一種油箱嵌入翼身融合體的小型多用途無人機的製作方法

2023-04-26 11:33:56 1

專利名稱：一種油箱嵌入翼身融合體的小型多用途無人機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種油箱嵌入翼身融合體的小型多用途無人機的設計，屬於航空飛行
器的結構設計領域，特別是有較大續航時間要求的小型無人機結構設計。
背景技術：
無人機成本較為低廉，能夠避免駕駛人員的傷亡，可以執行許多有人機所不能執 行的任務，應用前景廣闊。 現有無人機主要採用簡單的盒型機身，常規六面體形狀油箱，飛行阻力大，機內空 間利用率低，所載燃油量較小，航程航時都較短。並且大多按照具體的任務載荷量身定做， 對於任務載荷裝載的通用性不強；在對沒有正式定型的載荷進行搭載試驗時，不是非常方 便，有時甚至還需要對機體結構進行改造。

發明內容
針對現有技術的上述問題，本發明人開發了一種油箱嵌入翼身融合體的V尾布局 無人機。 本發明的無人機主要用於執行科研實驗、遙感探測和空中航拍等飛行任務。該無 人機具有如下特點1)續航時間較長，便於開展對航時要求較高的飛行任務；2)使用簡單， 便於操縱；3)穩定性較好，適合搭載自動駕駛儀、航拍相機、攝像機等設備；4)對起降條件 要求較低。 根據本發明的一個方面，提供了一種小型無人機，其特徵在於包括機身；連接在 所述機身上的機翼；尾翼；以及，分別設置在所述機身內部左前方、左後方、右前方和右後 方的左前油箱、左後油箱、右前油箱以及右後油箱。 根據本發明的一個進一步的方面，上述小型無人機進一步包括安裝在所述機身
的前端的發動機；所述發動機驅動的螺旋槳，用於為飛機提供飛行所需的拉力。 根據本發明的一個進一步的方面，上述小型無人機進一步包括設置在所述機身
的上部的一個機艙蓋，其與所述機身限定了一個機艙；其中所述機身為一個具有一定翼型
的扁平升力體。 根據本發明的一個進一步的方面，上述尾翼為V型尾翼，尾翼後緣設有控制面，從 而可通過V尾混控模式實現升降舵和方向舵的功能。根據本發明的另一個方面的無人機進 一步包括模塊化裝載設計，包括位於機身(1)中部的底板支撐板(32)，用於安裝機載設備。


圖l顯示了根據本發明的
圖2顯示了根據本發明的
圖3顯示了根據本發明的
圖4顯示了根據本發明的
個實施例的小型無人機的整體外形圖。 個實施例的油箱布置示意圖。 個實施例油箱連接示意圖。 個實施例的底板示意圖。
圖5顯示了根據本發明的一個實施例的設備與底板安裝示意圖。
圖6顯示了根據本發明的一個實施例的設備安裝與效果圖。
具體實施例方式
為了解決現有小型無人機航程、航時較小，且在機載設備"拆卸-安裝"模式上耗 費時間較長、過程煩瑣等問題；本發明的一個基本方面是提供了一款阻力小、結構設計合理 的小型無人機方案，能夠對機載設備快速裝卸。 本發明的一個進一步的方面是提供了一款阻力小，載油量大，航時較長，能夠執行 遠程飛行任務的小型無人機方案，該方案採用機載設備模塊化裝卸設計，能夠對機載設備 快速裝卸。 根據本發明的一個實施例主要是通過對翼身融合體的V尾布局無人機的總體布 局的合理設計與裝配調試來實現的。 根據本發明的一個進一步的實施例主要是通過對油箱嵌入翼身融合體的V尾布 局無人機的總體布局、嵌入式油箱設計、交替式供油方式以及模塊化機載設備安裝形式的 合理設計與裝配調試來實現的。
以下結合具體實施例說明本發明的技術方案
1)小型無人機的總體布局 該小型無人機採用常規式氣動布局(如圖1所示)，翼身融合體設計，拉進式動力 裝置，V型尾翼及前三點式起落架。 其中機身(1)為一個具有一定翼型的扁平升力體，上部設有一個機艙蓋(9)，內部 為一個大容量的機艙，用於機載設備的安裝。機身兩側通過合理的曲線與機翼(3)融合，保 證較好的氣動特性。機身前端安裝有發動機(IO)，發動機(10)驅動螺旋槳(ll)，為飛機提 供飛行所需的拉力。 根據一個實施例，機翼(3)平面形狀為梯形，其前緣後掠、後緣前掠。每側機翼外 側後緣設置有副翼(4)，內側後緣設置有襟翼(5)。 根據一個實施例，尾翼採用V型尾翼(7)。根據一個具體實施例，尾翼(7)的左右 尾翼互成約120。。尾翼後緣設有控制面(6)，通過V尾混控模式可實現升降舵和方向舵的 功能。 V型尾翼(7)與機身(1)的連接通過尾撐(8)實現。尾撐(8)採用諸如帶錐度的碳 纖維複合材料圓管；根據一個具體實施例，該圓管直徑較小的一端用於安裝V型尾翼(7)， 直徑較大的一端與機身(1)的尾部連接。 前起落架(12)位於機身(1)的前下方，主起落架系統(2)位於機身(1)中下部。
2)嵌入式油箱設計 根據本發明的一個實施例，如圖2所示，機身內部左前方、左後方、右前方和右後 方各布置有左前油箱(16)、左後油箱(15)、右前油箱(13)以及右後油箱(14)，這樣設計 既不額外增加阻力，又為機身中部載荷艙(17)留出儘可能大的空間，提高了飛機的裝載能 力。油箱的外形與常規六面體形狀不同，而是根據翼身融合體機身外形而定，即左、右前油 箱(13)、 (16)側面呈翼型前緣形狀，左、右後油箱(14)、 (15)後部呈翼型後緣形狀，內部中 空，裝載油料。
3)交替式供油方式 根據本發明的一個實施例，如圖3所示，進氣管(22)插入左後油箱(15)，左後油箱 (15)通過油管(21)與右前油箱(13)相連，右前油箱(13)通過油管(20)與右後油箱(14) 相連，右後油箱(14)通過油管(19)與左前油箱(16)相連，左前油箱(16)通過油管(23) 與防氣泡油箱(18)相連，防氣泡油箱(18)通過油管(24)與發動機相連。
油箱按上文連接完畢後，飛行中發動機耗油的順序是先使用左後油箱(15)中的 燃油，接著使用右前油箱(13)中的燃油，再接著使用右後油箱(14)中的燃油，最後使用左 前油箱(16)中的燃油。這樣，燃油在全機的消耗順序依次為左後-右前-右後-左前，這 樣每消耗一個後部油箱的燃油，就相應消耗一個前部油箱的燃油，避免兩個後部油箱同時 消耗或兩個前部油箱同時消耗，從而保證燃油消耗對整機重心的影響在容許範圍之內。
防氣泡油箱(18)的主要特點是相對主油箱體積較小，這樣可以保證在整個飛行 過程中，不論主油箱(13)、 (14)、 (15)、 (16)內油位如何變化，防氣泡油箱(18)內均為滿油 狀態，從而為發動機穩定供油。
4)模塊化裝載 為便於機載設備的安裝和替換，並減小對飛機結構的影響，該機機身中部設計了 模塊化裝載結構(如圖4所示)。 底板支撐板(32)設計於機身(1)中部，上面設計有螺釘孔(31)，螺釘孔背面鑲有 反抓螺母，用於安裝螺釘以固定底板(42)。底板支撐板(32)的前部設計有方孔(33)，成 "口 "形，為安裝探測雲臺等機載設備預留空間。 機載設備(41)安裝於底板(42)上表面(如圖5所示)，底板的四個角設計有螺釘 孔(43)。 安裝機載設備時，首先將機載設備(41)固定於底板(42)上表面，之後用螺釘將底
板(42)固定於底板支撐板(32)上(如圖6所示)。 下面通過兩個實例對本發明的實施方式進行更具體的說明 實例一，長航時帶任務飛行 整機採用翼身融合體和"V"形尾翼設計以及拉進式動力裝置，阻力小，升力大。 由於安裝了採用交替式供油型式的嵌入式油箱，在無人機起飛後，採用左後油箱-右前油 箱_右後油箱_左前油箱的順序依次為發動機供油，在耗油過程中整機重心縱向變化量較 小，且由於油箱具有較大容積，可以實現較長時間的飛行。
實例二，常規任務中機載設備的快速更換 由於模塊化設計機載設備底板成本低廉，可以製造多個底板，外場試驗前將各
種所需機載設備安裝於底板上。在外場飛行試驗過程中，可拆卸底板螺釘，更換"機載設
備_底板"模塊，快速改變無人機機載設備配置。 有益效果 本發明的優點在於 1)該小型無人機採用翼身融合體、單尾撐、V型尾翼和拉進式動力的布局型式，具 有優異的空氣動力學特性，特別是翼身融合體設計等增加全機升力，減小翼身幹擾阻力； 2)採用嵌入式油箱設計，在不增加額外阻力的前提下，充分利用機身內部空間裝 載燃油，不僅節省載荷艙空間，還增加了載油量，提高了整機續航時間；
3)採用交替式供油型式，避免飛行過程中兩個前油箱或兩個後油箱或兩個同側油
箱同時耗盡，從而保證燃油消耗對整機縱向重心的影響在容許範圍之內； 4)模塊化裝載設計，便於機載設備的安裝和更換，並減小對機體結構的影響。 應當理解的是，在以上敘述和說明中對本發明所進行的描述只是說明而非限定性
的，且在不脫離如所附權利要求書所限定的本發明的前提下，可以對上述實施例進行各種
改變、變形、和/或修正。
權利要求
一種小型無人機，其特徵在於包括機身(1)；連接在所述機身(1)上的機翼(3)；尾翼(7)；以及分別設置在所述機身(1)內部左前方、左後方、右前方和右後方的左前油箱(16)、左後油箱(15)、右前油箱(13)以及右後油箱(14)。
2. 根據權利要求l所述的小型無人機，其特徵在於所述機身(1)為一個具有一定翼型的扁平升力體；左前油箱、右前油箱側面呈所述翼型的前緣的形狀；左後油箱、右後油箱後部呈所述翼型的後緣的形狀。
3. 根據權利要求1所述的小型無人機，其特徵在於進一步包括 插入左後油箱(15)的進氣管(22)，連接左後油箱(15)與右前油箱(13)的油管(21)， 連接右前油箱(13)與右後油箱(14)的油管(20)， 連接右後油箱(14)與左前油箱(16)的油管(19)， 連接左前油箱(16)與一個防氣泡油箱(18)的油管(23)， 所述防氣泡油箱(18)，以及連接所述防氣泡油箱(18)與發動機的油管(24)。
4. 根據權利要求3所述的小型無人機，其特徵在於進一步包括 安裝在所述機身(1)的前端的發動機(10);發動機(10)驅動的螺旋槳(ll)，用於為飛機提供飛行所需的拉力， 其中發動機耗油的順序是先使用左後油箱(15)中的燃油，接著使用右前油箱(13)中 的燃油，再接著使用右後油箱(14)中的燃油，再使用左前油箱(16)中的燃油。
5. 根據權利要求4所述的小型無人機，其特徵在於進一步包括 位於發動機和主油箱之間的防氣泡油箱(18):防氣泡油箱(18)相對主油箱體積較小，這樣可以保證在整個飛行過程中，不論主油箱 (13)、 (14)、 (15)、 (16)內油位如何變化，防氣泡油箱(18)內均為滿油狀態，從而為發動機穩定供油。
6. 根據權利要求l所述的小型無人機，其特徵在於進一步包括尾撐(8)，用於實現所述 尾翼(7)與機身(1)的連接。
7. 根據權利要求6所述的小型無人機，其特徵在於進一步包括 設置在所述機身(1)的上部的一個機艙蓋(9)，其與所述機身(1)限定了一個機艙； 其中所述機翼(3)通過合理的曲線與機身兩側融合，從而保證好的氣動特性；機翼(3)平面形狀為梯形，其前緣後掠、後緣前掠。每側機翼外側後緣設置有副翼(4)， 內側後緣設置有襟翼(5)。
8. 根據權利要求6所述的小型無人機，其特徵在於所述尾翼為V型尾翼(7)，V型尾翼(7)的左右尾翼互成約120。，後緣設有控制面(6)， 從而可通過V尾混控模式實現升降舵和方向舵的功能。所述尾撐(8)為一個圓管，圓管採用碳纖維複合材料，其直徑較小的一端用於安裝V型尾翼(7)，直徑較大的一端與機身(1) 的尾部連接。
9.根據權利要求1所述的小型無人機，其特徵在於進一步包括 位於機身(1)的前下方的前起落架(12)，以及 位於機身(1)中下部的主起落架系統(2)。
全文摘要
一種油箱嵌入翼身融合體的V尾布局無人機，可用於執行科研實驗、遙感探測和空中航拍等飛行任務。該無人機具有如下特點1)續航時間較長，便於開展對航時要求較高的飛行任務；2)使用簡單，便於操縱；3)穩定性較好，適合搭載自動駕駛儀、航拍相機、攝像機等設備；4)對起降條件要求較低。根據本發明的一個方面的小型無人機包括機身(1)；連接在所述機身(1)上的機翼(3)；尾翼(7)；以及，分別設置在所述機身(1)內部左前方、左後方、右前方和右後方各布置有左前油箱(16)、左右油箱(15)、右前油箱(13)以及右後油箱(14)。根據進一步的方面，上述左前油箱、右前油箱、左後油箱、右後油箱具有與所述機身的翼型適配的形狀和平衡的耗油順序。
文檔編號B64D37/04GK101792022SQ20101012583
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月16日 優先權日2010年3月16日
發明者丁未龍, 萬志強, 周磊, 楊超, 王耀坤 申請人:北京航空航天大學