一种遥控消防直升飞机主体结构的制作方法

1.本发明涉及无人机领域，更具体地，涉及一种遥控消防直升飞机主体结构。


背景技术：

2.随着无人机的研发方向逐渐增多，其应用领域也拓展至林业工作中，可用于森林灾情巡查，森林灾情监控追踪，辅助消防队员救援和辅助监督。由于无人机在低空监测具有机动快速、维护简单、使用成本低等特点，可以顾及到偏远地区的早期林火以及重大森林火灾现场的情况把握，还可以解决飞机巡护无法夜航、烟雾造成能见度降低无法飞行等问题。
3.现有技术中，无人机的动力源通常是锂电池，但考虑到应用于消防领域的无人机需要接触明火，且森林火灾中火焰温度和烟雾温度都较高，如果仅仅采用现有锂电池作为唯一动力源，可能会发生无人机温度过高导致锂电池爆炸，反而加重森林火情。对此，如何在挂载大重量的消防设施的无人机上能够在其稳定性和灵活性之间取个平衡值，同时，如何能够在减少无人机的自燃危险性，增强飞行续航力和延长其使用寿命，是现有消防无人机技术研究中亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种消防直升飞机，用于解决火灾救援中无人机的负载过重，无人机的重心随着消防设施的配重发生变化从而产生灵活性、平衡性不足，无人机飞行过程中稳定性欠缺的问题。
5.本发明采取的技术方案是，一种遥控消防直升飞机主体结构，所述遥控直升飞机包括机身主体、主旋翼、尾翼和起落架，所述机身主体内安装有发动机、发电机、启动电机、齿轮箱、电池和控制电路板，所述发动机带动齿轮箱驱动主旋翼，带动发电机向电池充电，所述电池向控制电路板和启动电机供电，启动电机通过齿轮箱驱动发动机，所述起落架安装于机身主体下方并形成悬挂空间，所述悬挂空间中挂载消防设施用于消防，其中，还包括分布式燃料箱，分别设置于机身主体上的不同位置，用于向发动机提供燃料。
6.所述齿轮箱布置在机身主体上侧，所述发动机设置于机身主体前侧，位于齿轮箱下方，所述发电机设置于发动机下方，发动机主轴向上带动齿轮箱，向下带动发电机，所述电池设置于机身主体后侧，位于齿轮箱下方，所述分布式燃料箱包括结构相同的主左油箱和主右油箱，分别对称设置于机身主体后部的左右两侧。有利于通过左右分布的油箱降低消防设施消耗过程中带来的重心不断上移的影响，有利于降低挂载消防设施带来的消防直升飞机气动布局的影响，有利于通过后置的电池提升消防直升飞机的机动性和灵活性。
7.所述分布式燃料箱还包括一个副油箱，所述副油箱嵌于机身主体的一侧，所述主左油箱和主右油箱通过管路向副油箱供油，所述副油箱通过管路向发动机供油。有利于为消防直升飞机提供更多燃料，提升消防直升飞机的续航能力。
8.所述机身主体包括外壳、左支撑板和右支撑板，所述左支撑板和右支撑板安装于外壳内，用于支撑安装在机身主体上的其他部件，所述外壳一侧设有凹陷位，用于容纳嵌于
机身主体的副油箱。有利于保护各部件免受雨雪侵蚀，从而延长消防直升飞机的使用寿命，有利于通过外壳降低消防直升飞机在飞行过程中和气流的摩擦，从而影响消防直升飞机的气动布局，有利于通过凹陷位降低副油箱的安装对消防直升飞机重心的影响。
9.还包括冷却装置，所述冷却装置设置于机身主体前侧，位于齿轮箱之前。有利于为发动机降温，有利于降低火场高温对消防直升飞机的高温传导影响，有利于延长消防直升飞机的救援服务时间。
10.所述冷却装置包括冷却水箱、冷却风扇和冷却液泵，所述冷却水箱呈倾斜设置，冷却风扇安装于冷却水箱下方，由下向上吹风，所述冷却液泵带动冷却水箱内的冷却液，从冷却水箱的高端向低端流动，流经发动机进行冷却。有利于通过冷却水箱、冷却风扇和冷却液泵加强冷却效果。
11.所述发动机为双缸对置发动机，两个发动机缸左右对置设置于机身主体上，发动机缸的消音器呈曲管状，在机身主体前侧弯曲向后侧延伸，连接于起落架上，所述消音器与起落架之间设有缓冲连接。有利于通过双缸发动机加强消防直升飞机的动力，减少油耗；有利于通过消音管突变的截面在声传播过程中引起阻抗的改变从而降低声能的向外辐射。
12.所述起落架包括梯形框架、橇形结构和滑动轮，所述梯形框架的高和底边比值h:d在1.0-2.0之间，高和顶边比值h:d在1.5-2.5之间，形成下宽上窄的悬挂空间，所述橇形结构安装在梯形框架底部，所述滑动轮安装在梯形框架上，位于发动机的下方，且至少部分下沿超出橇形结构。有利于通过梯形框架和撬形结构加大起落架的接地宽度，有利于消防直升飞机在斜坡上的安全降落，有利于通过滑动轮实现消防直升飞机在地面无需使用其他辅助设备的方便移动效果。
13.所述尾翼为旋翼结构，通过齿轮箱带动或者独立设置驱动电机，包括对称设置的旋翼片、旋转头、转轴、变矩机构和变矩舵机，所述转轴带动旋转头转动，旋翼片与旋转头转动连接，转动方向与转轴转动垂直，所述变矩机构套设在转轴上，所述变矩舵机通过变矩机构带动旋翼片相对于旋转头转动。有利于通过旋翼片、旋转头和转轴形成垂直安定面，来平衡反扭矩和实现对消防直升飞机航向的操纵；有利于通过变矩舵机和齿轮箱实现对尾翼的双重控制。
14.所述变矩机构包括滑动架和翘板机构，所述滑动架滑动套设在转轴上，上端通过连杆连接旋翼片，连杆两端均为转动连接，所述翘板机构一端为旋转端，中间为推动部，另一端为动作端，所述推动部套设在滑动架上，所述变矩舵机推拉动作端，使翘板机构绕旋转端倾动，致使推动部推动滑动架沿转轴上下滑动，连动连杆带动旋翼片相对于旋转头转动。有利于减少变矩机构的大小，降低对消防直升飞机的重心影响。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果为：实现消防无人机在挂载大重量的消防设施的飞航过程中，能够保证其飞行的稳定性和灵活性；实现降低纯锂电池供能的消防无人机的自燃风险性，加强飞行续航能力并延长其使用寿命的效果。
附图说明
16.图1为本发明的结构示意图。
17.图2为本发明的结构爆炸图。
18.图3为本发明的水基弹安装位示意图。
19.图4为本发明的消防罐安装位示意图。
20.图5为本发明的侧视局部放大示意图。
21.图6为本发明的俯视局部放大示意图。
22.图7为本发明的等二轴侧视局部放大示意图。
23.附图标识说明：机身主体100，外壳110，凹陷位111，左支撑板120，右支撑板130，主旋翼200，尾翼300，旋翼片310，旋转头320，转轴330，变矩机构340，滑动架341，翘板机构342，连杆343，旋转端344，推动部345，动作端346，变矩舵机350，起落架400，梯形框架410，撬形结构420，滑动轮430，发动机510，发动机缸511，消音器512，缓冲连接513，发电机520，启动电机530，齿轮箱540，电池550，控制电路板560，冷却装置570，冷却水箱571，冷却风扇572，冷却液泵573，消防设施600，分布式燃料箱700，主左油箱710，主右油箱720，副油箱730。
具体实施方式
24.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例1
25.如图1至7所示，本实施例中，采用一种遥控消防直升飞机主体结构，所述遥控直升飞机包括机身主体100、主旋翼200、尾翼300和起落架400，所述机身主体100内安装有发动机510、发电机520、启动电机530、齿轮箱540、电池550和控制电路板560，所述发动机510带动齿轮箱540驱动主旋翼200，带动发电机520向电池550充电，所述电池550向控制电路板550和启动电机530供电，启动电机530通过齿轮箱540驱动发动机510，所述起落架400安装于机身主体100下方并形成悬挂空间，所述悬挂空间中挂载消防设施600用于消防，其特征在于，还包括分布式燃料箱700，分别设置于机身主体100上的不同位置，用于向发动机510提供燃料。
26.所述齿轮箱540布置在机身主体100上侧，所述发动机510设置于机身主体100前侧，位于齿轮箱540下方，所述发电机520设置于发动机510下方，发动机510主轴向上带动齿轮箱540，向下带动发电机510，所述电池550设置于机身主体100后侧，位于齿轮箱540下方，所述分布式燃料箱700包括结构相同的主左油箱710和主右油箱720，分别对称设置于机身主体后部的左右两侧。本实施例中，所述发动机510、所述发电机520、所述齿轮箱540、所述电池550以及对称设置的所述主左油箱710和所述主右油箱720的重量均按照计算进行分布设计，以保证所述消防直升飞机的重心位置在前后限内。
27.所述分布式燃料箱700还包括一个副油箱730，所述副油箱730嵌于机身主体100的一侧，所述主左油箱710和主右油箱720通过管路向副油箱730供油，所述副油箱730通过管路向发动机510供油。本实施例中，在飞行前，所述分布式燃料箱700中的主左油箱710、主右油箱720和副油箱730中均按照规格盛满汽油，飞行过程中，所述副油箱730为所述发动机510输送汽油，所述主左油箱710和所述主右油箱720同时向所述副油箱730输送汽油，用以维持直升飞机的平衡性，所述主左油箱710和所述主右油箱720的体积均为3l左右。
28.所述机身主体100包括外壳110、左支撑板120和右支撑板130，所述左支撑板120和
右支撑板130安装于外壳110内，用于支撑安装在机身主体上的其他部件，所述外壳110一侧设有凹陷位111，用于容纳嵌于机身主体100的副油箱730。本实施例中，所述外壳110采用碳纤材料，碳纤材料具有重量轻和抗张强度高的特点，不仅可以减少机身自身负重从而加强其飞行的灵活性，还可以在森林火场上空的复杂气流状态下对抗拉伸，从而延长所述消防直升飞机的使用寿命；所述左支撑板120和右支撑板130为铝合金材料，铝合金材料具有不易生锈、强度高、质量轻的特点，因此在使用过程中，喷射的水雾或是其他消防泡沫均不易锈蚀所述左支撑板120和右支撑板130；所述凹陷位111的开口朝向为所述外壳110的侧面，不影响机身主体100在机头的气流分布，且所述凹陷位111的横截面几乎等于所述副油箱730的横截面，所述副油箱730可从所述凹陷位111上拆卸。
29.还包括冷却装置570，所述冷却装置570设置于机身主体100前侧，位于齿轮箱540之前。本实施例中，所述冷却装置570通过连通至发动机510内的换热管带走所述发动机510运行过程中的热量，尽可能降低火场中烟雾的高温对发动机510的影响，延长其使用寿命。
30.所述冷却装置570包括冷却水箱571、冷却风扇572和冷却液泵573，所述冷却水箱571呈倾斜设置，冷却风扇572安装于冷却水箱571下方，由下向上吹风，所述冷却液泵573带动冷却水箱571内的冷却液，从冷却水箱571的高端向低端流动，流经发动机510进行冷却。本实施例中，冷却液通过所述冷却液泵573冷却后由所述冷却水箱571伸出至所述发动机510内，冷却液在换热管内流动，换热管之间平行但留有空隙，所述冷却水箱571倾斜设置，进一步加大换热管与空气间的接触面积，由下向上吹风的所述冷却风扇572用于加速空隙间的空气流动，进一步加强所述冷却装置570的换热效果。
31.所述发动机510为双缸对置发动机，两个发动机缸511左右对置设置于机身主体100上，发动机缸511的消音器512呈曲管状，在机身主体100前侧弯曲向后侧延伸，连接于起落架400上，所述消音器512与起落架400之间设有缓冲连接513。本实施例中，双缸对置的发动机510可以有效加强消防直升飞机的动力的同时降低油耗，所述消音器512为曲管状，突变的截面能进一步提高消音器512的阻抗从而加强其对声能的削弱效果，所述消音器512的曲管材质为不锈钢304，所述缓冲连接513是通过噪音吸收材料进一步加强消音效果。
32.所述起落架400包括梯形框架410、橇形结构420和滑动轮430，所述梯形框架410的高和底边比值h:d在1.0-2.0之间，高和顶边比值h:d在1.5-2.5之间，形成下宽上窄的悬挂空间，所述橇形结构420安装在梯形框架410底部，所述滑动轮430安装在梯形框架410上，位于发动机510的下方，且至少部分下沿超出橇形结构420。本实施例中，所述梯形框架410的高和底边的比值h:d＝1.5，高和顶边比值h:d＝2，所述梯形框架410和所述撬形结构420可以加大所述起落架400的接地宽度，使得所述起落架400可以应用于草地、坡地、山地、泥地等多种复杂地形；所述消防直升飞机在飞行结束后，消防人员可以借助在尾部设置的弧形扶手和所述滑动轮430对其进行移动。本实施例中，所述起落架400上还安装有可拆卸的喊话器，用于地面人员的疏散警示和消防人员的救援行动指导。
33.所述尾翼300为旋翼结构，通过齿轮箱540带动或者独立设置驱动电机，包括对称设置的旋翼片310、旋转头320、转轴330、变矩机构340和变矩舵机350，所述转轴330带动旋转头320转动，旋翼片310与旋转头320转动连接，转动方向与转轴330转动垂直，所述变矩机构340套设在转轴330上，所述变矩舵机350通过变矩机构340带动旋翼片310相对于旋转头320转动。本实施例中，所述尾翼既可以通过齿轮箱540带动旋转也可以通过变矩舵机350来
实现旋转变矩；所述尾翼300的旋翼结构设于单侧，所述旋翼片310设有两片，所述旋转头320为铝合金材料，所述转轴330连接于所述变矩机构340上，相对于所述旋转头320转动，用来帮助所述尾翼300对抗所述主旋翼200的反扭力；所述变矩舵机350是一种有输出轴的小传动装置，这个输出轴能够通过向舵机输入一个编码信号而定位到消防人员指定的角度位置，从而实现恒定的远程操纵的飞航角度。
34.所述变矩机构340包括滑动架341和翘板机构342，所述滑动架341滑动套设在转轴330上，上端通过连杆343连接旋翼片310，连杆343两端均为转动连接，所述翘板机构342一端为旋转端345，中间为推动部345，另一端为动作端346，所述推动部345套设在滑动架341上，所述变矩舵机350推拉动作端346，使翘板机构342绕旋转端345倾动，致使推动部345推动滑动架341沿转轴330上下滑动，连动连杆343带动旋翼片310相对于旋转头320转动。本实施例中，通过所述翘板结构342将直线运动向旋转运动的变化，只占用微小的空间来实现同其他变矩器一样的变矩效果，不增加消防直升飞机的尾部重量，以降低其对整机的重心影响。实施例2
35.本实施例中，救援人员在使用所述遥控消防直升飞机主体的同时，需要采用配套的语音终端、控制中端及遥控器用于控制所述遥控消防直升飞机的飞行状态。救援人员向所述语音终端发出指令，所述语音终端将指令解析为数字信号，再通过无线传输方式传递给所述控制中端，所述控制中端将多个遥控器控制的多架消防直升飞机进行集中处理和计算，再将所述语音终端的指令发送至与距离最近的遥控器，所述遥控器将指令发送至预设于所述消防直升飞机内的程序用于控制其飞航路线及飞行方向。
36.本实施例中，所述遥控消防直升飞机的前方搭载摄像设备，所述摄像设备将已发生火情的现场拍摄后发送给控制中端，控制中端对接收到的拍摄照片与预设的火灾预测模型进行计算和预判火情可能发展的方向和规模，再由救援人员对未发生火情的山林和已发生火情的山林做出救援方案，并对已发生火情的山林部署消防员、消防直升飞机和消防设施的调配。
37.本实施例中，所述遥控消防直升飞机的侧方搭载喊话器，所述喊话器连通消防直升飞机的电池以供能，由救援人员提前录制警告用语并由所述喊话器循环播放，控制所述遥控消防直升飞机飞至山林隔绝地区上空并向陆地人员喊话警告勿随意走动。
38.本实施例中，所述遥控消防直升飞机的飞行高度在100m-600之间，是一种油电混合动力直升飞机，相较于纯电动力的直升飞机而言，所述遥控消防直升飞机的飞行续航能力更好，且当火情严重的高温地区，所述遥控消防直升飞机的安全系数更好，避免搭载大容量锂电池发生空中爆炸加重火情的情况发生。
39.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种遥控消防直升飞机主体结构，所述遥控直升飞机包括机身主体(100)、主旋翼(200)、尾翼(300)和起落架(400)，所述机身主体(100)内安装有发动机(510)、发电机(520)、启动电机(530)、齿轮箱(540)、电池(550)和控制电路板(560)，所述发动机(510)带动齿轮箱(540)驱动主旋翼(200)，带动发电机(520)向电池(550)充电，所述电池(550)向控制电路板(560)和启动电机(530)供电，启动电机(530)通过齿轮箱(540)驱动发动机(510)，所述起落架(400)安装于机身主体(100)下方并形成悬挂空间，所述悬挂空间中挂载消防设施(600)用于消防，其特征在于，还包括分布式燃料箱(700)，分别设置于机身主体(100)上的不同位置，用于向发动机(510)提供燃料。2.根据权利要求1所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述齿轮箱(540)布置在机身主体(100)上侧，所述发动机(510)设置于机身主体(100)前侧，位于齿轮箱(540)下方，所述发电机(520)设置于发动机(510)下方，发动机(510)主轴向上带动齿轮箱(540)，向下带动发电机(510)，所述电池(550)设置于机身主体(100)后侧，位于齿轮箱(540)下方，所述分布式燃料箱(700)包括结构相同的主左油箱(710)和主右油箱(720)，分别对称设置于机身主体后部的左右两侧。3.根据权利要求2所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述分布式燃料箱(700)还包括一个副油箱(730)，所述副油箱(730)嵌于机身主体(100)的一侧，所述主左油箱(710)和主右油箱(720)通过管路向副油箱(730)供油，所述副油箱(730)通过管路向发动机(510)供油。4.根据权利要求3所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述机身主体(100)包括外壳(110)、左支撑板(120)和右支撑板(130)，所述左支撑板(120)和右支撑板(130)安装于外壳(110)内，用于支撑安装在机身主体上的其他部件，所述外壳(110)一侧设有凹陷位(111)，用于容纳嵌于机身主体(100)的副油箱(730)。5.根据权利要求2所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，还包括冷却装置(570)，所述冷却装置(570)设置于机身主体(100)前侧，位于齿轮箱(540)之前。6.根据权利要求5所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述冷却装置(570)包括冷却水箱(571)、冷却风扇(572)和冷却液泵(573)，所述冷却水箱(571)呈倾斜设置，冷却风扇(572)安装于冷却水箱(571)下方，由下向上吹风，所述冷却液泵(573)带动冷却水箱(571)内的冷却液，从冷却水箱(571)的高端向低端流动，流经发动机(510)进行冷却。7.根据权利要求1-6任一项所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述发动机(510)为双缸对置发动机，两个发动机缸(511)左右对置设置于机身主体(100)上，发动机缸(511)的消音器(512)呈曲管状，在机身主体(100)前侧弯曲向后侧延伸，连接于起落架(400)上，所述消音器(512)与起落架(400)之间设有缓冲连接(513)。8.根据权利要求1-6任一项所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述起落架(400)包括梯形框架(410)、橇形结构(420)和滑动轮(430)，所述梯形框架(410)的高和底边比值h:d在1.0-2.0之间，高和顶边比值h:d在1.5-2.5之间，形成下宽上窄的悬挂空间，所述橇形结构(420)安装在梯形框架(410)底部，所述滑动轮(430)安装在梯形框架(410)上，位于发动机(510)的下方，且至少部分下沿超出橇形结构(420)。9.根据权利要求1-6任一项所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述尾翼
(300)为旋翼结构，通过齿轮箱(540)带动或者独立设置驱动电机，包括对称设置的旋翼片(310)、旋转头(320)、转轴(330)、变矩机构(340)和变矩舵机(350)，所述转轴(330)带动旋转头(320)转动，旋翼片(310)与旋转头(320)转动连接，转动方向与转轴(330)转动垂直，所述变矩机构(340)套设在转轴(330)上，所述变矩舵机(350)通过变矩机构(340)带动旋翼片(310)相对于旋转头(320)转动。10.根据权利要求9所述的遥控消防直升飞机主体结构，其特征在于，所述变矩机构(340)包括滑动架(341)和翘板机构(342)，所述滑动架(341)滑动套设在转轴(330)上，上端通过连杆(343)连接旋翼片(310)，连杆(343)两端均为转动连接，所述翘板机构(342)一端为旋转端(344)，中间为推动部(345)，另一端为动作端(346)，所述推动部(345)套设在滑动架(341)上，所述变矩舵机(350)推拉动作端(346)，使翘板机构(342)绕旋转端(345)倾动，致使推动部(345)推动滑动架(341)沿转轴(330)上下滑动，连动连杆(343)带动旋翼片(310)相对于旋转头(320)转动。

技术总结
本发明涉及无人机领域，更具体地，涉及一种遥控消防直升飞机主体结构，所述遥控直升飞机包括机身主体、主旋翼、尾翼和起落架，所述机身主体内安装有发动机、发电机、启动电机、齿轮箱、电池和控制电路板，所述起落架安装于机身主体下方并形成悬挂空间，所述悬挂空间中挂载消防设施用于消防，其中，还包括分布式燃料箱，分别设置于机身主体上的不同位置，用于向发动机提供燃料；用于解决消防无人机重心随着消防设施的配重发生变化从而产生灵活性、平衡性不足，稳定性欠缺的问题，实现在挂载消防设施的飞航过程中，能保证其飞行的稳定性和灵活性和降低自燃风险性，加强飞行续航能力并延长其使用寿命的效果。用寿命的效果。用寿命的效果。


技术研发人员：罗俊达 罗俊杰 许可 万耿栋
受保护的技术使用者：广州市华科尔科技股份有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/5/31