多旋翼且翼身合一无人飞行器的制作方法

1.本实用新型实施例涉及无人飞行器技术领域，特别涉及一种多旋翼且翼身合一无人飞行器。


背景技术：

2.随着社会经济的发展，近年来无人飞行器由消费类、玩具级航拍器向各行各业的运用发展，在各种类型的行业应用中，比如航空物探、大地测绘、低空找矿、军警巡逻、农业植保、森林防火、防灾减灾、城市消防、移动智慧城市、物流运输等等，均要求无人飞行器兼具飞得久、飞得远、载得重，垂直起降、空中悬停、转向灵活、无需专用场地或装置起降的性能特点。
3.然而，对于固定翼无人飞行器，其主要依靠飞行器飞行时机翼和空气相互作用产生升力，飞行速度越快机翼产生的升力越大，其优点是动能转换为升力的效率高，飞行速度快，有利于长航时、长航程、大运载量飞行，但缺点是需要专门的场地或装置起降，不能空中悬停，不能低速巡航，不能任意方向飞行，转向时需要较大的转向半径。
4.而对于旋翼无人飞行器，其主要是靠旋翼的桨叶旋转时和空气相互作用产生升力，优点是可以垂直起降、空中悬停、低速巡航、转向灵活、不需要专门的场地或装置起降。缺点是动能转换为升力的效率低，需要消耗大量的动能克服重力和保持飞行姿态，因而相对航程航时短，运载量小。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例的目的是提供一种多旋翼且翼身合一无人飞行器，具有旋翼飞行模式和固定翼飞行模式，从而能兼具固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器的性能特点。
6.本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种多旋翼且翼身合一无人飞行器包括：机身和偶数个旋翼；各所述旋翼对称布置于所述机身的两侧，所述机身纵向剖面为固定翼流线型，且机身的纵向剖面的上翼面轮廓线长于下翼面轮廓线；其中，各所述旋翼可转动地连接于所述机身，以调整所述旋翼与水平面的夹角。
7.在一些实施例中，各所述旋翼包括桨叶、桨叶轴、马达和旋翼杆；在各所述旋翼中，所述桨叶固定于所述桨叶轴，所述桨叶轴的一端与所述马达旋转连接，所述马达还固定连接于所述旋翼杆，所述旋翼杆连接所述机身，所述桨叶轴的中心轴线垂直于所述旋翼杆的中心轴线，所述旋翼杆的中心轴线垂直于所述机身的纵向剖面；其中，所述旋翼杆用于绕所述旋翼杆的中心轴线转动、以改变所述旋翼与水平面的夹角。
8.在一些实施例中，各所述旋翼还包括整流帽和壳体；所述整流帽固定于所述桨叶轴的另一端，所述桨叶、所述整流帽、所述桨叶轴和所述马达均置于所述壳体内，所述壳体固定连接所述旋翼杆和所述马达。
9.在一些实施例中，所述偶数个旋翼的个数至少为四个，所述偶数个旋翼包括第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼和第四旋翼；所述第一旋翼与所述第三旋翼对称布置于所述机身
的两侧，所述第二旋翼与所述第四旋翼对称布置于所述机身的两侧，所述第一旋翼的桨叶转向和所述第四旋翼的桨叶转向均为第一转向，所述第二旋翼的桨叶转向与所述第三旋翼的桨叶转向均为第二转向，所述第一转向与所述第二转向相反。
10.在一些实施例中，所述无人飞行器还包括水平安定面、两个垂直安定面和升降舵；所述两个垂直安定面设于所述机身的第一侧，所述水平安定面设于所述两个垂直安定面之间，所述升降舵设于所述水平安定面。
11.在一些实施例中，所述无人飞行器还包括起落架；所述起落架设于所述机身的第二侧。
12.在一些实施例中，所述机身还包括机舱盖；所述机舱盖可开合安装于所述机身。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例提供一种多旋翼且翼身合一无人飞行器，该无人飞行器包括机身和偶数个旋翼；各旋翼对称布置于机身的两侧，机身的纵向剖面为固定翼流线型，且机身的纵向剖面的上翼面轮廓线长于下翼面轮廓线；其中，各旋翼可转动地连接于机身，以调整旋翼与水平面的夹角。该机身呈固定翼流线型，且剖面上轮廓线长于下轮廓线，剖面弦线与第一方向保持适当迎角，当无人飞行器按第一方向飞行时，机身可产生向上的升力，即该机身具有固定翼的功能，实现了“翼身合一”，且该无人飞行器，可通过调整旋翼与水平面的夹角，使旋翼处于不同的姿态，从而使该无人飞行器兼具旋翼飞行模式与固定翼飞行模式，即可兼具固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器的性能特点。
附图说明
14.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
15.图1是本实用新型实施例提供的一种无人飞行器的结构示意图；
16.图2是图1所示的无人飞行器的俯视图；
17.图3是图1所示的无人飞行器的机身纵向剖面图；
18.图4是本实用新型实施例提供的一种旋翼产生的作用力的分解示意图；
19.图5是图1所示的无人飞行器的旋翼处于水平姿态时的侧视图；
20.图6是图1所示的无人飞行器的旋翼处于倾斜姿态时的侧视图；
21.图7是图1所示的无人飞行器的旋翼处于垂直姿态时的侧视图；
22.图8是本实用新型实施例提供的一种旋翼的结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
24.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术
人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
25.需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
26.本实用新型实施例提供一种无人飞行器，请参阅图1、图2和图3，该无人飞行器包括：偶数个旋翼(11、12、13、14)和机身2；各旋翼(11、12、13、14)对称布置于机身2的两侧；机身2的纵向剖面为固定翼流线型，且机身2的纵向剖面的上翼面轮廓线长于下翼面轮廓线。其中，各旋翼(11、12、13、14)可转动地连接于机身2，以调整旋翼(11、12、13、14)与水平面的夹角。
27.无人飞行器指无人驾驶的飞行器。水平面为实际的水平面。
28.机身2内有空腔，该空腔具备容纳和装载功能。另外，请参阅图3，图3为无人飞行器机身2沿竖直方向的纵向剖面图，其中第一方向x1为无人飞行器水平飞行时的正前方向，其平行于水平面，竖直向上方向y为无人飞行器垂直起飞的方向，其垂直于水平面且与重力方向相反，在图3中o为无人飞行器的重心，g为无人飞行器所受重力。与飞行器固定翼的剖面轮廓相似，机身2的剖面轮廓线abcdef为平滑的流线，且上翼面轮廓线abcd长于下翼面轮廓线afed，可以理解的是，当该机身2获得第一方向x1的速度时，在保持适当迎角的情况下，可使机身2产生竖直向上y方向的升力、且速度越大，升力越大。
29.可见，在本实施例中，机身2除了具备容纳和装载功能外，还具有与空气的相对运动中产生升力的固定翼的功能，实现了“翼身合一”，可免除在飞行器上安装大尺寸专用的固定机翼，从而显著缩小了无人飞行器的总体尺寸，且可提高该无人飞行器在旋翼飞行模式下的飞行稳定性，也利于无人飞行器地面停放及地面转运。
30.另外，在该无人飞行器中，旋翼(11、12、13、14)可转动连接于机身2，这样，请参阅图4，在旋翼(11、12、13、14)转动过程中，可以调整旋翼(11、12、13、14)与水平面的夹角θ，即旋翼的倾斜角，以改变旋翼(11、12、13、14)的排气方向z1，如z1可沿与竖直向上方向y相反的方向、即向下方排气，或沿与第一方向x1相反的方向、即向后方排气，或向后下方排气，从而可改变旋翼(11、12、13、14)工作时对机身2的作用力f的方向，作用力f的方向z2与排气方向z1相反，该作用力f可分解为沿竖直向上方向y的升力f1和沿第一方向x1的推力f2，升力f1可克服重力，让无人飞行器竖直向上起飞，推力f2可让无人飞行器水平向前飞行，且有f1＝fcosθ，f2＝fsinθ。可见，通过改变夹角θ，可改变旋翼对机身2的作用力方向，从而可为无人飞行器在不同的飞行阶段、飞行模式提供不同大小的推力和升力分量。
31.其中，旋翼(11、12、13、14)与水平面的夹角θ的变化范围可以从0
°
到120
°
。具体的，请参阅图5，若θ＝0
°
，则旋翼(11、12、13、14)处于水平姿态、旋翼(11、12、13、14)向正下方排气，f1＝f，f2＝0，旋翼(11、12、13、14)向机身2施加正上方的升力，此升力克服无人飞行器重力g，使无人飞行器垂直向上起飞，此时无人飞行器处于完全的旋翼飞行模式。
32.请参阅图6，若0
°
＜θ＜90
°
，则旋翼(11、12、13、14)处于倾斜姿态、旋翼(11、12、13、14)向后下方排气，f1＝fcosθ，f2＝fsinθ，旋翼(11、12、13、14)向机身2同时施加升力f1和
推力f2，推力f2可推动无人飞行器向前飞行，机身2因此产生升力f0，机身2产生的升力f0和旋翼(11、12、13、14)升力f1之和(f0+f1)共同克服无人飞行器重力g，使无人飞行器既向上飞行、又向前飞行，此时无人飞行器处于兼具旋翼和固定翼的飞行模式。
33.请参阅图7，若θ＝90
°
，则旋翼(11、12、13、14)处于垂直姿态，旋翼(11、12、13、14)向正后方排气，f1＝0，f2＝f，在同等转速下，相比于倾斜姿态，此时旋翼(11、12、13、14)向机身2施加的推力f2达到最大，无人飞行器在推力f2的作用下可获得更大的向前速度，机身2可产生更大的升力f0，f0足以克服无人飞行器重力g，此时无人飞行器处于完全的固定翼飞行模式。
34.可见，所述无人飞行器具有多旋翼以及翼身合一的机身结构，且旋翼(11、12、13、14)可转动连接于机身2，从而可调整旋翼(11、12、13、14)的姿态，使旋翼(11、12、13、14)处于水平姿态、倾斜姿态、垂直姿态，在水平姿态下具有旋翼模式，在倾斜姿态下具有旋翼模式与固定翼模式相结合的模式，在垂直姿态下具有固定翼模式。那么，可以在垂直起降、空中悬停时采用旋翼模式，在远程高速巡航时采用固定翼模式，在低速巡航，以及旋翼模式和固定翼模式转换期间采用旋翼模式与固定翼模式相结合的模式。即所述无人飞行器可按照不同任务采用合适的飞行模式，从而能兼具固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器的性能特点，使无人飞行器可结合固定翼和旋翼的优点，并可克服其缺点。
35.在其中一些实施例中，请参阅图8，各旋翼(11、12、13、14)包括桨叶20、桨叶轴22、马达23和旋翼杆25；在各旋翼(11、12、13、14)中，桨叶20固定于桨叶轴22，桨叶轴22的一端与马达23旋转连接，马达23还固定连接于旋翼杆25，旋翼杆25连接机身2，桨叶轴22的中心轴线垂直于旋翼杆25的中心轴线，旋翼杆25的中心轴线垂直于机身2的纵向剖面abcdef；其中，旋翼杆25用于绕旋翼杆25的中心轴线转动、以改变旋翼(11、12、13、14)与水平面的夹角。
36.各旋翼(11、12、13、14)中包含的桨叶20数量可根据实际需要进行设置，可以为4个、8个、12个、16个、18个、20个或其他一切合适的个数，在此不做限定。通过增加桨叶20的数量有利于在不增加旋翼直径的情况下，充分输出马达23的功率，提升旋翼的排气量，从而提升对机身2的作用力。
37.在本实施例中，旋翼杆25可用于支撑和固定旋翼(11、12、13、14)整体。旋翼杆25的中心轴线垂直于机身2的纵向剖面abcdef，而且旋翼杆25通过绕旋翼杆25的中心轴线转动，以改变旋翼(11、12、13、14)与水平面的夹角，从而改变旋翼(11、12、13、14)的姿态。
38.马达23可以是电动机也可以是液压马达，旋翼杆25内有空腔，可容纳驱动马达23的电路或油路。马达23带动桨叶轴22旋转，进而带动桨叶20旋转，桨叶20旋转工作向z1方向排气，从而产生z2方向的反作用力，该作用力通过旋翼杆25作用于机身2。
39.在其中一些实施例中，请继续参阅图8，各旋翼(11、12、13、14)还包括整流帽21和壳体24；整流帽21固定于桨叶轴22的另一端，桨叶20、整流帽21、桨叶轴22和马达23均置于壳体24内，壳体24固定连接旋翼杆25和马达23。通过设置壳体24，可形成对桨叶20的保护，避免运动中的桨叶20与其他物体触碰而损坏，同时壳体24的内腔形成气流涵道，避免排气方向散乱，有利于提升推进效率。
40.在其中一些实施例中，偶数个旋翼的个数至少为四个，具体的，请参阅图1和图2，偶数个旋翼包括第一旋翼11、第二旋翼12、第三旋翼13和第四旋翼14；第一旋翼11与第三旋
翼13对称布置于机身2的两侧，第二旋翼12与第四旋翼14对称布置于机身2的两侧，第一旋翼11的桨叶20转向和第四旋翼14的桨叶20转向均为第一转向，第二旋翼12的桨叶20转向与第三旋翼13的桨叶20转向均为第二转向，第一转向与第二转向相反。
41.具体的，请参阅图2，第一旋翼11安装于机身2的左前方位置，第二旋翼12安装于机身2的左后方位置，第三旋翼13安装于机身2的右前方位置，第四旋翼14安装于机身2的右后方位置。在本实施例中，通过将处于对角线布置的旋翼的桨叶转向设置为同一方向，处于非对角线布置的旋翼的桨叶转向设置为相反方向、即互为反桨，可抵消旋翼中的桨叶旋转时对机身的扭矩，确保排气方向和作用力方向一致。旋翼的转向、转速指其中桨叶20的转向、转速，若第一转向为顺时针方向，则第二转向为逆时针方向，若第一转向为逆时针方向，则第二转向为顺时针方向，实际应用中，第一转向和第二转向可根据实际需要进行设置，在下文中为方便阐述，以第一转向为顺时针方向、第二转向为逆时针方向进行阐述。
42.在其中一些实施例中，请参阅图1，无人飞行器还包括水平安定面4、两个垂直安定面(3、6)和升降舵5；两个垂直安定面(3、6)设于机身2的第一侧，水平安定面4设于两个垂直安定面(3、6)之间，升降舵5设于水平安定面4。通过设置垂直安定面(3、6)和水平安定面4，可增加无人飞行器直线飞行时姿态的稳定性，免除为保持无人飞行器姿态稳定而对旋翼频繁调控。通过设置升降舵5，可改变无人飞行器的俯仰姿态，即改变飞行器的迎角，使无人飞行器获得所需的气动性能。
43.在其中一些实施例中，请参阅图1，无人飞行器还包括起落架7；起落架7设于机身2的第二侧。其中，如图2所示，起落架7的个数为2个，关于其具体结构可参照现有技术，在此不做限定。在本实施例中，通过设置起落架，可在无人飞行器降落或停留于地面时，支撑无人飞行器稳定停放，避免安装在机身2腹部的设备、仪器触地损坏，且保持一个利于再次垂直起飞的姿态。
44.在其中一些实施例中，机身2还包括机舱盖8；机舱盖8可开合安装于机身2。通过设置可开合的机舱盖8，可利于无人飞行器装载或卸载运输物品。
45.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
46.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种多旋翼且翼身合一无人飞行器，其特征在于，包括：机身和偶数个旋翼；各所述旋翼对称布置于所述机身的两侧，所述机身的纵向剖面为固定翼流线型，且所述机身的纵向剖面的上翼面轮廓线长于下翼面轮廓线；其中，各所述旋翼可转动地连接于所述机身，以调整所述旋翼与水平面的夹角。2.根据权利要求1所述的多旋翼且翼身合一无人飞行器，其特征在于，各所述旋翼包括桨叶、桨叶轴、马达和旋翼杆；在各所述旋翼中，所述桨叶固定于所述桨叶轴，所述桨叶轴的一端与所述马达旋转连接，所述马达还固定连接于所述旋翼杆，所述旋翼杆连接所述机身，所述桨叶轴的中心轴线垂直于所述旋翼杆的中心轴线，所述旋翼杆的中心轴线垂直于所述机身的纵向剖面；其中，所述旋翼杆用于绕所述旋翼杆的中心轴线转动、以改变所述旋翼与水平面的夹角。3.根据权利要求2所述的多旋翼且翼身合一无人飞行器，其特征在于，各所述旋翼还包括整流帽和壳体；所述整流帽固定于所述桨叶轴的另一端，所述桨叶、所述整流帽、所述桨叶轴和所述马达均置于所述壳体内，所述壳体固定连接所述旋翼杆和所述马达。4.根据权利要求2或3所述的多旋翼且翼身合一无人飞行器，其特征在于，所述偶数个旋翼的个数至少为四个，所述偶数个旋翼包括第一旋翼、第二旋翼、第三旋翼和第四旋翼；所述第一旋翼与所述第三旋翼对称布置于所述机身的两侧，所述第二旋翼与所述第四旋翼对称布置于所述机身的两侧，所述第一旋翼的桨叶转向和所述第四旋翼的桨叶转向均为第一转向，所述第二旋翼的桨叶转向与所述第三旋翼的桨叶转向均为第二转向，所述第一转向与所述第二转向相反。5.根据权利要求2或3所述的多旋翼且翼身合一无人飞行器，其特征在于，所述无人飞行器还包括水平安定面、两个垂直安定面和升降舵；所述两个垂直安定面设于所述机身的第一侧，所述水平安定面设于所述两个垂直安定面之间，所述升降舵设于所述水平安定面。6.根据权利要求2或3所述的多旋翼且翼身合一无人飞行器，其特征在于，所述无人飞行器还包括起落架；所述起落架设于所述机身的第二侧。7.根据权利要求5所述的多旋翼且翼身合一无人飞行器，其特征在于，所述机身还包括机舱盖；所述机舱盖可开合安装于所述机身。

技术总结
本实用新型实施例提供一种多旋翼且翼身合一无人飞行器，该无人飞行器包括机身和偶数个旋翼；各旋翼对称布置于机身的两侧，机身的纵向剖面为固定翼流线型，且机身的纵向剖面的上翼面轮廓线长于下翼面轮廓线；其中，各旋翼可转动地连接于机身，以调整旋翼与水平面的夹角。该机身剖面为固定翼流线型，当无人飞行器按第一方向飞行时，机身可产生向上的升力，即该机身具有固定翼的功能，实现了“翼身合一”，且该无人飞行器，可通过调整旋翼与水平面的夹角，使旋翼处于不同的姿态，从而使该无人飞行器兼具旋翼飞行模式与固定翼飞行模式，即可兼具固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器的性能特点。特点。特点。


技术研发人员：韦自力
受保护的技术使用者：广西南方创新科技有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/5/26