電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，包括固定翼飛機機體以及起到穩(wěn)定控制作用的飛行控制器，安裝于機身處的多個可傾轉的旋翼使得飛行器具有類似于直升機的懸停功能。本實用新型具有垂直起降和高速巡航的飛行能力，可以實現直升機模式和固定翼飛機模式間的自由切換，具有優(yōu)秀的操縱穩(wěn)定性、可靠性和使用安全性，可以更好地應用于大范圍區(qū)域中的多點懸停偵查，在陸基、船載等多種環(huán)境，以及未來的軍事與民事應用中可發(fā)揮極大的作用。
【專利說明】
電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及無人機領域，具體地說是一種電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]固定翼無人機具有航程長、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;旋翼無人機能夠實現垂直起降、低空低速飛行、空中懸停等功能，但是受自身結構限制，載重量小、噪聲大、航程較短?？焖亠w行能力與垂直起降能力的結合，無疑成為當前無人機乃至飛行器行業(yè)研究的熱點。
[0003]目前，國際上越來越多的研究機構開始進行傾轉旋翼無人機方面的相關研究。但是，典型的雙旋翼式傾轉旋翼無人機將旋翼安裝于機翼翼尖處，旋翼的下洗流往往造成嚴重的氣動干擾，增大了無人機建模與控制的難度;且由于僅具有兩個旋翼，每個旋翼上都需要安裝變距結構，導致飛行器的機械結構非常復雜。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術的不足，本實用新型提供一種以多旋翼機構替代典型雙旋翼式傾轉旋翼機復雜變距旋翼結構，且旋翼與機翼分離的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，是一種兼具垂直起降和高速巡航能力，可以在直升機模式和固定翼飛機模式間切換的旋翼無人機系統(tǒng)，具有優(yōu)秀的操縱穩(wěn)定性、可靠性和使用安全性，可以更好地應用于大范圍區(qū)域中的多點懸停偵查，在陸基、船載等多種環(huán)境下的大范圍定點偵察中亦可發(fā)揮巨大作用。
[0005]本實用新型為實現上述目的所采用的技術方案是:
[0006]—種電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，包括固定翼飛機機體I以及飛行控制器，還包括在機身上安裝的可傾轉旋翼結構，用于無人機系統(tǒng)的定點懸停與快速巡航。
[0007]所述固定翼飛機機體I包含機身3、機翼、尾翼、起落架以及驅動舵機。
[0008]所述機翼為全尺寸機翼，包含機翼本體和副翼；
[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置有升降舵面與方向舵面；
[0010]所述起落架為前三點式前輪收放起落架，包含前起落架9和后起落架10，用于無人機系統(tǒng)在固定翼飛機模式下滑行起降；
[0011 ]所述驅動舵機用于驅動機翼與尾翼上的舵面，并控制前起落架的轉向。
[0012]所述可傾轉旋翼結構包括兩組多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)2，分別設置于機翼與前起落架9、后起落架1之間。
[0013]所述多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)2包括固定于機身上的轉軸支架4，旋翼傾轉軸5固定于轉軸支架4上，且與機身3垂直安裝，電機通過電機底座6對稱安裝于旋翼傾轉軸5兩端，旋翼安裝于電機上。
[0014]所述多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)2包括連桿搖臂8固定于旋翼傾轉軸5的中心位置，且與旋翼傾轉軸5保持同步轉動，舵機固定于機身上的舵機底座7，且通過連桿搖臂8驅動旋翼傾轉軸5進行轉動，用于改變旋翼拉力方向。
[0015]旋翼傾轉軸5的轉動角度范圍為O?90度，其中旋翼傾轉軸5發(fā)生O度傾轉表示無人機系統(tǒng)處于直升機模式，旋翼拉力豎直向上;旋翼傾轉軸5發(fā)生90度傾轉表示無人機系統(tǒng)處于固定翼飛機模式，旋翼拉力水平向前。
[0016]所述旋翼傾轉軸5的長度相同。
[0017]在所述轉軸支架4上設置軸承。
[0018]所述飛行控制器設置于機翼下方的機翼安裝座11內，用于實現無人機系統(tǒng)在直升機模式與固定翼飛機模式下的穩(wěn)定控制，并在無人機系統(tǒng)加速過程中，根據飛行速度的不同實時控制旋翼傾轉角度，實現無人機系統(tǒng)由直升機模式到固定翼飛機模式的轉換。
[0019]本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0020]1.本實用新型將固定翼飛行器結構與多旋翼飛行器結構進行結合，產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；
[0021]2.本實用新型在完整飛行過程中的能源消耗低于旋翼飛行器(固定翼飛機可以關油門滑翔)，且具備旋翼飛行器定點任務執(zhí)行的能力；
[0022]3.本實用新型采用多旋翼的結構，可利用旋翼的拉力差與反扭矩差進行直升機模式下的控制，避免使用傳統(tǒng)雙旋翼式傾轉旋翼機復雜的變距旋翼結構，結構簡單且不易發(fā)生故障；
[0023]4.本實用新型將旋翼與機翼分離，避免旋翼安裝于翼尖處造成對機翼較為嚴重的氣動干擾，有利于飛行器在直升機模式與過渡模式下的安全飛行。
【附圖說明】
[0024]圖1是本實用新型的無人機系統(tǒng)不意圖；
[0025]圖2是本實用新型的結構圖；
[0026]圖3是本實用新型的多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)結構圖；
[0027]其中，I為固定翼飛機機體、2為多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)、3為機身、4為轉軸支架、5為旋翼傾轉軸、6為電機底座、7為舵機底座、8為連桿搖臂、9為前起落架、10為后起落架、11為機翼安裝座、12為尾翼安裝座。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖及實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0029]如圖1所示為本實用新型的無人機系統(tǒng)示意圖。
[0030]—種電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，包括固定翼飛機機體1、多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)2、飛行控制器三部分。固定翼飛機機體I的功能是為無人機系統(tǒng)的模式過渡和固定翼飛機模式提供升力以及協(xié)調控制;兩組相同的多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)2分別安置于固定翼飛機機體I的機身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機體I機翼下方，用于實現無人機系統(tǒng)在直升機模式與固定翼飛機模式下的穩(wěn)定控制，并在無人機系統(tǒng)加速過程中，根據飛行速度的不同設置不同大小的旋翼傾轉角度，實現無人機系統(tǒng)由直升機模式到固定翼飛機模式的安全過渡。
[0031]固定翼飛機機體I以固定翼飛機結構為主體，包含一對全尺寸機翼、一個水平尾翼、一個垂直尾翼、前后起落架、驅動舵機;每個機翼均包含機翼本體與副翼，水平尾翼與垂直尾翼上分別安裝升降舵面與方向舵面;起落架為前三點式前輪收放起落架，用以實現固定翼飛機模式下的滑行起降；該子系統(tǒng)中的舵機用以驅動機翼與尾翼上的舵面，以及前起落架的轉向。
[0032]具體例為:傾轉旋翼無人機系統(tǒng)外形尺寸為1400mm X 1200mm X 500mm;機翼長1200mm，翼根部170mm寬，機翼前緣后掠，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，從機身起240mm高，翼型為斜邊梯形。
[0033]如圖2所示為本實用新型的結構圖。
[0034]多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)2包括旋翼、電機、電機底座6、旋翼傾轉軸5、連桿搖臂8、轉軸支架4、舵機、舵機底座7;其所包含的兩組上述部件，分別安裝于機翼前方與機翼后方。
[0035]機身3主體為直徑20mm的鋁合金圓筒，中部與尾部設有機安裝座11與尾翼安裝座12用于固定全尺寸機翼以及與尾翼，機翼安裝座11下方用于安裝飛行控制子系統(tǒng)與電池。
[0036]該機身上裝配前三點式前輪轉向收放起落架，具備獨立減震效果，前起落架可在舵機的驅動下實現地面滑行時的航向控制。
[0037]如圖3旋翼傾轉機構結構圖所示:
[0038]驅動舵機通過連桿搖臂8驅動旋翼傾轉軸5，其本身固定于轉軸支架4后方的舵機底座7上;轉軸支架4為旋翼傾轉軸5提供支撐，為保證轉軸旋轉的靈活性，支架上安裝有軸承;旋翼傾轉軸5兩端固定有電機底座6，電機固定于電機底座6上;旋翼直接安裝于電機上，舵機牽動旋翼傾轉軸5實現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;旋翼傾轉轉軸5為長度615mm，直徑12mm的圓筒；電機座為直徑28mm，厚度3mm的圓盤;前后多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)2相距600_。
[0040]動力系統(tǒng)由螺旋槳、電機、電調和電池構成。電機安裝于旋翼傾轉軸5兩端的底座上，為朗宇X2814 1250KV無刷電機;旋翼直接固定于電機上，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電子調速器。
[0041]無人機系統(tǒng)上的舵機有三種用途:1、操縱機翼與尾翼上的控制舵面;2、牽動旋翼傾轉軸5，從而控制旋翼傾轉;3、控制前起落架9的轉向。根據飛機外形尺寸及起飛重量，各控制舵面及起落架轉向控制舵機采用銀燕ES08MD 12g數字金屬齒舵機，傾轉軸控制舵機采用JX PD1-6221MG防水舵機。
[0042]該無人機系統(tǒng)的基本飛行過程為:在直升機模式下垂直起飛，并逐漸加速以不斷向固定翼飛機模式過渡;進入固定翼飛機模式后進行快速巡航，到達所需要的任務執(zhí)行點，切換至直升機模式執(zhí)行任務;任務完成后，進入固定翼模式進行返航飛行，并在直升機模式下垂直降落。
【主權項】
1.一種電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，包括固定翼飛機機體(I)以及飛行控制器，其特征在于:還包括在機身上安裝的可傾轉旋翼結構，用于無人機系統(tǒng)的定點懸停與快速巡航。2.根據權利要求1所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:所述固定翼飛機機體(I)包含機身(3)、機翼、尾翼、起落架以及驅動舵機。3.根據權利要求2所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:所述機翼為全尺寸機翼，包含機翼本體和副翼； 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置有升降舵面與方向舵面； 所述起落架為前三點式前輪收放起落架，包含前起落架(9)和后起落架(10)，用于無人機系統(tǒng)在固定翼飛機模式下滑行起降； 所述驅動舵機用于驅動機翼與尾翼上的舵面，并控制前起落架的轉向。4.根據權利要求1所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:所述可傾轉旋翼結構包括兩組多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)(2)，分別設置于機翼與前起落架(9)、后起落架(10)之間。5.根據權利要求4所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:所述多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)(2)包括固定于機身上的轉軸支架(4)，旋翼傾轉軸(5)固定于轉軸支架(4)上，且與機身(3)垂直安裝，電機通過電機底座(6)對稱安裝于旋翼傾轉軸(5)兩端，旋翼安裝于電機上。6.根據權利要求4所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:所述多旋翼及旋翼傾轉子系統(tǒng)(2)包括連桿搖臂(8)固定于旋翼傾轉軸(5)的中心位置，且與旋翼傾轉軸(5)保持同步轉動，舵機固定于機身上的舵機底座(7)，且通過連桿搖臂(8)驅動旋翼傾轉軸(5)進行轉動，用于改變旋翼拉力方向。7.根據權利要求4?6任一項所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:旋翼傾轉軸(5)的轉動角度范圍為O?90度，其中旋翼傾轉軸(5)發(fā)生O度傾轉表示無人機系統(tǒng)處于直升機模式，旋翼拉力豎直向上;旋翼傾轉軸(5)發(fā)生90度傾轉表示無人機系統(tǒng)處于固定翼飛機模式，旋翼拉力水平向前。8.根據權利要求4?6任一項所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:所述旋翼傾轉軸(5)的長度相同。9.根據權利要求5所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:在所述轉軸支架(4)上設置軸承。10.根據權利要求1所述的電動多軸傾轉旋翼無人機系統(tǒng)，其特征在于:所述飛行控制器設置于機翼下方的機翼安裝座(11)內，用于實現無人機系統(tǒng)在直升機模式與固定翼飛機模式下的穩(wěn)定控制，并在無人機系統(tǒng)加速過程中，根據飛行速度的不同實時控制旋翼傾轉角度，實現無人機系統(tǒng)由直升機模式到固定翼飛機模式的轉換。
【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, 何玉慶, 楊麗英, 孫曉舒, 宋大雷, 馬立新, 劉重
【申請人】中國科學院沈陽自動化研究所