一種柱狀共軸雙槳布局的微型無人機的製作方法

2023-05-10 10:49:32 1

本發明涉及無人機技術領域，具體涉及一種柱狀共軸雙槳布局的微型無人機。

背景技術：

旋翼無人機是一類多用途垂直起降飛行器。與固定翼無人機相比，旋翼無人機可以垂直起降，對起降場地要求不高，使用便捷高效。旋翼無人機應用廣泛，可以執行航空攝影、醫療救護、氣象探測、空中巡查等任務。

傳統直升機布局配置了一副主旋翼和一副尾槳。橫向布置的尾槳用來抵消反扭矩，並用於控制偏航。傳統直升機布局採用了一套非常複雜的傾斜盤和連杆機構控制旋翼面傾斜，並使用自由絞或半自由絞旋翼在前飛中揮舞消除前飛中產生的滾轉力矩。傳統直升機布局因為複雜的機械機構，較長的維護時間以及高昂的使用成本，只適合大中型旋翼無人機。

近年來，以四旋翼為代表的多旋翼類旋翼無人機逐漸流行起來。相比傳統直升機布局，多旋翼使用成對反方向旋轉的旋翼來抵消反扭矩，而不需要額外驅動不產生升力的尾槳，提高了能量的使用效能。多旋翼放棄複雜的機械機構和自由絞旋翼，採用調節剛性旋翼轉速的方法控制旋翼面的傾斜，從而控制飛行器的姿態。在前飛中，成對反方向旋轉的旋翼也抵消了橫滾力矩。由於結構簡單，維護方便，使用費用低廉，多旋翼布局更適合小型可攜式無人機使用。

然而，在長期的使用中，多旋翼無人機也暴露出了其固有的問題。使用多個電機驅動旋翼使得電能轉化為機械能的效率降低，影響了多旋翼無人機的續航能力。同時，通過轉速控制改變姿態的策略需要旋翼不停的做加減速運動，使得調節姿態需要付出大量的能量，特別是當旋翼直徑和轉動慣量較大時尤為顯著。過多的旋翼數量也大大影響了多旋翼無人機的便攜性。

技術實現要素：

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種柱狀共軸雙槳布局的微型無人機。

本發明公開了一種柱狀共軸雙槳布局的微型無人機，包括：承力結構，所述承力結構包括柱狀機身，所述柱狀機身內設有飛行控制器和電池；

所述柱狀機身的一端布置有任務載荷，另一端通過萬向懸架安裝有共軸反向電機，所述共軸反向電機上安裝有可摺疊緊貼柱狀機身的雙槳旋翼頭，所述雙槳旋翼頭、共軸反向電機及柱狀機身共軸設置。

作為本發明的進一步改進，所述承力結構還包括中心主梁，所述中心主梁設置在所述柱狀機身內。

作為本發明的進一步改進，所述飛行控制器、電池及任務載荷附著在所述柱狀機身和/或中心主梁上。

作為本發明的進一步改進，所述共軸反向電機具有同軸布置的兩個轉子，分別提供正反兩個反向的驅動旋轉力；所述共軸反向電機通過轉軸與所述雙槳旋翼頭相連。

作為本發明的進一步改進，所述雙槳旋翼頭包括槳轂和旋翼，所述旋翼與所述槳轂通過限位鉸鏈連接；

當旋翼摺疊時，所述旋翼鎖定在緊貼柱狀機身的位置；

當旋翼展開並繞槳轂旋轉時，所述旋翼鎖定在垂直於柱狀機身的位置，並與所述槳轂剛性連接。

作為本發明的進一步改進，所述任務載荷包括光電吊艙、急救藥品包和應急通訊設備中的一種。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

本發明公開了一種柱狀共軸雙槳布局的微型無人機，通過萬向懸架可傾斜雙槳旋翼頭的旋翼面，控制無人機姿態；雙槳旋翼頭可以緊貼機身摺疊，具有較高的便攜性和易用性；雙槳旋翼頭摺疊後可以儲存在發射管中，易於部署和釋放；

本發明通過共軸反向電機帶動反向轉的剛性無鉸旋翼(當旋翼展開並繞槳轂旋轉時，旋翼與槳轂剛性連接)抵消反扭矩，提高了飛行效率，提高了無人機的續航能力。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例公開的柱狀共軸雙槳布局的微型無人機的結構圖；

圖2為圖1中A-A的截面圖；

圖3為本發明一種實施例公開的共軸反向電機與柱狀機身之間的結構連接圖；

圖4為本發明一種實施例公開的柱狀共軸雙槳布局的微型無人機的展開狀態圖；

圖5為本發明一種實施例公開的柱狀共軸雙槳布局的微型無人機的摺疊狀態圖。

圖中：

1、共軸反向電機；2、雙槳旋翼頭；21、旋翼；22、槳轂；23、限位鉸鏈；3、萬向懸架；4、承力結構；41、柱狀機身；42、中心主梁；5、飛行控制器；6、電池；7、任務載荷。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細描述：

如圖1-2所示，本發明提供一種柱狀共軸雙槳布局的微型無人機，包括：共軸反向電機1、雙槳旋翼頭2、萬向懸架3、承力結構4、飛行控制器5、電池6和任務載荷7；其中：

承力結構4使柱狀共軸雙槳布局的微型無人機成為一個具有承擔載荷的結構，承力結構4包括柱狀機身41及設置在柱狀機身41內的中心主梁42，中心主梁42優選與柱狀機身41的軸線相重合設置。

在柱狀機身41內設有飛行控制器5和電池6，飛行控制器5和電池6附著在承力結構4(柱狀機身41和/或中心主梁42)上；其中，飛行控制器5為柱狀共軸雙槳布局的微型無人機提供姿態控制和航線規劃，使其具有自主飛行能力；電池6為柱狀共軸雙槳布局的微型無人機提供電能。

在柱狀機身41的一端布置(掛載)有任務載荷7，任務載荷7附著在承力結構4(柱狀機身41和/或中心主梁42)上；根據任務的需要，任務載荷7可以換裝為光電吊艙、急救藥品包、應急通信設備等載荷。

在柱狀機身41的另一端通過萬向懸架3安裝有共軸反向電機1，如圖3所示；共軸反向電機1上安裝有可摺疊緊貼柱狀機身的雙槳旋翼頭2，雙槳旋翼頭2、共軸反向電機1及柱狀機身41共軸設置。其中，共軸反向電機1為本發明提供驅動雙槳旋翼頭2旋轉的動力；共軸反向電機1具有同軸布置的兩個轉子，分別提供正反兩個方向的旋轉驅動力；共軸反向電機1通過轉軸與雙槳旋翼頭2相連，驅動雙槳旋翼頭的旋翼反方向旋轉。

萬向懸架3是共軸反向電機1與承力結構4之間的連接機構，萬向懸架3在飛行控制器5的控制下可以使雙槳旋翼頭2的旋翼面傾斜，與機身軸線成一定角度；本發明與傳統直升機布局相比，具有簡化的機械結構和低廉的使用費用，與多旋翼布局相比，不使用電機調速，提高了能量利用率，萬向懸架3具有結構簡單、維護簡單、消耗能量少等優良性能。

雙槳旋翼頭2包括上下設置的兩個槳轂22和多個旋翼21，旋翼設置的數目可根據實際需求進行設置；旋翼21與槳轂22通過限位鉸鏈23連接；當旋翼21摺疊時，旋翼21鎖定在緊貼柱狀機身41的位置，如圖5所示；當旋翼21展開並繞槳轂22旋轉時，旋翼21鎖定在垂直於柱狀機身41的位置，並與槳轂22剛性連接，具有剛性無絞旋翼的高效能特性；如圖4所示。

本發明公開的柱狀共軸雙槳布局的微型無人機的技術性能為：

空重：800g；

最大起飛重量：2000g；

最大有效載荷：500g；

旋翼直徑：432mm；

機身直徑：92mm；

續航時間：45分鐘(載重500g配備1組4s鋰電池)，1小時10分(載重500g配備2組4s鋰電池)；

最大平飛速度：20m/s：最大升限：1000m；

遙控距離：1.5Km(未增程)，5Km(增程)；

動力：無刷直流電機(最大輸出功率1.5kw)；

特點：自主起降，自主飛行，配備模塊化多任務吊艙，長續航力，全壽命周期成本低。旋翼摺疊後緊貼機身，具有較強的便攜性；可以儲存在發射管中，易於部署和釋放。

本發明的優勢在於：柱狀共軸雙槳布局的微型無人機通過萬向懸架可傾斜雙槳旋翼頭的旋翼面，控制無人機姿態；雙槳旋翼頭可以緊貼機身摺疊，具有較高的便攜性和易用性；雙槳旋翼頭摺疊後可以儲存在發射管中，易於部署和釋放；通過共軸反向電機帶動反向轉的剛性無鉸旋翼(當旋翼展開並繞槳轂旋轉時，旋翼與槳轂剛性連接)抵消反扭矩，提高了飛行效率，提高了無人機的續航能力。

以上僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。