垂直起降固定翼無人機的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種垂直起降固定翼無人機，包括機身，在機身的兩側設有機翼，在機身內設有可折疊的機身旋翼；在機身旋翼的兩側設有機身滑板；在機翼內設有多個可折疊的機翼旋翼，機翼旋翼的頂部設有可開合的機翼滑板裝置。通過采用以上的結構，具有以下的有益效果：采用前行驅動和機身旋翼與機翼旋翼的組合，便于實現垂直起降與固定翼飛行之間的切換。由此結構的無人機，便于執行任務時隨時懸停，以便攝影頭能定點觀察，同時起飛降落時無需跑道和彈射設備。采用機身旋翼與機翼旋翼的組合，便于控制整個機體的平衡。采用隱藏式的機身旋翼與機翼旋翼，使垂直起降模式與固定翼飛行模式之間沒有干涉，無需增大機翼的體積。空氣流體舉升效率高。
【專利說明】
垂直起降固定翼無人機
技術領域
[0001 ]本發明涉及無人機領域，尤其是一種垂直起降固定翼無人機。
【背景技術】
[0002]垂直起降的固定翼飛機，這類飛機具有與直升機相似的功能，不需要借助跑道就能垂直起飛和降落，不同的是，這類飛機在空中能夠從懸停狀態通過動力傾轉平飛加速并過渡到固定翼的飛行模式。對于無人機而言，垂直起降的固定翼方案能夠使無人機降落在預定位置，完成設定任務后，自動起飛返回，使垂直起降的固定翼無人機具有無可比擬的自動控制優勢。
[0003]目前，實用的垂直起降固定翼飛機主要是AV-8鷂式戰斗機、V-22魚鷹傾轉旋翼飛機、F-35戰機^￥_8鷂式戰機采用的是飛馬發動機，在噴氣式發動機基礎上采用了排氣噴管可旋轉的推力換向方案，在實際使用中，這型飛機經常出現可靠性問題，也被稱為“寡婦飛機” oV-22魚鷹式傾轉旋翼機是由美國貝爾公司和波音公司聯合設計制造的一款傾轉旋翼機，也是一款中型運輸機。它通過傾轉機翼兩端翼尖的兩個直升機旋翼而實現旋翼在垂直和水平方向之間的轉換，從而較完美地將直升機和固定翼飛機的特點融為一體。在垂直起降狀態下，兩個旋翼拉力方向垂直于地面，利用自動傾斜器保持機體縱向的姿態穩定。V-22魚鷹既具有普通直升機垂直起降和空中懸停的能力，又具有渦輪螺旋槳飛機的高速巡航飛行的能力，是一種軍民兩用的高新技術產品。目前，其主要用于軍事需求，并能賦予戰場指揮官更多的選擇和更大的靈活性。它不需要專門的機場和跑道，維修簡單，生存力強，特別適用于進行特種作戰，可大大提高軍隊人員投送，布防，解救人質，災難救援等行動的速度。
[0004]然而，由于V-22魚鷹采用了兩個直升機旋翼，在垂直起降模式下，旋翼需要自動傾斜器來控制飛行器姿態的穩定，增加了控制的難度，并且槳葉采用周期變距裝置，也增加了成本;且魚鷹在垂直起降模式下，旋翼滑流正面吹在機翼翼面之上，造成很大的壓差阻力損失，并迫使機翼增加結構強度，進而導致飛行器結構重量增加，降低了飛機的性能。
[0005]中國專利文獻CN105083550 A公開了一種垂直起降固定翼飛行器，包括機身、尾翼和帶有傾轉機構的動力裝置，所述帶有傾轉機構的動力裝置包括固定槳距螺旋槳、發動機、發動機艙、滑流舵、機翼、傾轉機翼和舵機，發動機安裝于發動機艙內，固定槳距螺旋槳與發動機的輸出軸連接，傾轉機翼一端固定連接于發動機艙上，另一端可轉動的連接于機翼上，滑流舵活動連接于傾轉機翼上，舵機驅動所述滑流舵，所述帶有傾轉機構的動力裝置對稱設置于機身兩側，且為機翼水平設置，所述機身頭部設有通孔，通孔內設函道風扇。本發明飛行器旋翼和飛行器的尺寸較小，且省去復雜的自動傾斜器和周期變距裝置，結構簡單，降低了配平的難度和飛行控制系統的復雜度，系統可靠性高、成本低。
[0006]但是對于無人機而言，該結構仍過于復雜，且為達到具有實用性的剛度，對于結構精度和材料剛性要求過高，整體成本較高，且機體平衡難以控制。
[0007]現有技術中，也有將旋翼鑲嵌在機翼中的方案，該方案中，在機體上設有碩大的機翼，機翼上設有上下貫通的通孔，旋翼設置在通孔內，該方案旋翼占用空間大，機翼的空氣流體舉升效率不理想，機體也較為笨重。

【發明內容】

[0008]本發明所要解決的技術問題是提供一種垂直起降固定翼無人機，兼具垂直起降易于遠程操作的優點和固定翼便于高速巡航飛行的特點，并且結構簡單，易于實現，便于控制機身的平衡。
[0009]為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是:一種垂直起降固定翼無人機，包括機身，在機身的兩側設有機翼，在機體上設有前行驅動，在機身內設有可折疊的機身旋翼;在機身旋翼的兩側設有機身滑板；
在機翼內設有多個可折疊的機翼旋翼，機翼旋翼的頂部設有可開合的機翼滑板裝置。
[0010]所述的機身旋翼和機翼旋翼的結構為:
旋翼片通過銷軸與旋翼座以可轉動的方式連接，旋翼座與旋翼電機的輸出軸固定連接。
[0011]所述的機身旋翼在展開時，機身旋翼的旋翼片的運動軌跡延伸到機身兩側的側壁之外。
[0012]機身滑板的結構為，滑板活動安裝在機身兩側側壁上，并能夠沿著機身兩側側壁滑動，滑板內壁固設有齒條，機身滑板電機通過機身滑板傳動機構與齒條連接。
[0013]在每側機翼內設有I?4個機翼旋翼，機翼旋翼設置于旋翼倉內，旋翼倉的上側和前側開放，底側、左右兩側和后側封閉，機翼旋翼固設在旋翼倉的底壁。
[0014]當機翼旋翼展開時，機翼旋翼的旋翼片的運動軌跡延伸到旋翼倉前側之外。
[0015]所述的機翼滑板裝置包括相對滑動的機翼前滑板和機翼后滑板；
機翼前滑板的兩側位于固設在旋翼倉側壁的機翼滑板導軌內，機翼前滑板一端與機翼滑板前輥連接，機翼滑板前輥與驅動裝置連接，機翼前滑板的另一端設有機翼滑板搭接部；機翼后滑板的兩側位于固設在旋翼倉側壁的機翼滑板導軌內，機翼后滑板與機翼滑板后輥連接，機翼滑板后輥與驅動裝置連接。
[0016]在機翼滑板前輥內設有驅使機翼前滑板關閉的前卷簧；
在機翼滑板后輥內設有驅使機翼后滑板關閉的后卷簧。
[0017]在每側機翼內設有2個機身旋翼，機翼左滑板上設有機翼滑板左齒條，機翼滑板左齒條與機翼滑板左傳動機構連接；
機翼右滑板上設有機翼滑板右齒條，機翼滑板右齒條與機翼滑板右傳動機構連接； 機翼滑板左傳動機構和機翼滑板右傳動機構與驅動電機連接。
[0018]在旋翼倉的底部設有多個百葉片，多個百葉片沿著旋翼倉底壁前后方向布置，所述的百葉片中，葉片通過百葉銷軸與旋翼倉連接，葉片的后部設有葉片搭接部。
[0019]本發明提供的一種垂直起降固定翼無人機，通過采用以上的結構，具有以下的有益效果:
1、采用前行驅動和機身旋翼與機翼旋翼的組合，便于實現垂直起降與固定翼飛行之間的切換，獲得垂直起降的便利性和固定翼的飛行速度。由此結構的無人機，便于執行任務時隨時懸停，以便攝影頭能定點觀察，同時起飛降落時無需跑道和彈射設備。
[0020]2、采用機身旋翼與機翼旋翼的組合，便于控制整個機體的平衡。
[0021]3、采用隱藏式的機身旋翼與機翼旋翼，使垂直起降模式與固定翼飛行模式之間沒有干涉，無需增大機翼的體積。空氣流體舉升效率高。
[0022]4、整體結構簡潔，易于實現和制造，便于控制，能夠降低生產成本。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
圖1為本發明中的垂直起降狀態時的立體結構示意圖。
[0024]圖2為本發明中的固定翼飛行狀態時的立體結構示意圖。
[0025]圖3為本發明中機身滑板的俯視結構示意圖。
[0026]圖4為本發明中機身旋翼和機翼旋翼的俯視結構示意圖。
[0027]圖5為本發明中機翼滑板裝置的結構示意圖。
[0028]圖6為圖5中A處的局部放大不意圖。
[0029]圖7為本發明中機翼滑板裝置的局部結構示意圖。
[0030]圖8為本發明中固定翼飛行狀態時的另一立體結構示意圖。
[0031 ]圖9為本發明中機翼滑板裝置的另一結構示意圖。
[0032]圖10為本發明中機翼滑板裝置的另一局部結構示意圖。
[0033]圖中:機體I，機身2，機身旋翼3，機身滑板4，滑板41，齒條42，機身滑板電機43，機身滑板傳動機構44，機翼5，旋翼倉6，百葉片7，百葉銷軸71，葉片72，葉片搭接部73，機翼旋翼8，旋翼片81，銷軸82，旋翼座83，旋翼電機84，機翼滑板裝置9，機翼前滑板901，機翼后滑板902，機翼滑板導軌903，機翼滑板前棍904，機翼滑板后棍905，前卷簧906，后卷簧907，分斷處908，機翼滑板搭接部909，機翼左滑板910，機翼右滑板911，機翼滑板左齒條912，機翼滑板右齒條913，機翼滑板左傳動機構914，機翼滑板右傳動機構915，前旋翼10。
【具體實施方式】
[0034]本發明中，以機體I的方位進行說明，即以圖1為例，機體I的頭部為前方，尾部為后方，機體I上部為上方。本發明中的附圖均為示意圖，為便于觀察，省略了部分輔助結構，僅突出與本發明相關的部分結構，為特別注明的部分結構，為現有技術中常用的結構。
[0035]如圖1、2中，一種垂直起降固定翼無人機，包括機身2，在機身2的兩側設有機翼5，在機體I上設有前行驅動，本例中所述的前行驅動，即由于驅動整個機體I向前飛行的裝置，包括如圖1中所示的前旋翼10，或者設于機翼下方或前方的旋翼，或者設于機翼下方渦輪發動機。
[0036]在機身2內設有可折疊的機身旋翼3;在機身旋翼3的兩側設有機身滑板4;
在機翼5內設有多個可折疊的機翼旋翼8，機翼旋翼8的頂部設有可開合的機翼滑板裝置9。由機身旋翼3和機翼旋翼8的組合，使整個機體I獲得垂直升降的舉升力，而當完成垂直升降到預定高度后，啟動前行驅動，然后使機身旋翼3和機翼旋翼8收起，機身滑板4和機翼滑板裝置9關閉，即完成從垂直升降到固定翼飛行之間的轉換。降落時，開啟機身滑板4和機翼滑板裝置9，啟動機身旋翼3和機翼旋翼8，實現垂直降落。
[0037]優選的方案如圖4中，所述的機身旋翼3和機翼旋翼8的結構為: 旋翼片81通過銷軸82與旋翼座83以可轉動的方式連接，旋翼座83與旋翼電機84的輸出軸固定連接。當旋翼電機84啟動時，旋翼片81在離心力的作用下張開，并獲得舉升力，當旋翼電機84停止時，旋翼片81在風力的作用下折疊，從而便于收入到機身2內和機翼5的旋翼倉6內。由此結構降低機身旋翼3和機翼旋翼8的空間需求。
[0038]優選的方案如圖1中，所述的機身旋翼3在展開時，機身旋翼3的旋翼片81的運動軌跡延伸到機身2兩側的側壁之外。由此結構，使機身旋翼3獲得足夠的舉升力，而所需的空間不大。
[0039]優選的方案如圖3中，機身滑板4的結構為，滑板41活動安裝在機身2兩側側壁上，并能夠沿著機身2兩側側壁滑動，滑板41內壁固設有齒條42，機身滑板電機43通過機身滑板傳動機構44與齒條42連接。本例中的機身滑板傳動機構44優選為減速器和齒輪，具體為機身滑板電機43與減速器連接，減速器的輸出軸與齒輪固定連接，齒輪與齒條42嚙合連接，通過控制機身滑板電機43的正反轉，控制滑板41的開合，由滑板41的開合，使機身旋翼3的旋翼片81便于伸展到機身2的側壁之外，從而獲得足夠的舉升力。
[0040]優選的方案如圖1~2中，在每側機翼5內設有I?4個機翼旋翼8，本例中為每側機翼5內設置2個機翼旋翼8，機翼旋翼8設置于旋翼倉6內，旋翼倉6的上側和前側開放，底側、左右兩側和后側封閉，機翼旋翼8固設在旋翼倉6的底壁。具體的機翼旋翼8的旋翼電機84固定安裝在旋翼倉6的底壁靠近前側的位置，這樣當旋翼電機84帶動旋翼片81因旋轉而展開時，機翼旋翼8的旋翼片81的運動軌跡延伸到旋翼倉6前側之外。由此結構，獲得較大的舉升力，而占用較小的空間，無需將機翼設計成笨重的結構。
[0041 ]可選的方案如圖5、7中，所述的機翼滑板裝置9包括相對滑動的機翼前滑板901和機翼后滑板902 ；
機翼前滑板901的兩側位于固設在旋翼倉6側壁的機翼滑板導軌903內，機翼前滑板901一端與機翼滑板前輥904連接，機翼滑板前輥904與驅動裝置連接，進一步優選的方案如圖7中，在機翼前滑板901的另一端設有機翼滑板搭接部909;
機翼后滑板902的兩側位于固設在旋翼倉6側壁的機翼滑板導軌903內，機翼后滑板902與機翼滑板后棍905連接，機翼滑板后棍905與驅動裝置連接，本例中的驅動裝置為電機和傳動機構，電機與傳動機構連接，傳動機構與機翼滑板后輥905連接，驅動機翼滑板后輥905旋轉。機翼滑板前輥904的驅動方式相同。由此結構，機翼滑板前輥904和機翼滑板后輥905驅動機翼前滑板901和機翼后滑板902開合，并在分斷處908結合。分斷處908選擇機翼截面曲線變化較大的位置。本例中，機翼后滑板902的長度大于機翼前滑板901的長度，以便于控制機翼后滑板902和機翼前滑板901的機械強度。本例中，機翼后滑板902和機翼前滑板901采用具有撓性的材質，例如鋁鎂合金板、鈦合金板或者尼龍與鈦合金復合板。由于機翼后滑板902和機翼前滑板901的兩側由機翼滑板導軌903支承，因此具有足夠的強度，根據需要，還可以在機翼后滑板902和機翼前滑板901的底面設置沿機翼滑板前棍904和機翼滑板后棍905軸線的強化筋。
[0042]設置的機翼滑板搭接部909為向上方彎折的一個階臺，使機翼后滑板902與機翼前滑板901之間的搭接更為可靠，同時還增強了機翼前滑板901的強度。
[0043]在機翼滑板前棍904內設有驅使機翼前滑板901關閉的前卷簧906;
在機翼滑板后輥905內設有驅使機翼后滑板902關閉的后卷簧907。由此結構，能夠快速從垂直升降狀態轉換到固定翼飛行狀態，縮短轉換時間，提高機體I的安全性。
[0044]另一可選的結構如圖8~9中，在每側機翼5內設有2個機身旋翼3，機翼左滑板910上設有機翼滑板左齒條912，機翼滑板左齒條912與機翼滑板左傳動機構914連接；
機翼右滑板911上設有機翼滑板右齒條913，機翼滑板右齒條913與機翼滑板右傳動機構915連接；
機翼滑板左傳動機構914和機翼滑板右傳動機構915與驅動電機連接。由此結構，以左右滑動的方式，開啟旋翼倉6的上側和前側。適于機翼5空間相對加大的無人機。由于機翼5從翼根至翼尖的厚度逐漸變薄，因此機翼左滑板910與機翼右滑板911在開啟旋翼倉6的狀態下，能夠被上下堆疊的布置。
[0045]進一步優選的結構如圖10中，通過將機翼滑板左齒條912豎直的設置在機翼左滑板910的端部，機翼滑板右齒條913豎直的設置在靠近機翼右滑板911端部的位置，機翼滑板左齒條912與機翼滑板右齒條913的齒相對布置，由此結構，能夠由一個齒輪同時驅動機翼左滑板910和機翼右滑板911動作。
[0046]優選的方案如圖5、6中，在旋翼倉6的底部設有多個百葉片7，多個百葉片7沿著旋翼倉6底壁前后方向布置，所述的百葉片7中，葉片72通過百葉銷軸71與旋翼倉6連接，葉片72的后部設有葉片搭接部73，葉片搭接部73為一個向下彎折的階臺部，以使在前的葉片72搭接在在后的葉片72的端部，形成類似魚鱗的結構，以減小風阻，并強化結構。百葉片7與百葉銷軸71的連接位置位于百葉片7中間靠前的位置，以使在默認狀態下，百葉片7處于開啟的狀態。由此結構，便于在垂直升降狀態下使空氣從百葉片7處排出，而當轉入固定翼飛行模式時，則在風力的作用，各個百葉片7搭接在一起，提供舉升力。
[0047]使用時，機翼滑板裝置9和機身滑板4開啟，機身旋翼3和機翼旋翼8旋轉，機翼旋翼8產生的風從百葉片7排出，使機體I升起，離開地面一定高度后，前旋翼10啟動，使機體I向前飛行，逐漸降低機身旋翼3和機翼旋翼8的轉速直至停止，機身旋翼3和機翼旋翼8在風力作用下折疊，關閉機翼滑板裝置9和機身滑板4，機體I轉入固定翼飛行狀態。
[0048]降落時，機翼滑板裝置9和機身滑板4開啟，機身旋翼3和機翼旋翼8旋轉，逐漸降低前旋翼10的轉速直至停止，機體I進入懸停狀態，使整個機體I從固定翼飛行轉為垂直升降狀態直至降落。
[0049]上述的實施例僅為本發明的優選技術方案，而不應視為對于本發明的限制，本申請中的實施例及實施例中的特征在不沖突的情況下，可以相互任意組合。本發明的保護范圍應以權利要求記載的技術方案，包括權利要求記載的技術方案中技術特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內的等同替換改進，也在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種垂直起降固定翼無人機，包括機身(2)，在機身(2)的兩側設有機翼(5)，在機體(I)上設有前行驅動，其特征是:在機身(2)內設有可折疊的機身旋翼(3);在機身旋翼(3)的兩側設有機身滑板(4); 在機翼(5)內設有多個可折疊的機翼旋翼(8)，機翼旋翼(8)的頂部設有可開合的機翼滑板裝置(9)。2.根據權利要求1所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:所述的機身旋翼(3)和機翼旋翼(8)的結構為: 旋翼片(81)通過銷軸(82)與旋翼座(83)以可轉動的方式連接，旋翼座(83)與旋翼電機(84)的輸出軸固定連接。3.根據權利要求1所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:所述的機身旋翼(3)在展開時，機身旋翼(3)的旋翼片(81)的運動軌跡延伸到機身(2)兩側的側壁之外。4.根據權利要求1所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:機身滑板(4)的結構為，滑板(41)活動安裝在機身(2)兩側側壁上，并能夠沿著機身(2)兩側側壁滑動，滑板(41)內壁固設有齒條(42)，機身滑板電機(43)通過機身滑板傳動機構(44)與齒條(42)連接。5.根據權利要求1所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:在每側機翼(5)內設有I?4個機翼旋翼(8)，機翼旋翼(8)設置于旋翼倉(6)內，旋翼倉(6)的上側和前側開放，底偵叭左右兩側和后側封閉，機翼旋翼(8)固設在旋翼倉(6)的底壁。6.根據權利要求5所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:當機翼旋翼(8)展開時，機翼旋翼(8 )的旋翼片(81)的運動軌跡延伸到旋翼倉(6 )前側之外。7.根據權利要求5所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:所述的機翼滑板裝置(9)包括相對滑動的機翼前滑板(901)和機翼后滑板(902); 機翼前滑板(901)的兩側位于固設在旋翼倉(6)側壁的機翼滑板導軌(903)內，機翼前滑板(901)—端與機翼滑板前輥(904)連接，機翼滑板前輥(904)與驅動裝置連接，機翼前滑板(901)的另一端設有機翼滑板搭接部(909 ); 機翼后滑板(902)的兩側位于固設在旋翼倉(6)側壁的機翼滑板導軌(903)內，機翼后滑板(902)與機翼滑板后棍(905)連接，機翼滑板后棍(905)與驅動裝置連接。8.根據權利要求5所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:在機翼滑板前輥(904)內設有驅使機翼前滑板(901)關閉的前卷簧(906); 在機翼滑板后棍(905)內設有驅使機翼后滑板(902)關閉的后卷簧(907)。9.根據權利要求1所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:在每側機翼(5)內設有2個機身旋翼(3)，機翼左滑板(910)上設有機翼滑板左齒條(912)，機翼滑板左齒條(912)與機翼滑板左傳動機構(914 )連接； 機翼右滑板(911)上設有機翼滑板右齒條(913)，機翼滑板右齒條(913)與機翼滑板右傳動機構(915)連接； 機翼滑板左傳動機構(914 )和機翼滑板右傳動機構(915 )與驅動電機連接。10.根據權利要求5所述的一種垂直起降固定翼無人機，其特征是:在旋翼倉(6)的底部設有多個百葉片(7)，多個百葉片(7)沿著旋翼倉(6)底壁前后方向布置，所述的百葉片(7)中，葉片(72)通過百葉銷軸(71)與旋翼倉(6)連接，葉片(72)的后部設有葉片搭接部(73)。
【文檔編號】B64C29/02GK105905294SQ201610259171
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月25日
【發明人】魏俊, 彭斌
【申請人】荊州翔天科技有限公司