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一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī)的制作方法

文檔序號:11036800閱讀:1777來源:國知局
一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī)的制造方法

本實(shí)用新型涉及固定翼無人機(jī)領(lǐng)域,具體為一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī)。



背景技術(shù):

垂直起降飛行器(VTOL)的準(zhǔn)確定義是:能夠以零速度起飛/著陸,具備懸停能力,并能以固定翼飛機(jī)的方式水平飛行。與傳統(tǒng)飛機(jī)相比,垂直起降飛行器對跑道無依賴,且具有可懸停的優(yōu)勢;與傳統(tǒng)直升機(jī)相比,垂直起降飛行器具有高得多的前飛速度,并具有更大的航程。正因為具備這些優(yōu)點(diǎn),垂直起降飛行器尤其適用于需要懸?;?qū)ζ鸾祱龅赜刑厥庖蟮膱龊稀?/p>

無人機(jī)通常被分為固定翼無人機(jī)與旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī),其中固定翼無人機(jī),通過固定翼與空氣之間的相對運(yùn)動產(chǎn)生升力,具有長航時、速度快、飛行效率高的特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)長航時大載荷飛行。但是同時,現(xiàn)有技術(shù)中,固定翼無人機(jī)存在的缺點(diǎn)是:需要專門開闊的場地用于起飛降落,而且無法實(shí)現(xiàn)懸停。旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)通過旋轉(zhuǎn)翼的旋轉(zhuǎn),與空氣產(chǎn)生相對運(yùn)動產(chǎn)生升力,具有控制精準(zhǔn)、對起降場地要求小等特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)垂直起降,但是飛行效率低續(xù)航時間短,無法實(shí)現(xiàn)大載荷長航時飛行。

現(xiàn)有的垂直起降飛行器大都采用單軸、雙軸或者三軸等控制難度很高的垂直起降結(jié)構(gòu)布局形式,不僅垂直起降模式時穩(wěn)定性和可靠性都難以保證,而且由于其采用的方式會導(dǎo)致飛機(jī)的結(jié)構(gòu)不同于一般常規(guī)固定翼飛機(jī),過于復(fù)雜,嚴(yán)重影響到固定翼模式下的氣動布局,從而嚴(yán)重影響平飛時的飛行品質(zhì)。另外一個方面,現(xiàn)有的垂直起降飛機(jī)大部分由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計所限,沒有辦法采用很大的翼展,從而無法增加有效的機(jī)翼面積,使得其飛行效率無法提高,航程和傳統(tǒng)固定翼飛機(jī)相比還是相差很大。所以,只有在盡量采用成熟旋翼機(jī)模型布局形式且不影響常規(guī)固定翼飛機(jī)布局結(jié)構(gòu)的情況下,做到垂直起降功能,才能最大程度上提高垂直起降飛行器的各個方面的性能。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法同時滿足垂直起降和大載荷長航時要求之間的矛盾,本實(shí)用新型提供了一種具有傾轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)動力裝置的垂直起降無人機(jī),具體包括:機(jī)身、機(jī)翼、支撐臂、旋翼動力裝置和尾翼。

所述的機(jī)身與機(jī)翼為固定翼飛機(jī)布局;

所述的機(jī)身為中空殼體結(jié)構(gòu),機(jī)身內(nèi)部布置貨物艙、機(jī)載電子設(shè)備、電池以及梁和加強(qiáng)框;所述的機(jī)載電子設(shè)備包括飛行控制板、電子調(diào)速器和傳感器數(shù)據(jù)終端;機(jī)身側(cè)面為機(jī)翼的安裝接口;所述的電池為聚合物鋰離子電池;機(jī)身的前部安裝有空速管;機(jī)身尾部上安裝有一組旋翼動力裝置。

所述的機(jī)翼為固定翼翼型,機(jī)翼為中空式結(jié)構(gòu),內(nèi)部布置翼肋和梁結(jié)構(gòu);在無人機(jī)兩側(cè)機(jī)翼下方各安裝一根支撐臂;兩根支撐臂的尾部固定連接尾翼。

所述的支撐臂上對稱安裝四組旋翼動力裝置,其中兩組旋翼動力裝置位于支撐臂的前緣,構(gòu)成本實(shí)用新型所述的傾轉(zhuǎn)動力裝置;另外兩組旋翼動力裝置位于機(jī)翼與尾翼之間的支撐臂上;該四組旋翼動力裝置的幾何中心與整個無人機(jī)的重心位置重合。

所述的尾翼為倒V型。

所述的五組旋翼動力裝置,為無人機(jī)提供垂直起降時的升力和巡航時的部分動力。每組旋翼動力裝置包括一部無刷電機(jī)和一只碳纖維螺旋槳;所述的無刷電機(jī)為外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī),使用螺釘固定于機(jī)翼下方的支撐臂或機(jī)身上,由機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行控制,由電池提供能源;所述的碳纖維螺旋槳包括槳轂、槳葉和發(fā)動機(jī)。

本實(shí)用新型提供一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī),包括五組旋翼動力裝置,其中的兩組旋翼動力裝置通過傾轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)置在支撐臂前緣,可同軸傾轉(zhuǎn);兩組旋翼動力裝置位于機(jī)翼與尾翼之間的支撐臂上,提供垂直升力;最后一組旋翼動力裝置位于機(jī)身尾部,提供向前推力。垂直起降模式下,支撐臂上的四組旋翼動力裝置提供垂直方向上的動力,到達(dá)一定高度后傾轉(zhuǎn)機(jī)身前端兩側(cè)的兩只螺旋槳,降低機(jī)翼后側(cè)的兩只螺旋槳的轉(zhuǎn)速保持其升力與前側(cè)兩只螺旋槳的垂直升力分量平衡,從而使無人機(jī)切換至固定翼飛行模式。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:結(jié)合現(xiàn)有固定翼無人機(jī)和旋轉(zhuǎn)翼無人機(jī)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型提出的一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī),同時滿足了無人機(jī)對垂直起降和大載荷長航時的要求,解決現(xiàn)有垂直起降飛行器在垂直起降結(jié)構(gòu)布局的局限,增加了有效的機(jī)翼面積,飛行效率大大提高,在垂直起降飛行器性能的各個方面都有很大改善。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本實(shí)用新型旋翼動力裝置的碳纖維螺旋槳結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中:

1-機(jī)身;2-機(jī)翼;3-支撐臂;4-旋翼動力裝置;5-尾翼;6-副翼;7-空速管;

401-槳轂;402-槳葉;403-發(fā)動機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型所述的一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)以零速度起飛/著陸,具備懸停能力,并以固定翼飛機(jī)的方式水平飛行進(jìn)行進(jìn)一步說明。

如圖1所示,本實(shí)用新型提供一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī),包括機(jī)身1、機(jī)翼2、支撐臂3、旋翼動力裝置4和尾翼5。

所述的機(jī)身1與機(jī)翼2為常規(guī)的固定翼飛機(jī)布局。

所述的機(jī)身1為中空殼體結(jié)構(gòu),機(jī)身內(nèi)部布置貨物艙、機(jī)載電子設(shè)備、電池以及梁和加強(qiáng)框;所述的機(jī)載電子設(shè)備包括飛行控制板、電子調(diào)速器和傳感器數(shù)據(jù)終端等;所述的電池為聚合物鋰離子電池;機(jī)身側(cè)面為機(jī)翼的安裝接口,機(jī)身下方有帶艙蓋的艙口,用于機(jī)載電子設(shè)備的拆裝和維護(hù)、貨物的裝卸;機(jī)身1的前部安裝有空速管7,以測量無人機(jī)的運(yùn)動速度;機(jī)身1的尾部安裝有一組旋翼動力裝置4,為無人機(jī)飛行提供向前推力。

所述的機(jī)翼2為固定翼翼型,中空式結(jié)構(gòu),內(nèi)部布置翼肋和梁結(jié)構(gòu),機(jī)翼2中部下方有開口,用于安裝操縱副翼6使用的數(shù)字舵機(jī);在兩側(cè)機(jī)翼下方各安裝一根支撐臂3,兩根支撐臂3的尾部固定連接尾翼5,機(jī)身1通過支撐臂3與尾翼5相連。

所述的支撐臂3為機(jī)身連接裝置,連接機(jī)身1與尾翼5;支撐臂3上對稱安裝四組旋翼動力裝置4,其中兩組旋翼動力裝置4位于支撐臂3的前緣,構(gòu)成本實(shí)用新型所述的傾轉(zhuǎn)動力裝置系統(tǒng),通過傾轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以90度傾轉(zhuǎn),即從與機(jī)翼2水平位置傾轉(zhuǎn)到與機(jī)翼2垂直位置;另外兩組旋翼動力裝置4位于機(jī)翼2與尾翼5之間支撐臂上;該四組旋翼動力裝置4的幾何中心與整個無人機(jī)的重心位置重合,為無人機(jī)提供垂直起降的升力及其傾轉(zhuǎn)后的水平推力。

所述的五組旋翼動力裝置4,為無人機(jī)提供垂直起降時的升力和巡航時的部分動力;每組旋翼動力裝置4包括一部無刷電機(jī)和一只碳纖維螺旋槳,所述的無刷電機(jī)為外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī),使用螺釘固定于機(jī)翼2下方的支撐臂3或機(jī)身1上,由機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行控制,由電池提供能源;所述的碳纖維螺旋槳包括槳轂401、槳葉402和發(fā)動機(jī)403,如圖2所示。

所述的尾翼5為如圖1所示的倒V型。

本實(shí)用新型所述的一種具有傾轉(zhuǎn)動力裝置的垂直起降固定翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)飛行任務(wù)的具體過程如下:

(1)給出起飛指令,由支撐臂3上的四個旋翼動力裝置4提供升力,實(shí)現(xiàn)垂直起飛;

(2)到達(dá)一定高度后,在飛行控制板的指令下,控制機(jī)翼2前側(cè)的兩只旋翼的偏轉(zhuǎn)角度,調(diào)整后側(cè)兩只旋翼的轉(zhuǎn)速使前后兩對旋翼提供的垂直升力平衡,開啟機(jī)身1尾部的旋翼動力裝置4以增加水平推力,同時控制尾翼5的偏轉(zhuǎn)角度,使得無人機(jī)由懸停狀態(tài)轉(zhuǎn)入巡航飛行狀態(tài),由機(jī)翼2提供更多的升力,提高巡航的飛行效率,進(jìn)入航線飛行。

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