一種可摺疊的小型無人機的製作方法
2023-04-24 18:57:31 1
專利名稱：一種可摺疊的小型無人機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種航空飛行器，具體涉及一種可摺疊的小型無人機。
背景技術：
無人駕駛飛機簡稱無人機，是一種有動力驅動，機上無人駕駛，可重複使用的航空器。近年來由於材料科學、微電子技術、計算機技術的飛速發展極大地推動了無人機技術的更新換代。無人機領域也就成為了各國爭相發展的領域。無人機一般以重量來分類，其中20kg以下的稱為微型或小型無人機，如美國的"指針式"無人機和"銀狐"無人機等，一般用於執行戰場偵查、毀傷評估、目標指引等軍事任務，以及作為載機平臺用於飛行試驗、航空測繪、搜索救援等非軍事任務。 由於無人機自身起飛重量較小，燃油搭載能力有限(對於電動無人機則為動力電
池的容量限制)，那麼無人機的航程和航時指標將受到不同程度的影響。在一些情況下，如
執行戰時對敵縱深的偵查、攻擊目標指引、重大地質災害的搜索救援等任務，大型航空器由
於目標大易遭攻擊或者沒有足夠的出勤率的情況下，就需要小型無人機執行這些帶有高空
或遠程要求的任務，現有常規的小型無人機一般不能滿足這類任務的要求。 以地震搜索救援任務為例，假設在發生地震等地質災難初始時刻，外部人員無法
快速進入震區內部了解損失情況，但為了給相關部門及時提供科學決策的依據，必須通過
空中、地面等立體多方位對震區進行勘察，此時應用小型無人機進行作業不失為一種經濟
有效的手段。但現有小型無人機由於自身起飛重量的限制，使得航程、航時指標無法滿足從
震區外部起飛對震區進行勘察的要求，若從地面將小型無人機運輸至震區或震區附近，又
會受到地面交通阻隔等不可抗拒因素的影響而耽誤時間，也就失去了快速反應的效果。如
果此時能將多架小型無人機通過大型飛機一次性搭載運輸至震區上空，在不同區域進行投
放，投放後小型無人機能自發進入正常飛行模式，完成相應的搜索救援和震區勘察任務，那
麼將對抗震救災的工作提供強有力的幫助。 此外，現今小型無人機一般設計成可拆卸的形式，整機可分解成機翼、機身、尾翼、起落架等多個部件進行裝箱，以方便運輸。但是這樣的分解方式使得無人機在到達目的地以後需要進行控制線路和管路的連接、部件的安裝緊固等工作，才能達到待飛狀態，此過程較為煩瑣、耗時；在飛行任務完成以後又需要同樣的時間和步驟去完成拆解裝箱工作。在軍事作業中，一般要求裝備能滿足快速反應的要求，以便把握稍瞬即逝的戰機；在搜索救援任務中，也要求分秒必爭，以期將災難的損失降到最低；同樣在民用與科研領域，效率更是一個衡量產品與成果的重要指標。這就對無人機的設計提出了要求，應使之能同時滿足快速裝卸和方便運輸的要求。
發明內容
本發明的目的在於解決現有小型無人機執行帶有高空和遠程要求的任務能力薄弱的問題，並克服在"拆卸-安裝"模式上所需時間較長、過程煩瑣等不足，提供一種可摺疊的小型無人機，其機體結構能夠摺疊收納於一外形規則的包裝箱內。摺疊後的小型無人機 通過空中投放、自動展開等步驟即可轉入正常飛行狀態去執行任務，而且該摺疊機體的思 路應用於小型無人機後使其裝卸時間縮短，運輸更加方便。 根據本發明的一個方面，提供了一種可摺疊的小型無人機，其包括一個翼身融合 體；一對機翼，分別設置在所述翼身融合體的左右兩側，每個所述機翼與所述翼身融合體連 接處設置有一第一摺疊機構，所述第一摺疊機構被設置為可使所述機翼相對於所述翼身融 合體向下摺疊並可將展開的所述機翼鎖定在展開狀態；一個尾翼；一個尾撐，其一端連接 所述尾翼，另一端通過一第二摺疊機構與所述翼身融合體連接，所述第二摺疊機構被設置 為可使所述尾撐相對於所述翼身融合體向下摺疊並可將展開的所述尾撐鎖定在展開狀態。
根據本發明的一個實施方式，所述第一摺疊機構被設置為可使所述機翼相對於所 述翼身融合體向下摺疊90° ，所述第二摺疊機構被設置為可使所述尾撐相對於所述翼身融 合體向下摺疊100。。 根據本發明的一個實施例，所述第一摺疊機構與所述第二摺疊機構原理相同，其 結構包括一個第一合頁，其與所述機翼或所述尾撐固定連接，以及一個第二合頁，其與所 述翼身融合體固定連接；所述第一合頁與所述第二合頁在下部通過一個銷軸鉸接，所述第 一合頁的上部設有一耳片，所述耳片上帶有一倒鉤，所述第二合頁上部設有一個凸臺，所述 凸臺上部設有一缺口 ，其中設置有一個鎖舌和抵擎該鎖舌的一根彈簧，所述鎖舌與所述倒 鉤對應設置，由此，在所述機翼或所述尾撐展開狀態下，所述第一合頁的上表面貼合於所述 凸臺的上表面，所述鎖舌受彈簧作用彈出，勾住所述倒鉤。 根據本發明的一個優選實施方式，所述機翼與所述翼身融合體之間還設置有第一
展開作動機構，所述尾撐與所述翼身融合體之間還設置有第二展開作動機構。 根據本發明的一個實施例，所述第一展開作動機構與所述第二展開作動機構原理
相同，其結構包括一個氣動作動筒，固定於所述翼身融合體上，所述氣動作動筒上的作動
杆前端設置有一第二銷軸；一個支臂，其一端固定於所述機翼或所述尾撐上，另一端開有一
個滑槽，所述滑槽可容納所述第二銷軸在其中滑動。 優選的，所述翼身融合體為一個具有一定翼型的扁平升力體，其兩側通過合理的 曲線與所述機翼融合。 根據本發明的一個實施例，所述翼身融合體後端兩側安裝有兩臺帶有螺旋槳的電 動機。 根據本發明的一個實施例，所述機翼平面形狀為梯形，其前緣後掠、後緣前掠，每 側機翼安定面的外側後緣設置有副翼，所述機翼為常規單梁式結構，在所述機翼的30%弦 長處設有一根主梁，在75%弦長處設有一根後牆，其中所述主梁與所述翼身融合體軸線垂 直，所述機翼通過主梁和後牆處兩處接頭與所述翼身融合體連接，其中主梁處的接頭帶有 所述第一摺疊機構；後牆處的接頭為一鉸鏈。 根據本發明的一個實施例，所述尾翼為V型尾翼，其左右尾翼互成110° ，尾翼安
定面後緣設有控制面。 本發明的有益效果主要體現在 1)本發明的小型無人機能夠在摺疊狀態下空中投放，在下降過程中通過摺疊-展 開作動與鎖定機構的作用使機體自動展開，恢復至正常的氣動外形，轉入常規飛行狀態，可用於完成如高空遠程的特殊飛行任務； 2)本發明的小型無人機採用翼身融合體、單尾撐、V型尾翼的布局形式，能很好的 適應機體摺疊的要求，同時具有優異的空氣動力學特性，特別是翼身融合體設計增大了全 機的升力面積，有助於提高飛機的升力，同時能有效減小機翼與機身之間的幹擾阻力，從而 增加飛機的升阻比； 3)本發明用於摺疊機翼和尾撐的摺疊機構的設計縮短了該型無人機從存放裝箱 狀態到待飛狀態所需的準備時間，在需要飛行時將摺疊狀態的無人機取出，把兩側機翼和 尾撐向上扳起至摺疊機構自動鎖定的位置即可；在完成飛行後，只需按下摺疊機構處的鎖 定保險(例如使摺疊機構的鎖舌脫離倒鉤)，即可將機翼和尾撐向下摺疊，使無人機恢復到 存放狀態； 4)本發明的小型無人機在摺疊狀態下可以收納於一個長方形的箱體內，大大的節 省了空間，方便運輸與存放。
圖1為飛行狀態下小型無人機整體外形圖；
圖2為摺疊狀態下小型無人機整體外形圖； 圖3為小型無人機摺疊_展開所需的作動與鎖定機構的結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發明的可摺疊小型無人機的總體布局、摺疊方式、折 疊_展開所需作動與鎖定機構。
1)小型無人機的總體布局 該小型無人機為常規式氣動布局，如圖1所示，採用翼身融合設計，單尾撐帶V型
尾翼。該小型無人機的機體組成包括翼身融合體8、機翼6、7、尾翼4、5、尾撐3、動力系統1、
2、摺疊-展開所需的作動與鎖定機構，可在必要時安裝前三點式起落架。 其中翼身融合體8為一個具有一定翼型的扁平升力體，上表面設有一個機艙蓋，
內部為一個大容量的機艙，用於機載設備的安裝。翼身融合體8兩側通過合理的曲線與機
翼6、7融合，以保證具有較好的氣動特性。翼身融合體8後端兩側安裝有例如兩臺帶有螺
旋槳2的電動機l，為該小型無人機提供飛行所需的動力。 機翼6、7平面形狀為梯形，其前緣後掠、後緣前掠。每側機翼安定面7的外側後緣 設置有副翼6 。機翼為常規單梁式結構，在機翼的30 %弦長處設有一根主梁106，在75 %弦 長處設有一根後牆ll，其中機翼主梁106與翼身融合體8軸線垂直。整個機翼通過主梁106 和後牆11處兩處接頭與翼身融合體8連接，用於傳遞載荷。根據下文的具體實施例，其中
主梁處的接頭io可以為一摺疊機構或者是一摺疊機構和展開驅動機構的組合體，能夠傳
遞剪力、彎矩和部分扭矩；後牆處的接頭12可以為一簡單鉸鏈，用於傳遞剪力，並與主梁接 頭一起傳遞扭矩。 V型尾翼4、5的左右尾翼互成110。，尾翼安定面4後緣設有控制面5，通過V尾混 控模式可實現升降舵和方向舵的功能，也就是說左右尾翼的舵面同時向上或向下偏轉即起 升降舵的作用，左右尾翼的舵面一個上偏另一個下偏即起方向舵的作用。
6
尾翼4、5與翼身融合體8的連接通過尾撐3來實現，尾撐3採用帶錐度的碳纖維 複合材料圓管構成，其中直徑較小的一端用於安裝V型尾翼4、5，直徑較大的一端通過尾部 摺疊機構9與翼身融合體8連接。
2)摺疊形式 當該小型無人機摺疊時，機翼6、7沿與翼身融合體8連接的機翼摺疊機構10的轉
軸向下折約90。，尾撐3沿尾部摺疊機構9處的轉軸向下折約100° ，此時尾撐3和V型尾
翼4、5位於摺疊狀態的左右機翼6、7中間，如圖2所示。摺疊狀態下的該無人機可以收納
於一個長方形的箱體內。在實際應用中，摺疊飛機要裝入包裝箱時通過相應的支撐結構將
摺疊飛機予以固定，防止飛機的震動和磕碰造成結構的損壞，因此摺疊的角度比較自由，主
要受包裝箱及其內部支撐結構的限制。 3)摺疊-展開所需的作動與鎖定機構 優選的，本發明的可摺疊小型無人機，在機翼6、7與翼身融合體8的連接部位所設 置的連接結構10為一摺疊機構和展開驅動機構的組合體，下文稱之為摺疊_展開作動與鎖 定機構IO，在尾撐3與翼身融合體8的連接部位設置有另一摺疊機構和展開驅動機構的組 合體，下文稱之為摺疊_展開作動與鎖定機構9。所述的摺疊_展開作動與鎖定機構9、 10 包括摺疊機構和展開作動機構，其具體結構可以採用多種形式，圖3僅顯示了其中一種結 構的示例。 由於兩處所設置的摺疊-展開作動與鎖定機構9、10原理完全相同，因此此處僅以 機翼6、7與翼身融合體8之間使用的摺疊_展開所需的作動與鎖定機構10為例進行說明。
如圖3所示，摺疊機構的主體為兩片合頁，即第一合頁104與第二合頁102，第一 合頁104與機翼的主梁106連接，第二合頁102與翼身融合體8的主梁101連接。第一合 頁104與第二合頁102在下部通過銷軸103鉸接。第一合頁104的上部有一耳片107，耳片 107上帶有鎖定用的倒鉤105。第二合頁102上部為一個凸臺113，機構閉合(即機翼展開 狀態)的情況下，第一合頁104的上表面正好貼合於所述凸臺113的上表面，以保證機翼的 上反角。凸臺113上部有一缺口，其中布置有一根彈簧和一個鎖舌110，鎖舌IIO受彈簧的 彈力作用。摺疊機構由開啟狀態到閉合狀態時，第一合頁104繞銷軸103旋轉，耳片107將 鎖舌IIO壓入，直至第一合頁104與第二合頁102完全閉合，鎖舌IIO受彈簧作用彈出，勾 住耳片上的倒鉤105，至此摺疊機構被鎖定，確保了飛行期間無人機有穩定的氣動外形。
展開作動機構主要包括有安裝於翼身融合體8的主梁101側面的氣動作動筒112、 安裝於機翼主梁106側面的支臂108，用於自動將摺疊狀態的無人機展開至飛行狀態。支臂 108上開有一個滑槽109，作動筒接頭處的銷軸114能夠在滑槽109內滑動。當氣動作動筒 受壓縮氣體作用時，作動杆111收回，作動杆接頭通過銷軸114帶動支臂108，使機翼主梁 106繞摺疊機構銷軸103向上轉動，直至摺疊機構達到完全閉合的狀態。
在實際應用中，本發明的可摺疊的小型無人機，其中的摺疊機構和展開作動機構 可根據具體情況進行相應配置，例如
實例一，開展空中投放展開的飛行任務 此狀態下的小型無人機同時安裝摺疊機構與展開作動機構。在開展空中投放展開 的飛行任務時，裝備有相應有效載荷的該小型無人機首先處於如圖2所示的摺疊狀態，並 被收納於一個長方形的包裝箱中，可由熱氣球、飛艇、直升機或大型運輸機等方式搭載運送
7至預定的高度與空域進行空中投放。用於收納小型無人機的長方形包裝箱中安裝有降落傘 和開啟艙門的自動裝置，在空中被投放後自動開傘穩定下降，然後自動開啟艙門將內部折 疊狀態的無人機釋放。 摺疊狀態的無人機滑出包裝箱體後，其左右機翼6、7和尾撐3在氣動展開作動機 構的作用下自動展開並鎖定在如圖1所示的正常飛行形態，然後在該無人機機載設備的控 制下開展任務飛行。 實例二，常規任務中存放狀態_待飛狀態的快速轉換 此形態下的小型無人機可只安裝摺疊機構而省略展開作動機構。左右機翼6、7、 尾撐3分別通過一套摺疊機構與翼身融合體8連接。收納運輸狀態下機翼和尾撐均被折 疊，當到達目的地後，將摺疊狀態的無人機從包裝箱中取出，並將左右機翼和尾撐向上扳直 至摺疊機構自動鎖定，無人機即可到達待飛狀態。在完成飛行任務後，只需將摺疊機構的鎖 舌110壓回，使其脫離倒鉤105，並將機翼和尾撐向下摺疊然後裝入包裝箱，即可使無人機 恢復到存放狀態，整個實施過程簡單便捷。 以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。凡採用 等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護範圍之內。
權利要求
一種可摺疊的小型無人機，其特徵在於，其包括一個翼身融合體(8)；一對機翼(6、7)，分別設置在所述翼身融合體(8)的左右兩側，每個所述機翼(6、7)與所述翼身融合體(8)連接處設置有一第一摺疊機構(10)，所述第一摺疊機構(10)被設置為可使所述機翼(6、7)相對於所述翼身融合體(8)向下摺疊並可將展開的所述機翼(6、7)鎖定在展開狀態；一個尾翼(4、5)；一個尾撐(3)，其一端連接所述尾翼(4、5)，另一端通過一第二摺疊機構(9)與所述翼身融合體(8)連接，所述第二摺疊機構(9)被設置為可使所述尾撐(3)相對於所述翼身融合體(8)向下摺疊並可將展開的所述尾撐(3)鎖定在展開狀態。
2. 根據權利要求l所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述第一摺疊機構(10) 被設置為可使所述機翼(6、7)相對於所述翼身融合體(8)向下摺疊9(T ，所述第二摺疊機 構(9)被設置為可使所述尾撐(3)相對於所述翼身融合體(8)向下摺疊100° 。
3. 根據權利要求l所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述第一摺疊機構(10) 包括一個第一合頁(104)，其與所述機翼(6、7)固定連接，以及 一個第二合頁(102)，其與所述翼身融合體(8)固定連接； 所述第一合頁(104)與所述第二合頁(102)在下部通過一個銷軸(103)鉸接， 所述第一合頁(104)的上部設有一耳片(107)，所述耳片(107)上帶有一倒鉤(105)， 所述第二合頁(102)上部設有一個凸臺，所述凸臺上部設有一缺口，其中設置有一個鎖舌 (110)和抵擎該鎖舌(110)的一根彈簧，所述鎖舌(110)與所述倒鉤(105)對應設置，由此， 在所述機翼(6、7)展開狀態下，所述第一合頁(104)的上表面貼合於所述凸臺(113)的上 表面，所述鎖舌(110)受彈簧作用彈出，勾住所述倒鉤(105)。
4. 根據權利要求l所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述第二摺疊機構(9)包括一個第一合頁(104)，其與所述尾撐(3)固定連接，以及 一個第二合頁(102)，其與所述翼身融合體(8)固定連接； 所述第一合頁(104)與所述第二合頁(102)在下部通過一個銷軸(103)鉸接， 所述第一合頁(104)的上部設有一耳片(107)，所述耳片(107)上帶有一倒鉤(105)， 所述第二合頁(102)上部設有一個凸臺，所述凸臺上部設有一缺口，其中設置有一個鎖舌 (110)和抵擎該鎖舌(110)的一根彈簧，所述鎖舌(110)與所述倒鉤(105)對應設置，由此， 在所述尾撐(3)展開狀態下，所述第一合頁(104)的上表面貼合於所述凸臺(113)的上表 面，所述鎖舌(110)受彈簧作用彈出，勾住所述倒鉤(105)。
5. 根據權利要求l所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述機翼(6、7)與所述翼 身融合體(8)之間還設置有第一展開作動機構(IO)，所述尾撐(3)與所述翼身融合體(8) 之間還設置有第二展開作動機構(9)。
6. 根據權利要求5所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述第一展開作動機構 (10)包括:一個氣動作動筒(112)，固定於所述翼身融合體(8)上，所述氣動作動筒(112)上的作動杆(111)前端設置有一第二銷軸(114);一個支臂(108)，其一端固定於所述機翼(6、7)上，另一端開有一個滑槽(109)，所述滑 槽(109)可容納所述第二銷軸(114)在其中滑動。
7. 根據權利要求5所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述第二展開作動機構 (10)包括:一個氣動作動筒(112)，固定於所述翼身融合體(8)上，所述氣動作動筒(112)上的作 動杆(111)前端設置有一第二銷軸(114);一個支臂(108)，其一端固定於所述尾撐(3)上，另一端開有一個滑槽(109)，所述滑槽 (109)可容納所述第二銷軸(114)在其中滑動。
8. 根據權利要求l所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述翼身融合體(8)為一 個具有一定翼型的扁平升力體，其兩側通過合理的曲線與所述機翼(6、7)融合。
9. 根據權利要求l所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述翼身融合體(8)後端 兩側安裝有兩臺帶有螺旋槳(2)的電動機(1)。
10. 根據權利要求1所述的可摺疊的小型無人機，其特徵在於，所述機翼(6、7)平面形狀為梯形，其前緣後掠、後緣前掠，每側機翼安定面(7)的外側 後緣設置有副翼(6)，所述機翼(6、7)為常規單梁式結構，在所述機翼的30%弦長處設有一 根主梁(106)，在75%弦長處設有一根後牆(ll)，其中所述主梁(106)與所述翼身融合體 (8)軸線垂直，所述機翼(6、7)通過主梁(106)和後牆(11)處兩處接頭與所述翼身融合體 (8)連接，其中主梁處的接頭帶有所述第一摺疊機構(10);後牆處的接頭(12)為一鉸鏈；所述尾翼(4、5)為一V型尾翼(4、5)，其左右尾翼互成110° ，尾翼安定面(4)後緣設 有控制面(5)。
全文摘要
本發明提供一種可摺疊的小型無人機，其包括一個翼身融合體；一對機翼，分別設置在所述翼身融合體的左右兩側，每個所述機翼與所述翼身融合體連接處設置有一第一摺疊機構，所述第一摺疊機構被設置為可使所述機翼相對於所述翼身融合體向下摺疊並可將展開的所述機翼鎖定在展開狀態；一個尾翼；一個尾撐，其一端連接所述尾翼，另一端通過一第二摺疊機構與所述翼身融合體連接，所述第二摺疊機構被設置為可使所述尾撐相對於所述翼身融合體向下摺疊並可將展開的所述尾撐鎖定在展開狀態。所述小型無人機，其機體結構摺疊後可收納於一個長方體包裝箱內，可利用氣動作動裝置自動展開至飛行狀態以執行空中投放等飛行任務，同時裝卸時間較短，運輸方便。
文檔編號B64C3/56GK101712379SQ20091008826
公開日2010年5月26日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者萬志強, 楊超, 王立波, 王耀坤 申請人:北京航空航天大學