具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机的制作方法

1.本发明涉及货运无人机空投技术领域，尤其是涉及具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机。


背景技术：

2.现有货运无人机主要有固定翼无人机和旋翼无人机两种。
3.其中，固定翼无人机主要采用机舱载运方式，物资通过火车、汽车等运输工具运送到货运机场，在机场完成物资装载，由无人机将物资运输到目的机场，卸货后再由车辆将物资转运至物资需求方指定的地点；旋翼无人机主要采用吊/挂装载运输方式，通常用于近距离点到点的物资载运，可以将物资从集散点直接载运至收货地点。在实际货运场景中，固定翼无人机主要用于较大载重量的长距离运输，旋翼无人机主要用于较小载重量的短途运输。现有两种无人机的性能和物资装卸方式较大差异，两者在实际使用中都存在一些问题和不足。具体包括：1.较大载重量的固定翼无人机需要较大的专用机场解决起降和物资装卸问题；2.固定翼无人机货舱装卸物资需要从舱门进出，装卸周期较长，装卸过程比较复杂；3.现有的固定翼货运无人机空投物资基本采用伞降方式，伞降方式中物资在空中飘飞时间较长，当天气、地形、植被条件较差时，会对空投精度有较大的影响，易造成空投任务失败；4.旋翼无人机支持点对点直接起降载运物资，其飞行原理决定了不仅是升力的获得，而且飞行姿态和方向的调整都需要靠旋翼完成，飞行能耗较大，在吊装或挂装货物后，其气动外形和飞机重心发生明显改变，加剧了能源消耗，进一步降低飞行性能，其飞行时间、航程和载重量受到严重限制。因此旋翼无人机仅适合短距离小批量物资载运。


技术实现要素：

4.为了解决上述货运无人机的技术问题，本发明提供具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机。采用如下的技术方案：具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，包括货舱舱体、前部机身和机尾、起落架组件、气动结构、集装载具、动力组件和控制系统，所述货舱舱体的侧面和底部是敞开式结构，货舱舱体内壁顶部设有随组式挂点矩阵，所述随组式挂点矩阵设有航空挂钩，所述前部机身安装在货舱舱体的前端，所述机尾安装在货舱舱体的后端，所述起落架组件安装在前部机身和货舱舱体的底部，所述气动结构安装在货舱舱体的两侧，所述集装载具挂载在货舱舱体的顶部内壁上，所述集装载具挂载在航空挂钩上，所述动力组件设置在前部机身端部，所述控制系统用于控制起落架组件和动力组件各个执行器的执行动作。
5.通过上述技术方案，敞开式中空结构货运无人机采用了具备敞开式结构的货舱舱体，敞开式中空结构是指货舱舱体没有传统意义上的封闭式货舱，其挂载物资的空间是敞
开式的中空结构，没有侧壁和底板，只使用框架结构保证飞机的结构强度，从而便于从底部挂载或空投物资；集装载具是指模块化设计的一种可用于直接空投物资的集装箱，此种集装箱采用顶挂方式挂装在与航空挂钩挂装点完全兼容的挂装机构上，便于在不能机降时直接空投物资。此种集装箱具备减速和缓冲装置，在一定的高度和速度内直接从飞机上空投时，能够在不使用降落伞的情况下保证物资完好着陆。同时，此种集装箱也支持伞降空投。
6.可选的，所述货舱舱体包括货舱舱体上部承力结构、货舱舱体侧立面框架和货舱舱体底部框架，所述货舱舱体上部承力结构的底面上设有集装载具挂梁，所述货舱舱体侧立面框架固定在货舱舱体上部承力结构上，所述货舱舱体底部框架固定在货舱舱体侧立面框架的底面上。
7.可选的，所述货舱舱体侧立面框架和货舱舱体底部框架分别与前部机身和机尾连接固定，且连接部位均设有货舱舱体加强筋。
8.通过上述技术方案，货舱舱体侧立面框架和货舱舱体底部框架与前部机身和机尾的对应部位连接固定，其前后立面均有加强筋，货舱舱体上部承力结构与前部机身、机尾和气动组件刚性连接，上述组件共同形成牢固的机身承力结构，保证货运无人机起降和飞行过程中机身有足够的结构强度。
9.可选的，所述起落架组件包括前起落架和主起落架，所述前起落架设置在前部机身的底部，所述主起落架设置在货舱舱体的底部。
10.通过上述技术方案，前起落架和主起落架的传统起落架结构设置，在为货运无人机的起降提供支撑的同时，也可为货运无人机的自动装载货物提供定位。
11.可选的，所述气动结构包括主机翼结构、水平尾翼结构、垂直尾翼结构和蒙皮结构，所述主机翼结构分别固定在货舱舱体顶部的两侧，所述水平尾翼结构分别固定在机尾的两侧，所述垂直尾翼结构固定在机尾的上表面，所述蒙皮结构包括货舱舱体左侧立面蒙皮、货舱舱体右侧立面蒙皮和货舱舱体可拆卸底面蒙皮，所述货舱舱体左侧立面蒙皮和货舱舱体右侧立面蒙皮分别可拆卸式扣装在货舱舱体侧立面框架的两侧，所述货舱舱体可拆卸底面蒙皮可拆卸式安装在货舱舱体底部框架处，并可在执行空投任务时直接抛弃。
12.通过上述技术方案，主机翼结构和尾翼结构为货运无人机提传统的气动布局，为获得更好的气动外形，敞开式中空结构的货舱舱体也可根据需要加装货舱舱体左侧立面蒙皮、货舱舱体右侧立面蒙皮和货舱舱体可拆卸底面蒙皮，蒙皮采用扣装式结构，便于拆卸。
13.可选的，随组式挂点矩阵包括集装载具挂梁、航空挂钩和集装载具止摆助推器，所述集装载具挂梁固定安装在货舱舱体上部承力结构的下底面，所述航空挂钩安装在集装载具挂梁的下表面，所述集装载具止摆助推器的上端部安装在集装载具挂梁的下表面，集装载具止摆助推器的下端部抵住集装载具的上表面，当启动集装载具止摆助推器时，将集装载具推出货舱舱体。
14.可选的，所述集装载具止摆助推器包括气动推杆、防摆止动杆和一对防摆支座，所述气动推杆的一端连接在货舱舱体上部承力结构的下底面，所述防摆止动杆的上表面连接在气动推杆的另一端，且防摆止动杆与集装载具挂梁交叉布置，一对防摆支座分别设置在防摆止动杆两端的下表面，且对称位于集装载具挂梁的两侧，集装载具的上表面设有防摆止动凹槽，一对防摆支座分别抵在防摆止动凹槽处。
15.通过上述技术方案，敞开式中空结构的货舱舱体安装有随组式挂点矩阵，随组式挂点矩阵位于货舱舱体上部承力结构的下底面，由集装载具挂梁、航空挂钩、集装载具止摆助推器组成。航空挂钩规格与相应重量的航空炸弹完全一致，可适应不同规格的机载集装化载具、伞降集装载具、直接空投集装载具、自主滑降集装载具或符合挂点规格的其他载荷；标准规格的集装载具挂梁一般情况下固定安装在货舱舱体上部承力结构上，如需挂装特殊规格的物资，可以在承力结构上安装专用挂梁；集装载具止摆助推器在执行普通载运任务时，只起到防止集装箱左右摆动的作用，在执行空投任务时，航空挂钩解锁的状态下，气动推杆动作，从而防摆止动杆带动一对防摆支座向下推动空投集装箱，使其迅速脱离无人机，避免发生碰撞，提高货运无人机飞行安全。
16.可选的，所述动力组件包括螺旋桨和发动机，所述螺旋桨安装在前部机身的端部，所述发动机固定安装在前部机身的内部，并与螺旋桨传动连接。
17.通过上述技术方案，货运无人机采用单发涡轮螺旋桨发动机的动力布置，在满足货运无人机的动力需求情况下，尽可能地减少体积和重量。
18.可选的，所述控制系统包括飞控系统、电力油料系统、定位导航系统、通信系统、ads-b主动监视系统和传感器模组，所述电力油料系统、定位导航系统、通信系统、ads-b主动监视系统和传感器模组分别与飞控系统通信连接，所述飞控系统分别控制各个执行器的执行动作。
19.通过上述技术方案，前部机身和机尾均采用传统方式布局，主要安装发动机、电力油料系统、定位导航系统、飞控系统、通信系统、ads-b主动监视系统、传感器模组等设备设施，满足货运无人机的操控需求。
20.综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：本发明提供具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，敞开式中空结构货舱舱体采用无底板设计，便于物资挂装和空投；货舱舱体顶部采用挂点矩阵随需加装挂钩挂梁设计，使货舱广泛适应不同规格的载具；既可搭载普通伞降集装箱，也可搭载用于直接空投的模块化空投集装载具，使固定翼无人机同时具备伞降物资和不使用降落伞快速空投物资的能力；飞机支持安装基于移动通信的ads-b主动监视系统，便于空管部门掌握飞机实时位置。
附图说明
21.图1是本发明结构示意图；图2是本发明集装式载具箱装载状态示意图；图3是本发明气动结构示意图；图4是本发明货舱舱体的框架结构图；图5是本发明的随组式挂点矩阵结构示意图；图6是本发明的集装载具止摆助推器结构示意图；图7是本发明的货舱舱体上部承力结构示意图。
22.附图标记说明：1、螺旋桨；2、前部机身；3、敞开式中空货舱舱体；4、机尾；5、前起落架；6、主起落架；71、主机翼结构；72、水平尾翼结构；73垂直尾翼结构；8、集装式载具箱；9、货舱舱体左侧立面蒙皮；10、货舱舱体右侧立面蒙皮；11、货舱舱体可拆卸底面；12、货舱舱
体上部承力结构；13、集装载具挂梁；14、航空挂钩；15、集装箱止摆助推器；151、气动推杆；152、防摆止动杆；153、防摆支座；16、货舱舱体侧立面框架；17、货舱舱体底部框架；18、货舱舱体加强筋。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
24.本发明实施例公开具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机。
25.参照图1-图7，具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，包括货舱舱体3、前部机身2和机尾4、起落架组件、气动结构、集装载具8、动力组件和控制系统，货舱舱体3的侧面和底部是敞开式结构，货舱舱体3内壁顶部设有随组式挂点矩阵，随组式挂点矩阵设有航空挂钩14，前部机身2安装在货舱舱体3的前端，机尾4安装在货舱舱体3的后端，起落架组件安装在前部机身2和货舱舱体3的底部，气动结构安装在货舱舱体3的两侧和机尾4的两侧及上表面，集装载具挂载在货舱舱体3的顶部内壁上，集装载具8挂载在航空挂钩14上，动力组件设置在前部机身2端部，控制系统用于控制起落架组件和动力组件各个执行器的执行动作。
26.敞开式中空结构货运无人机采用了具备敞开式结构的货舱舱体3，敞开式中空结构是指货舱舱体3没有传统意义上的封闭式货舱，其挂载物资的空间是敞开式的中空结构，没有侧壁和底板，只使用框架结构保证飞机的结构强度，从而便于从底部挂载或空投物资；集装载具8是指模块化设计的一种可用于直接空投物资的集装箱，此种集装箱采用顶挂方式挂装在与航空挂钩14挂装点完全兼容的挂装机构上，便于在不能机降时直接空投物资。此种集装箱具备减速和缓冲装置，在一定的高度和速度内直接从飞机上空投时，能够在不使用降落伞的情况下保证物资完好着陆。同时，此种集装箱也支持伞降空投。
27.货舱舱体3包括货舱舱体上部承力结构12、货舱舱体侧立面框架16和货舱舱体底部框架17，货舱舱体上部承力结构12的底面上设有集装载具挂梁13，货舱舱体侧立面框架16固定在货舱舱体上部承力结构12上，货舱舱体底部框架17固定在货舱舱体侧立面框架16的底面上。
28.货舱舱体侧立面框架16和货舱舱体底部框架17分别与前部机身2和机尾4连接固定，且连接部位均设有货舱舱体加强筋18。
29.货舱舱体侧立面框架16和货舱舱体底部框架17与前部机身2和机尾4的对应部位连接固定，其前后立面均有加强筋18，货舱舱体上部承力结构12与前部机身2、机尾4和气动组件刚性连接，上述组件共同形成牢固的机身承力结构，保证货运无人机起降和飞行过程中机身有足够的结构强度。
30.起落架组件包括前起落架5和主起落架6，前起落架5设置在前部机身2的底部，主起落架6设置在货舱舱体3的底部。
31.前起落架5和主起落架6的传统起落架结构设置，在为货运无人机的起降提供支撑的同时，也可为货运无人机的自动装载货物提供定位。
32.气动结构包括主机翼结构71、水平尾翼结构72、垂直尾翼结构73和蒙皮结构，主机翼结构71分别固定在货舱舱体3顶部的两侧，水平尾翼结构72分别固定在机尾4的两侧，垂直尾翼结构73固定在机尾的上表面，蒙皮结构包括货舱舱体左侧立面蒙皮9、货舱舱体右侧
立面蒙皮10和货舱舱体可拆卸底面蒙皮11，货舱舱体左侧立面蒙皮9和货舱舱体右侧立面蒙皮10分别可拆卸式扣装在货舱舱体侧立面框架16的两侧，货舱舱体可拆卸底面蒙皮11可拆卸式安装在货舱舱体底部框架17处。
33.主机翼结构71、水平尾翼结构72和垂直尾翼结构73为货运无人机提传统的气动布局，为获得更好的气动外形，敞开式中空结构的货舱舱体3也可根据需要加装货舱舱体左侧立面蒙皮9、货舱舱体右侧立面蒙皮10和货舱舱体可拆卸底面蒙皮11，蒙皮采用扣装式结构，便于拆卸。
34.随组式挂点矩阵包括集装载具挂梁13、航空挂钩14和集装载具止摆助推器15，集装载具挂梁13固定安装在货舱舱体上部承力结构12的下底面，航空挂钩14安装在集装载具挂梁13的下表面，集装载具止摆助推器15的上端部安装在集装载具挂梁13的下表面，集装载具止摆助推器15的下端部抵住集装载具8的上表面，当启动集装载具止摆助推器15时，将集装载具8推出货舱舱体3。
35.集装载具止摆助推器15包括气动推杆151、防摆止动杆152和一对防摆支座153，气动推杆151的一端连接在货舱舱体上部承力结构12的下底面，防摆止动杆152的上表面连接在气动推杆151的另一端，且防摆止动杆152与集装载具挂梁13交叉布置，一对防摆支座153分别设置在防摆止动杆152两端的下表面，且对称位于集装载具挂梁13的两侧，集装载具8的上表面设有防摆止动凹槽，一对防摆支座153分别抵在防摆止动凹槽处。
36.敞开式中空结构的货舱舱体3安装有随组式挂点矩阵，随组式挂点矩阵位于货舱舱体上部承力结构12的下底面，由集装载具挂梁13、航空挂钩14、集装载具止摆助推器15组成。航空挂钩14规格与相应重量的航空炸弹完全一致，可适应不同规格的机载集装化载具、伞降集装载具、直接空投集装载具、自主滑降集装载具或符合挂点规格的其他载荷；标准规格的集装载具挂梁13一般情况下固定安装在货舱舱体上部承力结构12上，如需挂装特殊规格的物资，可以在承力结构上安装专用挂梁；集装载具止摆助推器15在执行普通载运任务时，只起到防止集装箱左右摆动的作用，在执行空投任务时，航空挂钩解锁的状态下，气动推杆151动作，从而防摆止动杆152带动一对防摆支座153向下推动空投集装箱，使其迅速脱离无人机，避免发生碰撞，提高货运无人机飞行安全。
37.动力组件包括螺旋桨1和发动机，螺旋桨1安装在前部机身2的端部，发动机固定安装在前部机身2的内部，并与螺旋桨1传动连接。
38.货运无人机采用单发涡轮螺旋桨发动机的动力布置，在满足货运无人机的动力需求情况下，尽可能地减少体积和重量。
39.控制系统包括飞控系统、电力油料系统、定位导航系统、通信系统、ads-b主动监视系统和传感器模组，电力油料系统、定位导航系统、通信系统、ads-b主动监视系统和传感器模组分别与飞控系统通信连接，飞控系统分别控制各个执行器的执行动作。
40.前部机身2和机尾4均采用传统方式布局，主要安装发动机、电力油料系统、定位导航系统、飞控系统、通信系统、ads-b主动监视系统、传感器模组等设备设施，满足货运无人机的操控需求。
41.本发明具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机具体实施原理：在没有降落条件的场景，货运飞机根据预设指令或远程操控指令直接空投货舱舱体3中集装载具8内物资，集装载具8可使用伞降、自主滑降或超低空直接空投的方式投送。
其中，伞降投送与传统方法基本一致，区别仅在于集装载具8是通过解锁航空挂钩14的状态下，气动推杆151动作，从而防摆止动杆152带动一对防摆支座153向下推动集装载具8，使其迅速脱离无人机，避免发生碰撞，提高货运无人机飞行安全。集装载具8从敞开式中空结构的货舱舱体3下方投送，而非从机尾舱门滑出投送；自主滑降或超低空直接空投是在货运飞机到达投送地点上空或上空附近，解锁航空挂钩14同时气动推杆151动作，防摆止动杆152带动一对防摆支座153向下推动集装载具8，辅助集装载具8迅速离开货运无飞机，具备自主滑降载结构的集装载具8可以按预定坐标飞往投送地点，而直接空投结构的集装载具8则从50-70米的高度直接落地，落地过程中通过集装载具8自带的减速和缓冲装置保证货物安全完好。
42.以上均为本发明的较佳实施例，并非以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.具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：包括货舱舱体（3）、前部机身（2）和机尾（4）、起落架组件、气动结构、集装载具（8）、动力组件和控制系统，所述货舱舱体（3）的侧面和底部是敞开式结构，货舱舱体（3）内壁顶部设有随组式挂点矩阵，所述随组式挂点矩阵设有航空挂钩（14），所述前部机身（2）安装在货舱舱体（3）的前端，所述机尾（4）安装在货舱舱体（3）的后端，所述起落架组件安装在前部机身（2）和货舱舱体（3）的底部，所述气动结构安装在货舱舱体（3）的两侧，所述集装载具挂载在货舱舱体（3）的顶部内壁上，所述集装载具（8）挂载在航空挂钩（14）上，所述动力组件设置在前部机身（2）端部，所述控制系统用于控制起落架组件和动力组件各个执行器的执行动作。2.根据权利要求1所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：所述货舱舱体（3）包括货舱舱体上部承力结构（12）、货舱舱体侧立面框架（16）和货舱舱体底部框架（17），所述货舱舱体上部承力结构（12）的底面上设有集装载具挂梁（13），所述货舱舱体侧立面框架（16）固定在货舱舱体上部承力结构（12）上，所述货舱舱体底部框架（17）固定在货舱舱体侧立面框架（16）的底面上。3.根据权利要求2所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：所述货舱舱体侧立面框架（16）和货舱舱体底部框架（17）分别与前部机身（2）和机尾（4）连接固定，且连接部位均设有货舱舱体加强筋（18）。4.根据权利要求1所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：所述起落架组件包括前起落架（5）和主起落架（6），所述前起落架（5）设置在前部机身（2）的底部，所述主起落架（6）设置在货舱舱体（3）的底部。5.根据权利要求1所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：所述气动结构包括主机翼结构（71）、水平尾翼结构（72）、垂直尾翼结构（73）和蒙皮结构，所述主机翼结构（71）分别固定在货舱舱体（3）顶部的两侧，所述水平尾翼结构（72）分别固定在机尾（4）的两侧，所述垂直尾翼结构（73）固定在机尾（4）的上表面，所述蒙皮结构包括货舱舱体左侧立面蒙皮（9）、货舱舱体右侧立面蒙皮（10）和货舱舱体可拆卸底面蒙皮（11），所述货舱舱体左侧立面蒙皮（9）和货舱舱体右侧立面蒙皮（10）分别可拆卸式扣装在货舱舱体侧立面框架（16）的两侧，所述货舱舱体可拆卸底面蒙皮（11）可拆卸式安装在货舱舱体底部框架（17）处，并可在执行空投任务时直接抛弃。6.根据权利要求2所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：随组式挂点矩阵包括集装载具挂梁（13）、航空挂钩（14）和集装载具止摆助推器（15），所述集装载具挂梁（13）固定安装在货舱舱体上部承力结构（12）的下底面，所述航空挂钩（14）安装在集装载具挂梁（13）的下表面，所述集装载具止摆助推器（15）的上端部安装在集装载具挂梁（13）的下表面，集装载具止摆助推器（15）的下端部抵住集装载具（8）的上表面，当启动集装载具止摆助推器（15）时，将集装载具（8）推出货舱舱体（3）。7.根据权利要求6所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：所述集装载具止摆助推器（15）包括气动推杆（151）、防摆止动杆（152）和一对防摆支座（153），所述气动推杆（151）的一端连接在货舱舱体上部承力结构（12）的下底面，所述防摆止动杆（152）的上表面连接在气动推杆（151）的另一端，且防摆止动杆（152）与集装载具挂梁（13）交叉布置，一对防摆支座（153）分别设置在防摆止动杆（152）两端的下表面，且对称位于集装载具挂梁（13）的两侧，集装载具（8）的上表面设有防摆止动凹槽，一对防摆支座
（153）分别抵在防摆止动凹槽处。8.根据权利要求1所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：所述动力组件包括螺旋桨（1）和发动机，所述螺旋桨（1）安装在前部机身（2）的端部，所述发动机固定安装在前部机身（2）的内部，并与螺旋桨（1）传动连接。9.根据权利要求1所述的具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，其特征在于：所述控制系统包括飞控系统、电力油料系统、定位导航系统、通信系统、ads-b主动监视系统和传感器模组，所述电力油料系统、定位导航系统、通信系统、ads-b主动监视系统和传感器模组分别与飞控系统通信连接，所述飞控系统分别控制各个执行器的执行动作。

技术总结
本发明公开具备集装空投能力的敞开式中空结构货运无人机，涉及货运无人机空投技术领域，包括货舱舱体、前部机身和机尾、起落架组件、气动结构、集装载具、动力组件和控制系统，所述货舱舱体的侧面和底部是敞开式结构，货舱舱体内壁顶部设有随组式挂点矩阵。本发明敞开式中空结构货舱舱体采用无底板设计，便于物资挂装和空投；货舱舱体顶部采用挂点矩阵随需加装挂钩挂梁设计，使货舱广泛适应不同规格的载具；既可搭载普通伞降集装箱，也可搭载用于直接空投的模块化空投集装载具，使固定翼无人机同时具备伞降物资和不使用降落伞快速空投物资的能力；飞机支持安装基于移动通信的ADS-B主动监视系统，便于空管部门掌握飞机实时位置。置。置。


技术研发人员：储瑞忠 周建华 朱帅聿 杨斌 樊福辉 曾娅红 张舰远 朱莹 朱薇 史博阳 游超 侯思雷 蒋博 刘明 刘汐木
受保护的技术使用者：北京瀚科智翔科技发展有限公司
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/3/27