一种倾转旋翼太阳能无人机的制作方法

1.本发明属于航空工程领域，具体涉及一种倾转旋翼太阳能无人机。


背景技术：

2.太阳能无人机因其巡航时间长、飞行高度高、覆盖区域广、使用成本低等优点，近年来受到了广泛的关注并取得了快速的发展。国内外现有的太阳能无人机多为固定翼无人机，并采用水平滑跑的起降方式，此种太阳能无人机存在以下不足：（1）依赖于机场跑道起降，使用受限；（2）起降阶段通常需要较宽的跑道，且对当时的风速风向有较高要求；（3）无法在空中实现自主悬停和退飞等特定动作。
3.因此期待一种倾转旋翼太阳能无人机，通过倾转螺旋桨机构，既能实现旋翼机的垂直起降、悬停、侧飞、后飞，又能实现固定翼飞机的远距离长航时飞行。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提出一种倾转旋翼太阳能无人机，既能实现旋翼机的垂直起降、悬停、侧飞、后飞，又能实现固定翼飞机的远距离长航时飞行。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种倾转旋翼太阳能无人机，包括：机翼，所述机翼为飞翼构型，所述机翼的上表面铺设有柔性共形太阳能电池阵列；三个螺旋桨，其中一对所述螺旋桨对称设置于所述机翼的前缘，另一所述螺旋桨设置于所述机翼的后缘，且位于所述机翼的对称轴线上；三个倾转机构，每个所述倾转机构对应与一个所述螺旋浆连接，所述倾转机构用于驱动所述螺旋桨相对于所述机翼所在的平面倾转。
6.作为可选方案，所述无人机的内部安装有蓄电池，所述太阳能电池阵列为所述蓄电池提供电能；所述无人机上设有驱动所述螺旋桨旋转的动力电机，所述动力电机与所述蓄电池连接。
7.作为可选方案，所述倾转机构设置于所述机翼内部，所述倾转机构包括：固定架、可伸缩机构和连杆组件，所述固定架固定在所述无人机上，所述螺旋桨的根部固定连接于所述连杆组件，所述连杆组件分别与所述固定架及所述可伸缩机构的伸缩端铰接，所述可伸缩机构用于驱动所述连杆组件进行转动，以使所述螺旋桨发生倾转。
8.作为可选方案，所述机翼的展弦比大于15。
9.作为可选方案，所述无人机包括垂尾，所述垂尾设置在所述机翼的翼梢的上表面，且所述机翼与所述垂尾互相垂直。
10.作为可选方案，所述无人机包括起落架，所述起落架为前三点式，所述起落架的其中两个支点设置于所述机翼的翼梢的下表面与所述垂尾相对设置，另一支点设置于所述无人机的下表面，且位于所述机翼的对称轴线上。
11.作为可选方案，所述无人机包括一对副翼，所述一对副翼对称设置于所述机翼的后缘。
12.作为可选方案，所述无人机包括一对方向舵，所述方向舵设置于所述垂尾的后缘。
13.作为可选方案，每个所述螺旋桨的桨叶数量为两个。
14.作为可选方案，所述倾转机构包括控制器，所述控制器用于监测和控制所述螺旋桨的倾转角度。
15.本发明的有益效果在于：（1）本发明的倾转旋翼太阳能无人机可以垂直起降，不依赖于机场跑道，使用更灵活，既能实现旋翼机的垂直起降、悬停、侧飞、后飞，又能实现固定翼飞机的远距离长航时飞行。
16.（2）本发明的倾转旋翼太阳能无人机采用大展弦比飞翼布局，一方面升阻比高，作为固定翼飞行时的性能好；另一方面结构紧凑，利于倾转螺旋桨的布置以及旋翼与固定翼飞行模式的切换。
17.（3）本发明的倾转旋翼太阳能无人机的三套倾转螺旋桨分别布置于机翼前后缘，作为旋翼机飞行时全机受力均匀、稳定性好。
18.（4）本发明的倾转旋翼太阳能无人机前缘的两套倾转螺旋桨布置于机翼展向的中间位置，对机翼结构的刚度要求低。
19.本发明具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
20.通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
21.图1示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机处于旋翼状态（螺旋桨处于翻起状态）飞行时的效果图。
22.图2示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机处于固定翼状态（螺旋桨处于未翻起状态）飞行时的效果图。
23.图3示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机的俯视图。
24.图4示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机的主视图。
25.图5示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机的侧视图。
26.附图标记1
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机翼；2
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太阳能电池阵列；3
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蓄电池；4
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机载设备；5
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螺旋桨；6
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动力电机；7
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倾转机构；8
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垂尾；9
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副翼；10
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方向舵；11
‑
起落架。
具体实施方式
27.下面将更详细地描述本发明。虽然本发明提供了优选的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了
便于描述本发明和简化描述，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。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.本发明一实施例提供了一种倾转旋翼太阳能无人机，图1示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机处于旋翼状态（螺旋桨处于翻起状态）飞行时的效果图。图2示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机处于固定翼状态（螺旋桨处于未翻起状态）飞行时的效果图。图3示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机的俯视图。图4示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机的主视图。图5示出了根据本发明一实施例的倾转旋翼太阳能无人机的侧视图。参考图1至图5，该倾转旋翼太阳能无人机包括：机翼1，机翼为飞翼构型，机翼1的上表面铺设有柔性共形太阳能电池阵列2；三个螺旋桨5，其中一对螺旋桨5对称设置于机翼1的前缘，另一螺旋桨5设置于机翼1的后缘，且位于机翼1的对称轴线上；三个倾转机构7，每个倾转机构7对应与一个螺旋浆5连接，倾转机构7用于驱动螺旋桨5相对于机翼1所在的平面倾转。
31.参照图1至图3，本实施例的无人机的机翼采用飞翼构型（flying
‑
wing），即飞机气动布局中的飞翼布局形式。没有平尾和确定的机身，机身和机翼为融合体。乘员、设备和有效载荷都置于机翼里，机翼内部还可安装导航、飞控、测控等机载设备4。采用飞翼布局，作为无人机的主要升力面。在一个具体的实例中，机翼1为大展弦比气动构型，如展弦比大于15。采用大展弦比飞翼布局一方面升阻比高，作为固定翼飞行时的性能好；另一方面结构紧凑，利于螺旋桨5的布置以及旋翼与固定翼飞行模式的切换。
32.三个螺旋桨5，其中一对对称设置于机翼1的前缘，另一个设置于机翼1的后缘，且位于机翼1的对称轴线上。三套螺旋桨分别布置于机翼前后缘，作为旋翼机飞行时使无人机受力更均匀、在起降阶段的飞行更稳定。在一个实例中，设置于机翼前缘的两套螺旋桨布置于机翼展向的中间位置，该设置方式对机翼1的结构的刚度要求低。
33.三个倾转机构7分别用于驱动对应的螺旋桨5倾转，可以驱动螺旋桨5实现90
°
以上的倾转。在一个具体的实例中，倾转机构包括控制器，控制器用于监测和控制螺旋桨5的倾转角度。螺旋桨5作为无人机的动力系统，通过倾转机构7的控制具备倾转功能，在无人机起降阶段提供垂直方向的升力，在无人机正常飞行阶段提供水平方向的动力。图1和图2分别示出了螺旋桨处于翻起状态和非翻起状态时的效果图。无人机在起降阶段以旋翼模式飞行时，螺旋桨5旋转到桨盘与机翼平行方向，提供类似于直升飞机旋翼的升力。无人机在以固定翼模式飞行时，螺旋桨旋转到桨盘与机翼垂直方向，提供前进的动力。
34.在本实施例中，机翼1的上表面铺设有柔性共形太阳能电池阵列2，无人机的内部安装有蓄电池3，太阳能电池阵列2为蓄电池3提供电能；无人机上设有驱动螺旋桨5旋转的动力电机6，动力电机6与蓄电池3连接。目前的太阳能无人机多为固定翼无人机，并采用水平滑跑的起降方式，对跑道风速风向有较高要求，且无法在空中实现自主悬停和退飞等特
定动作。本方案将太阳能无人机配备上倾转旋翼，使太阳能无人机可以在固定翼和旋翼之间切换。既能实现旋翼机的垂直起降、悬停、侧飞、后飞，又能实现固定翼飞机的远距离长航时飞行。
35.在一个实施例中，倾转机构设置于机翼内部，倾转机构包括：固定架、可伸缩机构和连杆组件，固定架固定在无人机上，螺旋桨的根部固定连接于连杆组件，连杆组件分别与固定架及可伸缩机构的伸缩端铰接，可伸缩机构用于驱动连杆组件进行转动，以使螺旋桨发生倾转。本实施例中连杆组件为e形，包括公共连接部、第一连杆、第二连杆和第三连杆；其中，公共连接部的一侧面与螺旋桨的根部固定；第一连杆、第二连杆和第三连杆平行设置；第一连杆的一端和第二连杆的一端分别与公共连接部的两端连接，第一连杆的另一端和第二连杆的另一端分别与固定架顶部的两端铰接；第三连杆的一端与公共连接部的中部连接，另一端与可伸缩机构的伸缩端铰接。倾转机构还可以采用其他的结构形式，只要能驱动螺旋浆相对于机翼所在的平面产生倾转即可。
36.在一个实施例中，无人机包括垂尾8，垂尾8设置在机翼5的翼梢的上表面，且机翼5与垂尾8互相垂直。垂尾作为无人机的垂直安定面，其采用梯形外形，气动效率高。在现有的无人机构型中，也有垂尾，其一般位于飞机的对称轴上，而本实施例的垂尾位于机翼外翼段的翼稍上，与现有技术不同。
37.在一个实施例中，无人机包括起落架11，起落架11为前三点式，起落架11的其中两个支点设置于机翼1的翼梢的下表面与垂尾8相对设置，另一支点设置于无人机的下表面，且位于机翼1的对称轴线上。
38.参考图1或图2，在一个实施例中，无人机包括一对副翼9，一对副翼9对称设置于机翼1的后缘。副翼9左右各一片，实现对无人机的滚转控制。
39.在一个实施例中，无人机包括一对方向舵10，方向舵10设置于垂尾8的后缘。方向舵10左右各一片，实现对无人机的偏航控制。副翼9和方向舵10组合使用实现无人机的俯仰控制。
40.在一个实施例中，每个螺旋桨5的桨叶数量为两个，螺旋桨采用两叶桨，基于太阳能无人机长航时飞行的特点，两叶桨在无人机以固定翼模式飞行时的效率更高。
41.以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。