无人飞行器的机翼结构和框架附接制造技术

本文公开了用于无人驾驶自主运载工具(UAV)的机翼结构的系统和框架附接。在一个实施方式中，UAV包括具有固定到两个或更多个吊杆支架(212)的机翼翼梁的H框架。机翼翼梁包括两个或更多个安装位置，在该处机翼翼梁的所述两个或更多个安装位置中的每个固定水平推进单元。吊杆支架包括多个安装位置，吊杆支架的所述多个安装位置中的每个固定垂直推进单元(242)。UAV还包括附接到H框架的预形成的机翼壳体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无人飞行器的机翼结构和框架附接本申请与专利技术名称为“AssemblySystemsandMethodsforUnmannedAerialVehicles(无人飞行器的组装系统和方法)”的美国申请有关。

技术介绍
无人驾驶运载工具，其也可以被称为自主运载工具，是能够在没有实际操作员在该运载工具上的情况下行驶的运载工具。无人驾驶运载工具可以在遥控模式、自主模式或部分自主模式下操作。当无人驾驶运载工具以遥控模式操作时，位于远程位置的飞行员或驾驶员可以通过经由无线链路发送到无人驾驶运载工具的命令来控制无人驾驶运载工具。当无人驾驶运载工具以自主模式操作时，无人驾驶运载工具通常基于预编程的导航航点、动态自动化系统或这些的组合来移动。此外，一些无人驾驶运载工具可以既在遥控模式下又在自主模式下操作，并且在某些情况下可以同时进行。例如，作为示例，远程飞行员或驾驶员可能希望在手动执行另一任务(诸如操作用于拾取物体的机械系统)时将导航交托给自主系统。存在用于不同环境的各种类型的无人驾驶运载工具。例如，无人驾驶运载工具可以在空中、地面上、水下或太空中操作。示例包括四轴飞行器(quad-copter)和尾座无人飞行器(UAV)等。一些无人驾驶运载工具在多环境操作中操作。这样的混合动力无人驾驶运载工具的示例包括能在陆地上也能在水上操作的两栖飞行器，或能在水上以及在陆地上降落的水上飞机。其它示例也是可能的。一些常规的UAV包括内部结构框架和外部壳体。结构框架使用相对坚固但也相对重的材料(例如钢、铝、硬塑料等)构建，而外部壳体由较轻的填充材料(例如闭孔泡沫或其它轻聚合物)制成。通常，结构框架被外部壳体材料包围。利用一些常规技术，首先组装或制造结构框架。接下来，将外部壳体(例如闭孔泡沫)喷涂到框架上以给予UAV一形状。多余的外部壳体材料被切掉，以便为电缆、发动机、航空电子设备和其它子组件创造空间。然而，在一些情况下，去除多余的外部壳体材料可能是困难且耗时的，因此降低了整体UAV制造过程的效率。此外，框架的材料和外部壳体的材料可以具有不同的热膨胀系数(CTE)。结果，随着环境温度变化，框架和外部壳体以不同的速率膨胀和收缩，导致制造和组装缺陷。随着时间流逝，不同的膨胀率可能导致框架弯曲，并且对于足够多的温度循环，会导致材料疲劳和框架破裂。因此，仍然需要用于组装UAV的具有提高的组装效率和结构框架上的减小的应力的系统和方法。
技术实现思路
附图说明当结合附图进行时，本专利技术技术的前述方面和许多伴随的优点将变得更加容易理解，因为其通过参考以下详细描述可以被更好地理解，附图中：图1是根据本技术的一实施方式的UAV的轴测图(isometricview)；图2是根据本技术的一实施方式的UAV的框架的轴测图；图3是根据本技术的一实施方式的UAV的电缆布线的轴测图；图4是根据本技术的一实施方式的UAV的局部轴测图；图5是图4所示的UAV的剖视图5-5；图5A是图4所示的UAV的分解剖视图5-5；图6是图4所示的UAV的剖视图6-6；图7是图4所示的UAV的剖视图7-7；图8是根据本技术的一实施方式的机翼的轴测图；以及图9是根据本技术的一实施方式的组装方法的流程图。具体实施方式尽管已经描述了说明性的实施方式，但是将意识到，可以在不脱离本专利技术技术的精神和范围的情况下进行各种改变。简单地说，本专利技术技术针对组装和测试UAV。在一些实施方式中，机翼翼梁和吊杆支架(boomcarrier)被组装以形成结构上的H框架。机翼翼梁和吊杆支架可以是由例如碳纤维、硬塑料、铝或金属合金制成的管。机翼翼梁和吊杆支架可以具有用于电机底座的随后附接的预钻孔。在一些实施方式中，机翼壳体和吊杆壳体可以通过粘合元件(例如粘合带、双面胶带、胶水等)附接到H框架。因此，多个壳体附接到H框架，而不是像现有技术中那样将整体式主体喷涂到H框架上。在一些实施方式中，多个壳体的存在降低了UAV的结构框架的CTE诱导应力。结果，UAV可以具有更好的尺寸精度和/或改善的可靠性。此外，在至少一些实施方式中，相同的H框架可以与具有不同尺寸和/或设计的机翼壳体和/或吊杆壳体一起使用，因此提高了UAV设计的模块性和多功能性。而且，UAV的机身也可以是模块化的/可互换的。机翼壳体和/或吊杆壳体可以由相对轻的聚合物(例如闭孔泡沫)制成，该相对轻的聚合物被较硬但相对薄的塑料蒙皮覆盖。在本专利技术技术的一些实施方式中，可以在完成UAV的组装之前测试UAV子系统。例如，可以在将机身安装到H框架之前对机身的部件(例如航空电子设备、电池单元、传送单元)进行电测试。此外，还可以在最终组装之前对电机与印刷电路板(PCB)的电子组件进行电测试。通常，在组装过程的早期识别出有缺陷的部件和子组件降低UAV的总成本和前置时间。图1是根据本技术的一实施方式的UAV1000的轴测图。UAV1000包括机翼110、吊杆(boom)210和机身310。在一些实施方式中，机翼110承载水平推进单元140，吊杆210承载垂直推进单元240。在操作中，可以从机身310的电池舱310-1提供用于推进单元的电力。在一些实施方式中，机身310还包括航空电子设备舱310-1、附加的电池舱(未示出)和/或用于处理有效载荷的传送单元310-2。在一些实施方式中，吊杆210终止于用于改善对UAV1000的偏航控制的方向舵230。机翼110可以终止于用于改善对UAV的升力(lift)控制的机翼稍(wingtip)111。所示的UAV1000包括结构框架。下面参考图2讨论结构框架的一些实施方式。图2是根据本技术的一实施方式的UAV的结构框架1100(也被称为“结构H框架”或“H框架”)的轴测图。H框架1100包括机翼翼梁112和吊杆支架212。在一些实施方式中，机翼翼梁112和吊杆支架212可以由碳纤维、硬塑料、铝、轻金属合金或其它材料制成。机翼翼梁112和吊杆支架212可以与夹具114连接。机翼翼梁112可以包括用于水平推进单元的预钻孔145，吊杆支架212可以包括用于垂直推进单元的预钻孔(在该图中被电机底座242遮住)。在一些实施方式中，机身310可拆卸地附接到H框架(例如，通过夹具114附接到机翼翼梁112)。机身310的可拆卸附接可以改善UAV的质量和/或模块性。例如，可以在将机身310附接到H框架之前和/或在将PCB214附接到吊杆支架212之前，对机身310的电/机械部件进行测试，因此在完成UAV之前消除有缺陷的部件/子组件。此外，不同类型/型号的机身310可以附接到H框架，因此改善设计的模块性。下面参考图3讨论电缆布线和PCB的布线。图3是根据本技术的一实施方式的UAV的电缆布线的轴测图。来自机身310的电力和/或控制信号可以通过电缆214-2被路由到PCB214。在所示的实施方式中，UAV具有四个PCB，但是其它数量的PCB也是可以的。例如，UAV可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人驾驶自主运载工具(UAV)，包括：/nH框架，其具有被固定至两个或更多个吊杆支架的机翼翼梁，其中，所述机翼翼梁包括两个或更多个安装位置，其中，所述机翼翼梁的所述两个或更多个安装位置中的每个被构造成固定水平推进单元，以及其中，所述吊杆支架包括多个安装位置，其中，所述吊杆支架的所述多个安装位置中的每个被构造成固定垂直推进单元；/n附接到所述H框架的预形成的机翼壳体；以及/n附接到吊杆支架的预形成的吊杆壳体。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171127 US 15/823,1291.一种无人驾驶自主运载工具(UAV)，包括：
H框架，其具有被固定至两个或更多个吊杆支架的机翼翼梁，其中，所述机翼翼梁包括两个或更多个安装位置，其中，所述机翼翼梁的所述两个或更多个安装位置中的每个被构造成固定水平推进单元，以及其中，所述吊杆支架包括多个安装位置，其中，所述吊杆支架的所述多个安装位置中的每个被构造成固定垂直推进单元；
附接到所述H框架的预形成的机翼壳体；以及
附接到吊杆支架的预形成的吊杆壳体。


2.根据权利要求1所述的UAV，其中，所述机翼壳体包括：
机翼主体；
上机翼蒙皮；以及
与所述上机翼蒙皮分开的下机翼蒙皮。


3.根据权利要求2所述的UAV，其中，所述机翼主体包括闭孔泡沫，并且所述机翼蒙皮包括硬塑料。


4.根据权利要求3所述的UAV，其中，水平推进单元的电机底座包括：
两件式C形壳体，其与所述机翼壳体的所述硬塑料接触，以及
穿过所述C形壳体并且穿过所述机翼翼梁突出的紧固件。


5.根据权利要求2所述的UAV，还包括：
连接所述上机翼蒙皮和所述下机翼蒙皮的机翼蒙皮夹。


6.根据权利要求2所述的UAV，其中，所述机翼主体包括凹槽，所述凹槽被成形为与所述H框架的所述机翼翼梁和所述吊杆支架配合。


7.根据权利要求2所述的UAV，其中，所述机翼主体包括远离所述H框架指向的机翼稍。


8.根据权利要求2所述的UAV，其中，所述机翼主体包括在所述机翼主体的后缘处的副翼，以及其中，所述副翼通过在所述机翼主体的材料中形成为凹槽的柔性连接部而连接到所述机翼主体。


9.根据权利要求7所述的UAV，还包括：
第一多个电机底座，所述第一多个电机底座中的每个被构造成联接至水平推进单元，其中，所述电机底座被固定在所述机翼翼梁的所述两个或更多个安装位置处；
多个水平推进单元，其中，每个水平推进单元附接到所述第一多个电机底座之一；
第二多个电机底座，所述第二多个电机底座中的每个被构造成联接至垂直推进单元，其中，所述电机底座被固定在所述吊杆支架的所述多个安装位置处；以及
多个垂直推进单元，其中，每个垂直推进单元附接到所述第二多个电机底座之一。


10.根据权利要求1所述的UAV，还包括：
由所述机翼翼梁支承的夹具；以及
机身主体，其通过所述夹具附接至所述机翼翼梁，其中所述机身主体是模块化的机身主体，所述模块化的机身主体包括：
电池舱，
航空电子设备舱，以及
构造为处理有效载荷的传送单元，
其中，所述电池舱、所述航空电子设备舱和所述传送单元可从所述机身主体...

【专利技术属性】
技术研发人员：A伍德沃思，A鲁丁，S本森，
申请(专利权)人：WING航空有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US