倾转矢量长航时无人机

1.本发明涉及的技术领域，尤其是涉及一种倾转矢量长航时无人机。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“uav”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。无人机可分为固定翼无人机、旋翼无人机。
3.一些岛礁岛有人进行守备，需要定期补充物品，而飞机具有快速到达的优势，作为补充物品的首选，但是，一些岛礁岛礁面积都较小，不具备建设可供有人机、中大型固定翼无人机滑行起降的跑道，而旋翼无人机虽然可以垂直起降，但是续航性弱且负载能力低，作为礁岛补给不合适，因此，急需一种滑行起降距离短的无人机。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种倾转矢量长航时无人机。
5.本发明提供的一种倾转矢量长航时无人机采用如下的技术方案：
6.一种倾转矢量长航时无人机，包括：
7.机体，包括机架和驱动机架进行飞行的动力装置，所述动力装置转动配合设置在机架上，所述机体内部设置有用于放置货物的货仓，所述动力装置能被驱动的在设定角度范围内往复转动；
8.推进系统，用于对动力装置提供动力源；
9.控制系统，用于控制动力装置、驱动件和推进系统。
10.可选的，所述动力装置包括螺旋桨、用于驱使螺旋桨转动的电机和倾转舵机，所述机架上设置有支撑架，所述倾转舵机设置在支撑架上，所述倾转舵机的输出端固定设置有转动架，所述电机固定设置在转动架上，所述倾转舵机转动过程中带动设置在转动架上的电机在设定角度范围内转动，所述控制系统用于控制倾转舵机的转动角度以及电机的启停。
11.可选的，所述机架包括机身、位于机身两侧的机翼和设置在机身尾部的尾翼，所述机身包括前机身段和加强机身段，所述货仓设置在前机身段上，所述加强机身段用于承载两侧机翼之间的传力、承载货仓载荷和尾翼与前机身段连接。
12.可选的，所述机翼包括从内向外依次设置的内段机翼、中段机翼和外段机翼，所述机翼的主梁从翼根到翼尖的数量的逐渐减少，所述内段机翼、中段机翼和外段机翼之间可拆卸连接。
13.可选的，所述前机身段和加强机身段之间设置有加强隔框，所述加强隔框包括两个隔板和设置在两个隔板之间的连接部。
14.可选的，所述连接部包括第一连接部和第二连接部，两个所述隔板之间通过第一连接部和第二连接部连接，所述第一连接部上设置有限位槽，所述第二连接部设置有与卡
接到限位槽内的限位块。
15.可选的，位于所述第一连接部和第二连接部的两侧分别设置有支撑梁，两个所述隔板之间通过支撑梁进行传力。
16.可选的，所述内段机翼、中段机翼和外段机翼的连接处设置有销钉，所述内段机翼、中段机翼和外段机翼的连接处开设有连接槽，所述销钉穿设在内段机翼和中段机翼或中段机翼和外段机翼之间的连接处并卡接在连接槽内。
17.可选的，所述推进系统采用油电混合双发推进系统，所述油电混合双发推进系统包括煤油发电机和蓄电池，所述煤油发电机用于对蓄电池进行供电，所述蓄电池用于对动力装置进行供电。
18.可选的，所述尾翼采用v型尾翼设计，所述机翼采用大展弦比上单翼。
19.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
20.1.动力装置能被驱动的在设定角度范围内往复转动，使无人机具有优良的短距起降能力和优良的续航能力；
21.2.为了达到最佳的经济性，该设计方案采用了具有高升阻比的v尾翼身融合体总体气动布局方案。该气动布局降低了无人机的油耗，提高了使用经济性。
附图说明
22.图1是本发明实施例的整体结构示意图。
23.图2是本发明实施例的前机身段、货仓和隔框的爆炸示意图。
24.图3是本发明实施例的隔框结构示意图。
25.图4是本发明实施例的机翼结构示意图。
26.图5是本发明实施例的动力装置结构示意图。
27.图6是本发明实施例的流程框图。
28.图7是本发明实施例的气动布局图。
29.图8是本发明实施例的起飞距离、电机倾转角度和起飞重量的关系图。
30.附图标记说明：1、机体；11、机架；111、机身；1111、前机身段；1112、加强机身段；112、机翼；1121、内段机翼；1122、中段机翼；1123、外段机翼；113、尾翼；12、动力装置；121、螺旋桨；122、电机；123、倾转舵机；13、货仓；2、推进系统；3、控制系统；4、支撑架；5、转动架；6、加强隔框；61、隔板；62、连接部；621、第一连接部；622、第二连接部；7、支撑梁；8、销钉。
具体实施方式
31.以下结合附图1-8对本发明作进一步详细说明。
32.本发明实施例公开一种倾转矢量长航时无人机。
33.参照图1-图8，一种倾转矢量长航时无人机，包括机体1、推进系统2和控制系统3，机体1包括机架11和驱动机架11进行飞行的动力装置12，动力装置12转动配合设置在机架11上，机体1内部设置有用于放置货物的货仓13，动力装置12能被驱动的在设定角度范围内往复转动；推进系统2用于对动力装置12提供动力源；控制系统3用于控制动力装置12、驱动件和推进系统2。
34.机架11包括机身111、位于机身111两侧的机翼112和设置在机身111尾部的尾翼
113，机身111包括前机身段1111和加强机身段1112，前机身111负责放置无人机所需的电子设备，如数传、gps、飞控等所需电子设备，此外货仓13也设置在前机身段1111内，前机身段1111上设置有与货仓13连通的舱盖，方便取放货物。
35.机架11上还设置有降落装置。
36.加强机身段1112用于承载两侧机翼112之间的传力、承载货仓13载荷和尾翼113与前机身段1111连接。
37.前机身段1111和加强机身段1112之间设置有加强隔框6，加强隔框6包括两个隔板61和设置在两个隔板61之间的连接部62。
38.前机身段1111内设置有套杆，连接部62包括第一连接部621和第二连接部622，两个隔板61之间通过第一连接部621和第二连接部622连接，第一连接部621上设置有限位槽，第二连接部622设置有与卡接到限位槽内的限位块，第一连接部621和第二连接部622滑动配合设置在套杆上，第二连接部622滑动使限位块与限位槽卡接，有效避免两个隔板61之间发生偏转。
39.位于第一连接部621和第二连接部622的两侧分别设置有支撑梁7，两个隔板61之间通过支撑梁7进行传力。支撑梁7采用耳片，两个隔板61相互靠近一侧均安装有支撑梁7，为了提高连接的稳定性，在支撑梁7上开设有穿孔，通过螺栓将两侧的支撑梁7进行固定。
40.前机身111加强机身111之间连接采用铝合金特制加强隔框6进行约束，该隔框共三处连接处；中间的第一连接部621和第二连接部622保证了在对接过程中的位置正确，左右两侧的支撑梁7保证了连接后机身111之间的有效传力。
41.机翼112包括从内向外依次设置的内段机翼1121、中段机翼1122和外段机翼1123，机翼112的主梁从翼根到翼尖的数量的逐渐减少，内段机翼1121、中段机翼1122和外段机翼1123之间可拆卸连接。
42.在本实施例中，外段机翼1123设置有三根主梁，中段机翼1122设置有两根主梁，内段机翼1121设置有一根主梁，内段机翼1121固定设置在加强及身段的两侧。
43.内段机翼1121、中段机翼1122和外段机翼1123的连接处设置有销钉8，销钉8的头部外轮廓与机翼112的外轮廓曲线一致。内段机翼1121、中段机翼1122和外段机翼1123的主梁上开设有供销钉8穿过的穿孔，内段机翼1121、中段机翼1122和外段机翼1123的连接处开设有用于容纳销钉8的连接槽，销钉8穿设在内段机翼1121和中段机翼1122或中段机翼1122和外段机翼1123之间的连接处并卡接在连接槽内。
44.上述该种连接方式可以快速便捷的进行拆装，并且降低了无人机整体的重量，缩短起降距离。
45.为了达到最佳的经济性，特别是制造经济性、使用经济性和维护经济性，尾翼113采用v型尾翼113设计，机翼112采用大展弦比上单翼，采用上述结构可以增加无人机航程，选择较低位置布置的尾撑杆可以减少隔框传力，增加机身111容积。
46.v型尾翼113兼有垂尾和平尾的功能。翼面可分为固定的安定面和铰接的舵面两部分，也可做成全动型式。呈v形的两个尾面在俯视和侧视方向都有一定的投影面积，所以能同时起纵向(俯仰)和航向稳定作用。当两边舵面作相同方向偏转时，起升降舵作用；分别作不同方向偏转(差动)时，则起方向舵作用。
47.动力装置12包括螺旋桨121、用于驱使螺旋桨121转动的电机122和倾转舵机123，
机架11上设置有支撑架4，支撑架4内设置有走线孔，倾转舵机123设置在支撑架4上，倾转舵机123的输出端固定设置有转动架5，电机122固定设置在转动架5上，倾转舵机123转动过程中带动设置在转动架5上的电机122在设定角度范围内转动，控制系统3用于控制倾转舵机123的转动角度以及电机122的启停。
48.在本实施例中，电机122采用双天ga2000r。
49.通过倾转舵机123对电机122进行矢量控制，在起飞阶段进行电机122倾转达到缩短起飞距离的作用。
50.可图可知，用起飞距离估算公式可以建立电机122倾转角度与起飞滑跑距离比值的曲线。可知最佳状态下起飞距离可缩减到原本的百分之七十五左右。并且在一定起飞重量和电机122倾转角度范围内，起飞重量越大，起飞距离越短。
51.目前，市面上中小型无人机多采用电机122作为动力源，但受电池影响，电机122得续航时间与飞行距离无法满足此粗设计需求；传统小型燃油机机体1质量较大，采用双发燃油机会导致空机质量超出预计范围；另一种比较常见得动力方式是采用内置燃油机，后用机械传动将燃油机的功率输出至转动结构上，这一种传动方式结构过于复杂，传动结构会给机体1带来额外的质量并且在使用与维护过程中极易发生结构失效。
52.因此，在本实施例中，推进系统2采用油电混合双发推进系统2，油电混合双发推进系统2包括煤油发电机122和蓄电池，煤油发电机122用于对蓄电池进行供电，蓄电池用于对动力装置12进行供电。
53.油电混合推进系统2使用煤油发电机122具有大推力和省油，煤油发电机122将煤油转化为蓄电池的电能再将电能传递给电机122和倾转舵机123进行工作，与传统发工作模式相比，煤油发动机的使用解决了传统电机122续航性不足与燃油机的结构质量大的特点，使得无人机的载货能力提升，具有更短的起飞降落距离。
54.考虑无人机飞行所需升限高于绝大部分小型活塞发动机的正常工作海拔高度，煤油发电机122工作海拔高于常规无人机采用的活塞发动机，并且使用带蓄电池的油电混动系统工作效率更高，使飞机可在高海拔工作。采用煤油发电机122和蓄电池作为动力源也便于布置推进系统2。不仅可以扩展无人机的飞行包线、改善无人机的飞行性能和飞行品质,而且可以提高它的安全性，特有的动力装置12和推进系统2使无人机能够快速达到最大航迹倾角,无人机爬升得更快，起降距离也将大大缩短。
55.控制系统3采用现有技术的无人机控制系统3，包括飞控系统、无线传输系统和中央控制器。飞控系统控制电机122的启停和转速，中央控制器采用单片机及其系统，中央控制器与无线传输系统电连接，控制倾转舵机123通过地面的遥控器电信号通过无线传输系统传输到无人机上的接收机，接收机传输给中央控制器，中央控制器控制倾转舵机123使得电机122角度发生改变。
56.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种倾转矢量长航时无人机，其特征在于：包括：机体(1)，包括机架(11)和驱动机架(11)进行飞行的动力装置(12)，所述动力装置(12)转动配合设置在机架(11)上，所述机体(1)内部设置有用于放置货物的货仓(13)，所述动力装置(12)能被驱动的在设定角度范围内往复转动；推进系统(2)，用于对动力装置(12)提供动力源；控制系统(3)，用于控制动力装置(12)、驱动件和推进系统(2)。2.根据权利要求1所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述动力装置(12)包括螺旋桨(121)、用于驱使螺旋桨(121)转动的电机(122)和倾转舵机(123)，所述机架(11)上设置有支撑架(4)，所述倾转舵机(123)设置在支撑架(4)上，所述倾转舵机(123)的输出端固定设置有转动架(5)，所述电机(122)固定设置在转动架(5)上，所述倾转舵机(123)转动过程中带动设置在转动架(5)上的电机(122)在设定角度范围内转动，所述控制系统(3)用于控制倾转舵机(123)的转动角度以及电机(122)的启停。3.根据权利要求2所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述机架(11)包括机身(111)、位于机身(111)两侧的机翼(112)和设置在机身(111)尾部的尾翼(113)，所述机身(111)包括前机身段(1111)和加强机身段(1112)，所述货仓(13)设置在前机身段(1111)上，所述加强机身段(1112)用于承载两侧机翼(112)之间的传力、承载货仓(13)载荷和尾翼(113)与前机身段(1111)连接。4.根据权利要求3所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述机翼(112)包括从内向外依次设置的内段机翼(1121)、中段机翼(1122)和外段机翼(1123)，所述机翼(112)的主梁从翼根到翼尖的数量的逐渐减少，所述内段机翼(1121)、中段机翼(1122)和外段机翼(1123)之间可拆卸连接。5.根据权利要求4所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述前机身段(1111)和加强机身段(1112)之间设置有加强隔框(6)，所述加强隔框(6)包括两个隔板(61)和设置在两个隔板(61)之间的连接部(62)。6.根据权利要求5所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述连接部(62)包括第一连接部(621)和第二连接部(622)，两个所述隔板(61)之间通过第一连接部(621)和第二连接部(622)连接，所述第一连接部(621)上设置有限位槽，所述第二连接部(622)设置有与卡接到限位槽内的限位块。7.根据权利要求6所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：位于所述第一连接部(621)和第二连接部(622)的两侧分别设置有支撑梁(7)，两个所述隔板(61)之间通过支撑梁(7)进行传力。8.根据权利要求4所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述内段机翼(1121)、中段机翼(1122)和外段机翼(1123)的连接处设置有销钉(8)，所述内段机翼(1121)、中段机翼(1122)和外段机翼(1123)的连接处开设有连接槽，所述销钉(8)穿设在内段机翼(1121)和中段机翼(1122)或中段机翼(1122)和外段机翼(1123)之间的连接处并卡接在连接槽内。9.根据权利要求1所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述推进系统(2)采用油电混合双发推进系统(2)，所述油电混合双发推进系统(2)包括煤油发电机(122)和蓄电池，所述煤油发电机(122)用于对蓄电池进行供电，所述蓄电池用于对动力装置(12)进行供电。
10.根据权利要求3所述的倾转矢量长航时无人机，其特征在于：所述尾翼(113)采用v型尾翼(113)设计，所述机翼(112)采用大展弦比上单翼。

技术总结
本发明公开了一种倾转矢量长航时无人机，包括机体、推进系统和控制系统，机体包括机架和驱动机架进行飞行的动力装置，动力装置转动配合设置在机架上，机体内部设置有用于放置货物的货仓，动力装置能被驱动的在设定角度范围内往复转动；推进系统用于对动力装置提供动力源；控制系统用于控制动力装置、驱动件和推进系统。动力装置能被驱动的在设定角度范围内往复转动，使无人机具有优良的短距起降能力和优良的续航能力。良的续航能力。良的续航能力。


技术研发人员：屈高敏 董彦非 李继广 谭健 邵朋院 王科 梁佳豪 刘程 刘永浩 甘星星 李瑶 樊佳乐
受保护的技术使用者：西安航空学院
技术研发日：2022.12.22
技术公布日：2023/3/27