翼机身1尾部，垂直尾翼3后缘的方向舵产生偏航力矩，实现方向操纵。

所述水平螺旋桨动力***4包括螺旋桨、发动机以及储油箱。螺旋桨旋转为无人机巡航状态提供飞行动力。

所述垂直螺旋桨电机***5安装于支架6端部，采用共轴双螺旋桨布置形式，螺旋桨转动产生的升力平衡其自身重力。遇到强风等干扰因素时，通过旋转电机保持其平稳飞行姿态。

所述旋翼机身7外表面由钛合金材料加工制成，内部放置供水平螺旋桨电机使用的机载电源以及稳定无人机姿态的控制***，下部插装固定与固定翼机身1上。

所述支架6安装在旋翼机身7四周，使用时将其***定位槽内并用螺栓紧固连接，其材料为钛合金或碳纤维复合材料。

所述有效载荷部件9插装在固定翼机身1下部，通过螺栓紧固连接。可搭载可见光摄像机和红外热成像仪，也可以搭载特制应急通讯中继设备。

本发明作巡航垂直起降无人机模式使用时，机载电源驱动垂直螺旋桨转动，使其产生的升力超过其自身重力后保持匀速转动，无人机平稳上升至目标高度后进入悬停状态；此时水平螺旋桨动力***4工作，垂直螺旋桨转速逐渐下降，无人机水平加速飞行直至其达到巡航飞行状态；无人机到达指定目标上方空域后，垂直螺旋桨转速增加使其产生的升力等于无人机自身重力，水平螺旋桨动力***4关闭，无人机进入悬停模式且有效载荷部件9进入工作模式；无人机返航时的飞行方式和上述原理类似，在此不做赘述。

本实施例的安装方式有两种：即初次安装使用时，将机翼2、有效载荷部件9、旋翼机身7分别快速插装在固定翼机身1的安装槽内并紧固，将支架6及垂直螺旋桨电机***5安装在旋翼机身7上；从系留无人机模式转换为巡航垂直起降无人机模式时，将有效载荷部件9和线缆8从旋翼机身7下部拆卸后，再将机翼2、有效载荷部件9、旋翼机身7分别快速插装在固定翼机身1的安装槽内并紧固，即可完成飞行模式的转换。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：包括固定翼机身(1)、机翼(2)、尾翼(3)、水平螺旋桨动力***(4)、垂直螺旋桨电机***(5)、支架(6)、旋翼机身(7)、线缆(8)和有效载荷部件(9)；由垂直螺旋桨电机***(5)、支架(6)、旋翼机身(7)、线缆(8)和有效载荷部件(9)构成系留无人机模式；由固定翼机身(1)、机翼(2)、尾翼(3)、水平螺旋桨动力***(4)、垂直螺旋桨电机***(5)、支架(6)、旋翼机身(7)和有效载荷部件(9)构成巡航垂直起降无人机模式。

2.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述机翼(2)水平固定于固定翼机身(1)两侧关于固定翼机身(1)中间平面呈对称分布，无人机巡航飞行时，机翼(2)产生的升力平衡其自身重力；机翼(2)翼稍后缘外侧的副翼为飞机的主操作舵面，左右副翼差动偏转所产生的滚转力矩使飞机在固定翼机身(1)纵轴上滚转。

3.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述尾翼(3)分布在固定翼机身(1)尾部；尾翼(3)分为水平尾翼(3)和垂直尾翼(3)，水平尾翼(3)水平安装在固定翼机身(1)尾部，水平尾翼(3)后缘的升降舵产生的俯仰力矩控制飞机俯仰飞行；垂直尾翼(3)垂直安装在固定翼机身(1)尾部，垂直尾翼(3)后缘的方向舵产生偏航力矩，实现方向操纵。

4.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述水平螺旋桨动力***(4)位于固定翼机身(1)前部，包括螺旋桨、发动机以及储油箱，水平螺旋桨旋转为无人机巡航状态提供飞行动力；所述垂直螺旋桨电机***(5)位于支架(6)端部，为无人机垂直起降时提供升力并保持姿态平稳。

5.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述支架(6)由旋翼机身(7)四周向外延伸，可快速拆卸和安装，支架(6)数量可为4个、6个或8个，支架(6)端部安装单螺旋桨或共轴安装双螺旋桨。

6.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：启用系留无人机模式时，通过电缆传输由载体向垂直螺旋桨电机***(5)提供电力支持，机载电源作为备用电力支持，螺旋桨转动产生的升力平衡其自身重力，遇到强风等干扰因素时，通过旋转电机保持其平稳飞行姿态；启用巡航垂直起降无人机模式时，机载电源为垂直螺旋桨电机***(5)提供电力支持。

7.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述有效载荷部件(9)可搭载可见光摄像机和红外热成像仪，也可以搭载特制应急通讯中继设备。

8.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述机翼(2)、支架(6)、旋翼机身(7)均可快速拆卸和安装，拆卸后可节省空间存放，需要使用时可在短时间内快速安装。

9.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述旋翼机身(7)由机载电源和控制***组成，机载电源为垂直螺旋桨电机提供电力支持；控制***通过控制舵面的偏转、螺旋桨的转速和垂直螺旋桨电机的旋转来控制无人机的飞行轨迹并保持其平稳姿态。

10.如权利要求1所述系留巡航多模式垂直起降无人机，其特征在于：所述线缆(8)位上端连接于旋翼机身(7)下部，下端连接于载体。