CN107364572A - 固定翼矢量无人机 - Google Patents

Abstract

本发明提出的这种固定翼矢量无人机，它有机身、舵机、飞控系统、螺旋桨和无刷电机，机身由翼板和上下机身侧板构成，机身前端固定有电机固定座，电机固定座上通过旋转支架安装旋转支撑圈，旋转支撑圈绕其径向轴线转动，旋转支撑圈内装有十字旋转支架，十字旋转上安装无刷电机，无刷电机轴上安装螺旋桨，机身内安装左右偏转舵机和上下偏转舵机，各舵机通过球头拉杆分别与旋转支撑圈和十字旋转支架连接，控制螺旋桨和无刷电机轴心线的偏转，飞控系统包括遥控地面遥控器、机身上的遥控接收机和APM飞控器，飞控系统与左右偏转舵机和上下偏转舵机间有电连接。本发明的矢量可自适旋转，为不同动作提供及时拉力，减小飞机离地和接地速度，缩短飞机滑跑距离，节省动力消耗。

Description

固定翼矢量无人机

技术领域

本发明属于一种无人飞机技术，具体是一种固定翼矢量无人机。

背景技术

1903年，美国莱特兄弟成功研制出人类历史上的第一架载人飞行器。飞行器的探索也从此开始。之后由于科学技术落后以及理论知识的制约，矢量动力飞行器的研究并未能取得很好的发展。近年来，随着科技理论的进步，美国在矢量推力技术方面取得重大突破，早已遥遥领先世界各国，成为世界上成功研制矢量动力飞行器的国家。美国著名的矢量动力飞行器代表作有F-35B。

国外矢量动力飞行器为美国军用飞机“F-35B”的模型版，但是飞行器版F35-B只具备较强的观赏性，机动性和稳定性均较差，实用性较低，且机身结构完全采用超轻材料，成本较高。

我国的无人机企业“傲势科技”目前研制的“X-Hound”也是一款矢量无人机，由四个旋翼组成。

我国在矢量动力技术方面目前还处以发展的初级阶段。由于起步较晚，核心技术还未掌握，还需继续摸索和学习借鉴。面对核心技术突破这一难题，我们不仅需要逆向研发，更需要创新精神的绽放。

随着航空事业发展，科学技术、航空知识的突破，各种创新航模如雨后春笋，种类繁多。现目前无论是国内还是国外对于飞行器的研究主要是在常规固定翼和多轴方面，比如：四轴、六轴、八轴等飞行器，这些都已经市场化和商业化，固定翼航模相对于多轴航模来说，有航程远，姿态易稳定，能源效率高的优点。固定翼航模在发展中渐渐成为一种新颖、飞行稳定，各种性能优越的新兴产物，使航模的发展迈进新的研究领域。

但是，由于设计和制造上的上些阻碍，目前在航模机中还没有出现矢量无人机，特别是矢量可随飞行需要改变的固定翼无人机，制约着航模机在这方面性能的提升。

发明内容

为此，本发明提出一种固定翼矢量无人机，使之一改传统固定翼无人机动力电机仅有固定方向拉力的弊端，矢量机构能自适旋转动力电机，为飞机完成不同动作提供及时的不同方向的准确拉力，减小飞机离地和接地速度，缩短飞机滑跑距离，节省动力消耗。

本发明提出的这种固定翼矢量无人机，它有机身、舵机、飞控系统、螺旋桨和无刷电机，其特征在于机身由翼板和上下机身侧板构成，机身前端固定有电机固定座，电机固定座上通过旋转支架安装旋转支撑圈，旋转支撑圈绕其径向轴线转动，旋转支撑圈内装有十字旋转支架，十字旋转上安装无刷电机，无刷电机轴上安装螺旋桨，机身内安装左右偏转舵机和上下偏转舵机，左右偏转舵机和上下偏转舵机通过球头拉杆分别与旋转支撑圈和十字旋转支架连接，控制螺旋桨和无刷电机轴心线的偏转，飞控系统包括遥控地面遥控器、机身上的遥控接收机和APM飞控器，飞控系统与左右偏转舵机和上下偏转舵机间有电连接。

所述机身上有中间加强板，以加固翼板和上下机身侧板间的连接强度。

所述电机固定座为一个十字形叉插插套在中间加强板和上下机身侧板上。

电机固定座与旋转支架间有一个连接十字架以加强固定。

旋转支架是一对直角形支架，直角形支架与旋转支撑圈间的连接为销轴连接。

旋转支撑圈与十字旋转支架间也为销轴连接。

左右偏转舵机的球头拉杆设置在机身上侧板的左右两侧，上下偏转舵机的球头拉杆设置在翼板的上下两侧。

翼板上的舵板有相应的舵机连接。

机身下部装有滑行轮。

本发明的工作原理如下：

螺旋桨启动后，飞控系统自动调整螺旋桨的仰角，为机身提供一个向前向上的矢量拉力，翼板上下两侧的气流差则产生对机身的升举力，飞机便飞向天空。需要转向时，左右偏转舵机通过球头拉杆拉动旋转支撑圈绕其径向轴线转动，电机和螺旋桨的轴心线上的矢量便左转或右转，需要上升或下降时，上下偏转舵机通过球头拉杆拉动十字旋转支架绕其轴心线转动，电机和螺旋桨的轴心线上的矢量便上仰或下倾。左右偏转舵机和上下偏转舵机同时动作时，电机和螺旋桨的轴心线上的矢量便在前方允许的偏转锥形角范围内根据需要转动，实现不同的姿态和不同的动作。

本发明这种固定翼矢量无人机作为固定翼发展的新产物，打破固定翼动力电机只具备固定拉力方向的特性。矢量旋转机构的独特设计，使矢量旋转系统能够为飞机完成相应的动作而实现同步，为无人机的飞行提供不同方向的准确拉力。使用矢量动力技术的飞机的环量升力在升力方向有利于减小飞机的离地和接地速度，缩短飞机的滑跑距离。对于空气比较稀薄的地方（如西藏高原地区），普通的飞机在做各系列的飞行动作需要很大的速度和动力，比较浪费能源，新增矢量旋转机构的飞机能直接改变电机的拉力方向做出相对应的动作。矢量旋转系统与新型机身结合进行创新设计，使无人机具备双模式飞行功能，即四副翼的特技飞行、三角翼的高速飞行，四副翼模式下矢量旋转机构控制动力电机的前后左右旋转分别代替了飞机的水平尾翼和垂直尾翼，可以做出固定翼的一系列动作，实现无人机的两种飞行模式。

总之，本发明一改传统固定翼无人机动力电机仅有固定方向拉力的弊端，矢量机构能自适旋转动力电机，为飞机完成不同动作提供及时的不同方向的准确拉力，减小飞机离地和接地速度，缩短飞机滑跑距离，节省动力消耗。

附图说明

图1是本发明的立体示意图。

图2是无刷电机、左右偏转舵机、上下偏转舵机、旋转支撑圈、电机固定座集成立体图。

图3是无刷电机、十字旋转支架、旋转支撑圈、旋转支座和电机固定座的集成立体图。

图4是十字旋转支架主视图。

图5是十字旋转支架左视图。

图6是十字旋转支架俯视图。

图7是旋转支撑圈主视图（局部剖视）。

图8是旋转支撑圈左视图（局部剖视）。

图9是本发明各组成部分连接关系图。

图9中的矢量偏转舵机1和矢量偏转舵机2分别代表左右偏转舵机和上下偏转舵机。

图1-8中各部分的零部件标号如下：

1-螺旋桨；2-无刷电机；3-旋转支撑圈；4-旋转支座；5-连接十字架；6-机身上侧板；7-翼板；8-机身下侧板；9-机翼舵板；10-左右偏转舵机；11-舵机摇臂；12-球头拉杆；13-电机固定座；14-中间加强板；15-万向球头；16-十字旋转支架；17-上下偏转舵机。

图1-3中，标号为球头拉杆代表全部舵机的球头拉杆；标号为4的旋转支座代表上下两个旋转支座；标号为11的舵机摇臂代表全部舵机摇臂。

具体实施方式

下面结合附图和实例进一步说明本发明。

构成机身的翼板7、机身上侧板6、机身下侧板8，以及中间加强板14等部件与现有般模机的大致相同，翼板上的舵板9也如此。改动的地方主要是机身上留出了左右偏转舵机10和上下偏转舵机17的安装位置。具体是，左右偏转舵机安装在机身的中部，上下偏转舵机安装在机身中前部。当然，驱动舵板的舵机，以及未标出的飞控系统等安装在机上与普通航模的情况类似。此处不细表。

由于机身上下侧板与中间加强板构成一个十字形，电机固定座13做成一个相应的十字套结构，以可以将电机固定座稳固地插套到中间加强板和机身上下侧板上并用螺钉等连接固定。

在电机固定座的前端有一个与之固定为一体的连接十字架5，该连接十字支架的上下两支条较长，以方便安装旋转支座4.

如上所述，旋转支座是两个直角形结构的零件，零件的一边固定在连接十字架上，另一边上开孔，通过销轴安装旋转支撑圈3。旋转支撑圈是一个圆环，环上开有上下和左右两对安装孔。上下一对安装孔对应旋转支座，左右一对安装孔对应十字旋转支架16，十字旋转支架与旋转支撑圈的安装方式也是销轴。无刷电机2安装在十字旋转支架上。无刷电机安装好后再将螺旋桨1安装到无刷电机轴上。这样无刷电机和螺旋桨的轴心线便可在旋转支撑圈上作偏转，形成无人机机头处的矢量方向变化。

左右偏转舵机与旋转支撑圈之间，以及上下偏转舵机与旋转支架之间的连接通过各自的舵机摇臂11和球头连杆12来实现。当然，球头连杆两端还各有一个万向球头15。

无刷电机，各个舵机，飞控系统等的用电统一由锂电池提供，锂电池及相应配件，以及飞控系统中的遥控接收机和APM飞控器也安装到机身上，飞控系统与左右偏转舵机和上下偏转舵机间有电连接，包括机身下的滑行轮等其余同现有固定翼航模机。

APM飞控器是现有的航模控制器，它装有固定翼程序，可以实现对飞机的自稳控制，减少飞行的失事率，还可以通过地面的遥控器对各个舵机进行人工控制调动电机矢量旋转，快速、精确地为飞机做各系列动作不同方向的拉力。通过地面遥控器的两段开关控制三角翼模式和四副翼模式间的转换。地面站的主要功能是通过数传模块实现对固定翼矢量无人机整体的飞行状况进行实时监控和参数调节。

APM飞控器上的程序可以根据具体需要，由用户自己或者委托相关开发商设计或者调整。

本发明的机身、无刷电机，以及螺旋桨的功率规格尺寸等参数根据现有飞机设计的教科书确定。本例的无刷电机为朗宇2814/1450Kv电机，螺旋桨选用直径9英寸、螺距6英寸，减速比为0.6的9060桨。相应的十字旋转支架和旋转支撑圈的形状和尺寸如图4-8所示。

通过单位制作实物样机试验测定，本发明这种固定翼矢量无人机飞行姿态稳定，飞行速度快，矢量调节及时准确，转弯半径小，起飞滑行距离短，得到有关机构的好评。

Claims (9)

1.一种固定翼矢量无人机，它有机身、舵机、飞控系统、螺旋桨和无刷电机，其特征在于机身由翼板和上下机身侧板构成，机身前端固定有电机固定座，电机固定座上通过旋转支架安装旋转支撑圈，旋转支撑圈绕其径向轴线转动，旋转支撑圈内装有十字旋转支架，十字旋转上安装无刷电机，无刷电机轴上安装螺旋桨，机身内安装左右偏转舵机和上下偏转舵机，左右偏转舵机和上下偏转舵机通过球头拉杆分别与旋转支撑圈和十字旋转支架连接，控制螺旋桨和无刷电机轴心线的偏转，飞控系统包括遥控地面遥控器、机身上的遥控接收机和APM飞控器，飞控系统与左右偏转舵机和上下偏转舵机间有电连接。

2.根据权利要求1所述固定翼矢量无人机，其特征在于机身上有中间加强板。

3.根据权利要求1所述固定翼矢量无人机，其特征在于电机固定座为一个十字形叉插，插套在中间加强板和上下机身侧板上。

4.根据权利要求1所述固定翼矢量无人机，其特征在于电机固定座与旋转支架间有一个连接十字架。

5.根据权利要求1所述固定翼矢量无人机，其特征在于旋转支架是一对直角形支架，直角形支架与旋转支撑圈间的连接为销轴连接。

6.根据权利要求1所述固定翼矢量无人机，其特征在于旋转支撑圈与十字旋转支架间为销轴连接。

7.根据权利要求1所述固定翼矢量无人机，其特征在于左右偏转舵机的球头拉杆设置在机身上侧板的左右两侧，上下偏转舵机的球头拉杆设置在翼板的上下两侧。

8.根据权利要求1所述固定翼矢量无人机，其特征在于翼板上的舵板有相应的舵机连接。

9.根据权利要求1-8之一所述固定翼矢量无人机，其特征在于机身下部装有滑行轮。