CN106218881A - 立式布局燃油动力四旋翼飞行平台 - Google Patents
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Abstract
一种立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其组成包括机架、动力系统、导航与控制系统、电气系统和任务平台。四个相同的机臂两两对接在连接有起落架的硬壳式机身上组成机架；动力系统设置在每个机臂的末端，为飞行平台提供动力和能源；导航和控制系统感知和控制飞行平台的姿态、高度和位置；电气系统具有充电、供电和指示功能；任务平台用于安装不同的任务设备。本发明采用机身主平面位于xoz平面内的立式布局，避免传统的机身主平面位于xoy平面内的水平式布局存在的空气阻力大和能耗高的问题，而且有利于增加强度和刚度，减小振动。
Description
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种立式布局燃油动力四旋翼飞行平台。
背景技术
四旋翼无人机是一种有4个螺旋桨且螺旋桨呈十字形或X字形交叉的飞行器，可以通过挂载不同设备执行不同任务。目前，四旋翼无人机多为电动的和水平布局的，电动的缺点是航时短和载重小，水平布局的缺点是结构散、阻力大、能耗高。
专利2016206230410 和2016104452030提出了一种燃油动力多旋翼无人机飞行平台，但其机身采用水平式板夹管式结构，比较适于六旋翼和八旋翼，这种结构的缺点是除机身外的所有零部件只能连接或粘贴在该机身上，空间利用率低，而且主机身横向跨幅大，空气阻力大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决电动多旋翼无人机航时长和载重小，以及水平布局结构散、阻力大和能耗高等问题的立式布局燃油动力四旋翼飞行平台。
本发明采用的技术方案是一种立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其组成包括机架、动力系统、导航与控制系统、电气系统和任务平台。四个相同的机臂两两对接在连接有起落架的硬壳式机身上组成机架；动力系统设置在每个机臂的末端，为飞行平台提供动力和能源；导航和控制系统感知和控制飞行平台的姿态、高度和位置；电气系统具有充电、供电和指示功能；任务平台用于安装不同的任务设备。所述机架为X字形机架，其组成包括机身、机臂组件、起落架和机罩。
所述机身采用硬壳式结构，其组成包括隔框、碳板、搁板和支柱，隔框平行设置形成机身的外形，隔框上设置有横向支柱用来辅助和加强；各隔框的支柱之间平行设置有搁板；隔框四周设置有碳板，用以承受主要应力；机身腹部中空。
所述机臂组件包括左机臂座、右机臂座、机臂和发动机座，左机臂座和右机臂座采用构架式结构，由立柱、管夹和上下腹板梁组成，管夹固定在上下腹板之间，在上下腹板的前中后三个地方有三根立柱，立柱和管夹用以支撑外形，上下腹板梁承受主要应力，上下腹板梁上设置有若干加强筋，用来增加整体强度和刚度；管夹用来固定机臂；所述左机臂座和右机臂座左右两侧分别斜向设置有一个机臂，四个相同的机臂两两对接在连接有起落架的硬壳式机身上组成机架；且机臂采用无缝碳纤维管，有利于节省重量；每个机臂末端都固定设置有一个发动机座，用以固定连接发动机；所述机臂组件通过机臂座连接在机身的左右碳板上。
所述起落架采用滑橇式结构，其组成包括前弯管、后弯管、左直管和右直管，前后弯管分别位于机身的前后，左右直管分别位于机身的左右，前后弯管是主承力件，主要用以支撑无人机在地面停放时的重力，承受、消耗和吸收无人机在着陆时与地面的撞击能量、颠簸能量和水平动能，左右直管主要起到定形的作用，其上的尼龙垫也具有缓冲吸振的作用。
动力系统包括发动机组件、启动系统、点火系统、燃油系统和螺旋桨，发动机组件包括发动机、排气筒、电喷阀体和气滤，启动系统由电启动装置和启动电机组成，点火系统由CDI和火花塞组成，燃油系统包括油箱、油泵、油滤、燃油压力调节器和一分多油嘴组成螺旋桨碳纤维桨。所述燃油系统采用专利201610594834.9燃油动力多旋翼无人机供油方案。
导航与控制系统包括采集模块、控制模块、数据模块和执行模块，采集模块包括霍尔元件、陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、激光测距仪和GPS，控制模块包括飞控板、ECU、遥控器控制端和地面站控制端，数据模块包括遥控器发射机、遥控器接收机、地面站数传、机载数传和天线，执行模块包括舵机和电喷嘴。
电气系统包括供电模块和指示模块，供电模块包括电源保护开关、4S电池、分线盒，指示模块包括LED灯、地面站显示端和遥控器显示端。
任务平台设置在起落架上，通过安装挂载不同的任务设备，执行不同的作业任务。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）采用机身主平面位于xoz平面内的立式布局，避免传统的机身主平面位于xoy平面内的水平式布局存在的空气阻力大和能耗高的问题，而且有利于增加强度和刚度，减小振动；
（2）首次将硬壳式机身应用在多旋翼上，有利于简化结构和提高空间利用率，有利于减重设计；
（3）采用燃油作为动力，可以极大地延长航时和增大载重。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为水平式布局结构的示意图。
图3为立式布局结构的示意图。
图4为机架结构示意图。
图5为硬壳式机身结构示意图；
图6为硬壳式机身的骨架结构示意图；
图7为机臂组件结构示意图；
图8为药箱任务设备示意图；
图9为灭火弹任务设备示意图；
图10为光电吊舱任务设备示意图；
其中：机架1、动力系统2、导航与控制系统3、电气系统4、任务平台5、药箱6、灭火弹7、光电吊舱8、机身11、机臂组件12、起落架13、机罩14、隔框111、碳板112、搁板113、支柱114、左机臂座121、右机臂座122、机臂123、发动机座124、前弯管131、后弯管132、左直管133、右直管134、第一隔框1111、第二隔框1112、第三隔框1113、第四隔框1114、第五隔框1115、第六隔框1116、第七隔框1117、第八隔框1118、第一搁板1131、第二搁板1132、第三搁板1133、第四搁板1134、第五搁板1135、第一支柱1141、第二支柱1142、第三支柱1143、第四支柱1144、第五支柱1145、第六支柱1146、第七支柱1147、第八支柱1148、第九支柱1149、第十支柱11410、第十一支柱11411、第十二支柱11412。
具体实施方式
如图1所示，一种立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，包括机架1、动力系统2、导航与控制系统3、电气系统4和任务平台5。四个相同的机臂123两两对接在连接有起落架13的硬壳式机身11上组成机架1；动力系统2设置在每个机臂123的末端，为飞行平台提供动力和能源；导航和控制系统3感知和控制飞行平台的姿态、高度和位置；电气系统4具有充电、供电和指示功能；任务平台5用于安装不同的任务设备。如图4所示，所述机架1为X字形机架，其组成包括机身11、机臂组件12、起落架13和机罩14。
如图5所示，所述机身11采用硬壳式结构，其组成包括隔框111、碳板112、搁板113和支柱114，隔框111平行设置形成机身11的外形，隔框111上设置有横向支柱114用来辅助和加强；各隔框111的支柱114之间平行设置有搁板113；隔框111四周设置有碳板112，碳板112即蒙皮，用以承受主要应力，上碳板112上开设有一个油箱口盖；机身11腹部中空。
如图7所示，所述机臂组件12包括左机臂座121、右机臂座122、机臂123和发动机座124，左机臂座121和右机臂座122采用构架式结构，由立柱、管夹和上下腹板梁组成，管夹固定在上下腹板之间，在上下腹板的前中后三个地方有三根立柱，立柱和管夹用以支撑外形，上下腹板梁承受主要应力，上下腹板梁上设置有若干加强筋，用来增加整体强度和刚度；管夹用来固定机臂123；所述左机臂座121和右机臂座122左右两侧分别斜向设置有一个机臂123，四个相同的机臂123两两对接在连接有起落架13的硬壳式机身11上组成机架1；且机臂123采用无缝碳纤维管，有利于节省重量；每个机臂123末端都固定设置有一个发动机座124，用以固定连接发动机；所述机臂组件12通过机臂座连接在机身11的左右碳板112上。
如图4所示，所述起落架13采用滑橇式结构，其组成包括前弯管131、后弯管132、左直管133和右直管134，前后弯管分别位于机身11的前后，左右直管分别位于机身11的左右，前后弯管是主承力件，主要用以支撑无人机在地面停放时的重力，承受、消耗和吸收无人机在着陆时与地面的撞击能量、颠簸能量和水平动能，左右直管主要起到定形的作用，其上的尼龙垫也具有缓冲吸振的作用。
如图6所示，硬壳式机身11的骨架结构具体为：第一隔框1111上设置了第一支柱1141、第二支柱1142，第二隔框1112上设置了第四支柱1144，第三隔框1113上设置了第五支柱1145、第六支柱1146，第六隔框1116上设置了第七支柱1147、第八支柱1148，第七隔框1117上设置了第十支柱11410，第八隔框1118上设置了第十一支柱11411、第十二支柱11412，第三支柱1143、第九支柱1149和第四隔框1114、第五隔框1115均直接连接在左右碳板112上，第一支柱1141、第三支柱1143、第五支柱1145上设置第一搁板1131，用以放置4S电池，第二支柱1142、第四支柱1144、第六支柱1146上设置第二搁板1132，用以放置分线盒，第三隔框1113、第四隔框1114上设置第三搁板1133用来安放油箱，第七支柱1147、第九支柱1149、第十一支柱11411上设置第四搁板1134，用以放置供油系统，第八支柱1148、第十支柱11410、第十二支柱11412上设置第五搁板1135，用以放置飞控板和ECU。
采用立式布局的硬壳式机身11，由于机身11腹部中空，可以安放直接从市面上购得的塑料桶做油箱，有利于提高空间利用率和节约成本。
动力系统2包括发动机组件、启动系统、点火系统、燃油系统和螺旋桨，发动机组件包括发动机、排气筒、电喷阀体和气滤，启动系统由电启动装置和启动电机组成，点火系统由CDI和火花塞组成，燃油系统包括油箱、油泵、油滤、燃油压力调节器和一分多油嘴组成，螺旋桨为碳纤维桨。所述燃油系统采用专利201610594834.9燃油动力多旋翼无人机供油方案。
导航与控制系统3包括采集模块、控制模块、数据模块和执行模块，采集模块包括霍尔元件、陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、激光测距仪和GPS，控制模块包括飞控板、ECU、遥控器控制端和地面站控制端，数据模块包括遥控器发射机、遥控器接收机、地面站数传、机载数传和天线，执行模块包括舵机和电喷嘴。
电气系统4包括供电模块和指示模块，供电模块包括电源保护开关、4S电池、分线盒，指示模块包括LED灯、地面站显示端和遥控器显示端。
任务平台5设置在起落架13上，通过安装挂载不同的任务设备，执行不同的作业任务。如图8-10所示，任务平台分别搭载有药箱6、灭火弹7、光电吊舱8。
经大量的飞行试验测试，除机身布局不同而其它条件完全相同的两款无人机，在相同的飞行参数下，立式机身的那一款要比水平式机身的那一款平均省油5.7%，振动减小2%左右。在相同的任务载荷前提下，立式机身结构可以更加小巧，空间利用率提高，结构的受力更为合理，强度和刚度都比较高，重量比水平式结构轻4%左右。
以上实例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其组成包括机架、动力系统、导航与控制系统、电气系统和任务平台；其特征在于，所述机架为X字形机架，其组成包括机身、机臂组件、起落架和机罩；所述机身采用硬壳式结构，其组成包括隔框、碳板、搁板和支柱，隔框平行设置形成机身的外形，隔框上设置有横向支柱用来辅助和加强；各隔框的支柱之间平行设置有搁板；隔框四周设置有碳板，用以承受主要应力；机身腹部中空；所述机臂组件包括左机臂座、右机臂座、机臂和发动机座，左机臂座和右机臂座采用构架式结构，由立柱、管夹和上下腹板梁组成，管夹固定在上下腹板之间，在上下腹板的前中后三个地方有三根立柱，立柱和管夹用以支撑外形，上下腹板梁承受主要应力，上下腹板梁上设置有若干加强筋；管夹用来固定机臂；所述左机臂座和右机臂座左右两侧分别斜向设置有一个机臂，四个相同的机臂两两对接在连接有起落架的硬壳式机身上组成机架；且机臂采用无缝碳纤维管；每个机臂末端都固定设置有一个发动机座；所述机臂组件通过机臂座连接在机身的左右碳板上；所述起落架采用滑橇式结构，其组成包括前弯管、后弯管、左直管和右直管，前后弯管分别位于机身的前后，左右直管分别位于机身的左右，前后弯管是主承力件，左右直管主要起到定形的作用，其上设置有尼龙垫。
2.根据权利要求1所述的立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其特征在于：所述动力系统包括发动机组件、启动系统、点火系统、燃油系统和螺旋桨，发动机组件包括发动机、排气筒、电喷阀体和气滤，启动系统由电启动装置和启动电机组成，点火系统由CDI和火花塞组成，燃油系统包括油箱、油泵、油滤、燃油压力调节器和一分多油嘴组成，螺旋桨为碳纤维桨。
3.根据权利要求1所述的立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其特征在于：所述导航与控制系统包括采集模块、控制模块、数据模块和执行模块，采集模块包括霍尔元件、陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、激光测距仪和GPS，控制模块包括飞控板、ECU、遥控器控制端和地面站控制端，数据模块包括遥控器发射机、遥控器接收机、地面站数传、机载数传和天线，执行模块包括舵机和电喷嘴。
4.根据权利要求1所述的立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其特征在于：所述电气系统包括供电模块和指示模块，供电模块包括电源保护开关、4S电池、分线盒，指示模块包括LED灯、地面站显示端和遥控器显示端。
5.根据权利要求1所述的立式布局燃油动力四旋翼飞行平台，其特征在于：所述任务平台设置在起落架上，通过安装挂载不同的任务设备，执行不同的作业任务。
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Legal Events
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Inventor after: Guo Xiangqun Inventor after: Jiang Wenhui Inventor after: Gan Zidong Inventor after: Zhang Kuiwen Inventor after: Lv Hui Inventor after: Zhang He Inventor after: Zhang Yongwei Inventor after: Wang Ziqi Inventor before: Guo Xiangqun Inventor before: Jiang Wenhui Inventor before: Chen Hao Inventor before: Gan Zidong Inventor before: Zhang Kuiwen Inventor before: Lv Hui Inventor before: Zhang He Inventor before: Zhang Yongwei Inventor before: Wang Ziqi |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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Address after: No. 76-45, Shenbei Road, Shenbei New District, Shenyang City, Liaoning Province 110000 Patentee after: Liaoning Dazhuang UAV Technology Co.,Ltd. Address before: 110137 Shenbei Road, Shenbei New Area, Shenyang, Liaoning, No. 76-43 (A gate) Patentee before: LIAONING ZHUANGLONG UNMANNED AERIAL VEHICLE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |