一种复合翼无人机的制作方法

本发明涉飞行器技术领域，尤其涉及一种复合翼无人机。

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和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可分为：无人固定翼飞行器、无人多旋翼飞行器、无人直升机、无人伞翼机等。

固定翼飞机靠螺旋桨或涡轮发动机产生的推力作为飞机向前飞行的动力，主要的升力来自固定翼与空气的相对运动，因此固定翼飞机必须要有一定的相对空气的运动速度才能正常飞行。基于此，固定翼飞机一般具有飞行速度快、飞行高度较高、载重量大等优势，在有长航时、大航程、较高高度飞行的需求时，一般选择固定翼飞机。缺点在于固定翼飞机起降条件要求较高，需要跑道或其他的起飞着陆环境和设施。

多旋翼无人机是依靠多个旋翼旋转产生的升力来平衡飞行器的重力，飞行器姿态的控制通过改变不同旋翼的转速，因此多旋翼飞行器可以悬停，在一定速度范围内以任意的速度飞行。多旋翼无人机不受场地条件限制，能够垂直起降和悬停，多用于航拍、监视等应用。缺点主要是一般尺寸较小、飞行高度较低、飞行速度慢、动力效率差、载重量和续航时间均较小。

上述无人机有众多突出的优点，但是也有相对应的不足和限制，需要针对性地加以解决：

(1)现有的无人机固定翼都采用正常式布局，升力效率低、阻力大，且机身机翼结构空间利用率不高，设备布置受限；

(2)现有的无人机结构复杂、部件数量较多，装卸麻烦；

(3)现有的无人机固定翼飞行模式的航时航程仍然较小，无法满足一些特殊使用需求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有的无人机结构复杂和装卸不便的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合翼无人机，包括翼身融合体、固定翼部分、多旋翼部分、起落架、螺旋桨和动力机构，所述固定翼部分包括两个固定翼，两个所述固定翼分设于所述翼身融合体的两侧；所述多旋翼部分包括多套旋翼机构，多套所述旋翼机构对称分设于所述翼身融合体的两侧，每套所述旋翼机构均包括连接杆和旋翼，所述连接杆与所述固定翼连接，所述旋翼水平的设于所述连接杆上，且所述连接杆上安装有垂直于所述连接杆的轴向设置的安装轴；所述固定翼上设有与所述安装轴配合的连接孔，所述连接孔的孔壁上设有卡槽，所述卡槽内设有可伸缩卡扣，所述安装轴上设有与所述可伸缩卡扣配合的凹槽，所述可伸缩卡扣可移动的卡设于所述凹槽内或缩回到所述卡槽内；所述起落架设于所述翼身融合体的下方与所述翼身融合体的底部连接；所述动力机构设于所述翼身融合体上，为所述螺旋桨提供动力。

其中，所述安装轴的端部设有第一斜面，所述可伸缩卡扣包括卡扣本体和弹性件，所述卡扣本体的一端通过所述弹性件与所述卡槽的底部连接，另一端设有与所述第一斜面配合的第二斜面；所述连接孔为通孔，所述固定翼的上表面设有沿所述卡槽的深度方向设置的与所述卡槽连通的滑槽，所述滑槽内设有滑杆，所述滑杆的上端伸出所述滑槽，另一端与所述卡扣本体连接。

其中，所述连接杆沿所述翼身融合体的弦长方向设置，每根所述连接杆上均设有多个所述旋翼。

其中，所述固定翼的后侧设有可转动的舵面结构，通过改变所述舵面结构的转动角度来实现改变无人机飞行姿态的目的。

其中，所述固定翼包括平翼段和翼稍段，所述平翼段的一端与所述翼身融合体连接，所述翼稍段设于所述平翼段的上端且与所述平翼段的另一端连接，所述舵面结构设于所述平翼段的后侧边缘处。

其中，所述舵面结构包括主舵面，所述主舵面通过第一转动机构可转动的设于所述平翼段上。

其中，所述舵面结构还包括副舵面，所述副舵面通过第二转动机构可转动的设于所述主舵面的内侧。

其中，包括控制机构，所述控制机构设于位于所述翼身融合体上的设备舱内，且所述控制机构与所述动力机构、第一转动机构及第二转动机构连接。

其中，所述多旋翼部分还包括电机、无刷电调和安装座，所述电机与所述旋翼连接，用于为所述旋翼提供动力，且所述电机与所述旋翼均通过所述安装座设于所述连接杆上；所述安装座的上表面设有安装槽，所述无刷电调设于所述安装槽内且与所述电机连接，所述安装座的表面设有散热翅片，用于为所述无刷电调散热。

其中，还包括动力电池，所述动力电池安装于所述设备舱内，且所述动力电池连接于所述电机和控制机构之间。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的一种复合翼无人机，包括翼身融合体、固定翼部分、多旋翼部分、起落架、螺旋桨和动力机构，所述固定翼部分包括两个固定翼，两个所述固定翼分设于所述翼身融合体的两侧；所述多旋翼部分包括多套旋翼机构，多套所述旋翼机构对称分设于所述翼身融合体的两侧，每套所述旋翼机构均包括连接杆和旋翼，所述连接杆与所述固定翼连接，所述旋翼水平的设于所述连接杆上，且所述连接杆上安装有垂直于所述连接杆的轴向设置的安装轴，所述安装轴的端部设有第一斜面；所述固定翼上设有与所述安装轴配合的连接孔，所述连接孔的孔壁上设有卡槽，所述卡槽内设有可伸缩卡扣，所述安装轴上设有与所述可伸缩卡扣配合的凹槽，所述可伸缩卡扣可移动的卡设于所述凹槽内或缩回到所述卡槽内；所述起落架设于所述翼身融合体的下方与所述翼身融合体的底部连接；所述动力机构设于所述翼身融合体上，为所述螺旋桨提供动力。在多旋翼部分安装到固定翼部分上的时候，将连接杆上的安装轴插入到固定翼上的连接孔内，同时将可伸缩卡扣缩回到卡槽内，保证安装轴穿过连接孔，当安装轴上的凹槽经过可伸缩卡扣所在位置时，将可伸缩卡扣移动至凹槽内，实现安装轴与连接孔的固定连接，进而实现多旋翼部分和固定翼部分的连接；在拆卸时，将可伸缩卡扣再次缩回到卡槽内，使安装轴退出安装孔，进而实现多旋翼部分和固定翼部分的无工具快速拆卸。当不搭载多旋翼部分时，无人机可作为固定翼飞机来使用，当将多旋翼部分安装时，无人机可作为固定翼和多旋翼结合的飞机来使用，实现了一机多用，同时无人机的固定翼部分和多旋翼部分采用无工具快速装卸设计，保证了固定翼部分和多旋翼部分的快速安装和拆卸。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例提供的复合翼无人机的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的复合翼无人机的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的复合翼无人机的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的固定翼与连接杆的连接结构示意图；

图5是本发明实施例提供的安装座的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的不搭载多旋翼时的无人机的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的不搭载多旋翼时的无人机的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的不搭载多旋翼时的无人机的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的不搭载多旋翼时的无人机的结构示意图；

图10本发明实施例提供的不搭载多旋翼时的无人机的设备舱的结构示意图。

图中：01：翼身融合体；02：平翼段；03：翼稍段；04：螺栓；05：前起落架；06：起落架；07：舱盖；08：整流罩；09：螺旋桨；10：发动机；11：设备舱；12：主舵面；13：副舵面；20：旋翼；21：电机；22：安装座；23：连接杆；24：动力电池；25：飞控模块；26：走线通孔；31：散热翅片；32：安装孔；33：无刷电调；34：安装槽；42：卡槽；43：连接孔；44：安装轴；45：卡扣本体；46：弹性件；47：滑杆；48：凹槽；100：固定翼部分；200：多旋翼部分。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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，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，可以是两个元件内部的连通。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。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1至图10所示，本发明实施例提供的复合翼无人机，包括翼身融合体01、固定翼部分100、多旋翼部分200、起落架06、螺旋桨09和动力机构，固定翼部分100包括两个固定翼，两个固定翼分设于翼身融合体01的两侧；多旋翼部分200包括多套旋翼机构，多套旋翼机构对称分设于翼身融合体01的两侧，每套旋翼机构均包括连接杆23和旋翼20，连接杆23与固定翼连接，每根连接杆23上设有多个旋翼20，旋翼20水平的设于连接杆23上，且连接杆23上安装有垂直于连接杆23的轴向设置的安装轴44；固定翼上设有与安装轴44配合的连接孔43，连接孔43的孔壁上设有卡槽42，卡槽42内设有可伸缩卡扣，安装轴44上设有与可伸缩卡扣配合的凹槽48，可伸缩卡扣可移动的卡设于凹槽48内或缩回到卡槽内；起落架06设于翼身融合体01的下方与翼身融合体01的底部连接；动力机构设于翼身融合体01上，为螺旋桨提供动力，在本实施例中，动力机构为发动机10。在多旋翼部分200安装到固定翼部分100上的时候，将连接杆23上的安装轴44插入到固定翼上的连接孔43内，同时将可伸缩卡扣缩回到卡槽43内，保证安装轴44穿过连接孔43，当安装轴44上的凹槽48经过可伸缩卡扣所在位置时，将可伸缩卡扣移动至凹槽48内，实现安装轴44与连接孔43的固定连接，进而实现多旋翼部分100和固定翼部分200的连接；在拆卸时，将可伸缩卡扣再次缩回到卡槽43内，使安装轴44退出连接孔43，进而实现多旋翼部分200和固定翼部分100的无工具快速拆卸。当不搭载多旋翼部分200时，无人机可作为固定翼飞机来使用，当将多旋翼部分200安装时，无人机可作为固定翼和多旋翼结合的飞机来使用，实现了一机多用，同时无人机的固定翼部分和多旋翼部分采用无工具快速装卸设计，保证了固定翼部分100和多旋翼部分200的快速安装和拆卸。

进一步地，安装轴44的端部设有第一斜面，可伸缩卡扣包括卡扣本45和弹性件46，卡扣本体45的一端通过弹性件46与卡槽42的底部连接，另一端设有与第一斜面配合的第二斜面，连接孔43为通孔，固定翼的上表面设有沿卡槽42的深度方向设置的与卡槽42连通的滑槽，滑槽内设有与滑槽配合的滑杆47，滑杆47的上端伸出滑槽，另一端与卡扣本体45连接，用于拆卸时人为的控制卡扣本体45的缩回。在本实施例中，连接杆23沿翼身融合体01的弦长方向上设置，连接杆23的数量为两根，两根连接杆23分设于翼身融合体01的两侧，且与翼身融合体01的外端通过螺栓进行机械连接，每根连接杆上设有2个旋翼20，两个旋翼20分别设于连接杆23的两端，连接杆23设于固定翼的下方，安装轴44的上端设有第一斜面，可伸缩卡扣的数量为两个，两个可伸缩卡扣关于安装轴44对称设置，且卡扣本体45的一端通过弹性件46与卡槽42的底部连接，该弹性件46为弹簧，另一端设有第二斜面，两个第二斜面形成一个楔形槽，弹性件46在不受力时，卡扣本体45伸入到连接孔43内，在安装时，安装轴44沿连接孔43上升，在第一斜面与第二斜面接触时，第一斜面与第二斜面发生相对滑动，且在力的作用下，当施加的作用力大于弹簧的弹力时，卡扣本体45缩回到卡槽42内部，不会影响安装轴44向上移动，因而安装轴44可以快速移动到连接孔43的顶点，由于凹槽48的位置距离安装轴44上端的位置的长度与固定翼的上表面距离卡槽的位置的长度基本相同，所以当安装轴44的上端一定到与固定翼的上表面平齐时，凹槽48与卡扣本体45相对，安装轴44对卡扣本体45的力消失，卡扣本体45在弹簧的回复力的作用下，伸入到凹槽48内，实现固定翼部分100和多旋翼部分20的快速安装；在拆卸时，手动控制滑杆47向卡槽42的底部移动，使卡扣本体45缩回到卡槽42内部，这样安装轴44可以快速移出连接孔43，进而实现固定翼部分100和多旋翼部分200的无工具快速拆卸。

进一步地，固定翼的前缘后掠，后缘后掠，且固定翼的后侧设有可转动的舵面结构，通过改变舵面结构的转动角度来实现改变无人机飞行姿态的目的。动力机构设于翼身融合体的后部，动力机构包括发动机整流罩08和发动机10，其中整流罩08采用碳纤维复合材料制造，整流罩08设于发动机10的上方，其外形光滑，与舵面结构的外形能够很好的匹配，减小飞行过程中的飞行阻力，本实施例中的螺旋桨09设于翼身融合体的尾部，采用三叶反桨，发动机10采用四冲程汽油发动机，发动机10带动螺旋桨09旋转，将空气向后推，为无人机提供向前的推力。本发明实施例的无人机不同于现有的无人机，该无人机不需要平尾，通过调整固定翼上的舵面结构的转动角度即可改变无人机的飞行姿态，减轻了无人机的重量，减小了飞行过程中的飞行阻力。

进一步地，固定翼包括平翼段02和翼稍段03，平翼段02的一端与翼身融合体01通过螺栓04连接，舵面结构设于平翼段02的后侧边缘处，翼稍段03设于平翼段02的上方且与平翼段02的另一端连接，翼稍段03能够为无人机提供航向安定性，显著提供航向稳定性。

为保证无人机在飞行过程中俯仰操纵效率，本实施例的无人机选用S形翼型，这种翼型的纵向力矩特性是稳定的，能够有效改善飞翼布局无人机没有平尾提供抬头力矩带来的问题；翼身融合体01中央翼型参照S翼型进行优化设计，提高翼型厚度，保证足够的翼身融合体01内部空间，平翼段采用较薄的翼型，两者之间平滑过渡；为提高无人机的失速特性、改善飞行品质，翼身融合体01与平翼段02设计有负的几何扭转；翼身融合体01、平翼段02和翼稍段03均采用轻质高强度的复合材料加工制造，并采用高精度的模具，使得外形精度良好，并且显著降低结构重量，提高无人机载重能力；翼身融合体01下方布置前三点式起落架，包括前起落架05和主起落架06，起落架防擦地角、防倒立角、防侧翻角均满足设计规范，前起落架05停机状态载荷为全机重量的10～20％；前起落架05和主起落架06均采用高强度的碳纤维复合材料制造，保证强度和刚度要求的情况下减轻重量。

进一步地，舵面结构包括主舵面12，主舵面12通过第一转动机构可转动的设于平翼段02上。舵面结构还包括副舵面13，副舵面13通过第二转动机构可转动的设于主舵面12的内侧。其中主舵面12在飞行过程中作为升降副翼，提供纵向和滚转操纵，副舵面13作为襟副翼，在飞行过程中可辅助主舵面12进行纵向和滚转操纵，在起飞和降落阶段，可作为襟翼或减速板，改善飞翼布局无人机低速飞行状态下的起降性能。

进一步地，该无人机还包括控制机构，控制机构设于位于翼身融合体01上的设备舱11内，且控制机构与动力机构、第一转动机构及第二转动机构连接。设备舱的舱盖07布置于设备舱之上，维持翼身融合体01外形；控制机构包括飞控模块25、电源模块、任务载荷以及发动机油门舵机和前起转向机构，可在设备舱11底板开口，布置增稳云台、相机以及光电吊舱等任务载荷，设备舱盖07也由复合材料制造，保证良好的外形曲面和成型精度。

进一步地，多旋翼部分200还包括电机21、无刷电调33和安装座22，电机21与旋翼20连接，用于为旋翼20提供动力，安装座22通上设有安装孔32，通过紧固件与安装孔32配合将安装座22安装到连接杆23上，且电机21与旋翼20均通过安装座22设于连接杆23上；安装座22的上表面设有安装槽34，无刷电调33设于安装槽34内且与电机21连接，安装座22的表面设有散热翅片32，用于为无刷电调33散热，在本实施例中，电机21、无刷电调33和安装座22的数量均为4个，分别为两根连接杆23上的四个旋翼20分别提供动力，其中，电机21为无刷电机，连接杆23内部中空，可以容置连接线；旋翼20和电机21通过安装座22安装于连接杆23上，安装座22内还装有与无刷电调21的配套电子调速器，安装座22能够起到减小前飞和垂直起降安装座阻力的作用；无刷电调21的电源线和信号控制线通过连接杆的内部空间和翼身融合体01的走线通孔26连接到设备舱11内，设备舱11内布置有多旋翼无刷电调的动力电池24，动力电池连接于电机和飞控模块之间。

进一步地，设备舱内还设有动力电池24，动力电池24连接于电机21和控制机构之间，为电机21和控制机构提供电源。

本发明实施例的无人机共有三种飞行模式，飞控模块25完全自主控制，不需要进行额外的遥控操作：

a)多旋翼模式

多旋翼部分的旋翼20旋转提供升力克服无人机的重力，通过飞控模块25调节不同旋翼20的转速进行稳定垂直起降飞行、前飞、侧飞等姿态飞行；固定翼的发动机10不工作。

b)固定翼模式

发动机10带动螺旋桨09提供固定翼平飞的推力，在一定平飞速度下，固定翼能够产生足够的升力克服无人机的重力，在飞控模块25的控制下保持稳定的平飞姿态，并与常规固定翼飞机一样可以进行机动飞行；多旋翼的无刷电调21不工作。

c)多旋翼-固定翼混合模式

在垂直起飞转固定翼平飞和固定翼平飞转垂直降落的过程中，无人机处于多旋翼-固定翼混合模式。以在垂直起飞转固定翼平飞为例，初始状态多旋翼无刷电调21动力最大，发动机10动力为零，然后多旋翼带动无人机向前飞行，在此过程中固定翼推力逐渐增加，多旋翼动力逐渐下降，两组动力系统的调节都通过飞控模块25的控制，保证转换过程飞行姿态的稳定，最后，在无人机飞行速度略大于固定翼的最小失速速度时，多旋翼的无刷电调21动力降为零，无人机可以完全依靠固定翼产生的升力克服重力，这就完成了多旋翼状态到固定翼状态的转换；固定翼模式转为多旋翼模式的方式与上面类似，不再赘述。

本实施例提供的复合翼无人机的多旋翼部分200与固定翼部分100采用模块化设计，多旋翼部分200的两个旋翼20、两个电机21、两个安装座22与一根碳管23集成为一个主体模块，多旋翼部分200主体结构由左右两个主体模块构成；旋翼的动力电池24作为一个模块布置在固定翼部分的设备舱中；固定翼部分100分为一个翼身融合体01和左右两个固定翼02共三个模块；全机共有6大模块，单个模块的尺寸较小，便于运输和存放；模块与模块之间采用无工具快速方便的装卸方式，不需要额外进行紧固件的连接，可以实现快速装卸该复合式无人机，提升用户使用效率，降低维护复杂性和成本；

多旋翼部分200与固定翼部分100较为独立，在去掉多旋翼部分200的左右两个主体模块和备舱中多旋翼的动力电池24模块后，可作为一款长航时飞翼布局无人机进行使用；由于在设计阶段精确地设计多旋翼部分200和固定翼部分100的重量和重心坐标，因此多旋翼部分200的拆除不会对飞翼布局固定翼100的操纵性和稳定性特性造成不利影响；该无人机能够实现一机多用的功能，拓展了本发明复合式无人机的使用范围。

综上所述，本发明实施例提供的无人机具有以下优点：

(1)无人机固定翼部分采用翼身融合体设计、无平尾，翼身融合体内部空间得到最大限度利用，机载设备和任务载荷均可布置于翼身融合体内部空间内，并可在翼身融合体内布置保形油箱，可携带6L以上的燃油，保证足够任务载荷承载能力和长航时大航程性能；

(2)无人机固定翼部分后缘曲线经过气动优化设计，与平翼段后缘光滑过渡，并且与螺旋桨整流罩的外形能够匹配良好，减小飞行过程中的飞行阻力；

(3)无人机的多旋翼部分与固定翼部分采用模块化设计，整机的结构零部件数量大大减少，使用过程中可无工具快速装卸，提高使用效率，降低维护复杂性和成本；

(4)无人机可不搭载多多旋翼部分，拆卸设备舱内的多旋翼动力电池后可作为飞翼布局长航时固定翼无人机使用，实现一机多用，拓展了本发明复合式无人机的使用范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。