CN111137446B - 一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局 - Google Patents

一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局 Download PDF

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Abstract

本发明涉及飞行器气动布局技术领域，公开了一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局，包括机身、机翼、尾翼、以及平飞动力单元；机翼包括固定段和可停转旋翼，可停转旋翼通过伸缩机构安装于机身每一侧固定段的远端；可停转旋翼位于固定段下方，固定段的底面设置有可与可停转旋翼的任意一个翼段上表面贴合的凹槽；位于凹槽外的可停转旋翼的翼段的迎风面与固定段的迎风面朝向相同。本发明通过可停转旋翼提供无人机垂直升降动力，在平飞时可停转旋翼收回形成固定翼的一部分，减少因旋翼外漏造成的空气阻力，可提高飞行速度；可停转旋翼具备收放功能，能灵活改变工作形态，实现垂直升降与水平飞行***的有效融合，减少废重，增加无人机的航行时长。

Description

一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局
技术领域
本发明涉及飞行器气动布局技术领域，具体涉及一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局。
背景技术
气动布局设计在飞行器***设计中十分重要，是影响飞行器飞行特征和飞行性能的重要因素，同时也是决定其子***布置和设计的关键因素。对于垂直起降无人机而言，目前比较常见的有多旋翼和垂直起降固定翼两种。多旋翼无人机因其自身设计缺陷，飞行速度较慢，航时较短，气动效率较低。垂直起降固定翼又分为复合式、尾座式、倾转式和停转式。复合式因其平飞时旋翼装置成为“废重”，增大空气阻力，质量效率较低。尾座式因其起飞时机身垂直于地面，抗风能力较弱，转为平飞过程控制难度较大。倾转式因其平飞时推力向前倾转，飞行稳定性较低，设计及控制难度较大。要想提高垂直起降无人机的飞行速度和充分发挥外形布局气动效率，这些布局均仍具有一定提升的潜力。
发明内容
基于以上问题，本发明提供一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局，通过可停转旋翼提供无人机垂直升降动力，在平飞时可停转旋翼收回形成固定翼的一部分，减少因旋翼外漏造成的空气阻力，可提高飞行速度；可停转旋翼具备收放功能，能灵活改变工作形态，实现垂直升降与水平飞行***的有效融合，减少废重，增加无人机的航行时长。
为解决以上技术问题，本发明提供了一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局，包括机身、机翼、尾翼、以及固定于机身前端的平飞动力单元；机翼包括对称设置于机身两侧的固定段和设置于固定段远端且可供无人机垂直升降的可停转旋翼，可停转旋翼通过伸缩机构安装于机身每一侧固定段的远端；可停转旋翼位于固定段下方，固定段的底面设置有可与可停转旋翼的任意一个翼段上表面贴合的凹槽；位于凹槽外的可停转旋翼的翼段的迎风面与固定段的迎风面朝向相同。
进一步地，机翼数量为两组，两组机翼均对称设置于机身两侧，每组机翼在机身每一侧的远端均设置有固定段和可停转旋翼，四个可停转旋翼对称设置于机身两侧。
进一步地，伸缩机构包括固定于固定段远端的伸缩气缸，伸缩气缸的伸缩杆与机翼相垂直；可停转旋翼包括伺服电机一和位于伺服电机一输出轴上的螺旋桨，伺服电机一安装于伸缩气缸的伸缩杆前端，伺服电机一的输出轴与伸缩气缸的伸缩杆位于同一中心轴线上；伺服电机一的输出轴上同轴设置有蜗轮，固定段为中空结构，固定段内腔中固定有伺服电机二，伺服电机二的输出轴上安装有蜗轮相匹配的蜗杆。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过可停转旋翼提供无人机垂直升降动力，在平飞时可停转旋翼收回形成固定翼的一部分，减少因旋翼外漏造成的空气阻力，可提高飞行速度；可停转旋翼具备收放功能，能灵活改变工作形态，实现垂直升降与水平飞行***的有效融合，减少废重，增加无人机的航行时长。
附图说明
图1为实施例中一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局结构示意图；
图2为实施例中无人机平飞时可停转旋翼与固定段的连接示意图；
图3为实施例中无人机垂直起降时可停转旋翼与固定段的连接示意图；
图4为图2中局部A的放大示意图；
图5为图3中局部B的放大示意图；
图6为实施例中可停转旋翼的结构示意图；
其中，1、机身；2、尾翼；3、平飞动力单元；4、固定段；5、可停转旋翼；6、伸缩气缸；7、伺服电机一；8、蜗轮；9、蜗杆；10、伺服电机二。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例：
参见图1-6，一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局，包括机身1、机翼、尾翼2、以及固定于机身1前端的平飞动力单元3；机翼包括对称设置于机身1两侧的固定段4和设置于固定段4远端且可供无人机垂直升降的可停转旋翼5，可停转旋翼5通过伸缩机构安装于机身1每一侧固定段4的远端；可停转旋翼5位于固定段4下方，固定段4的底面设置有可与可停转旋翼5的任意一个翼段上表面贴合的凹槽；位于凹槽外的可停转旋翼5的翼段的迎风面与固定段4的迎风面朝向相同。
在本实施例中，无人机飞行时有机身1前端的平飞动力单元3提供无人机平飞的动力，可停转旋翼5与固定段4通过伸缩机构连接，无人机平飞过程中伸缩机构处于收缩状态，可停转旋翼5的一个翼段上表面位于固定段4下表面的凹槽内，凹槽可以对可停转旋翼5进行限位，防止飞行过程中可停转旋翼5被空气带动扭转，影响无人机的稳定性；可停转旋翼5的横截面为流线型结构，位于凹槽外的可停转旋翼5的翼段的迎风面与固定段4的迎风面朝向相同，位于凹槽外的可以转旋翼的翼段与固定段4组成完整的机翼，保证无人机稳定平飞。无人机需要进行垂直起降时，伸缩机构将可停转旋翼5伸出，使位于凹槽内的可停转旋翼5表面位于凹槽外，然后启动可停转旋翼5为无人机的升降提供竖直方向的力。本实施例中的无人机通过可停转旋翼5提供垂直升降动力，在平飞时可停转旋翼5收回形成固定翼的一部分，减少因旋翼外漏造成的空气阻力，可提高飞行速度；可停转旋翼5具备收放功能，能灵活改变工作形态，实现垂直升降与水平飞行***的有效融合，减少废重，增加无人机的航行时长。
机翼数量为两组，两组机翼均对称设置于机身1两侧，每组机翼在机身1每一侧的远端均设置有固定段4和可停转旋翼5，四个可停转旋翼5对称设置于机身1两侧。本实施例中的可停转旋翼5数量为四个，对称分布与机身1两侧，有利于提供稳定的竖直方向上的力，有利于保证无人机升降过程中姿态的稳定。
伸缩机构包括固定于固定段4远端的伸缩气缸6，伸缩气缸6的伸缩杆与机翼相垂直；可停转旋翼5包括伺服电机一7和位于伺服电机一7输出轴上的螺旋桨，伺服电机一7安装于伸缩气缸6的伸缩杆前端，伺服电机一7的输出轴与伸缩气缸6的伸缩杆位于同一中心轴线上；伺服电机一7的输出轴上同轴设置有蜗轮8，固定段4为中空结构，固定段4内腔中固定有伺服电机二10，伺服电机二10的输出轴上安装有蜗轮8相匹配的蜗杆9。本实施例中的伸缩机构为伸缩气缸6，可停转旋翼5由伺服电机一7进行控制旋转，伸缩气缸6和伺服电机均可通过可编程PLC控制器进行控制，保证可停转旋翼5的可操控性能；
此外，伺服电机一7的输出轴上设置有蜗轮8，机翼固定段4内腔中设置有伺服电机二10控制的蜗杆9，通过蜗轮8可与蜗杆9相配合形成蜗轮8蜗杆9机构；可停转旋翼5收回过程中，通过控制伸缩机构收缩带动可停转旋翼5回收，当回收至蜗轮8与蜗杆9相啮合时，通过伺服电机二10旋转带动蜗杆9转动，蜗杆9则可对可停转旋翼5的位置进行微调，在可停转旋翼5的一个翼段到达与凹槽对应的位置后，伸缩气缸6将可停转旋翼5的一个翼段或回收至凹槽内，实现可停转旋翼5的快速回收。本实施例中的伺服电机二10也可通过PLC控制器进行控制。还可以在凹槽与可停转旋翼5的翼段对应的位置设置光电感应器，以便蜗轮8蜗杆9能够快速准确的对可停转旋翼5进行定位，进一步保证可停转旋翼5的快速回收。本实施例中的蜗轮8和蜗杆9是在可停转旋翼5接近固定段4下表面位置时相配合形成蜗轮8蜗杆9机构，在伸缩机构完全伸出即在可停转旋翼5旋转过程中，蜗轮8与蜗杆9相分离，不能形成自锁而导致伺服电机一7的输出轴无法转动，保证无人机垂直起降过程中可停转旋翼5能够正常旋转。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局，其特征在于：包括机身(1)、机翼、尾翼(2)、以及固定于机身(1)前端的平飞动力单元(3)；所述机翼包括对称设置于机身(1)两侧的固定段(4)和设置于固定段(4)远端且可供无人机垂直升降的可停转旋翼(5)，所述可停转旋翼(5)通过伸缩机构安装于机身(1)每一侧固定段(4)的远端；所述可停转旋翼(5)位于所述固定段(4)下方，所述固定段(4)的底面设置有可与可停转旋翼(5)的任意一个翼段上表面贴合的凹槽；位于所述凹槽外的可停转旋翼(5)的翼段的迎风面与固定段(4)的迎风面朝向相同；
所述伸缩机构包括固定于固定段(4)远端的伸缩气缸(6)，所述伸缩气缸(6)的伸缩杆与机翼相垂直；所述可停转旋翼(5)包括伺服电机一(7)和位于伺服电机一(7)输出轴上的螺旋桨，所述伺服电机一(7)安装于伸缩气缸(6)的伸缩杆前端，所述伺服电机一(7)的输出轴与所述伸缩气缸(6)的伸缩杆位于同一中心轴线上；所述伺服电机一(7)的输出轴上同轴设置有蜗轮(8)，所述固定段(4)为中空结构，所述固定段(4)内腔中固定有伺服电机二(10)，所述伺服电机二(10)的输出轴上安装有蜗轮(8)相匹配的蜗杆(9)。
2.根据权利要求1所述的停转多旋翼垂直起降无人机的气动布局，其特征在于：所述机翼数量为两组，两组所述机翼均对称设置于所述机身(1)两侧，每组机翼在机身(1)每一侧的远端均设置有固定段(4)和可停转旋翼(5)，四个所述可停转旋翼(5)对称设置于机身(1)两侧。
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