電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，包括固定翼飛機(jī)機(jī)體以及起到穩(wěn)定控制作用的飛行控制器，安裝于機(jī)身處的多個可傾轉(zhuǎn)的旋翼使得飛行器具有類似于直升機(jī)的懸停功能。本實(shí)用新型具有垂直起降和高速巡航的飛行能力，可以實(shí)現(xiàn)直升機(jī)模式和固定翼飛機(jī)模式間的自由切換，具有優(yōu)秀的操縱穩(wěn)定性、可靠性和使用安全性，可以更好地應(yīng)用于大范圍區(qū)域中的多點(diǎn)懸停偵查，在陸基、船載等多種環(huán)境，以及未來的軍事與民事應(yīng)用中可發(fā)揮極大的作用。
【專利說明】
電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及無人機(jī)領(lǐng)域，具體地說是一種電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]固定翼無人機(jī)具有航程長、噪聲小、飛行速度快等優(yōu)勢，但是受起降環(huán)境的影響較大，且不能在空中懸停;旋翼無人機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降、低空低速飛行、空中懸停等功能，但是受自身結(jié)構(gòu)限制，載重量小、噪聲大、航程較短。快速飛行能力與垂直起降能力的結(jié)合，無疑成為當(dāng)前無人機(jī)乃至飛行器行業(yè)研究的熱點(diǎn)。
[0003]目前，國際上越來越多的研究機(jī)構(gòu)開始進(jìn)行傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)方面的相關(guān)研究。但是，典型的雙旋翼式傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)將旋翼安裝于機(jī)翼翼尖處，旋翼的下洗流往往造成嚴(yán)重的氣動干擾，增大了無人機(jī)建模與控制的難度;且由于僅具有兩個旋翼，每個旋翼上都需要安裝變距結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種以多旋翼機(jī)構(gòu)替代典型雙旋翼式傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)復(fù)雜變距旋翼結(jié)構(gòu)，且旋翼與機(jī)翼分離的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，是一種兼具垂直起降和高速巡航能力，可以在直升機(jī)模式和固定翼飛機(jī)模式間切換的旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，具有優(yōu)秀的操縱穩(wěn)定性、可靠性和使用安全性，可以更好地應(yīng)用于大范圍區(qū)域中的多點(diǎn)懸停偵查，在陸基、船載等多種環(huán)境下的大范圍定點(diǎn)偵察中亦可發(fā)揮巨大作用。
[0005]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，包括固定翼飛機(jī)機(jī)體I以及飛行控制器，還包括在機(jī)身上安裝的可傾轉(zhuǎn)旋翼結(jié)構(gòu)，用于無人機(jī)系統(tǒng)的定點(diǎn)懸停與快速巡航。
[0007]所述固定翼飛機(jī)機(jī)體I包含機(jī)身3、機(jī)翼、尾翼、起落架以及驅(qū)動舵機(jī)。
[0008]所述機(jī)翼為全尺寸機(jī)翼，包含機(jī)翼本體和副翼；
[0009]所述尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，在水平尾翼和垂直尾翼上分別設(shè)置有升降舵面與方向舵面；
[0010]所述起落架為前三點(diǎn)式前輪收放起落架，包含前起落架9和后起落架10，用于無人機(jī)系統(tǒng)在固定翼飛機(jī)模式下滑行起降；
[0011 ]所述驅(qū)動舵機(jī)用于驅(qū)動機(jī)翼與尾翼上的舵面，并控制前起落架的轉(zhuǎn)向。
[0012]所述可傾轉(zhuǎn)旋翼結(jié)構(gòu)包括兩組多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)2，分別設(shè)置于機(jī)翼與前起落架9、后起落架1之間。
[0013]所述多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)2包括固定于機(jī)身上的轉(zhuǎn)軸支架4，旋翼傾轉(zhuǎn)軸5固定于轉(zhuǎn)軸支架4上，且與機(jī)身3垂直安裝，電機(jī)通過電機(jī)底座6對稱安裝于旋翼傾轉(zhuǎn)軸5兩端，旋翼安裝于電機(jī)上。
[0014]所述多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)2包括連桿搖臂8固定于旋翼傾轉(zhuǎn)軸5的中心位置，且與旋翼傾轉(zhuǎn)軸5保持同步轉(zhuǎn)動，舵機(jī)固定于機(jī)身上的舵機(jī)底座7，且通過連桿搖臂8驅(qū)動旋翼傾轉(zhuǎn)軸5進(jìn)行轉(zhuǎn)動，用于改變旋翼拉力方向。
[0015]旋翼傾轉(zhuǎn)軸5的轉(zhuǎn)動角度范圍為O?90度，其中旋翼傾轉(zhuǎn)軸5發(fā)生O度傾轉(zhuǎn)表示無人機(jī)系統(tǒng)處于直升機(jī)模式，旋翼拉力豎直向上;旋翼傾轉(zhuǎn)軸5發(fā)生90度傾轉(zhuǎn)表示無人機(jī)系統(tǒng)處于固定翼飛機(jī)模式，旋翼拉力水平向前。
[0016]所述旋翼傾轉(zhuǎn)軸5的長度相同。
[0017]在所述轉(zhuǎn)軸支架4上設(shè)置軸承。
[0018]所述飛行控制器設(shè)置于機(jī)翼下方的機(jī)翼安裝座11內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)在直升機(jī)模式與固定翼飛機(jī)模式下的穩(wěn)定控制，并在無人機(jī)系統(tǒng)加速過程中，根據(jù)飛行速度的不同實(shí)時控制旋翼傾轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)由直升機(jī)模式到固定翼飛機(jī)模式的轉(zhuǎn)換。
[0019]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0020]1.本實(shí)用新型將固定翼飛行器結(jié)構(gòu)與多旋翼飛行器結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合，產(chǎn)生一種既能垂直起降又能高速巡航的新型飛行器，該飛行器同時具備二者的優(yōu)點(diǎn)；
[0021]2.本實(shí)用新型在完整飛行過程中的能源消耗低于旋翼飛行器(固定翼飛機(jī)可以關(guān)油門滑翔)，且具備旋翼飛行器定點(diǎn)任務(wù)執(zhí)行的能力；
[0022]3.本實(shí)用新型采用多旋翼的結(jié)構(gòu)，可利用旋翼的拉力差與反扭矩差進(jìn)行直升機(jī)模式下的控制，避免使用傳統(tǒng)雙旋翼式傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)復(fù)雜的變距旋翼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單且不易發(fā)生故障；
[0023]4.本實(shí)用新型將旋翼與機(jī)翼分離，避免旋翼安裝于翼尖處造成對機(jī)翼較為嚴(yán)重的氣動干擾，有利于飛行器在直升機(jī)模式與過渡模式下的安全飛行。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型的無人機(jī)系統(tǒng)不意圖；
[0025]圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3是本實(shí)用新型的多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027]其中，I為固定翼飛機(jī)機(jī)體、2為多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)、3為機(jī)身、4為轉(zhuǎn)軸支架、5為旋翼傾轉(zhuǎn)軸、6為電機(jī)底座、7為舵機(jī)底座、8為連桿搖臂、9為前起落架、10為后起落架、11為機(jī)翼安裝座、12為尾翼安裝座。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0029]如圖1所示為本實(shí)用新型的無人機(jī)系統(tǒng)示意圖。
[0030]—種電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，包括固定翼飛機(jī)機(jī)體1、多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)2、飛行控制器三部分。固定翼飛機(jī)機(jī)體I的功能是為無人機(jī)系統(tǒng)的模式過渡和固定翼飛機(jī)模式提供升力以及協(xié)調(diào)控制;兩組相同的多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)2分別安置于固定翼飛機(jī)機(jī)體I的機(jī)身3的中前與中后，控制螺旋槳朝向，使其旋翼拉力方向不僅可以與旋翼飛行器與固定翼飛行器一樣呈垂向或水平，還可以指向二者之間的任意位置；飛行控制器安裝于固定翼飛機(jī)機(jī)體I機(jī)翼下方，用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)在直升機(jī)模式與固定翼飛機(jī)模式下的穩(wěn)定控制，并在無人機(jī)系統(tǒng)加速過程中，根據(jù)飛行速度的不同設(shè)置不同大小的旋翼傾轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)由直升機(jī)模式到固定翼飛機(jī)模式的安全過渡。
[0031]固定翼飛機(jī)機(jī)體I以固定翼飛機(jī)結(jié)構(gòu)為主體，包含一對全尺寸機(jī)翼、一個水平尾翼、一個垂直尾翼、前后起落架、驅(qū)動舵機(jī);每個機(jī)翼均包含機(jī)翼本體與副翼，水平尾翼與垂直尾翼上分別安裝升降舵面與方向舵面;起落架為前三點(diǎn)式前輪收放起落架，用以實(shí)現(xiàn)固定翼飛機(jī)模式下的滑行起降；該子系統(tǒng)中的舵機(jī)用以驅(qū)動機(jī)翼與尾翼上的舵面，以及前起落架的轉(zhuǎn)向。
[0032]具體例為:傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)外形尺寸為1400mm X 1200mm X 500mm;機(jī)翼長1200mm，翼根部170mm寬，機(jī)翼前緣后掠，翼梢部150mm寬，為梯形平直翼型，安裝攻角為2° ;垂直尾翼根部400mm寬，梢部150mm寬，從機(jī)身起240mm高，翼型為斜邊梯形。
[0033]如圖2所示為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。
[0034]多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)2包括旋翼、電機(jī)、電機(jī)底座6、旋翼傾轉(zhuǎn)軸5、連桿搖臂8、轉(zhuǎn)軸支架4、舵機(jī)、舵機(jī)底座7;其所包含的兩組上述部件，分別安裝于機(jī)翼前方與機(jī)翼后方。
[0035]機(jī)身3主體為直徑20mm的鋁合金圓筒，中部與尾部設(shè)有機(jī)安裝座11與尾翼安裝座12用于固定全尺寸機(jī)翼以及與尾翼，機(jī)翼安裝座11下方用于安裝飛行控制子系統(tǒng)與電池。
[0036]該機(jī)身上裝配前三點(diǎn)式前輪轉(zhuǎn)向收放起落架，具備獨(dú)立減震效果，前起落架可在舵機(jī)的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)地面滑行時的航向控制。
[0037]如圖3旋翼傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖所示:
[0038]驅(qū)動舵機(jī)通過連桿搖臂8驅(qū)動旋翼傾轉(zhuǎn)軸5，其本身固定于轉(zhuǎn)軸支架4后方的舵機(jī)底座7上;轉(zhuǎn)軸支架4為旋翼傾轉(zhuǎn)軸5提供支撐，為保證轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的靈活性，支架上安裝有軸承;旋翼傾轉(zhuǎn)軸5兩端固定有電機(jī)底座6，電機(jī)固定于電機(jī)底座6上;旋翼直接安裝于電機(jī)上，舵機(jī)牽動旋翼傾轉(zhuǎn)軸5實(shí)現(xiàn)旋翼拉力方向的改變，變化角度范圍為O?90度;前后旋翼傾轉(zhuǎn)軸5長度相同，旋翼中心圍成一個矩形。
[0039]具體例為:連桿搖臂8長為32mm;旋翼傾轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸5為長度615mm，直徑12mm的圓筒；電機(jī)座為直徑28mm，厚度3mm的圓盤;前后多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)2相距600_。
[0040]動力系統(tǒng)由螺旋槳、電機(jī)、電調(diào)和電池構(gòu)成。電機(jī)安裝于旋翼傾轉(zhuǎn)軸5兩端的底座上，為朗宇X2814 1250KV無刷電機(jī);旋翼直接固定于電機(jī)上，型號為APC1055正反槳；同時搭配4s 14.8V 5200mah LiPo電池，以及特威甲殼蟲或好盈天行者4s 80A電子調(diào)速器。
[0041]無人機(jī)系統(tǒng)上的舵機(jī)有三種用途:1、操縱機(jī)翼與尾翼上的控制舵面;2、牽動旋翼傾轉(zhuǎn)軸5，從而控制旋翼傾轉(zhuǎn);3、控制前起落架9的轉(zhuǎn)向。根據(jù)飛機(jī)外形尺寸及起飛重量，各控制舵面及起落架轉(zhuǎn)向控制舵機(jī)采用銀燕ES08MD 12g數(shù)字金屬齒舵機(jī)，傾轉(zhuǎn)軸控制舵機(jī)采用JX PD1-6221MG防水舵機(jī)。
[0042]該無人機(jī)系統(tǒng)的基本飛行過程為:在直升機(jī)模式下垂直起飛，并逐漸加速以不斷向固定翼飛機(jī)模式過渡;進(jìn)入固定翼飛機(jī)模式后進(jìn)行快速巡航，到達(dá)所需要的任務(wù)執(zhí)行點(diǎn)，切換至直升機(jī)模式執(zhí)行任務(wù);任務(wù)完成后，進(jìn)入固定翼模式進(jìn)行返航飛行，并在直升機(jī)模式下垂直降落。
【主權(quán)項】
1.一種電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，包括固定翼飛機(jī)機(jī)體(I)以及飛行控制器，其特征在于:還包括在機(jī)身上安裝的可傾轉(zhuǎn)旋翼結(jié)構(gòu)，用于無人機(jī)系統(tǒng)的定點(diǎn)懸停與快速巡航。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述固定翼飛機(jī)機(jī)體(I)包含機(jī)身(3)、機(jī)翼、尾翼、起落架以及驅(qū)動舵機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述機(jī)翼為全尺寸機(jī)翼，包含機(jī)翼本體和副翼； 所述尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼，在水平尾翼和垂直尾翼上分別設(shè)置有升降舵面與方向舵面； 所述起落架為前三點(diǎn)式前輪收放起落架，包含前起落架(9)和后起落架(10)，用于無人機(jī)系統(tǒng)在固定翼飛機(jī)模式下滑行起降； 所述驅(qū)動舵機(jī)用于驅(qū)動機(jī)翼與尾翼上的舵面，并控制前起落架的轉(zhuǎn)向。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述可傾轉(zhuǎn)旋翼結(jié)構(gòu)包括兩組多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(2)，分別設(shè)置于機(jī)翼與前起落架(9)、后起落架(10)之間。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(2)包括固定于機(jī)身上的轉(zhuǎn)軸支架(4)，旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)固定于轉(zhuǎn)軸支架(4)上，且與機(jī)身(3)垂直安裝，電機(jī)通過電機(jī)底座(6)對稱安裝于旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)兩端，旋翼安裝于電機(jī)上。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述多旋翼及旋翼傾轉(zhuǎn)子系統(tǒng)(2)包括連桿搖臂(8)固定于旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)的中心位置，且與旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)保持同步轉(zhuǎn)動，舵機(jī)固定于機(jī)身上的舵機(jī)底座(7)，且通過連桿搖臂(8)驅(qū)動旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，用于改變旋翼拉力方向。7.根據(jù)權(quán)利要求4?6任一項所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)的轉(zhuǎn)動角度范圍為O?90度，其中旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)發(fā)生O度傾轉(zhuǎn)表示無人機(jī)系統(tǒng)處于直升機(jī)模式，旋翼拉力豎直向上;旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)發(fā)生90度傾轉(zhuǎn)表示無人機(jī)系統(tǒng)處于固定翼飛機(jī)模式，旋翼拉力水平向前。8.根據(jù)權(quán)利要求4?6任一項所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述旋翼傾轉(zhuǎn)軸(5)的長度相同。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:在所述轉(zhuǎn)軸支架(4)上設(shè)置軸承。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動多軸傾轉(zhuǎn)旋翼無人機(jī)系統(tǒng)，其特征在于:所述飛行控制器設(shè)置于機(jī)翼下方的機(jī)翼安裝座(11)內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)在直升機(jī)模式與固定翼飛機(jī)模式下的穩(wěn)定控制，并在無人機(jī)系統(tǒng)加速過程中，根據(jù)飛行速度的不同實(shí)時控制旋翼傾轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)由直升機(jī)模式到固定翼飛機(jī)模式的轉(zhuǎn)換。
【文檔編號】B64C27/52GK205661659SQ201620416951
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】韓建達(dá), 何玉慶, 楊麗英, 孫曉舒, 宋大雷, 馬立新, 劉重
【申請人】中國科學(xué)院沈陽自動化研究所