一种垂直起降的无人机制造技术

本发明专利技术公开了一种垂直起降的无人机，包括机身(1)、直机翼(2)、尾撑(3)、尾翼(4)，所述直机翼(2)为一对，与所述机身(1)轴线垂直，对称设置在所述机身(1)的左右两侧；在所述一对直机翼(2)上对称增加设置一对旋翼臂(5)，所述旋翼臂(5)分别位于机身(1)左右两侧且与机身(1)轴线平行，所述旋翼臂(5)包括旋翼电机(51)、旋翼桨(52)、电机电调和动力电池，所述旋翼桨(52)分别安装在旋翼臂(5)两端的旋翼电机(51)上，共4个旋翼桨。本发明专利技术优化了机翼和机身结构，提高了无人机垂直起降抗风能力；增加了机翼与机身等的结构和刚度设计；控制整机重量，减少了装配工时，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直起降的无人机
本专利技术属于无人机设备领域，特别涉及一种垂直起降的无人机。
技术介绍
无人机系统主要用于边境巡逻、反恐维稳任务，同时也可用海洋监测、电力巡线、输油管线巡线、环境监测等多种领域。可携带光电稳定转台、数码相机或其他设备，具有进行实时空中测绘、侦查监视及目标定位功能。但现有无人机飞机一般不具有垂直起降能力或者垂直起降性能不理想，需要改进性能，且要实现四旋翼状态和固定翼状态的平滑转换，需要解决以下问题：a)需要在固定翼基础上增加旋翼及旋翼电机，相比普通旋翼机，固定翼飞机机翼有气动力影响、并且飞机本身转动惯量较大，飞机悬停时受各方向的气流影响较大，因此，需要优化飞机控制算法，提高垂直起降抗风能力。b)在机翼上增加两个旋翼臂，需要考虑飞机机翼的扭转变形问题，若机翼刚度较差，则四个旋翼在工作过程中，相对位置和角度会有一定的变化，这将严重影响控制效果，因此，需要对机翼和机身结构进行优化设计，保证足够的刚度。c)低成本轻质结构设计：为实现垂直起降，增加了旋翼桨、旋翼电机、电机电调、旋翼杆、动力电池等设备，导致机体重量增加较多：为了控制整机重量，在飞机制造方面需优化结构和材质设计，尽量减小零件数量，使用整体结构、减少装配工时，节约成本。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有无人机的缺陷，设计一种垂直起降的无人机，优化机翼和机身结构设计，提高垂直起降抗风能力，控制整机重量，减少装配工时，节约成本。技术方案：一种垂直起降的无人机，包括机身、直机翼、尾撑、尾翼，采用单尾撑、正常式布局，所述直机翼为一对，与所述机身轴线垂直，对称设置在所述机身的左右两侧；在所述一对直机翼上对称增加设置一对旋翼臂，所述旋翼臂分别位于机身左右两侧且与机身轴线平行，所述旋翼臂包括旋翼电机、旋翼桨、电机电调和动力电池，所述旋翼桨分别安装在旋翼臂两端的旋翼电机上，共4个旋翼桨。所述直机翼包括主梁、后墙、机翼蒙皮，所述主梁为碳纤维π型梁，承受弯矩和剪力；所述后墙为方型松木条；所述机翼蒙皮为较厚的玻璃钢泡沫夹心结构，以提高刚度，减少翼肋的数量，在翼根、翼尖和设备安装处设计强肋。所述机身包括机身蒙皮、桁条、层板框，所述机身蒙皮为玻璃钢泡沫夹心复合材料；所述桁条纵向设置在机身内部；层板框设置在所述直机翼的主梁、后墙与机身连接处；所述尾撑连接在所述直机翼后墙处的层板框上。所述一对直机翼分别在翼根处与机身左右两侧对接；所述直机翼与机身的连接形式为每侧机翼的主梁采用两个水平抗剪型螺栓固定在层框板上，螺栓从所述机身前开口处安装，所述直机翼的后墙处有定位销与机身对应位置处的层板框框连接。所述尾翼分垂尾和平尾，平尾后缘有升降舵，垂尾无方向舵；所述尾翼结构内部填充PMI泡沫，表面为玻璃钢蒙皮；PMI泡沫材料强度和密度都优于蜂窝,可以采用机械加工和激光切割。所述尾撑为碳纤维复合材料圆锥管。优选的，所述直机翼为大展弦比，所述机翼展弦比为10.24；所述直机翼安装角为2°，上反角为2°，前缘后掠角为1.2°；所述直机翼的根弦为380mm，尖弦为245mm；平均气动弦长为317mm；所述直机翼的扭转点为机翼根弦前缘，翼尖扭转-3°；所述垂尾的前缘后掠角为23°，后缘后掠角为0°。优选的，旋翼臂采用铝合金型材加工制造；旋翼桨采用28寸碳纤维桨。优选的，所述电机电调采用商品电调，最大输出电流不小于80A；所述动力电池采用12s10Ah锂电池组，最大放电倍率不小于20C；所述旋翼电机由厂家定制生产，配合28寸螺旋桨，最大拉力不小于14kg。本专利技术的有益效果：本专利技术优化了机翼和机身结构，增加了旋翼桨、旋翼电机、电机电调、旋翼杆、动力电池等设备，提高了无人机垂直起降抗风能力；同时通过机翼与机身等的结构和刚度设计，使得在旋翼在工作过程中保持足够的刚度；通过低成本、轻质化设计，控制整机重量，且尽量减小零件数量，使用整体结构，减少了装配工时，节约了成本。附图说明图1为本专利技术所述无人机的平面布置图；图2为本专利技术所述无人机的直机翼侧面剖面示意图；图3为本专利技术所述无人机的直机翼平面剖视示意图；图4为本专利技术所述无人机的直机翼与机身连接结构示意图；图5为本专利技术所述无人机的机身剖面结构示意图；图6为本专利技术所述无人机的旋翼臂侧视图；图7为本专利技术所述无人机的旋翼臂安装示意图；图8为本专利技术实施例的升力特性曲线；图9为本专利技术实施例的阻力特性曲线；图10为本专利技术实施例的极曲线；图11为本专利技术实施例的最大爬升率Vy(m/s)～H(m)曲线；图12为实施例的续航飞行时间E(h)～V(m/s)曲线；图13为实施例的高度1km巡航能力表；图14为实施例的高度2km巡航能力表；图15为实施例的高度4km巡航能力表；图16为实施例的飞机飞行包线H(m)～V(m/s)；图17为实施例的飞行性能计算结果表。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。图1、图6-7所示，一种垂直起降的无人机，包括机身1、直机翼2、尾撑3、尾翼4，采用单尾撑、正常式布局，所述直机翼2为一对，与所述机身1轴线垂直，对称设置在所述机身1的左右两侧；在所述一对直机翼2上对称增加设置一对旋翼臂5，所述旋翼臂5分别位于机身1左右两侧且与机身1轴线平行，所述旋翼臂5包括旋翼电机51、旋翼桨52、电机电调和动力电池，所述旋翼桨52分别安装在旋翼臂5两端的旋翼电机51上，共4个旋翼桨；所述尾翼4分垂尾41和平尾42，平尾42后缘有升降舵，垂尾41无方向舵；所述尾翼4结构内部填充PMI泡沫，表面为玻璃钢蒙皮；所述PMI泡沫的材料强度和密度都优于蜂窝,可采用机械加工和激光切割；所述尾撑3为碳纤维复合材料圆锥管。图2-3所示，所述直机翼2包括主梁21、后墙22、机翼蒙皮23，所述主梁21为碳纤维π型梁，承受弯矩和剪力；所述后墙22为方型松木条；所述机翼蒙皮23为2～4mm的玻璃钢泡沫夹心结构,以提高刚度，减少翼肋的数量，在翼根、翼尖和设备安装处设计强肋。图4-5所示，所述机身1包括机身蒙皮11、桁条13、层板框14，所述机身蒙皮11为玻璃钢泡沫夹心复合材料；所述桁条13纵向设置在机身内部；所述层板框14设置在所述直机翼2的主梁21、后墙22与机身1连接处；所述尾撑3连接在所述直机翼2后墙处的层板框14上。所述一对直机翼2分别在翼根处与机身1左右两侧对接；所述直机翼2与机身1的连接形式为每侧机翼2的主梁21采用两个水平抗剪螺栓24固定在层框板14上，水平抗剪螺栓24从所述机身1前开口处安装，所述直机翼2的后墙22处有定位销25与机身1对应位置处的层板框14框连接。优选的，所述直机翼2为大展弦比，所述机翼展弦比为10.24；所述直机翼2的安装角为2°，上反角为2°，前缘后掠角为1.2°；所述直机翼2的根弦为380mm，尖弦为245mm；平均气动弦长为317mm；所述直机翼2的扭转点为机翼根弦前缘，翼尖扭转-3°；所述垂尾41的前缘后掠角为23°，后缘后掠角为0°。优选的，旋翼臂5采用铝合金型材加工制造；旋翼桨52采用28寸碳纤维桨。优选的，所述电机电调采用商品电调，最大输出电流不小于80A；所述动力电池采用12s10Ah锂电池组，最大放电倍率不小于20C；所述旋翼电机51由厂家定制生产，配合28寸旋翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直起降的无人机，其特征在于，包括机身(1)、直机翼(2)、尾撑(3)、尾翼(4)，其特征在于，所述直机翼(2)为一对，与所述机身(1)轴线垂直，对称设置在所述机身(1)的左右两侧；在所述一对直机翼(2)上对称增加设置一对旋翼臂(5)，所述旋翼臂(5)分别位于机身(1)左右两侧且与机身(1)轴线平行，所述旋翼臂(5)包括旋翼电机(51)、旋翼桨(52)、电机电调和动力电池，所述旋翼桨(52)分别安装在旋翼臂(5)两端的旋翼电机(51)上，共4个旋翼桨。

【技术特征摘要】
1.一种垂直起降的无人机，其特征在于，包括机身(1)、直机翼(2)、尾撑(3)、尾翼(4)，其特征在于，所述直机翼(2)为一对，与所述机身(1)轴线垂直，对称设置在所述机身(1)的左右两侧；在所述一对直机翼(2)上对称增加设置一对旋翼臂(5)，所述旋翼臂(5)分别位于机身(1)左右两侧且与机身(1)轴线平行，所述旋翼臂(5)包括旋翼电机(51)、旋翼桨(52)、电机电调和动力电池，所述旋翼桨(52)分别安装在旋翼臂(5)两端的旋翼电机(51)上，共4个旋翼桨。2.根据权利要求1所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述尾翼(4)分垂尾(41)和平尾(42)，平尾(42)后缘有升降舵，垂尾(41)无方向舵；所述尾翼(4)结构内部填充PMI泡沫，表面为玻璃钢蒙皮；所述尾撑(3)为碳纤维复合材料圆锥管。3.根据权利要求1所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述直机翼(2)包括主梁(21)、后墙(22)、机翼蒙皮(23)，所述主梁(21)为碳纤维π型梁，承受弯矩和剪力；所述后墙(22)为方型松木条；所述机翼蒙皮(23)为2～4mm的玻璃钢泡沫夹心结构，在翼根、翼尖和设备安装处设计强肋。4.根据权利要求3所述的垂直起降的无人机，其特征在于，所述机身(1)包括机身蒙皮(11)、桁条(13)、层板框(14)，所述机身...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明，汪强，李辛，安斌，兰小鹏，
申请(专利权)人：西安爱生无人机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61