一种可变异型结构的变距多旋翼无人机的制作方法

本发明涉及飞行器领域，尤其涉及无人飞行器领域，具体的说，是一种可变异型结构的变距多旋翼无人机。

背景技术：

目前多旋翼无人机广泛用于侦查、拍照、信号发射以及航模研究等领域，无人机机臂作为无人机最主要的的支撑部件和受力部件之一，机臂连接结构的设计直接影响着无人机的飞行性能。现目前多旋翼小型无人机的机臂连接结构一般采用平面直铺的结构，由于平面直铺结构稳定性好，结构强度高，使得无人机的机体结构故障率比较低；但是，其固定的结构也带来了不可调整和不能变形的弊端，在一定程度上限制了无人机在不同环境和飞行状态下性能的发挥；为了使无人机在飞行过程中始终保持良好的稳定性和机动性，无人机的重心能够随飞行姿态的变化而进行调整和修正，使得无人机的飞行性能能够得到充分的发挥，现在急需一种在保证无人机机臂结构稳定的情况下，还能够实现对机臂的结构进行调整和变化，以适应无人机在不同飞行环境和状态下性能的充分发挥。

进一步地，现有的无人机的旋翼叶片角度都是固定的，不能进行调节，因此，其升力只能通过旋翼叶片的转速来进行改变，旋翼产生的升力与旋翼叶片的转速成正相关。但旋翼叶片的前掠角、后掠角，以及倾斜角也会对升力产生极大的影响。其中前掠角和后掠角有旋翼叶片的本身结构决定，一旦成型无法改变；但是，倾斜角是叶片相对于旋翼主轴的相对安装角度，是可以进行调节的，通过调节旋翼叶片的倾斜角，以实现在相同转速情况下获得不同的升力，适应无人机在不同状态下的升力需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可变异型结构的变距多旋翼无人机，用于解决现有无人机中不能或者不便通过调整机臂与机架的现对位置关系来改变无人机重心，以适应不同飞行需求，以及增强飞行稳定性的问题；同时，提供一种同时改变机臂俯仰角度和旋翼叶片倾斜角度的无人机，以满足无人机在起落、平飞、高低速飞行的各种姿态转换所需要的不同升力的问题。

本发明通过调节装置调节升力装置相对于机架的俯仰关系，以改变无人机的重心，满足各种飞行姿态的升力和稳定性需求，同时本发明特备设置了板状的起落座结构，能够在无人机高速平飞时增强气流的稳定性，避免因气流导致的无人机偏航，导致飞行稳定性差，甚至发生滚转的问题。

为了解决上述技术问题，达到预期技术效果本发明通过下述技术方案实现：

一种可变异型结构的变距多旋翼无人机，包括机架，安装在机架上的动力装置，向动力装置供油的油箱，与动力装置驱动连接的升力装置，以及调节所述升力装置相对于机架俯仰角度的调节装置，所述升力装置与动力装置之间黑设置有减速装置，所述动力装置为涡轴发动机且排气端连接有排气箱，所述排气箱上安装有用于控制排出气流方向和流速的导流装置；所述导流装置包括对称安装在排气箱两端的导流板，以及两端分别铰接在所述导流板上用于控制导流板同步偏转的导流板推拉杆，和安装在排气箱上用于驱动导流板推拉杆的导流板控制舵机。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述机架由一体成型的五个部分组成，具体包括用于安装所述涡轴发动机的动力装置安装座，所述动力装置安装座为一端开口的镂空筒状结构，且远离开口一端设置有一个用于安装所述减速装置的安装腔，与所述安装腔相邻设置有用于安装所述升力装置的升力装置安装腔；以及位于升力装置安装腔远离动力装置安装座一侧的上端设置有电子设备安装座，所述电子设备安装座下端设置有用于放置所述油箱的油箱安装座。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述升力装置包括对称设置在所述机架两侧呈t字型设置的支撑机臂，所述支撑机臂包括与机架长度方向平行设置的机臂竖管和与机臂竖管呈90°设置的机臂横管；所述机臂横管原理机臂竖管一侧与机架铰接于升力装置安装腔侧壁且机臂横管的数量为平行设置的两根；所述机臂竖管的每个只有端头设置有用于提供升力的旋翼机构，所述旋翼机构通过安装在所述支撑机臂内的驱动轴与所述减速装置驱动链接。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述机臂横管靠近机架的一端设置有机臂横管座，所述机臂横管座为一体成型且具有两个用于固定连接所述机臂横管的安装孔，以及与所述机架铰接的凸台，所述凸台通过轴销与机架铰接；所述机臂横管与机臂竖管通过横竖机臂连接管座连接。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述机架上还铰接有拉杆，所述拉杆另一端与固定套接在所述机臂竖管上的拉环铰接，所述拉杆与机臂横管平行安装。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述调节装置包括与所述机臂横管座铰接的多根拉臂，与所有拉臂另一端铰接的升降板，所述升降板的中部设置有螺纹孔，所述螺纹孔内安装有丝杆，所述丝杆的一端贯穿所述机架与用于驱动丝杆转动的升降舵机连接，所述升降舵机固定安装在所述机架上。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述旋翼机构包括与机臂竖管连接的旋翼座固定管，所述旋翼座固定管固定连接有旋翼座，所述旋翼座上竖直安装有与所述驱动轴驱动连接的旋翼轴，所述旋翼轴顶端固定安装有旋翼夹安装座，所述旋翼夹安装座两端可拆卸活动连接有用于夹持旋翼叶片的旋翼叶片夹；所述旋翼轴上套接有轴承环，所述轴承环由能够相对于旋翼轴轴向滑动和同步转动的推拉轴承内环和相对于推拉轴承内环相对转动的推拉轴承外环组成，所述推拉轴承内环与旋翼叶片夹之间铰接有旋翼叶片夹拉杆，所述推拉轴承外环铰接有推拉轴承杆，推拉轴承杆的一端与安装在旋翼座上的直角转动件的一端铰接，直角转动件的另一端通过旋翼舵机推拉杆与安装在旋翼座固定管上的推拉舵机铰接。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述升力装置还包括平行设置在两根机臂横管中间的横传动轴套，所述驱动轴包括安装在横传动轴套内的横传动轴和安装在机臂竖管内的与所述旋翼轴驱动连接的竖传动轴，所述旋翼轴、竖传动轴与横传动轴均通过锥形齿轮驱动传递扭矩。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述减速装置包括与所述涡轴发动机输出轴固定连接的驱动齿，一级减速齿和二级减速齿，所述一级减速齿为同轴安装的两个大小齿轮，所述驱动齿与一级减速齿的大齿轮啮合，所述小齿轮与二级减速齿啮合，所述二级减速齿的中心轴与用于对升力装置提供驱动力矩的主传动轴驱动连接。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，旋翼机构下部固定设置有起落座，所述起落座呈竖直安装的板状结构，且起落座所在平面与机架的长度方向一致。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过将升力装置与机架铰接，同时在升力装置与机架之间还设置有用于调节升力装置俯仰角度的调节装置，以改变无人机的姿态和重心，提高了无人机在不同飞行环境和要求下的稳定性和高效性。

（2）本发明通过设置可以相互转动的旋翼夹安装座与旋翼叶片夹，能够实现在无人机飞行过程中对旋翼叶片的倾斜角度进行调节，增大旋翼叶片倾斜角可以满足在起落过程中或者低速飞行、盘旋时获得更大的升力。减小旋翼叶片的倾斜角，增大旋翼叶片的转速，以减小升力，增强稳定性，获取更大的平飞速度。

（3）本发明还设置有拉杆，能够进一步的增强机臂横管与机架的稳定性，防止机臂横管与机架发生水平偏斜的问题，保证多个旋翼之间的升力分配均匀，减小无人机的颠簸度，提高稳定性和操作性。

（4）本发明在涡轮轴发动机排气口设置有带导流板的排气箱，能够改变排出气流的方向，用于在升力不均时辅助对无人机的姿态进行修正，同时能做提供部分平飞时的水平推力，提高水平飞行的速度。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为图1中隐藏机臂竖管的结构示意图；

图3为机架立体结构示意图；

图4为图3中安装减速装置的结构示意图；

图5为旋翼机构的结构放大图；

图6为本发明的主视图；

图7为本发明起飞状态且机臂横管呈仰角状态的结构示意图；

图8为本发明降落状态且机臂横管呈俯角状态的结构示意图；

其中1-机架；1a-油箱安装座；1b-升力装置安装腔；1c-电子设备安装座；1d-安装腔；1f-动力装置安装座；

2-动力装置；3-排气箱；4-导流板；5-导流板控制舵机；6-扰流板推拉杆；7-油箱；

8-减速装置；8a-驱动齿；8b-一级减速齿；8c-二级减速齿；8d-齿轮轴；

9-升降舵机；10-丝杆；11-升降板；12-拉臂；13-机臂横管座；14-横传动轴；15-机臂竖管；16-横竖机臂连接管座；17-升降横杆；18-主传动轴；19-起落座；20-旋翼叶片；

21-旋翼座总成；21-1-旋翼座；21-2-旋翼座固定管；21-3-推拉舵机；21-4-直角转动件；21-5-推拉轴承杆；21-6-旋翼轴轴承；21-7-旋翼轴；21-8-推拉轴承外环；21-9-推拉轴承内环；21-10-旋翼叶片夹；21-11-旋翼夹安装座；21-12-旋翼叶片夹拉杆；

22-旋翼舵机；23-旋翼舵机推拉杆；24-机臂横管；25-拉环；26-拉杆；27-锥齿轮；28-竖传动轴；29-传动轴稳定座；30-横传动轴套。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1所示，一种可变异型结构的变距多旋翼无人机，包括机架1，安装在机架1上的动力装置，向动力装置供油的油箱7，与动力装置驱动连接的升力装置，以及调节所述升力装置相对于机架1俯仰角度的调节装置，所述升力装置与动力装置之间黑设置有减速装置，所述动力装置为涡轴发动机且排气端连接有排气箱3，所述排气箱3上安装有用于控制排出气流方向和流速的导流装置；所述导流装置包括对称安装在排气箱3两端的导流板4，以及两端分别铰接在所述导流板4上用于控制导流板4同步偏转的导流板推拉杆6，和安装在排气箱3上用于驱动导流板推拉杆6的导流板控制舵机5。

工作原理：

机架1对整个无人机提供一个支撑的构架，同时也是主要的受力构件，动力装置输出的驱动力依次通过减速装置进行减速，降低转速，增大扭矩，并将动力传递到升力装置从而提供无人机起飞和平飞时的必要升力。由于调节装置能够对升力装置的俯仰角度进行调节，以改变升力装置与机架1之间的相对位置关系，从而改变无人机的重心，以达到无人机适应不同飞行状态的目的。特别地，本实施例中的动力装置采用涡轴发动机，且在涡轴发动机的排气端设置有排气箱3，排气箱3能够整和气流，并通过铰接在排气箱3上的可动导流板4改变整合后气流的流速和排气方向，以实现增大无人机水平推力的作用。

值得说明的是：本实施例中所述的涡轴发动机采用现有的小型涡轴发动机，例如两座观光直升机用的单转子涡轴发动机，升力装置采用现有的多旋翼叶片即可实现，本发明实质在动力装置、升力装置中不可缺少的旋翼叶片的具体结构并没有进行改进，均使用现有技术，因此，在本实施例中就不对涡轴发动机和升力装置的详细结构进行详述。

实施例2：

为了更好的实现本发明，在实施例1的基础上，进一步结合附图1和3所示，所述机架1由一体成型的五个部分组成，具体包括用于安装所述涡轴发动机的动力装置安装座1f，所述动力装置安装座1f为一端开口的镂空筒状结构，且远离开口一端设置有一个用于安装所述减速装置8的安装腔1d，与所述安装腔1d相邻设置有用于安装所述升力装置的升力装置安装腔1b；以及位于升力装置安装腔1b远离动力装置安装座1f一侧的上端设置有电子设备安装座1c，所述电子设备安装座1c下端设置有用于放置所述油箱的油箱安装座1a。值得说明的是，在本实施例中所述的电子设备安装座1c是用于安装记载控制设备的，包括用于接收用户控制端信号的信号接收装置，信息数据处理装置，以及将处理后的信号发送至动力装置、升力装置的信号驱动转换装置，但所述的电子设备均属于现有技术，且当前已经成熟运用的无人机机载控制系统有多种，均可用于本实施例，故而对于电子设备方面的控制系统结构及其工作原理，在本实施例中就不再详述。

实施例3：

为了更好的实现本发明，在实施例2的结构和原理的基础上，进一步结合附图1-3所示，所述升力装置包括对称设置在所述机架1两侧呈t字型设置的支撑机臂，所述支撑机臂包括与机架1长度方向平行设置的机臂竖管15和与机臂竖管15呈90°设置的机臂横管24；所述机臂横管24原理机臂竖管15一侧与机架1铰接于升力装置安装腔1b侧壁且机臂横管24的数量为平行设置的两根；所述机臂竖管15的每个只有端头设置有用于提供升力的旋翼机构，所述旋翼机构通过安装在所述支撑机臂内的驱动轴与所述减速装置8驱动链接。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述机臂横管24靠近机架1的一端设置有机臂横管座13，所述机臂横管座13为一体成型且具有两个用于固定连接所述机臂横管24的安装孔，以及与所述机架1铰接的凸台，所述凸台通过轴销与机架1铰接；所述机臂横管24与机臂竖管15通过横竖机臂连接管座16连接。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述机架1上还铰接有拉杆26，所述拉杆26另一端与固定套接在所述机臂竖管15上的拉环25铰接，所述拉杆26与机臂横管24平行安装。

为了更好的实现本发明，特别地采用一下结构设置，所述调节装置包括与所述机臂横管座13铰接的多根拉臂12，与所有拉臂12另一端铰接的升降板11，所述升降板11的中部设置有螺纹孔，所述螺纹孔内安装有丝杆10，所述丝杆10的一端贯穿所述机架1与用于驱动丝杆10转动的升降舵机9连接，所述升降舵机9固定安装在所述机架1上。

实施例4：

为了更好的实现本发明，在实施例3的基础上，进一步结合附图4和8所示，所述旋翼机构包括与机臂竖管15连接的旋翼座固定管21-2，所述旋翼座固定管21-2固定连接有旋翼座21-1，所述旋翼座21-1上竖直安装有与所述驱动轴驱动连接的旋翼轴21-7，所述旋翼轴21-7顶端固定安装有旋翼夹安装座21-11，所述旋翼夹安装座21-11两端可拆卸活动连接有用于夹持旋翼叶片20的旋翼叶片夹21-10；所述旋翼轴21-7上套接有轴承环，所述轴承环由能够相对于旋翼轴21-7轴向滑动和同步转动的推拉轴承内环21-9和相对于推拉轴承内环21-9相对转动的推拉轴承外环21-8组成，所述推拉轴承内环21-9与旋翼叶片夹21-10之间铰接有旋翼叶片夹拉杆21-12，所述推拉轴承外环21-8铰接有推拉轴承杆21-5，推拉轴承杆21-5的一端与安装在旋翼座21-1上的直角转动件21-4的一端铰接，直角转动件21-4的另一端通过旋翼舵机推拉杆23与安装在旋翼座固定管21-2上的推拉舵机21-3铰接。

为了更好的实现本发明，本实施例中，所述升力装置还包括平行设置在两根机臂横管24中间的横传动轴套30，所述驱动轴包括安装在横传动轴套30内的横传动轴和安装在机臂竖管15内的与所述旋翼轴21-7驱动连接的竖传动轴28，所述旋翼轴21-7、竖传动轴28与横传动轴均通过锥形齿轮驱动传递扭矩。

为了更好的实现本发明，本实施例中，所述减速装置包括与所述涡轴发动机输出轴固定连接的驱动齿8a，一级减速齿8b和二级减速齿8c，所述一级减速齿8b为同轴安装的两个大小齿轮，所述驱动齿8a与一级减速齿8b的大齿轮啮合，所述小齿轮与二级减速齿8c啮合，所述二级减速齿8c的中心轴与用于对升力装置提供驱动力矩的主传动轴18驱动连接。值得说明的是：本实施例中，涉及到动力扭矩传递的，均采用齿轮和传动轴方式进行刚性传递，不造成扭矩的损失，传动轴之间存在角度的传动均采用锥形齿轮啮合传动。需要特别强调的是，由于机臂横管24需要相对于机架1进行转动，且与机臂横管24平行设置的横传动轴也会随之偏转，由于横传动轴与主传动轴18之间也通过锥形齿轮啮合，且横向传动轴在机臂横管24进行俯仰角度变化时，转动方向与主传动轴18的转动方向是相同或者相反的，理论上会出现在俯仰周期内，旋翼叶片20的转速会有偏高或者偏低的情况，而影响无人机的飞行稳定性。由于机臂横管24的调节角度通常不会超过30°，且在进行俯仰调节过程中，其转动的速率相对于主传动轴18的转动速率而言小到可以忽略，因此，机臂横管24的俯仰调节对无人机动力的影响是不存在的。

常规的涡轴发动机转速在6000-20000转/分钟，儿单次最大角度的机臂横管24调节角度为30°，调节周期在10-12秒，换算成转速为5-6转/分钟，其影响率不足1%0，故而完全可以忽略不计。

为了更好的实现本发明，本实施例中，旋翼机构下部固定设置有起落座19，所述起落座19呈竖直安装的板状结构，且起落座19所在平面与机架1的长度方向一致。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。