具有竖直起飞和着陆（VTOL）功能的无人飞行器（UAV）制造技术

一种无人飞行器(UAV)或无人机包括机身、左右翼面形机翼(连接到机身以在向前的飞行中生成升力)、由左机翼支撑的左推力生成设备、由右机翼支撑的右推力生成设备。UAV进一步包括竖直稳定器、安装在竖直稳定器顶部的上推力生成设备、以及安装在稳定器底部的下推力生成设备。机载动力源用于向推力生成设备供电。左、右、上、下推力生成设备的对称对在向前的飞行中提供向前的推力，并且提供竖直推力，从而在机身大致竖直时使得无人飞行器可以竖直地起飞和着陆，并且进一步使得无人飞行器可以在向前飞行和竖直起飞及着陆之间过渡。

Unmanned aerial vehicle (UAV) with vertical takeoff and landing (VTOL) function

An unmanned aerial vehicle (UAV) or UAV consists of fuselage, left and right wing wings (connected to the fuselage to generate lift in forward flight), left thrust generating device supported by left wing, and right thrust generating device supported by the right wing. UAV further includes vertical stabilizers, upper thrust generating devices installed on the top of vertical stabilizers, and a lower thrust generating device installed at the bottom of stabilizers. The airborne power source is used to supply power to the thrust generating equipment. Symmetrical left and right, upper and lower thrust generating equipment to provide forward thrust in the forward flight, and vertical thrust, so that the UAV can vertically take off and landing in a generally vertical body, and further makes the unmanned aircraft in flight and forward vertical takeoff and landing between transition.

【技术实现步骤摘要】
具有竖直起飞和着陆(VTOL)功能的无人飞行器(UAV)
本公开大致涉及飞行器，更具体地涉及无人飞行器(UAV)或无人机。
技术介绍
出于军用、侦查和诸如航摄技术的娱乐用途，人们研发出多种无人飞行器，俗称无人机。UAV可为气体驱动或电力驱动的，并且可具有固定机翼或旋转机翼。侦查型UAV非常适于监测或监视远程站点、远程基础设施或其他位于地面上且不能轻易通过陆地接近的机构，例如，输油或输水管、输电线路、海岸线、农业土地、边界、森林火灾、自然灾害等。相应地，在本领域存在改善无人飞行器执行较长的长距离航空监视的能力的需求。
技术实现思路
为了对本专利技术有基本的了解，以下示出对本专利技术的某些方面或某些实施例的简要概述。该简要概述不是对本专利技术的广泛综述。其目的不在于确定本专利技术的关键或至关重要的元素，也不在于描绘本专利技术的范围。其唯一的目的是以简单的形式提供本专利技术的某些实施例，以作为后面进行更详细说明的序言。简而概之，本文公开了一种无人飞行器(或无人机)，其可以向前飞行以及竖直飞行，也可以竖直起飞并着陆(VTOL)。VTOL功能使得UAV可以以尾部向下的位置着陆(即，UAV的鼻部指向天空)在电池充电站的感应充电垫上。这些电池充电站分布在预定的远程站点，其允许UAV对其电池充电，因而延长了其任务持续时间。因此，UAV可无限地操作，定期着陆充电，而不需要回到基站，除非需要维修、保养与大修。本公开的一个专利技术方面为无人飞行器(UAV)或无人机，其包括机身、左右翼面形机翼(连接到机身以在向前的飞行中生成升力)、由左机翼支撑的左推力生成设备、由右机翼支撑的右推力生成设备。UAV进一步包括竖直稳定器，其具有顶部、安装在竖直稳定器顶部的上推力生成设备、竖直稳定器的底部以及安装在稳定器底部的下推力生成设备。提供机载动力源，用于向推力生成设备供电。左、右、上、下推力生成设备可在向前的飞行中提供向前的推力，并且也可提供竖直推力，从而在机身大致竖直时使得无人飞行器可以竖直地起飞和着陆，并且进一步使得无人飞行器可以在向前飞行和竖直起飞及着陆之间过渡。在某些实施例中，在向前飞行中，上和下推力生成设备是禁用的，因而只有左和右推力生成设备提供推力。附图说明本专利技术的这些以及其他特征从参照附图的下列说明中变得更为清晰可见。图1为根据本专利技术的一个实施例的UAV的透视图。图2A为UAV的顶视图。图2B为UAV的侧视图。图2C为UAV的后视图。图3为UAV的底面局部剖切视图。图4为UAV竖直起飞并过渡为向前飞行的示意性描述。图5为UAV从向前飞行向竖直着陆过渡的示意性描述。图6为UAV的电子构件的框图。具体实施方式将不时参照附图详细描述本专利技术的多种实施例。这些实施例用于例证和示出专利技术方面，而不用于将本专利技术范围限制在所述和所示实施例内。阅读该公开之后，本领域普通技术人员应当理解，可以对本文所述和所示的实施例做出组合、改进和改良。在通过图1中的例子所示的实施例中，无人飞行器(UAV)或无人机大致由附图标记10表示。UAV包括可由一种或多种复合材料(例如，碳素纤维、纤维玻璃、或诸如铝的适当金属、或适当的塑料或聚合物、或任意其他适当材料或材料组合)制成的机身12。机身可为桁架结构或单壳体或半单壳体结构。机身形成机架的主体。机架也包括连接到机身的左和右翼面形机翼14、16。左和右机翼可为两个独立的机翼或单个形成一体的机翼。在其他实施例中，可能有两个以上机翼。翼面形机翼在向前飞行中生成升力。机架的机身和/或机翼可选择性地覆有光伏电池，从而将太阳辐射转换为电能以向一个或多个机载电系统供电。机身和/或机翼可选择性地包括浮力气体，例如，氦气或氢气，以生成附加的升力。机翼可具有副翼和翼片，作为控制表面。如图1的实施例中实例所示，UAV具有由左机翼14支撑的左推力生成设备18以及由右机翼16支撑的右推力生成设备20。在所示实施例中，左和右推力生成设备包括机械地耦合到左和右推进器22、24的左和右电动马达。在其他实施例中，左和右推力生成设备中每个可为其他适当类型的动力设备，诸如耦合到电动函道式风扇(EDF)的电动马达、耦合到推进器的燃气涡轮发动机或活塞发动机，即径向往复型内燃机。UAV可具有四个相同类型的动力设备，或者其可具有两个或多个不同类型的动力设备，例如，两个EDF机组外加两个马达-推进器动力设备、两个径向活塞发动机外加两个马达-推进器动力设备，等。如图1进一步示出，UAV包括具有顶部26的竖直稳定器。竖直稳定器可以也可以不具有作为控制表面的舵。如图1进一步示出，上推力生成设备28安装在竖直稳定器的顶部26。在所示实施例中，上推力生成设备为机械地耦合到上推进器30的电动马达，尽管其可为上述任意其他类型的动力设备。如图1进一步示出，UAV10包括竖直稳定器的底部32。UAV包括安装在稳定器底部32的下推力生成设备34。在所示实施例中，下推力生成设备为机械地耦合到下推进器36的电动马达，尽管其可为上述任意其他类型的动力设备。如所示，上稳定器和下稳定器与UAV的纵向对称平面对齐。上稳定器和下稳定器形状和尺寸可相同，或者其也可以具有不同的尺寸和/或形状。左、右、上和下推力生成设备的对称对在向前飞行中协作提供向前推力，例如，左和右设备或者，替换地，上和下设备。左、右、上和下推力生成设备也提供竖直推力，从而在机身大致竖直时使得无人飞行器竖直地起飞和着陆。这四个推力生成设备使得无人飞行器可以在向前飞行和竖直起飞及着陆之间过渡。在一个实施例中，四个推力生成设备中仅有两个提供向前飞行的推力。在更为具体的实施例中，左和右推力生成设备提供向前飞行的推力，而所有四个设备，即左、右、上和下推力生成设备，生成竖直起飞和着陆(VTOL)以及悬停的推力。在一个实施例中，上和下推力生成设备可折叠，从而在向前飞行中减少气动阻力。在另一个实施例中，在向前飞行中，四个推力生成设备的子集被禁用或折叠。对于竖直起飞和着陆(VTOL)，UAV竖直定向，从而使得推力生成设备都大致为竖直的。在向向前飞行过渡之后，UAV大致水平，即大致平行于地面。图2A、2B和2C为UAV的顶部、侧面和后部视图。从UAV的具体设计中显而易见的一个几何特征是：左和右推力生成设备18、20之间的距离大于上和下推力生成设备28、34之间的距离。更具体地，左推进器22的旋转轴线与右推进器24的旋转轴线之间的距离大于上推进器30的旋转轴线与下推进器36的旋转轴线之间的距离。如图3所示，UAV包括用于向推力生成设备提供动力的一个机载动力源(或多个动力源)、控制表面以及其他机载设备。机载动力源可为电池38。UAV具有三个对称地容纳于机架内的电池38。具体地，两个电池38如图3所示对称地设置在左和右机翼之内，而第三个电池38如相同附图所示，设置在机身内。UAV可选择地采用电容器、超电容器、超级电容器，附加于或代替电池。对于推力生成设备为燃烧发动机的实施方式，UAV可包括用于存储诸如煤油、燃气等的可燃烧燃料的气罐。电池38可通过使得UAV着陆在充电站的感应充电垫上而进行感应充电。多个充电站分布在远程站点上，从而使得UAV得以充电而无需返回主地面控制站。因此，充电站延长了UAV的任务持续时间和范围，这对于监测远程位置或站点而言是有用的。例如，充电站可沿着泵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人飞行器，包括：机身；连接到所述机身以在向前飞行时生成升力的左和右翼面形机翼；由所述左机翼支撑的左推力生成设备；由所述右机翼支撑的右推力生成设备；竖直稳定器；安装在所述竖直稳定器的顶部的上推力生成设备；安装在所述竖直稳定器的底部的下推力生成设备；机载动力源，用于向所述推力生成设备供电；其中，所述左、右、上、下推力生成设备的对称对在向前的飞行中提供向前的推力，并且其中，所述左、右、上、下推力生成设备提供竖直推力，从而在所述机身大致竖直时使得所述无人飞行器可以竖直地起飞和着陆，并且进一步使得所述无人飞行器可以在向前飞行和竖直起飞及着陆之间过渡。

【技术特征摘要】
2016.05.06 CA CA2,929,2541.一种无人飞行器，包括：机身；连接到所述机身以在向前飞行时生成升力的左和右翼面形机翼；由所述左机翼支撑的左推力生成设备；由所述右机翼支撑的右推力生成设备；竖直稳定器；安装在所述竖直稳定器的顶部的上推力生成设备；安装在所述竖直稳定器的底部的下推力生成设备；机载动力源，用于向所述推力生成设备供电；其中，所述左、右、上、下推力生成设备的对称对在向前的飞行中提供向前的推力，并且其中，所述左、右、上、下推力生成设备提供竖直推力，从而在所述机身大致竖直时使得所述无人飞行器可以竖直地起飞和着陆，并且进一步使得所述无人飞行器可以在向前飞行和竖直起飞及着陆之间过渡。2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中，所述左、右、上、下推力生成设备为耦合到对应推进器的电动马达，并且其中所述机载动力源包括用于向所述电动马达提供动力的电池。3.权利要求1所述的无人飞行器，进一步包括由所述机载动力源提供动力的地面监测传感器组件，所述传感器组件包括从包含静态照相机、视频相机、红外传感器、热成像传感器以及雷达的组合中选出的一个或多个传感器。4.根据权利要求1所述的无人飞行器，进一步包括配置为从多个飞行性能传感器接收飞行性能数据的机载处理器，用于响应于所述飞行性能数据的接收而执行飞行控制操作，从而使得所述处理器提供对所述无人飞行器的全自动飞行控制。5.根据权利要求1所述的无人飞行器，进一步包括全球导航卫星系统(GNSS)接收器芯片，用于从绕轨GNSS卫星接收GNSS信号，并且用于响应于所述GNSS信号的接收而确定所述无人飞行器的当前位置。6.根据权利要求1所述的无人飞行器，进一步包括耦合到处理器的射频(RF)收发器，所述处理器用于将传感器数据从所述地面监测传感器组件传输到主地面控制站。7.根据权利要求1所述的无人飞行器，进一步包括耦合到处理器的射频收发器，所述处理器用于从主地面控制站接收命令。8.根据权利要求7所述的无人飞行器，其中，所述命令包括以下的一个或多个：飞往目的地的目的地命令、指定GNSS定位点的航线命令、返回基站(RTB)命令、悬停命令、徘徊命令和传感器激活命令。9.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中，所述处理器计算到最近电池充电站的距离，结合剩余电力估计并比较飞到所述最近电池充电站所要求的电力，之后确定是否继续任务或转向至所述最近电池充电站。10.根据权利要求9所述的无人飞行器，其中，所述处理器可使得所述射频收发器向所述最近电池充电站发送问询，以确定所述最近电池充电站是否可以接收并向所述无人飞行器充电。11.根据权利要求10所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·霍恩，
申请(专利权)人：SKYX有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA