一种太阳能无人机的制作方法

本发明涉及无人驾驶飞行器设计，特别涉及一种太阳能无人机。

背景技术：

无人驾驶航空器(uav)是一种应用相当广泛的飞行器。例如我国的大疆公司(dji)就生产多种规格的多轴式(四轴、六轴)旋翼无人机，主要用于娱乐或空中摄影。小型无人机大多采用蓄电池来提供能源，飞行时间一般为几十分钟，长的有几个小时。

为了获得更长久的能源供应，有一个研究方向在考虑如何使用太阳能作为轻型飞行器的能源，其目标是实现在大气层内跨昼夜飞行。其中，最成功的案例是“阳光动力2号”太阳能有人驾驶飞机。该飞机已经成功实现了118小时的持续飞行。

目前的太阳能飞行器都采用了大展弦比机翼，展弦比可达20以上，这种设计的主要目的是为了实现极高的空气动力效率。但是，很大的展弦比具有如下问题：

一、结构不紧凑或者尺寸过大。例如，阳光动力2号的翼展长达72米，与巨型客机a380相近(79.5米)，这造成了实用级的飞行器在制造与存储上需要很大的厂房、机库和机场。

二、机翼过于柔软。这一特点造成飞行器的空气动力特性不稳定，操纵能力较弱。例如，阳光动力2号在遇到较强烈的风时不允许起飞。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种太阳能无人机，以解决现有太阳能飞行器存在的至少一个问题。

本发明的技术方案是：

一种太阳能无人机，包括机体和旋翼，所述机体呈矩形板状，所述旋翼均匀分布在所述机体的四个角，且所有所述旋翼均位于与所述机体上表面平行的平面内，所述机体的上表面铺设有用于为所述旋翼提供电能的太阳能电池板。

可选的，所述旋翼的数量为四个，每个所述旋翼通过安装杆设置在所述机体上，四根所述安装杆均位于与所述机体上表面平行的平面内，其中两根相邻的所述安装杆之间相互平行，另外两根相邻的所述安装杆之间相互平行；

所述安装杆以自身轴线作为旋转轴线，能够带动所述旋翼绕所述旋转轴线转动。

可选的，所述安装杆通过轴承安装在所述机体上，所述安装杆的旋转轴线为所述轴承的轴线，所述安装杆的伸出所述机体的一端与所述旋翼固定连接；

所述太阳能无人机还包括:

安装杆驱动电机，设置在所述机体内，通过斜齿轮驱动所述安装杆转动。

可选的，所述机体的底部均匀设置有多个着陆支撑杆。

发明效果：

本发明的太阳能无人机，结构紧凑，很容易实现较高的刚度，使得空气动力特性更稳定，飞行控制更可靠；另外，能够实现垂直升降、空中悬停功能；进一步，本发明的太阳能无人机具备飞翼式飞行器的优点，能够有效利用空气动力控制飞行速度和轨迹；并且，本发明的太阳能无人机太阳能利用效率较高。

附图说明

图1是本发明太阳能无人机的主视图；

图2是本发明太阳能无人机的仰视图；

图3是本发明太阳能无人机平板直升机模式示意图；

图4是本发明太阳能无人机直板直升机模式示意图；

图5是本发明太阳能无人机飞翼模式示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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保护范围的限制。

下面结合附图1至图5对本发明的太阳能无人机做进一步详细说明。

本发明提供的一种太阳能无人机，包括机体1和旋翼2。

机体1呈矩形板状，其内部中空，可以用于设置航电系统、飞控系统、电缆、天线、设备盒等部件。

旋翼2均匀分布在机体1的四个角，且所有旋翼2均位于与机体1上表面平行的平面内，机体1的上表面铺设有用于为旋翼2提供电能的太阳能电池板3。

其中，旋翼2的数量可以根据需要进行适合的设置，本实施例中，优选旋翼2的数量为四个，每个旋翼2通过安装杆4设置在机体1上，四根安装杆4均位于与机体1上表面平行的平面内，其中两根相邻的安装杆4之间相互平行，另外两根相邻的安装杆4之间相互平行(图1中的上面两根安装杆4的轴线重合、下面两根安装杆4的轴线重合)。

并且，安装杆4以自身轴线作为旋转轴线，能够带动旋翼2绕旋转轴线转动。具体地，安装杆4可以通过多种适合的方式带动旋翼2绕旋转轴线转动。本实施例中，安装杆4通过轴承安装在机体1上(优选位于机体1内部)，安装杆4的旋转轴线为轴承的轴线，安装杆4的伸出机体1的一端与旋翼2固定连接。

进一步，太阳能无人机还包括安装杆驱动电机；安装杆驱动电机设置在机体1内，通过斜齿轮驱动安装杆4转动，从而带动旋翼2绕旋转轴线转动。当然，在其他实施例中，安装杆驱动电机也可以设置旋翼处，使得结构更集中。

进一步，发明的太阳能无人机的机体1的底部均匀设置有多个着陆支撑杆5，以方便着陆。

本发明太阳能无人机的优点在于：

1)结构紧凑。例如，边长10米的正方形即可提供100平方米的太阳能电池板安装面积，太阳能总功率可达15kw级别；

2)机体刚度好。由于结构紧凑，很容易实现较高的刚度，使得空气动力特性更稳定，飞行控制更可靠；

3)具备多轴旋翼机的优点，能够实现垂直升降、空中悬停功能；

4)具备飞翼式飞行器的优点，能够有效利用空气动力控制飞行速度和轨迹；

5)太阳能利用效率较高。早晨起飞时可使用垂直起飞模式，改善太阳照射角度。

本发明太阳能无人机的可以有三种飞行模式，具体如下：

1)参见图3所示的平板直升机模式。平板在水平状态下实现升降、悬停。

2)参见图4所示的立板直升机模式。平板在垂直状态下实现升降、悬停。

3)参见图5所示的飞翼模式。平板以一定迎角斜飞，依靠空气提供升力，依靠螺旋桨进行姿态和轨迹控制。

本发明太阳能无人机的结构坐标系定义：

为了进行详细的布置设计、结构设计、飞行控制系统设计等，需要为这种飞行器定义体轴系。虽然本飞行器为矩形，但仍应将矩形的某一边作为翼面前缘定义为“主机头”，并据此定义一个体轴系。

本发明太阳能无人机的发动机布局属于矩形四角布局，可能出现的发动机故障有以下组合：

1)一枚发动机失效。此时，与其相邻的两个边称为“故障边”，其它两个边称为“正常边”；

2)相邻的两枚发动机失效。此时，会出现三个故障边和一个正常边；

3)两枚对角发动机失效。此时，将出现四个故障边；

4)三枚或四枚发动机失效。此时，会出现四个故障边。

本发明太阳能无人机的飞行策略为：

1)起降：与一般直升机类似，采用垂直起降方式、以平板模式离地或接地；

2)悬停：与一般直升机类似，可实现空中悬停。但本飞行器具有两种悬停模式，平板模式悬停和立板模式悬停；

3)缓慢升降：与一般直升机类似，以平板方式垂直升降，速度比较低；

4)中速升降：斜飞。与其它直升机不同，本飞行器有一块面积很大的平板，以平板模式垂直升降时空气阻力很大，如果斜飞，则为飞翼模式，可以像飞机一样有效利用空气升力来升降，避免很大的迎风阻力，实现较快的飞行速度；

5)快速升降：立板模式垂直升降，这是本飞行器一大特点。通过发动机控制将机体竖直，再由四个发动机以立板形式进行垂直升降。由于这种姿态的空气阻力很小，可以实现快速垂直升降。此模式还可在早晚改善太阳的光照角度；

6)空中低速平移：采用一般直升机的平移策略；

7)空中快速平移：以飞翼模式平移，能够利用空气升力克服重力，从而将发动机推力转换为平飞动力，实现快速平移。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。