一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置及垂直起降固定翼无人机制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无人机技术领域，尤其是一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置及垂直起降固定翼无人机。它包括固定地装设于无人机的尾端上的固定舵机、轴连于固定舵机上的转动舵机、轴连于转动舵机上的螺旋桨发动机及套装于螺旋桨发动机的输出轴上的螺旋桨；固定舵机驱动转动舵机作上下旋转运动，转动舵机驱动螺旋桨发动机作左右旋转运动，螺旋桨发动机驱动螺旋桨作旋转运动。本发明专利技术利用固定舵机、转动舵机、螺旋桨发动机及螺旋桨之间的驱动及结构关系，可形成双轴万向的驱动效果，以最终使螺旋桨的转动状态能够在多个方向及平面内进行，为实现飞机的高空悬停、水平推送、各种角度的转向等等提供了条件，有效地扩大了无人机变向的范围，为无人机的飞行姿态的变换提供了有力的保障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机
，尤其是一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置以及基于此变向装置所形成的垂直起降固定翼无人机。
技术介绍
无人机是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操控的不载人飞行器，因其所具有的机动灵活、反应快速、无人飞行和操作要求低等优点而被被广泛应用于航拍、农业植保、灾难救援、地质测绘、新闻报道、电力巡检、影视拍摄、军事侦察等诸多领域。目前，推力变向技术在无人机的飞行姿态调整以及飞行高度调整的过程中起到至关重要的作用。传统意义上的推力变向技术一般是指发动机推力通过喷管或尾喷流的偏转产生的推力分量来替代原飞机的操纵面或增强飞机的操纵功能，对飞机的飞行进行实时控制的技术，可以有效提高飞机的操纵能力，从而能减小飞机的气动舵面，增强飞机的综合飞行性能；但鉴于无人机本身的结构性和功能性，现有的无人机主要是依靠对螺旋桨的控制来实现推力的变向功能，即：通过控制发动机使其推力产生纵向或横向的偏转，从而对无人机产生附加的推力分量和附加推力力矩，以实现对飞机的推力偏转，进而使飞机获得额外的控制能力，实现飞行姿态及飞行高度的调整控制。然而，由于现有的螺旋桨推力变向机构在结构的设计上仍然存在一定的不足，导致螺旋桨变向存在灵活性较差、方向变化的范围小、变向过程稳定性差等诸多问题；同时，现有的螺旋桨变向机构还存在本身结构相对复杂、结构部件布置不合理、实现困难等等缺陷。再者，现有的无人机通常被划分为固定翼无人机与旋转翼无人机两种；其中，旋转翼无人机主要依靠引擎使旋转翼绕自身轴线自转，旋转翼自转时与空气产生相对运动获得升力，但是由于旋转翼提供的主要是升力，旋转翼无人机获得的平行于机身轴线的水平推力较小，所以水平飞行速度较慢。而固定翼无人机则主要是依靠引擎推动，引擎驱动产生平行于机身轴线的水平推力，使无人机可以在空中高速飞行，但是由于引擎不能产生垂直于机身轴线的升力，所以固定翼无人机只能通过固定翼与空气间的相对运动来获得升力，以克服固定翼无人机的重力，升力的大小和固定翼与空气间的相对运动速度存在正相关关系，相对运动速度越大，固定翼无人机所获得的升力也越大；从而使得固定翼无人机主要存在着以下两个缺点：一、起飞时需要较长的跑道才能使固定翼无人机获得足够的水平速度，以使固定翼无人机获得足够的升力起飞；二、固定翼无人机在起飞后需要保持足够的飞行速度才能获得足够的升力以克服自身的重力。基于此，目前的无人机要么水平飞行速度较慢，要么需要依赖长跑道且起飞后需要保持足够的飞行速度。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的一个目的在于提供一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置；本专利技术的另一个目的在于提供一种基于此变向装置所形成的垂直起降固定翼无人机。为了实现上述目的，本专利技术采用的第一个技术方案为：一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，它包括固定地装设于无人机的尾端上的固定舵机、轴连于固定舵机上的转动舵机、轴连于转动舵机上的螺旋桨发动机以及套装于螺旋桨发动机的输出轴上的螺旋桨；所述固定舵机驱动转动舵机相对于固定舵机在Y-Z轴平面内作上下旋转运动，所述转动舵机驱动螺旋桨发动机相对于转动舵机在上X-Y轴平面内作左右旋转运动，所述螺旋桨发动机驱动螺旋桨以螺旋桨发动机的中心轴为中轴线作旋转运动。优选地，所述固定舵机包括固定地装设于无人机的尾端上的第一舵机基座和固定地装设于第一舵机基座上的第一矢量马达，所述第一矢量马达的输出轴沿X轴方向布置，且第一矢量马达的输出轴的中心线位于第一舵机基座的中部区域内；所述转动舵机的底面上且沿X轴方向对称地设置有两个第一旋臂，两个所述第一旋臂的末端均轴连于第一舵机基座下部区域内且分别位于第一矢量马达的左侧和右侧，所述第一矢量马达的输出轴上套接有第一主动摆臂，所述转动舵机的中部区域轴连有第一衔接摆臂，所述第一主动摆臂的头端与第一衔接摆臂的末端相轴连；所述第一矢量马达通过第一主动摆臂和第一衔接摆臂驱动转动舵机以两个第一旋臂的末端之间的连接线为旋转轴线在Y-Z轴平面内相对于第一舵机基座作由上至下或由下至上的旋转运动。优选地，所述第一舵机基座沿X轴方向的截面形状为“U”形，所述第一矢量马达固定地装设于第一舵机基座的底板上，两个所述第一旋臂位于第一舵机基座的两个相对侧板之间且每个所述第一旋臂均通过一枢转轴与对应的第一舵机基座的侧板相连。优选地，所述第一主动摆臂的套孔内壁上环周且均匀地设置有若干条防滑齿条。优选地，所述第一主动摆臂的头端形成有两个相对分布的第一轴板，所述第一衔接摆臂的末端夹持于两个第一轴板之间并通过一连接轴与第一轴板相连。优选地，所述转动舵机包括第二舵机基座和固定地装设于第二舵机基座的底面上的第二矢量马达，两个所述第一旋臂由第二舵机基座的底面的左右两侧朝第一舵机基座的方向作延伸后成型，所述第二矢量马达的输出轴沿Y轴方向布置，所述第二舵机基座的下部区域且沿X轴方向开设有一限位条口，所述第二矢量马达的输出轴位于限位条口的中部区域内；所述螺旋桨发动机的底面上且位于限位条口的上下两侧对称地设置有两个第二旋臂，所述第二舵机基座的顶面上且与每个第二旋臂相对应的位置均形成有一与对应的第二旋臂相轴连的支撑臂，所述第二矢量马达的输出轴上套接有第二主动摆臂，所述螺旋桨发动机的偏心区域轴连有第二衔接摆臂，所述第二主动摆臂的头端与第二衔接摆臂的末端相轴连；所述第二矢量马达通过第二主动摆臂和第二衔接摆臂驱动螺旋桨发动机以两个第二旋臂的末端之间的连接线为旋转轴线在X-Y平面内相对于第二舵机基座作由左至右或由右至左的旋转运动。优选地，所述第二主动摆臂的套孔内壁上环周且均匀地设置有若干条防滑齿条。优选地，所述第二主动摆臂的头端形成有两个相对分布的第二轴板，所述第二衔接摆臂的末端夹持于两个第二轴板之间并通过一连接轴与第二轴板相连。优选地，所述螺旋桨发动机包括发动机本体以及固定地装设于发动机本体的底面上的发动机基座，两个所述第二旋臂均形成于发动机基座的底面上，且所述发动机基座的底面上还对称地设置有两个用于夹持第二衔接摆臂的头端并与第二衔接摆臂的头端相轴连的第二轴板，两个所述第二轴板与两个第二旋臂以发动机本体的中轴线为中心呈三角形分布，所述螺旋桨套装于发动机本体的输出轴上。本专利技术采用的第二个技术方案为：一种垂直起降固定翼无人机，它包括机身和固定于机身上并相对于机身的长度方向呈对称分布的两个机翼，每个所述机翼上均装设有垂直动力螺旋桨，所述机身的尾端装设有一上述的一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置；所述垂直动力螺旋桨包括沿Z轴方向固定于机翼的前端侧的悬梁、装设于悬梁的前端的固定座、沿Y轴方向座设于固定座上的升降马达以及装设于升降马达的输出轴上并以升降马达的中心轴为转轴在X-Z轴平面内作旋转运动的升降螺旋桨。由于采用了上述方案，本专利技术利用固定舵机、转动舵机、螺旋桨发动机及螺旋桨之间的驱动及结构关系，可形成双轴万向的驱动效果，以最终使螺旋桨的转动状态能够在多个方向及平面内进行，为实现飞机的高空悬停、水平推送、各种角度的转向等等提供了条件，有效地扩大了无人机变向的范围，为无人机的飞行姿态的变换提供了有力的保障；其结构简单紧凑、控制精度及稳定性高、灵活性强，具有很强的实际应用价值和市场推广价值。同时，由变向装置所形成的固定翼无人机则不但可以实现垂直起降、空中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，其特征在于：它包括固定地装设于无人机的尾端上的固定舵机、轴连于固定舵机上的转动舵机、轴连于转动舵机上的螺旋桨发动机以及套装于螺旋桨发动机的输出轴上的螺旋桨；所述固定舵机驱动转动舵机相对于固定舵机在Y‑Z轴平面内作上下旋转运动，所述转动舵机驱动螺旋桨发动机相对于转动舵机在上X‑Y轴平面内作左右旋转运动，所述螺旋桨发动机驱动螺旋桨以螺旋桨发动机的中心轴为中轴线作旋转运动。

【技术特征摘要】
1.一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，其特征在于：它包括固定地装设于无人机的尾端上的固定舵机、轴连于固定舵机上的转动舵机、轴连于转动舵机上的螺旋桨发动机以及套装于螺旋桨发动机的输出轴上的螺旋桨；所述固定舵机驱动转动舵机相对于固定舵机在Y-Z轴平面内作上下旋转运动，所述转动舵机驱动螺旋桨发动机相对于转动舵机在上X-Y轴平面内作左右旋转运动，所述螺旋桨发动机驱动螺旋桨以螺旋桨发动机的中心轴为中轴线作旋转运动。2.如权利要求1所述的一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，其特征在于：所述固定舵机包括固定地装设于无人机的尾端上的第一舵机基座和固定地装设于第一舵机基座上的第一矢量马达，所述第一矢量马达的输出轴沿X轴方向布置，且第一矢量马达的输出轴的中心线位于第一舵机基座的中部区域内；所述转动舵机的底面上且沿X轴方向对称地设置有两个第一旋臂，两个所述第一旋臂的末端均轴连于第一舵机基座下部区域内且分别位于第一矢量马达的左侧和右侧，所述第一矢量马达的输出轴上套接有第一主动摆臂，所述转动舵机的中部区域轴连有第一衔接摆臂，所述第一主动摆臂的头端与第一衔接摆臂的末端相轴连；所述第一矢量马达通过第一主动摆臂和第一衔接摆臂驱动转动舵机以两个第一旋臂的末端之间的连接线为旋转轴线在Y-Z轴平面内相对于第一舵机基座作由上至下或由下至上的旋转运动。3.如权利要求2所述的一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，其特征在于：所述第一舵机基座沿X轴方向的截面形状为“U”形，所述第一矢量马达固定地装设于第一舵机基座的底板上，两个所述第一旋臂位于第一舵机基座的两个相对侧板之间且每个所述第一旋臂均通过一枢转轴与对应的第一舵机基座的侧板相连。4.如权利要求3所述的一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，其特征在于：所述第一主动摆臂的套孔内壁上环周且均匀地设置有若干条防滑齿条。5.如权利要求2所述的一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，其特征在于：所述第一主动摆臂的头端形成有两个相对分布的第一轴板，所述第一衔接摆臂的末端夹持于两个第一轴板之间并通过一连接轴与第一轴板相连。6.如权利要求2所述的一种螺旋桨双轴矢量伺服变向装置，其特征在于：所述转动舵机包括第二舵机基座和固定地装设于第二舵机基座的底面上的第二矢量马达，两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡英杰，
申请(专利权)人：深圳市优鹰科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44