一种空中集成的倾转双旋翼飞行器

1.本实用新型涉及双旋翼飞行器，尤其涉及一种空中集成的倾转双旋翼飞行器。


背景技术：

2.多旋翼无人机已在航拍、运输、搜救以及桥梁检测等方面得到广泛应用。倾转双旋翼飞行器因具有垂直起降快速前飞，且能耗更少、续航更长等特点，将会受到越来越多的重视。倾转双旋翼无人机通过两副旋翼转速控制和两对倾转角控制，共四个控制变量，就能实现六自由度运动控制。因旋翼数量和结构尺寸限制，倾转双旋翼无人机的飞行载荷较小，所能搭载的机载设备等载荷也不能过多，飞行速度也难于过高。


技术实现要素：

3.实用新型目的：为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种空中集成的倾转双旋翼飞行器。
4.技术方案：一种空中集成的倾转双旋翼飞行器，包括2n架飞行器，n≥1；每架飞行器包括两组电机、两组倾转舵机、机身、两组旋翼、两组倾转机械结构、起落架和设于机身中部的对接机械结构；所述两件电机、两件倾转舵机、两幅旋翼、两件倾转机械结构分别相对于对接机械结构对称分布；所述旋翼、倾转舵机分别与电机连接；电机、倾转舵机分别与倾转机械结构固定连接；倾转机械结构设于机身两侧，起落架设于机身下方；所述任意两架飞行器之间均通过对接机械结构连接，组成沿对接机械结构轴向上下垂直排列的多旋翼飞行器；对接的任意两架飞行器旋翼在水平面上的投影相互垂直；所述每两架飞行器为一组，上方两幅旋翼、下方两幅旋翼分别为一组，每组的两幅旋翼的旋转方向相反。
5.进一步地，所述对接机械结构包括机械爪、对接凸台、固定装置、对接凹槽、机械爪凸台和对接轴；所述对接轴顶端设有对接凸台；所述对接凸台下方一定距离处设有活动连接的多个机械爪，所述机械爪通过固定装置环绕对接轴均匀排列；所述对接轴底端中心处设有对接凹槽；所述对接轴底端设有固定连接的多个机械爪凸台，所述机械爪凸台环绕对接轴均匀排列。
6.进一步地，所述机械爪和机械爪凸台的数量相同，排布位置一一对应。
7.进一步地，所述对接凸台为四棱台结构。
8.进一步地，所述对接凹槽的形状为倒四棱台。
9.进一步地，所述机械爪呈l形。
10.相比于现有技术，本实用新型的有益效果如下：
11.通过对接机械结构，实现多架倾转双旋翼飞行器的空中对接组装集成，可由多个倾转双旋翼飞行器构成一架新构型飞行器；构成的新飞行器既保留了倾转双旋翼无人机的能耗优势、灵活的飞行能力，又提供了空中集成的能力，弥补了单机飞行的缺点。
附图说明
12.图1为本实用新型的结构示意图；
13.图2为对接机械结构的顶部示意图；
14.图3为对接机械结构的底部示意图；
15.图4为对接机械结构处于对接状态示意图；
16.图5为两架空中集成的倾转双旋翼飞行器空中集成示意图。
具体实施方式
17.下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型技术方案做详细说明。
18.如图1所示，本实用新型包括电机1、倾转舵机2、对接机械结构3、机身4、旋翼5、倾转机械结构6、起落架7；两件电机1分别安装于倾转机械结构6的电机座上，驱动旋翼5转动并提供气动力；两件倾转舵机2分别安装于倾转机械结构6的倾转舵机座上，与倾转机械结构6的电机座相连，倾转舵机2转动时可以带动电机1和倾转机械结构6的电机座一起转动，完成倾转动作；对接机械结构3安装于机身4中部，用于类同倾转双旋翼飞行器的对接任务，实现空中集成；两件倾转机械结构6分别安装于机身4左右两侧；倾转机械结构6包括电机座、倾转舵机座、倾转轴、连接支架，用于安装固定倾转舵机2、电机1；旋翼5的数量为两副，机身左右各一副，分别安装于两个电机1上；起落架7安装于机身的下方，结构形式不限，可以是图1所示滑橇形式，只需起稳定着地放置即可。
19.如图2所示为对接机械结构3的顶部示意图，包括机械爪31、对接凸台32、固定装置33，对接轴36；对接轴36顶端设有对接凸台32，对接凸台32为四棱台结构；对接凸台32下方一定距离处设有活动连接的多个机械爪31，机械爪31呈l形，通过固定装置33环绕对接轴36均匀排列；机械爪31可以活动翻转，在未拼接时为张开状态。
20.如图3所示为对接机械结构3的底部示意图，包括对接凹槽34、机械爪凸台35、对接轴36；对接轴36底端中心处设有对接凹槽34，对接凹槽34形状为倒四棱台；所述对接轴36下方固定连接有多个机械爪凸台35，机械爪凸台35环绕对接轴36均匀排列，其数量与机械爪31的数量相同，排布位置一一对应。
21.如图4所示为对接机械结构3处于对接状态示意图。当两架飞行器处于对接状态时，下方飞行器的对接机械结构3顶部与上方飞行器的对接机械结构3底部向连接。下方飞行器的对接凸台32用于与上方飞行器的对接凹槽34配合，起到空中拼接时定位以及拼接完成后固连的作用；下方飞行器的对接轴36上方有多个机械爪31，此时机械爪31处于闭合状态，与上方飞行器的对接凸台35位置对应连接，从而通过两个对接机械结构3连接两架飞行器。
22.如图5所示为两架空中集成的倾转双旋翼飞行器空中集成示意图。当两架飞行器接收到各自的执行任务后，通过对接机械结构3进行连接，其中一架飞行器悬停不动，另一架飞行到其上方，使两架飞行器保持垂直飞行状态，然后缓慢下降，直至下方无人机对接机械结构3的对接凸台32进入到上方无人机对接机械结构3的对接凹槽34中，随后下方无人机的机械爪31向上收拢，通过机械爪凸台35完成固连操作。最后两机的控制律切换，成为一个整机执行飞行任务。
23.本实用新型以倾转双旋翼无人机为例，具体工作原理如下：
24.(一)单机飞行
25.当无人机处于单机飞行模式时，此时升力由两副旋翼5旋转产生，用于克服整机重力，通过改变两副旋翼5的转速以及两个倾转舵机2的倾转角进而改变旋翼升力的大小和方向，实现无人机的六自由度控制。两副旋翼5的旋转方向相反，使左右旋翼的反扭矩互相抵消，有助于无人机航向控制，进而使无人机在此模式下稳定悬停或前飞等飞行；
26.当两副旋翼5转速反向增加或减少时，改变升力的方向，进而实现无人机的滚转运动；当两副旋翼5转速同向增加或减少时，改变升力的大小，进而实现无人机的垂直飞行；当两个倾转舵机2同向增加或减少时，实现无人机的俯仰运动，反向增加或减少时，实现无人机的偏航运动；
27.(二)双机飞行
28.当两架同类无人机上下集成时，通过对接机械结构3进行连接，下方无人机的机械爪31闭合，与上方对接轴36固连，实现两架同类无人机上下集成，飞行控制模式转为组合模式。
29.当同类无人机集成为组合模式时，此时升力由四副旋翼5的旋转产生，用于克服整机重力，通过改变四副旋翼5的转速和四个舵机的倾转角进而改变旋翼5升力的大小和方向，实现无人机的六自由度控制。对接的任意两架飞行器旋翼5在水平面上的投影相互垂直；两架飞行器为一组，上方两幅旋翼)、下方两幅旋翼5分别为一组，每组的两幅旋翼5的旋转方向相反，使两副旋翼5的反扭矩互相抵消，有助于无人机航向控制，进而使无人机在此模式下稳定悬停或前飞等飞行；
30.当四副旋翼5转速同向增加或减少时，改变升力的大小，进而实现无人机的垂直飞行；当上方前后两副旋翼5转速反向增加或减少时，改变升力的方向，进而实现无人机的俯仰运动；当下方左右两副旋翼5转速反向增加或减少时，改变升力的方向，进而实现无人机的滚转运动；当上方前后两个倾转舵机2同向增加或减少时，实现无人机的侧向运动，反向增加或减少时，实现无人机的偏航运动；当下方左右两个倾转舵机2同向增加或减少时，实现无人机的前后运动，反向增加或减少时，实现无人机的偏航运动。
31.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种空中集成的倾转双旋翼飞行器，其特征在于,包括2n架飞行器，n≥1；每架飞行器包括两件电机(1)、两件倾转舵机(2)、机身(4)、两副旋翼(5)、两件倾转机械结构(6)、起落架(7)和设于机身(4)中部的对接机械结构(3)；所述两件电机(1)、两件倾转舵机(2)、两幅旋翼(5)、两件倾转机械结构(6)分别相对于对接机械结构(3)对称分布；所述旋翼(5)、倾转舵机(2)分别与电机(1)连接；电机(1)、倾转舵机(2)分别与倾转机械结构(6)固定连接；倾转机械结构(6)设于机身两侧，起落架(7)设于机身下方；飞行器之间均通过对接机械结构(3)连接，组成沿对接机械结构(3)轴向上下垂直排列的多旋翼飞行器；对接的任意两架飞行器旋翼(5)在水平面上的投影相互垂直；每两架飞行器为一组，上方两幅旋翼(5)、下方两幅旋翼(5)分别为一组，每组的两幅旋翼(5)的旋转方向相反。2.如权利要求1所述的空中集成的倾转双旋翼飞行器，其特征在于：所述对接机械结构(3)包括机械爪(31)、对接凸台(32)、固定装置(33)、对接凹槽(34)、机械爪凸台(35)和对接轴(36)；所述对接轴(36)顶端设有对接凸台(32)；所述对接凸台(32)下方一定距离处设有活动连接的多个机械爪(31)，所述机械爪(31)通过固定装置(33)环绕对接轴(36)均匀排列；所述对接轴(36)底端中心处设有对接凹槽(34)；所述对接轴(36)底端设有固定连接的多个机械爪凸台(35)，所述机械爪凸台(35)环绕对接轴(36)均匀排列。3.如权利要求2所述的空中集成的倾转双旋翼飞行器，其特征在于：所述机械爪(31)和机械爪凸台(35)的数量相同，排布位置一一对应。4.如权利要求2所述的空中集成的倾转双旋翼飞行器，其特征在于：所述对接凸台(32)为四棱台结构。5.如权利要求2所述的空中集成的倾转双旋翼飞行器，其特征在于：所述对接凹槽(34)的形状为倒四棱台。6.如权利要求2所述的空中集成的倾转双旋翼飞行器，其特征在于：所述机械爪(31)呈l形。

技术总结
本实用新型公开了一种空中集成的倾转双旋翼飞行器，包括2N架飞行器，N≥1；每架飞行器包括两组电机、两组倾转舵机、机身、两组旋翼、两组倾转机械结构、起落架和设于机身中部的对接机械结构；所述任意两架飞行器之间均通过对接机械结构连接，组成沿对接机械结构方向上下垂直排列的多旋翼飞行器。本实用新型通过对接机械结构实现多架倾转双旋翼飞行器的空中对接组装集成，构成的新飞行器既保留了倾转双旋翼无人机的能耗优势、灵活的飞行能力，又提供了空中集成的能力，弥补了单机飞行的缺点。弥补了单机飞行的缺点。弥补了单机飞行的缺点。


技术研发人员：刘琨 徐锦法
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.11.04
技术公布日：2023/4/25