一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机

1.本实用新型涉及空中货运滑翔机/飞行器技术领域，尤其涉及一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机。


背景技术：

2.近年来，无人机运输货物在军用和民用领域都有较大的发展。无人机可分为固定翼式、旋翼式、滑翔式等种类。旋翼以其体积较小、结构简单、灵活性高等优点被广泛应用于短途运输、地形复杂区域、起降场地有限等任务场景中。滑翔机则因其高气动性能，高节能性、隐蔽性高等特点广泛用于高空投放远距离运输，军用紧急物资运输等场景。
3.用于货物运输的旋翼无人机通常由机架组件、升降组件、货物夹持组件等；而用于货物运输的滑翔无人机则通常包括高滑翔比机翼、可容纳货物的机身、升降舵和方向舵等部分。
4.四旋翼无人机用于货物运输具有工程简单、机动性强、起降场地需求小等优点，但四旋翼无人机在飞行过程中往往会产生较大的噪音，在执行城市运输任务过程中会对城市居民的生活造成影响也会受到城市环境管理条例的制约；此外，四旋翼无人机在整个运输过程中都由电池供能，能耗较高，且能耗会随着所运输的货物重量增加而增加，四旋翼的供能一直是一个较大的问题，因此其航程也大大受到限制，通常只能用于短距离传输。
5.滑翔式无人机在滑翔过程中无需提供动力，也不会产生噪音污染，但为了实现高滑翔比，无人机往往采用大翼展设计，但对于运输货物的无人机来说，大翼展所占空间太大，不利于收纳， 起飞场地有限。且由于其无动力的特性，在使用过程中滑翔机往往需要由其他载体带至高空投放并给与一定的水平初速度，这大大限制了滑翔运输无人机的使用范围。且为了满足高滑翔比的需求，滑翔机往往具有超大翼展，这对结构材料而言也是一种挑战。


技术实现要素：

6.本技术为了解决上述技术问题提供一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机。
7.本技术通过下述技术方案实现：
8.一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，包括可装载货物的机身、装于所述机身上的旋翼系统、滑翔机翼组和机翼驱动机构；旋翼系统用于实现无人机的垂直起降，滑翔机翼组包括至少一对机翼，成对的两个机翼左右对称布置，机翼的一端通过旋转连接件装于所述机身上，机翼的另一端为自由端；机翼驱动机构用于驱动机翼以所述旋转连接件为中心相对于所述机身转动实现机翼的折叠收纳与展开。
9.可选的，机翼的转动平面与旋翼系统的螺旋桨的旋转平面平行。
10.可选的，旋翼系统包括至少一对螺旋桨，成对的两个螺旋桨左右对称布置在机身两侧；成对的两个机翼左右对称布置在机身上方，通过旋转机翼可将机翼折叠收纳在机身上方。
11.特别的，旋翼系统包括前后两对螺旋桨，滑翔机翼组包括前后两对机翼。
12.可选的，机身尾部设有垂尾，前侧的机翼上有副翼，后侧的机翼上有平尾，后机翼与平尾融合的方式控制俯仰，前机翼上的副翼控制滚转，垂尾控制偏航运。
13.特别的，机身的前后端有用于减少阻力的整流罩。
14.可选的，机翼翼面各截面的翼肋采用轻木材料，并每隔一定距离用航空层板加固，翼面的梁采用碳纤维管。
15.可选的，机身包括主框架和壳体，旋翼系统的螺旋桨安装在碳纤维管上，碳纤维管通过固连的方式与机身的主框架相连，主框架用碳纤维管组成。
16.特别的，机身共分为三个舱段，从前往后依次为：前设备舱、货物舱、后设备舱；货物舱的空间大于前设备舱和后设备舱，前设备舱和后设备舱中留有空间安装旋转连接件和机翼驱动机构。
17.可选的，所述旋转连接件通过轴承、轴承座与机身转动连接，旋转连接件上有从动齿轮；机翼驱动机构包括电机，电机与从动齿轮齿轮传动，从而带动旋转连接件、机翼同步转动。
18.与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
19.1，本技术具有便于垂直起降的旋翼系统，突破了传统滑翔机起降过程需要较大场地的限制，还突破了无动力滑翔机需要其他飞行器辅助带至空中再进行滑翔的起飞方式的限制；
20.2，本技术具有可折叠的前后串列双机翼；有效节省了空间的占用，便于收纳存放，垂直起降过程所受场地限制较小，因此应用场景灵活多变；而前后串列双机翼的设计也有效避免了滑翔机因需要大翼展而导致结构强度需求大的问题；
21.3，本技术结合动力运输和无动力滑翔两种运输模式，无人机既有旋翼系统又有高滑翔比机翼结构，有效避免了普通滑翔机起降场地大，作业任务不灵活的缺点，实现了运输过程节能化和静音化，更好的适应山区、城市等多种任务场景；
22.4，滑翔机翼可折叠机构，使本技术的物流运输无人机便于收纳折叠和运输；
23.5，机身多舱段设计，物流运输无人机可更好的利用机身的空间，将存放设备的空间和货物存放的空间分开，有利于保障机体和货物的安全；
24.6，本技术的物流运输无人机具有前后整流罩的设计，在运输过程中有效减小阻力，提高滑翔比，利于保障运输过程的安全性和可靠性。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本技术实施方式的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施方式的限定。
26.图1是实施例中机翼展开时滑翔式物流运输无人机的三维图；
27.图2是实施例中机翼展开时滑翔式物流运输无人机的俯视图；
28.图3是实施例中机翼展开过程中滑翔式物流运输无人机的三维图；
29.图4是实施例中机翼折叠时滑翔式物流运输无人机的三维图；
30.图5是实施例中机翼的三维图；
31.图6是实施例中机身的内部示意图；
32.图7是实施例中旋翼系统与机身主框架的三维图；
33.图8是实施例中机身的三维图；
34.图9是实施例中机身的侧视图；
35.图10是实施例中由一个驱动机构驱动双翼时的示意图。
具体实施方式
36.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
41.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.如图1-图4所示，本实施例公开的可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，包括可装载货物的机身1、旋翼系统和滑翔机翼组，旋翼系统和滑翔机翼组装于机身上。
43.旋翼系统用于实现垂直起降。所述旋翼系统包括多个螺旋桨2，螺旋桨2的尺寸可根据所运输的货物的重量进行调整特别的，旋翼系统包括至少一对螺旋桨2，成对的两个螺旋桨2左右对称布置在机身1两侧。
44.滑翔机翼组包括至少一对机翼3，成对的两个机翼3左右对称布置在机身1上方，机翼3可折叠、可展开。
45.值得说明的是，螺旋桨2和机翼3的数量根据需要合理设置。
46.在一种可能的设计中，旋翼系统包括4个螺旋桨2，滑翔机翼组包括前后两对大翼
展机翼3。
47.在一种可能的设计中，机身1的前后端有用于减少阻力的整流端。可选的，如图6所示，机身为矩形，在机身1前后分别设有光滑曲面和流线型的整流罩4构成整流端，以减小无人机飞行过程中的阻力，提高飞行性能。
48.可选的，机身1尾部的整流罩4上设有垂尾5。
49.在一种可能的设计中，前机翼3上有副翼31，后机翼3上有平尾32，后机翼3与平尾32融合的方式控制俯仰，前机翼3上的副翼31控制滚转，垂尾5控制偏航运。
50.在一种可能的设计中，串列双机翼3通过机身1头部和尾部的旋转连接件30装于机身1上，旋转连接件30连接驱动机构，驱动机构用于驱动旋转连接件30和机翼3旋转，以实现折叠和展开。
51.在一种可能的设计中，螺旋桨2的旋转平面与机翼3的旋转平面平行，通过旋转机翼3可将机翼3收纳在机身1上方，在日常存放中可减小空间占用，垂直起降过程中还可以减小阻力。反向旋转机翼3，则可展开机翼3。
52.在一种可能的设计中，如图5所示，机翼3翼面各截面的翼肋301采用轻木材料，并每隔0.5m用航空层板302加固一次以保障机翼的强度，翼面的梁303采用碳纤维管，满足较强结构要求的同时质量较轻。
53.机身1侧面有可打开的门12，通过门12放置、拿取货物。在一种可能的设计中，如图6-图9所示，机身1共分为三个舱段：前设备舱111、后设备舱112和货物舱113，如图5所示。货物舱113在整个机身1中占有最大的体积，最多可容纳两各边长为50cm 的方形货物，前设备舱111中放置飞行控制器、电调、电池、遥控接收机、数传电台等电子设备。后设备舱112中布置电池和电源分配器等设备。整机的重量集中在货物舱段，前设备舱111、后设备舱112中的设备均匀布置，维持机体的重心在合理位置。
54.在一种可能的设计中，机身1包括主框架11和壳体。
55.可选的，如图7所示，使用碳纤维管组成机身1的主框架11，4个螺旋桨2安装在碳纤维管上，碳纤维管通过固连的方式与机身1的主框架11相连，从而在垂直起降过程中支撑整个机体和货物。
56.除此之外，前设备舱111和后设备舱112中留有空间安装机翼旋转连接件30和机翼驱动机构，用于实现机翼3的折叠和展开。在机身1的壳体上预留有与旋转连接件30适配的孔洞13，如图8所示。
57.在一种可能的设计中，如图10所示，旋转连接件30通过轴承、轴承座与机身1转动连接，机翼3一端与旋转连接件30连接，机翼3另一端为自由端，旋转连接件30上有从动齿轮63，机翼驱动机构包括电机61，电机61与从动齿轮63齿轮传动，从而带动旋转连接件30、机翼3同步转动。
58.值得说明的是，可每个机翼3配一个电机61，也可每对机翼3共用一个电机61。
59.可选的，前方两个机翼3共用一个电机61，后方两个机翼3共用一个电机61。示例性的：如图10所示与电机61连接的驱动齿轮62与其中一个旋转连接件30上的从动齿轮63啮合，同时另一个旋转连接件30上的从动齿轮63与传动齿轮64啮合，传动齿轮64再与驱动齿轮62啮合。传动齿轮64的作用是改变传动的方向，使得两个从动齿轮63的旋转方向相反，实现一对机翼3的同步折叠与展开。
60.值得说明的是，传动齿轮64和驱动齿轮62的参数相同，从而使两个从动齿轮63的旋转速度相同。
61.可选的，电机61为伺服电机，内部可自带减速机构。电机61在控制信号的作用下作动，控制信号控制电机61输出轴的旋转方向、旋转圈数和旋转速度。机翼3折叠或展开结束时，电机61的输出轴会保持在特定的位置，起到锁止机翼位置的作用，使其保持在展开或者折叠状态。
62.本技术利用布置在机身的四个旋翼机构实现无人机的垂直起降，待上升至空中后再展开折叠的高滑翔比机翼，从而实现无动力滑翔运输物资。
63.本技术具有动力旋翼和无动力滑翔两种运动模式；有利避免了仅依靠旋翼运输的能量供给不足和产生噪音污染大和仅依靠无动力滑翔运输可能遇到突发情况难以有效控制的问题；集两种运动方式于一身可有效节约能量，减小噪音污染，同时保障运输过程的可靠性和适应多种环境的灵活性。
64.以上的具体实施方式，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：包括：可装载货物的机身（1）；旋翼系统，装于所述机身（1）上，用于实现无人机的垂直起降；滑翔机翼组，包括至少一对机翼（3），成对的两个机翼（3）左右对称布置，机翼（3）的一端通过旋转连接件（30）装于所述机身（1）上，机翼（3）的另一端为自由端；机翼驱动机构，装于所述机身（1）上，用于驱动机翼（3）以所述旋转连接件（30）为中心相对于所述机身（1）转动，实现机翼（3）的折叠收纳与展开。2.根据权利要求1所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：所述机翼（3）的转动平面与旋翼系统的螺旋桨（2）的旋转平面平行。3.根据权利要求1所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：旋翼系统包括至少一对螺旋桨（2），成对的两个螺旋桨（2）左右对称布置在机身两侧；成对的两个机翼（3）左右对称布置在机身（1）上方，通过旋转机翼（3）可将机翼（3）折叠收纳在机身（1）上方。4.根据权利要求1或3所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：旋翼系统包括前后两对螺旋桨（2），滑翔机翼组包括前后两对机翼（3）。5.根据权利要求4所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：机身（1）尾部设有垂尾（5），前侧的机翼（3）上有副翼（31），后侧的机翼（3）上有平尾（32），后机翼（3）与平尾（32）融合的方式控制俯仰，前机翼（3）上的副翼（31）控制滚转，垂尾（5）控制偏航运。6.根据权利要求1或5所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：机身（1）的前后端有用于减少阻力的整流罩（4）。7.根据权利要求1所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：机翼（3）翼面各截面的翼肋（301）采用轻木材料，并每隔一定距离用航空层板（302）加固，翼面的梁（303）采用碳纤维管。8.根据权利要求1或7所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：机身（1）包括主框架（11）和壳体，旋翼系统的螺旋桨（2）安装在碳纤维管上，碳纤维管通过固连的方式与机身（1）的主框架（11）相连，主框架（11）用碳纤维管组成。9.根据权利要求1所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：机身（1）共分为三个舱段，从前往后依次为：前设备舱（111）、货物舱（113）、后设备舱（112）；货物舱（113）的空间大于前设备舱（111）和后设备舱（112），前设备舱（111）和后设备舱（112）中留有空间安装旋转连接件（30）和机翼驱动机构。10.根据权利要求1-3、5、7、9中任一项所述的一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，其特征在于：所述旋转连接件（30）通过轴承、轴承座与机身（1）转动连接，旋转连接件（30）上有从动齿轮（63）；机翼驱动机构包括电机（61），电机（61）与从动齿轮（63）齿轮传动，从而带动旋转连接件（30）、机翼（3）同步转动。

技术总结
本实用新型涉及一种可垂直起降的滑翔式物流运输无人机，包括可装载货物的机身、装于机身上的旋翼系统、滑翔机翼组和机翼驱动机构；旋翼系统用于实现无人机的垂直起降，滑翔机翼组包括至少一对机翼，机翼的一端通过旋转连接件装于所述机身上，机翼的另一端为自由端；机翼驱动机构用于驱动机翼以所述旋转连接件为中心相对于所述机身转动实现机翼的折叠收纳与展开。本申请具有动力旋翼和无动力滑翔两种运动模式；有利避免了仅依靠旋翼运输的能量供给不足和产生噪音污染大和仅依靠无动力滑翔运输可能遇到突发情况难以有效控制的问题；集两种运动方式于一身可有效节约能量，减小噪音污染，同时保障运输过程的可靠性和适应多种环境的灵活性。多种环境的灵活性。多种环境的灵活性。


技术研发人员：黄代玲 阳舒 陈滨琦 袁铜斌 方琪鸿 吴楠
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/6/28