一种基于可倾转涵道螺旋桨的跨介质无人机
阅读说明：本技术 一种基于可倾转涵道螺旋桨的跨介质无人机 (Cross-medium unmanned aerial vehicle based on tiltable ducted propeller ) 是由 张立 艾剑良 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于可倾转涵道螺旋桨的跨介质无人机,属于无人机领域,包括机身以及对称地安装在机身的两侧上的一对机翼,机翼的翼梢处安装有可倾转涵道螺旋桨,可倾转涵道螺旋桨至少包括可产生前进推力的水平推进位置、可产生升力的升降推进位置以及处于水平推进位置与升降推进位置之间的且可同时产生前进推力和升降的倾转位置；机身的顶面还安装有用于配平升力的配平螺旋桨；机身的尾部还安装有尾舵和方向舵。本发明的无人机通过控制可倾转涵道螺旋桨的角度转动,使无人机能够完成水中潜航、出水起飞、空中悬停以及空中巡航等机动动作,使其具备强大的生存能力和任务能力,具有广泛的应用领域。(The invention discloses a cross-medium unmanned aerial vehicle based on a tiltable ducted propeller, which belongs to the field of unmanned aerial vehicles and comprises a fuselage and a pair of wings symmetrically arranged on two sides of the fuselage, wherein the wing tips of the wings are provided with the tiltable ducted propeller, and the tiltable ducted propeller at least comprises a horizontal propulsion position capable of generating forward thrust, a lifting propulsion position capable of generating lift force and a tilting position which is positioned between the horizontal propulsion position and the lifting propulsion position and can simultaneously generate forward thrust and lift; the top surface of the machine body is also provided with a balancing propeller for balancing the lift force; the tail part of the fuselage is also provided with a tail rudder and a rudder. The unmanned aerial vehicle can complete maneuvering actions such as underwater diving, water-out takeoff, hovering and cruising in the air by controlling the angle rotation of the tiltable ducted propeller, so that the unmanned aerial vehicle has strong survival capability and task capability and has wide application field.)
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种基于可倾转涵道螺旋桨的跨介质无人机。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备及自备的程序控制装置操纵的飞行器，或者由机载计算机完全地或间歇地自主地操作。无人机目前应用领域广泛，在军用和民用等方面均有普遍应用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、影视拍摄等方面都有广泛的应用。
在某些复杂作业中，需要无人机螺旋桨具有更高的气动效率，并具有气动噪声低、安全性高等优点，除此之外，还需要无人机既具有垂直起降功能，又具有长航时特点，在某些特种任务时，还需要无人机具有跨介质两栖作业能力。
发明内容
针对现有技术存在的无人机不具有跨介质两栖作业能力以及无法兼顾垂直起降和长航时的问题，本发明的目的在于提供一种基于可倾转涵道螺旋桨的跨介质无人机。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于可倾转涵道螺旋桨的跨介质无人机，包括机身以及对称地安装在所述机身的两侧上的一对机翼，所述机翼的翼梢处安装有可倾转涵道螺旋桨，所述可倾转涵道螺旋桨至少包括可产生前进推力的水平推进位置、可产生升力的升降推进位置以及处于所述水平推进位置与所述升降推进位置之间的且可同时产生前进推力和升降的倾转位置；所述机身的顶面还安装有用于配平升力的配平螺旋桨；所述机身的尾部还安装有尾舵和方向舵。
优选的，所述可倾转涵道螺旋桨包括倾转舵机、涵道外壳、支架、螺旋桨和电机；其中，所述倾转舵机固定安装在所述机翼的翼梢处，所述倾转舵机的输出轴呈水平状布置且垂直于所述机身；所述涵道外壳固定安装在所述倾转舵机的输出轴上，且所述涵道外壳垂直于所述倾转舵机的输出轴；所述支架固定安装在所述涵道外壳的内部；所述螺旋桨可转动连接在所述支架上且所述螺旋桨与所述涵道外壳同轴布置；所述电机固定安装在所述支架上，且所述电机的输出轴与所述螺旋桨机械连接。
优选的，所述可倾转涵道螺旋桨还包括短轴，所述短轴可转动连接在所述机翼的翼梢处，所述短轴一端与所述倾转舵机的输出轴机械连接、另一端固定连接有所述涵道外壳。
优选的，所述配平螺旋桨安装在所述机身的中后段。
进一步的，所述机翼上还安装有副翼。
优选的，所述机翼安装在所述机身的上部以使所述可倾转涵道螺旋桨的位置抬高。
采用上述技术方案，由于可倾转涵道螺旋桨的设置，使得其通过旋转角度即可产生用于带动无人机前进的推力或者是垂直起降的升力，使无人机既具有多旋翼无人机的垂直起降功能，又具有固定翼无人机长航时的优点，并能够在两种飞行模式间自由平滑切换，从而具有强大的生存能力和快速飞行的任务能力；另外，由于机身尾部的方向舵和尾舵的设置，使得无人机能够依靠可倾转涵道螺旋桨产生的推力在水上或者水下航行，使无人机具有跨介质飞行的两栖作业功能，并通过控制可倾转涵道螺旋桨的旋转角度，从而控制无人机以完成水中潜航、出水起飞、空中悬停以及空中巡航等机动动作，从而拥有非常广泛的应用领域，可应用于电力巡检、搜寻救援、环保执法等。同时，相比于孤立的普通螺旋桨，涵道螺旋桨系统具有更高的气动效率，并具有气动噪声低、安全性高等优点。
附图说明
图1为本发明的无人机垂直起降时的主视示意图；
图2为本发明的无人机垂直起降时的俯视示意图；
图3为本发明的无人机水平航行时的主视示意图；
图4为本发明的无人机水平航行时的俯视示意图。
图中:1-机身、2-机翼、3-副翼、4-可倾转涵道螺旋桨、41-倾转舵机、42-涵道外壳、43- 支架、44-螺旋桨、5-尾舵、6-方向舵、7-配平螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种基于可倾转涵道螺旋桨的跨介质无人机，如图1-4所示，包括机身1以及对称地安装在机身1的两侧上的一对机翼2，同时机翼2上均配置有副翼3。
其中，在机翼2的翼梢处安装有可倾转涵道螺旋桨4，可倾转涵道螺旋桨4至少包括可产生前进推力的水平推进位置、可产生升力的升降推进位置以及处于水平推进位置与升降推进位置之间的且可同时产生前进推力和升降的倾转位置。
本实施例中，可倾转涵道螺旋桨4包括倾转舵机41、涵道外壳42、支架43、螺旋桨44和电机(图中未示出)。其中，倾转舵机41固定安装在机翼2的翼梢处，并且倾转舵机41的输出轴呈水平状布置且垂直于机身1的中轴线。通常，倾转舵机41设置在机翼2的内部，其输出轴从机翼2上开设的轴孔伸出到机翼2的外部，并且其输出轴与机翼2上开设的轴孔之间通过密封结构密封配合，例如密封圈。或者在另一个实施例中，还可以设置可倾转涵道螺旋桨4还包括短轴，该短轴可转动连接在机翼2的翼梢处，该短轴的一端伸入到机身1的内部从而与位于机身1内部的倾转舵机41的输出轴机械连接，该短轴的另一端伸出到机身1的外部并与上述的涵道外壳42固定连接，如此设置，一方面使得倾转舵机41可整体安装在机身1的内部，另一方面还可以灵活的调整短轴的长度和直径以满足设计需要。涵道外壳42整体呈轴向两端敞开的圆柱状壳体结构，涵道外壳42的外壁固定安装在倾转舵机41的输出轴上，且涵道外壳42的轴线垂直于倾转舵机41的输出轴。支架43配置成辐条状支架并固定安装在涵道外壳42的内侧壁上，且使得支架43的辐射中心位于涵道外壳42的轴线上。螺旋桨 44则可转动连接在该支架43上，且螺旋桨44与涵道外壳42同轴布置，其中，螺旋桨44包括桨轴和周向均匀的安装在桨轴上的多个桨叶，该桨轴通过轴承安装在支架43上布置的轴承座上。而电机也固定安装在支架42上，且电机的输出轴与螺旋桨44机械连接，本实施例中，配置电机也与涵道外壳42同轴布置，并优选电机与螺旋桨44通过联轴器直联。
本实施例中，进一步设置可倾转涵道螺旋桨4具有多个倾转位置(档位)或者是无级变位(任意角度可定位)，以便于根据不同的使用场景调节其产生的前进推力与升力之间的比例关系，例如，可配置倾转舵机41具有角度固定锁紧的功能，从而使其输出轴可在任意多个角度被固定。如此设置，在倾转舵机41转动并使可倾转涵道螺旋桨4处于前向推进位置时，此时螺旋桨44呈水平状并平行于机身1的中轴线，从而使螺旋桨44在转动后产生驱动无人机水平前进的推力，如图3及图4所示；在倾转舵机41转动并使可倾转涵道螺旋桨4处于升降推进位置时，此时螺旋桨44呈竖直状并垂直于机身1的中轴线，从而使螺旋桨44在转动后产生驱动无人机垂直起降的升力，如图1及图2所示；并且容易理解的是，在倾转舵机41转动到使可倾转涵道螺旋桨4处于倾转位置时，螺旋桨44转动后产生的推力具有两个分量，一个分量为升力，一个分量为前进推力，从而可进行飞行状态的切换，例如从水面上起飞、提升飞行高度或者准备垂直降落。
其中，机身1的尾部还安装有尾舵5和方向舵6，其中尾舵5有两个且呈水平状对称地布置在机身1的两侧，而方向舵6有一个并垂直地布置在机身1的顶面中轴线上。尾舵5和方向舵6结构类似，均包括固定在机身1上的舵体，舵体上安装有可偏转的舵叶，同时舵体上(例如内部)安装有舵机，通过舵机带动舵叶偏转，通过偏转的舵叶产生所需的偏转力，从而控制无人机的俯仰以及水平转弯等操作。
可以理解的是，为了防止无人机从水面起飞时，水被吸入到涵道外壳42中从而影响高速旋转的螺旋桨44，本实施例中，配置机翼2位于机身1的上部位置，从而抬高可倾转涵道螺旋桨4的高度位置。
另外，在无人机进行垂直起降时，两个可倾转涵道螺旋桨4产生升力用于带动无人机垂直起降，但是升力中心与重心并不重合，而尾舵5无法继续起到保持无人机重心稳定的作用，因此本实施例中，在机身1的顶面还安装有用于配平升力的配平螺旋桨7，且通常该配平螺旋桨7安装在机身1的中后段位置。配平螺旋桨7也包括桨轴和桨叶，桨轴通过轴承可转动连接在机身1的顶面，同时机身1的内部安装有用于驱动该桨轴转动的电机(图中未示出)，同时，该桨轴与机身1之间也设置有密封结构。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
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