CN106347651B - 一种柱状共轴双桨布局的微型无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柱状共轴双桨布局的微型无人机，包括：承力结构，承力结构包括柱状机身，柱状机身内设有飞行控制器和电池；柱状机身的一端布置有任务载荷，另一端通过万向悬架安装有共轴反向电机，共轴反向电机上安装有旋翼可折叠紧贴柱状机身的双桨旋翼头，双桨旋翼头、共轴反向电机及柱状机身共轴设置。本发明通过万向悬架可倾斜双桨旋翼头的旋翼面，控制无人机姿态；双桨旋翼头可以紧贴机身折叠，具有较高的便携性和易用性；双桨旋翼头折叠后可以储存在发射管中，易于部署和释放。

Description

一种柱状共轴双桨布局的微型无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种柱状共轴双桨布局的微型无人机。
背景技术
旋翼无人机是一类多用途垂直起降飞行器。与固定翼无人机相比，旋翼无人机可以垂直起降，对起降场地要求不高，使用便捷高效。旋翼无人机应用广泛，可以执行航空摄影、医疗救护、气象探测、空中巡查等任务。
传统直升机布局配置了一副主旋翼和一副尾桨。横向布置的尾桨用来抵消反扭矩，并用于控制偏航。传统直升机布局采用了一套非常复杂的倾斜盘和连杆机构控制旋翼面倾斜，并使用自由绞或半自由绞旋翼在前飞中挥舞消除前飞中产生的滚转力矩。传统直升机布局因为复杂的机械机构，较长的维护时间以及高昂的使用成本，只适合大中型旋翼无人机。
近年来，以四旋翼为代表的多旋翼类旋翼无人机逐渐流行起来。相比传统直升机布局，多旋翼使用成对反方向旋转的旋翼来抵消反扭矩，而不需要额外驱动不产生升力的尾桨，提高了能量的使用效能。多旋翼放弃复杂的机械机构和自由绞旋翼，采用调节刚性旋翼转速的方法控制旋翼面的倾斜，从而控制飞行器的姿态。在前飞中，成对反方向旋转的旋翼也抵消了横滚力矩。由于结构简单，维护方便，使用费用低廉，多旋翼布局更适合小型便携式无人机使用。
然而，在长期的使用中，多旋翼无人机也暴露出了其固有的问题。使用多个电机驱动旋翼使得电能转化为机械能的效率降低，影响了多旋翼无人机的续航能力。同时，通过转速控制改变姿态的策略需要旋翼不停的做加减速运动，使得调节姿态需要付出大量的能量，特别是当旋翼直径和转动惯量较大时尤为显著。过多的旋翼数量也大大影响了多旋翼无人机的便携性。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种柱状共轴双桨布局的微型无人机。
本发明公开了一种柱状共轴双桨布局的微型无人机，包括：承力结构，所述承力结构包括柱状机身，所述柱状机身内设有飞行控制器和电池；
所述柱状机身的一端布置有任务载荷，另一端通过万向悬架安装有共轴反向电机，所述共轴反向电机上安装有可折叠紧贴柱状机身的双桨旋翼头，所述双桨旋翼头、共轴反向电机及柱状机身共轴设置。
作为本发明的进一步改进，所述承力结构还包括中心主梁，所述中心主梁设置在所述柱状机身内。
作为本发明的进一步改进，所述飞行控制器、电池及任务载荷附着在所述柱状机身和/或中心主梁上。
作为本发明的进一步改进，所述共轴反向电机具有同轴布置的两个转子，分别提供正反两个反向的驱动旋转力；所述共轴反向电机通过转轴与所述双桨旋翼头相连。
作为本发明的进一步改进，所述双桨旋翼头包括桨毂和旋翼，所述旋翼与所述桨毂通过限位铰链连接；
当旋翼折叠时，所述旋翼锁定在紧贴柱状机身的位置；
当旋翼展开并绕桨毂旋转时，所述旋翼锁定在垂直于柱状机身的位置，并与所述桨毂刚性连接。
作为本发明的进一步改进，所述任务载荷包括光电吊舱、急救药品包和应急通讯设备中的一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种柱状共轴双桨布局的微型无人机，通过万向悬架可倾斜双桨旋翼头的旋翼面，控制无人机姿态；双桨旋翼头可以紧贴机身折叠，具有较高的便携性和易用性；双桨旋翼头折叠后可以储存在发射管中，易于部署和释放；
本发明通过共轴反向电机带动反向转的刚性无铰旋翼(当旋翼展开并绕桨毂旋转时，旋翼与桨毂刚性连接)抵消反扭矩，提高了飞行效率，提高了无人机的续航能力。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的柱状共轴双桨布局的微型无人机的结构图；
图2为图1中A-A的截面图；
图3为本发明一种实施例公开的共轴反向电机与柱状机身之间的结构连接图；
图4为本发明一种实施例公开的柱状共轴双桨布局的微型无人机的展开状态图；
图5为本发明一种实施例公开的柱状共轴双桨布局的微型无人机的折叠状态图。
图中：
1、共轴反向电机；2、双桨旋翼头；21、旋翼；22、桨毂；23、限位铰链；3、万向悬架；4、承力结构；41、柱状机身；42、中心主梁；5、飞行控制器；6、电池；7、任务载荷。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1-2所示，本发明提供一种柱状共轴双桨布局的微型无人机，包括：共轴反向电机1、双桨旋翼头2、万向悬架3、承力结构4、飞行控制器5、电池6和任务载荷7；其中：
承力结构4使柱状共轴双桨布局的微型无人机成为一个具有承担载荷的结构，承力结构4包括柱状机身41及设置在柱状机身41内的中心主梁42，中心主梁42优选与柱状机身41的轴线相重合设置。
在柱状机身41内设有飞行控制器5和电池6，飞行控制器5和电池6附着在承力结构4(柱状机身41和/或中心主梁42)上；其中，飞行控制器5为柱状共轴双桨布局的微型无人机提供姿态控制和航线规划，使其具有自主飞行能力；电池6为柱状共轴双桨布局的微型无人机提供电能。
在柱状机身41的一端布置(挂载)有任务载荷7，任务载荷7附着在承力结构4(柱状机身41和/或中心主梁42)上；根据任务的需要，任务载荷7可以换装为光电吊舱、急救药品包、应急通信设备等载荷。
在柱状机身41的另一端通过万向悬架3安装有共轴反向电机1，如图3所示；共轴反向电机1上安装有可折叠紧贴柱状机身的双桨旋翼头2，双桨旋翼头2、共轴反向电机1及柱状机身41共轴设置。其中，共轴反向电机1为本发明提供驱动双桨旋翼头2旋转的动力；共轴反向电机1具有同轴布置的两个转子，分别提供正反两个方向的旋转驱动力；共轴反向电机1通过转轴与双桨旋翼头2相连，驱动双桨旋翼头的旋翼反方向旋转。
万向悬架3是共轴反向电机1与承力结构4之间的连接机构，万向悬架3在飞行控制器5的控制下可以使双桨旋翼头2的旋翼面倾斜，与机身轴线成一定角度；本发明与传统直升机布局相比，具有简化的机械结构和低廉的使用费用，与多旋翼布局相比，不使用电机调速，提高了能量利用率，万向悬架3具有结构简单、维护简单、消耗能量少等优良性能。
双桨旋翼头2包括上下设置的两个桨毂22和多个旋翼21，旋翼设置的数目可根据实际需求进行设置；旋翼21与桨毂22通过限位铰链23连接；当旋翼21折叠时，旋翼21锁定在紧贴柱状机身41的位置，如图5所示；当旋翼21展开并绕桨毂22旋转时，旋翼21锁定在垂直于柱状机身41的位置，并与桨毂22刚性连接，具有刚性无绞旋翼的高效能特性；如图4所示。
本发明公开的柱状共轴双桨布局的微型无人机的技术性能为：
空重：800g；
最大起飞重量：2000g；
最大有效载荷：500g；
旋翼直径：432mm；
机身直径：92mm；
续航时间：45分钟(载重500g配备1组4s锂电池)，1小时10分(载重500g配备2组4s锂电池)；
最大平飞速度：20m/s：最大升限：1000m；
遥控距离：1.5Km(未增程)，5Km(增程)；
动力：无刷直流电机(最大输出功率1.5kw)；
特点：自主起降，自主飞行，配备模块化多任务吊舱，长续航力，全寿命周期成本低。旋翼折叠后紧贴机身，具有较强的便携性；可以储存在发射管中，易于部署和释放。
本发明的优势在于：柱状共轴双桨布局的微型无人机通过万向悬架可倾斜双桨旋翼头的旋翼面，控制无人机姿态；双桨旋翼头可以紧贴机身折叠，具有较高的便携性和易用性；双桨旋翼头折叠后可以储存在发射管中，易于部署和释放；通过共轴反向电机带动反向转的刚性无铰旋翼(当旋翼展开并绕桨毂旋转时，旋翼与桨毂刚性连接)抵消反扭矩，提高了飞行效率，提高了无人机的续航能力。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柱状共轴双桨布局的微型无人机，其特征在于，包括：承力结构(4)，所述承力结构(4)包括柱状机身(41)，所述柱状机身(41)内设有飞行控制器(5)和电池(6)；
所述柱状机身(41)的一端布置有任务载荷(7)，另一端通过万向悬架(3)安装有共轴反向电机(1)，所述共轴反向电机(1)上安装有旋翼可折叠紧贴柱状机身的双桨旋翼头(2)，所述双桨旋翼头(2)、共轴反向电机(1)及柱状机身(41)共轴设置。
2.如权利要求1所述的柱状共轴双桨布局的微型无人机，其特征在于，所述承力结构(4)还包括中心主梁(42)，所述中心主梁(42)设置在所述柱状机身(41)内。
3.如权利要求2所述的柱状共轴双桨布局的微型无人机，其特征在于，所述飞行控制器(5)、电池(6)及任务载荷(7)附着在所述柱状机身(41)和/或中心主梁(42)上。
4.如权利要求1所述的柱状共轴双桨布局的微型无人机，其特征在于，所述共轴反向电机(1)具有同轴布置的两个转子，分别提供正反两个反向的驱动旋转力；所述共轴反向电机(1)通过转轴与所述双桨旋翼头(2)相连。
5.如权利要求1所述的柱状共轴双桨布局的微型无人机，其特征在于，所述双桨旋翼头(2)包括桨毂(22)和旋翼(21)，所述旋翼(21)与所述桨毂(22)通过限位铰链(23)连接；
当旋翼(21)折叠时，所述旋翼(21)锁定在紧贴柱状机身(41)的位置；
当旋翼(21)展开并绕桨毂(22)旋转时，所述旋翼(21)锁定在垂直于柱状机身(41)的位置，并与所述桨毂(22)刚性连接。
6.如权利要求1所述的柱状共轴双桨布局的微型无人机，其特征在于，所述任务载荷(7)包括光电吊舱、急救药品包和应急通讯设备中的一种。
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