CN114750926B - 一种长航时无人机的机身结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种适用于长航时无人机的机身结构。在满足设备装载和载荷传递的前提下，充分发挥结构承载能力，无需设置传统机身结构中的桁条或桁梁，结构布置简单，结构件数量少，结构重量小，同时在结构件上进行大量减轻设计，可进一步减轻结构重量。在结构细节上结合无人机其他系统的使用需要，结构功能性强。机身上开设一定量的口盖，使用维护性好。根据本发明的无人机机身结构具有轻量化、使用维护方便的特点，可提高长航时无人机的续航能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于长航时无人机的无人机机身结构。
背景技术
长航时无人机以续航时间长为主要特点，在总体设计、气动设计、结构设计、动力系统、起降系统等方面均需要围绕长航时的目标进行特殊设计。对于结构设计而言，设计的好坏直接影响到无人机重量的大小，重量越大，飞行时所需功率越大，因而耗油率高，续航时间缩短。常规的无人机结构坚固而安全，但重量较大，对于航时要求高的机型而言已不再适用。本发明针对长航时无人机设计了一种结构简单、重量轻的机身结构，有利于提高无人机的续航性能。
发明内容
作为无人机机身，其主要功能是实现无人机上各类设备的装载，并且需要开设相应的口盖以便对设备进行安装维护。同时，机身需要承受机翼、尾翼上的气动载荷及着陆冲击载荷等。如何在实现装载功能、承受载荷的同时实现较小的结构重量是主要的难点，需要从结构形式、结构元件的布置、连接形式等方面进行考虑。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的无人机整体外形图。
图2是根据本发明的一个实施例的机翼根部对接示意图。
图3是根据本发明的一个实施例的机身底部示意图。
图4是根据本发明的一个实施例的机身舱段划分示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的机身结构布置示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的设备舱隔框示意图。
图7是根据本发明的一个实施例的设备舱隔框正视图。
图8是根据本发明的一个实施例的设备舱装载效果图。
图9是根据本发明的一个实施例的机身隔框细节设计示意图。
图10是根据本发明的一个实施例的钢索片放大示意图。
图11是根据本发明的一个实施例的动力舱结构示意图。
图12是根据本发明的一个实施例的起飞销孔座放大示意图。
图13是根据本发明的一个实施例的燃油舱及动力舱装载效果图。
图14是根据本发明的一个实施例的机身口盖示意图。
具体实施方式
1)原始条件
根据本发明的一个实施例的无人机整体外形如图1所示，其中，机翼(4)安装在机身(7)上部，机翼(4)中段安装有钢索(5)，钢索(5)的另一端与机身(7)底部连接。垂直尾翼(1)和水平尾翼(2)安装在尾撑(3)上，尾撑(3)安装在机身(7)上部，螺旋桨(6)位于机身(7)尾部。
机翼(4)的根部与机身(7)的连接形式如图2所示，两侧的机翼(4)通过插入机身(7)的主销(9)传递主要的载荷，圆柱销(10)起到定位和传递部分载荷的作用，机身(7)对应位置需开设销孔(8)。
无人机采用车载起飞、机腹擦地着陆的起降形式。如图3所示，在起飞时，通过起飞销孔(11)推动无人机加速，在着陆时通过机腹的擦地泡沫(12)承受着陆冲击。同时，由于发动机进气及散热的需要，在机身(7)两侧设有进气口(13)。
2)机身结构布置
如图4所示，将机身(7)划分为设备舱(14)、前燃油舱(15)、后燃油舱(17)、动力舱(18)和机顶舱(16)，根据舱段划分进行结构布置。
为达到减轻重量的效果，选用蒙皮骨架式的结构形式，由板形结构件组成的隔框和蒙皮(27)构成，如图5所示。在舱段分界的位置布置1号框(26)、2号框(23)、3号框(22)、4号框(19)和加强肋(28)。在3号框(22)和加强肋(28)交界处布置主销套管(29)。在3号框(22)和4号框(19)之间布置一个半框(20)，半框(20)的下半部分呈薄“肋骨”状，可对局部蒙皮(27)进行一定加强，同时保持重量较轻。3号框(22)、半框(20)和4号框(19)顶部布置尾撑套管(30)，尾撑(3)插入尾撑套管(30)后，可向3号框(22)、半框(20)和4号框(19)传递载荷。尾撑套管(30)在一整根管的基础上去除不必要的部分而分为三段，可以降低结构重量。
将两个擦地泡沫(12)布置在1号框(26)和3号框(22)下方，由1号框(26)和3号框(22)来承担着陆冲击集中载荷。3号框(22)底部安装一个钢索片(21)，用于连接钢索(5)，可将钢索(5)集中拉力传递给3号框(22)。在1号框(26)旁设有平板(24)和立板(25)，方便各种设备的安装。
3)结构细节设计
1号框(26)、立板(25)、平板(24)组成的结构如图6所示，其上设有较小孔径的设备安装孔(32)、较大孔径的过线孔(31)及供维护人员伸入手臂进行维护的维护孔(35)。在一个实施例中，立板(25)侧面设有一个独立小舱(34)，可用于安装特定的设备。
如图7所示，平板(24)及立板(25)均由中线偏置，而空速管座(33)正对中轴线。在这样的结构上，可以安装一定的飞行控制设备，并且空速管(36)安装居中美观，安装效果如图8所示。
如图9所示，隔框上开设了大量的减轻孔(38)，可减轻结构重量。开设过线孔(37)，供线缆和油管通过。
如图10所示，钢索片(21)通过两颗螺栓(40)安装在3号框(22)底部，钢索片(21)两端的角度与钢索(5)的角度相同，使其受纯拉力，不易破坏，因而可以做到较为轻薄。钢索片(21)末端开有钢索安装孔(39)，方便钢索(5)的安装。
4号框(19)的具体细节如图11所示，开设了通气孔(44)、动力系统安装孔(43)，并设置了防气泡油箱支架(42)。如图12所示，起飞销孔座(41)与4号框(19)和蒙皮(27)相连接，由于有4号框(19)的支撑，起飞销孔座(41)的前半部分厚度较小，减轻了重量。2号框(23)、3号框(22)和4号框(19)旁的装载效果如图13所示。
如图14所示，考虑使用维护性，机身(7)上还开设了机头罩(47)、侧舱盖(46)、机尾罩(45)及机顶罩(48)，可快速拆卸，方便对机身(7)内部的设备进行安装和维护。
有益效果
本发明有以下优点：
1)可以满足无人机的设备装载要求，并承受来自无人机其他部件的载荷，并且结构布置简单，结构件数量较少，结构重量小。
2)由于尾撑上的载荷较小，机顶舱内不用再设置额外的加强结构，仅靠蒙皮维持机顶舱的外形即可，这样可以减轻结构重量。
3)1号框及2号框之间的蒙皮形成大封闭圆筒，抗弯能力强，仅通过蒙皮就可以承受机头设备的重力，并将载荷传递到机身后部，因此不需要设置传统结构中的桁条或桁梁，可以充分发挥蒙皮的承载作用，减轻结构重量。
4)在结构件上进行大量减轻设计，可进一步减轻结构重量。
5)机身蒙皮上开设一定量的口盖，使用维护性好。
6)在结构细节上结合无人机其他系统的使用需要，进行了过线孔、空速管座等的设置，结构的功能性强。
Claims (8)
1.一种无人机，其特征在于包括：
机身(7)，
安装在机身(7)上部的机翼(4)，
钢索(5)，钢索(5)的一端安装在机翼(4)中段，钢索(5)的另一端与机身(7)底部连接，
尾撑(3)，安装在机身(7)上部，
安装在尾撑(3)上的垂直尾翼(1)和水平尾翼(2)，
螺旋桨(6)，安装在机身(7)尾部，
插入机身(7)的主销(9)，两侧的机翼(4)通过主销(9)传递主要的载荷，
其中：
机身(7)包括设备舱(14)、前燃油舱(15)、后燃油舱(17)、动力舱(18)和机顶舱(16)，
机身(7)采用蒙皮骨架式的结构形式，包括蒙皮(27)和隔框，
在舱段分界的位置布置有1号框(26)、2号框(23)、3号框(22)、4号框(19)和加强肋(28)，
在3号框(22)和加强肋(28)交界处布置有主销套管(29)，
在3号框(22)和4号框(19)之间布置有一个半框(20)，半框(20)的下半部分呈薄肋骨状，用于在对局部蒙皮(27)进行加强的同时保持轻重量，
尾撑套管(30)布置在3号框(22)、半框(20)和4号框(19)的顶部，
尾撑(3)插入尾撑套管(30)，以向3号框(22)、半框(20)和4号框(19)传递载荷，
无人机采用车载起飞、机腹擦地着陆的起降形式，
在起飞时，通过起飞销孔(11)推动无人机加速，在着陆时通过机腹的擦地泡沫(12)承受着陆冲击，
两个擦地泡沫(12)被布置在1号框(26)和3号框(22)下方，由1号框(26)和3号框(22)来承担着陆冲击集中载荷。
2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于：
在1号框(26)旁设有平板(24)和立板(25)，方便各种设备的安装。
3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于：
钢索片(21)通过两颗螺栓(40)安装在3号框(22)底部，钢索片(21)两端的角度与钢索(5)的角度相同，使其受纯拉力，
钢索片(21)末端开有钢索安装孔(39)，以方便钢索(5)的安装。
4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于：
在机身(7)两侧设有进气口(13)，用于发动机进气及散热，
3号框(22)底部安装有一个钢索片(21)，用于连接钢索(5)，将钢索(5)集中拉力传递给3号框(22)。
5.根据权利要求1－4之一所述的无人机，其特征在于：
4号框(19)上开设了通气孔(44)和动力系统安装孔(43)，并设置了防气泡油箱支架(42)，
起飞销孔座(41)与4号框(19)和蒙皮(27)相连接，从而通过4号框(19)的支撑而减小起飞销孔座(41)的前半部分的厚度。
6.根据权利要求1－4之一所述的无人机，其特征在于：
机身(7)上设有可拆卸的机头罩(47)、侧舱盖(46)、机尾罩(45)及机顶罩(48)。
7.根据权利要求1－4之一所述的无人机，其特征在于：
设备舱(14)的隔框包括1号框(26)、立板(25)、平板(24)，隔框上设有设备安装孔(32)、过线孔及维护孔(35)，
立板(25)侧面设有一个独立小舱(34)，用于安装特定的设备，
平板(24)及立板(25)均由中线偏置，而空速管座(33)正对中轴线。
8.根据权利要求1－4之一所述的无人机，其特征在于：
隔框上设有减轻孔(38)，以减轻结构重量，
隔框上开设有过线孔，供线缆和油管通过。
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