一种低空飞行作业无人机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低空飞行作业无人机，主要是在机身(1)外侧的承力结构上设计安装主起落架支柱和前起落架支柱的缓冲机构且主起落架支柱和前起落架支柱的下端连接成为滑撬式起落架(2)结构，并采用高升阻比气动力设计提高滑翔比。本实用新型专利技术集成了低空抗坠毁技术，低空链路通信技术和无人机系统技术，采用了适合低空作业的固定翼无人机气动与动力的总体布局设计，是一种适合农业航空植保等低空作业与安全飞行的新布局无人机系统。

A low altitude flying unmanned aerial vehicle

The utility model discloses a low altitude UAV flight operations, mainly in the lower body (1) buffering mechanism of bearing structure on the outer side of the main landing gear design and installation of pillar pillar and the front landing gear and main landing gear struts and front landing gear strut is skid type landing gear (2) structure. And the high lift drag ratio aerodynamic design to improve the glide ratio. The utility model integrates the low altitude anti crash technology, low altitude UAV link communication technology and system technology, using a fixed wing UAV low altitude operations for aerodynamic and dynamic layout design, is a new layout for agricultural aviation plant protection work and low altitude flight safety of UAV system.

【技术实现步骤摘要】
一种低空飞行作业无人机
本专利技术涉及低空飞行作业固定翼无人机及其控制系统和应用，属于通用航空在农业植保，海上搜救以及航空物探等领域的应用。
技术介绍
农业植保采用通航飞机进行喷洒作业已经有几十年历史，是典型的低空作业应用。我国自上世纪50年代起开展飞机农药喷洒作业，仅拥有200多架农业专用通航飞机，包括国产的运-5，农-5，运-11和运-12等飞机，以及国外进口的飞机等。国外的农用植保通航飞机规模更大。近年，农业植保探索使用有人驾驶直升机、无人驾驶多轴旋翼机等农业植保新技术。经过比较，航空喷洒植保技术的应用效果比田间地面机械喷洒的作业效率高，没有车轮辗轧顾虑。固定翼通航飞机比直升机和多轴旋翼机的喷洒效率高很多，并且飞行气流有利于农药充分与植株叶子的正反面接触，喷洒均匀全面，药效好。综合比较，固定翼通航飞机执行农业植保低空作业具有的优势是：作业效率高、效果好、成本低。但是，有人驾驶固定翼通用航空飞机执行农业植保低空飞行的技术难度较大，一是进行低空3-20米低空飞行，避让障碍物难度高，飞行安全隐患较大。二是长时间超低空飞行，驾驶员容易疲劳，既造成飞行安全隐患，又难以提高作业效率。三是有人驾驶飞行主要在光照和气象条件较好的白天进行。为此，设计一种低空作业固定翼无人机系统应用于农业植保，海上搜救等领域是十分有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低空飞行作业无人机，以克服现有技术存在的问题。本专利技术是这样实现的：本专利技术提出的一种低空作业固定翼无人机及其控制系统，由机体结构，机载系统，地面监控站和低空作业保障系统共同组成。机体结构主要包括机身，机翼，尾翼，起落架、作业货物舱或喷洒物体容器。机载系统主要包括导航与飞行控制系统，低空链路，发动机及燃油系统，喷洒管道及一体设计的喷口。地面系统主要是地面监控站，以及低空作业保障系统所包括的作业场地设置的卫星导航差分站，4G/5G通信信号或基站，地面监控站安装的ADS-B广播基站，地面电源。其它系统包括机载和地面有关系统的备选及备份系统。具体的，本专利技术的机体结构和控制系统详细说明如下：1、机身采用常规气动布局，在机身外侧的承力结构上沿航向的安装角以一定传力角度安装主起落架支柱和前起落架支柱的缓冲机构，该安装角对主起落架约为向下垂直向后5-15度，对前起落架约为向下垂直向前5-15度，根据飞行速度和着陆仰角可以调整安装角度。主起落架支柱和前起落架支柱的上端分别连接该缓冲机构。主起落架支柱和前起落架支柱的下端连接成为滑撬式起落架结构，在滑撬式结构接触地面的表面可以选择安装防摩擦材料，其构型如同直升机的滑撬式起落架，滑撬底板用于意外接地时的缓冲或在松软地面上滑行，提高飞机的低空抗坠毁性能，为此，滑撬底板的前后端可以设计成向上弯曲形状，且起落架支柱连接滑撬的下半段设计成适当向机身外侧外撇，以便引导受力变形的方向进一步增加缓冲性能。为满足应用，在滑撬的前翘起端可选择安装与滑撬绝缘的切割障碍物设备，在滑撬的外侧可选择安装水上浮筒。并且在主起落架支柱和前起落架支柱的下端安装在地面滑行的机轮，其中前机轮连接在转向机构上。对特殊作业应用，在主起落架和前起落架支柱上还可以安装测力传感器，方便测量飞机重量重心，替代的测量方案是地面摆放测力计或俗称的台秤对前后左右四个机轮进行测重从而得出飞机重量重心数据。2、单翼布局的机翼与机身承力结构连接作为主体结构，与该主体结构同平面上且沿机翼的航向可安装燃油箱，双翼布局的情况下以安装发动机的机翼为主机翼，且主机翼与机身承力结构连接作为主体结构。机载导航控制和链路系统安装在主体结构上，并采用缓冲机构或缓冲结构件进行连接以便提高抗毁性能，可增加电磁屏蔽和防水设计。机身截面呈直线和弧线相连的多边形且连接角为内接弧形过渡；机翼选型及机身外形的布局细节设计成高升阻比气动力构型，以便提高滑翔比和地效气动力并配合滑撬式起落架增强抗坠毁能力，设计的升阻比在12-30中求偏高的数值，一般应达到16以上。对于下单翼布局，主体结构上方的机身截面形状可选择矩形或上窄下宽截面形状配合滑撬式起落架系统的安装，并在机身外侧加装气流整流罩减阻，而整流罩的内部空间允许起落架自主适度的转动，该机身的内部空间即装载用途的货物舱，货物舱沿航向或称为机身轴线布置货物舱内部结构，包括隔框隔板，并可将燃油箱改变位置安装在货物舱两侧壁。对于上单翼布局，在主体结构下方的机身侧壁也可选择上窄下宽截面形状配合滑撬式起落架系统的安装，同样可在机身外侧加装气流整流罩减阻，该机身的内部空间也即装载用途的货物舱，货物舱沿航向或机身轴线布置货物舱内部结构，以方便重量重心的设计和控制，并且按照作业需要可划分多个装载不同物体的货物舱单元。燃油箱沿机身两侧布局，特别是侧挂式副油箱结构，这种结构作为专用飞机可以方便释放机身内部空间，但要求油箱结构具有较高的承力性能。采用平直或梯形机翼适合安装喷洒设备，增加喷洒宽度。机身上货物舱的货物进出的舱门或口盖布置在机身尾部或头部或腹部均可方便货物进出。3、机翼下方安装喷洒粉状或液态物体的设备及喷洒物体的出口，该物体出口设置在机翼后缘下洗流的航向前端。对于下单翼布局，喷洒物体的设备和喷洒物体出口沿机翼展长含机身的下方连续布置。对于上单翼布局，喷洒物体的设备沿机翼展长和机身外侧连续布置，而喷洒物体的出口只会在机翼下和机身下才布置，形成沿机翼展长的连续的喷口布局。喷洒出口布置在机翼下且机翼后缘前，会获得喷出物体被下洗流带动向航线下方流动的效果，并由于下洗流的作用吹拂地面的植物枝叶运动而让喷出物体与植物枝叶广泛接触。4、机翼上安装螺旋桨式或涡轮发动机，单台或多台。为提高飞机的抗侧风性能，采用单台发动机时对其配置矢量推力机构，一种是螺旋桨转轴上安装万向节及伺服机构，一种是涡轮发动机喷气偏流管/板，一种是机身两侧增加安装两台小推力辅助发动机。单台发动机的安装位置可选机头或机背或机尾并沿飞机轴线安装。采用两台发动机时，两台发动机的安装位置可选在机翼上，或选择在机身上，左右各安装一台，并可以采用推力式或拉力式螺旋桨构型，利用发动机螺旋桨的推力/拉力差，或再增加采用矢量推力的机构从而让发动机与飞机舵面气动力合作，共同调节飞行航向以提高航向保持能力。尾翼可采用更高位的T型构型，或者采用更低位置的双尾撑构型的尾翼。对于下单翼布局，两台发动机设计在机身上方两侧，这样的背负式发动机安装在翼型梁式结构上像扁担两侧均衡承力构型，该翼型梁结构的设计方案包含设计成上机翼且内部可装载燃油，且发动机螺旋桨可以选择拉力式螺旋桨前置且突出机翼前缘，或推力式螺旋桨后置且突出机翼后缘。发动机安装在机身上的较高位置可以提高其与地面的距离，相比于发动机安装在机翼下方，这样的背负式发动机安装可减少螺旋桨后吹气流对机翼后缘下洗流及喷出物体的干扰。5、机体结构包括机身，机翼，尾翼，起落架和发动机，其前缘和突出部位的表面安装和涂覆防结冰材料。并且全机表面安装和涂覆防静电设备和材料。对采用复合材料的表面，可以结合防结冰和防静电所用材料进行一体化设计。放电刷安装在机翼和尾翼的后缘及外侧。6、在机载系统中，导航与飞行控制系统装备自动驶入驶出功能，以及对多台发动机的推力或拉力与气动舵面协同控制飞行航向及抗侧风的专用控制功能。其中，导航系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低空飞行作业无人机，其特征在于：在机身(1)外侧的承力结构上沿航向的安装角以设计的传力角度安装主起落架支柱和前起落架支柱的缓冲机构，主起落架支柱和前起落架支柱的上端分别连接该缓冲机构；主起落架支柱和前起落架支柱的下端连接成为滑撬式起落架(2)结构。

【技术特征摘要】
1.一种低空飞行作业无人机，其特征在于：在机身(1)外侧的承力结构上沿航向的安装角以设计的传力角度安装主起落架支柱和前起落架支柱的缓冲机构，主起落架支柱和前起落架支柱的上端分别连接该缓冲机构；主起落架支柱和前起落架支柱的下端连接成为滑撬式起落架(2)结构。2.根据权利要求1所述的低空飞行作业无人机，其特征在于：在滑撬式起落架(2)结构接触地面的表面安装防摩擦材料，在滑撬的前翘起端安装与滑撬绝缘的切割设备；起落架支柱连接滑撬的下半段设计成向机身(1)外侧外撇；在主起落架支柱和前起落架支柱的下端安装在地面滑行的机轮，其中前机轮连接在转向机构上；在滑撬的外侧安装水上浮筒且保持机轮能够在地上滚动和转向。3.根据权利要求2所述的低空飞行作业无人机，其特征在于：单翼布局的机翼(5)与机身(1)承力结构连接作为主体结构，与该主体结构同平面上且沿机翼(5)的航向安装燃油箱；双翼布局的情况下以安装发动机的机翼为主机翼，且主机翼与机身承力结构连接作为主体结构；机载导航控制和链路系统安装在主体结构上；机身（1）截面呈直线和弧线相连的多边形且连接角为内接弧形过渡；机翼选型及机身外形的布局细节设计成高升阻比气动力构型；对于下单翼布局，主体结构上方的机身(1)截面形状可选择矩形或上窄下宽截面形状配合滑撬式起落架(2)系统的安装，该机身(1)的内部空间作为装载用途的货物舱，将燃油箱改变位置安装在货物舱两侧壁；对于上单翼布局，在主体结构下方的机身(1)侧壁选择上窄下宽截面形状配合滑撬式起落架(2)系统的安装，该机身(1)的内部空间作为装载用途的货物舱；货物舱按照作...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶文英，杨绍文，
申请(专利权)人：陶文英，
类型：新型
国别省市：北京,11