垂直起降空中变体固定翼四轴无人机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种飞行器，尤其涉及集成了四轴无人机和固定翼无人机两者的优点的一款全新无人机飞行器。
【背景技术】
[0002]随着航空技术的发展，无人机技术日益成熟，民用的无人机通常作为玩具、航模，同时也用于航拍及货物投递运输等领域，具有广阔的应用前景，其中固定翼无人机与四轴无人机是较为常用的两种结构。四旋翼无人机具有结构简单，机械稳定性好，灵活度高，成本低廉、可垂直起降等优点，进而其结构被广泛采用，目前的四轴无人机大都左右及对角均呈对称，虽具有较高的灵活性，但是不利于融入空气动力学的设计，其行进阻力大，不能合理的借助风力产生的浮力及推力，故存在动力浪费大、能耗高、飞行效率低、飞行速度慢及续航里程短等不足。固定翼无人机具有伸展的机翼，其机身大都采用流线型设计，可融入完美的空气动力学设计，行进中空气阻力小，且可充分的借助风力，大大提高了无人机的飞行效率和飞行速度，能耗相对较低，续航较长，但是其平衡稳定性较差，难以维持低速飞行及悬停，尤其无法垂直起降，对起飞及降落位置地面环境要求高。基于两者存在的上述缺陷，制约了无人机应用范围的拓展。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种具有四轴无人机的稳定性好，灵活度高，可垂直起降等优点；而由兼顾固定翼无人机的外形采用空气动力学优化设计，飞行效率高、能耗低，续航里程长等优点的垂直起降空中变体固定翼四轴无人机。
[0004]为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0005]—种垂直起降空中变体固定翼四轴无人机，包括一呈流线型的机身，机身两侧设有用于导流及悬撑的两前侧翼和两后侧翼，尾端设有上扬的用于导流及提高行进稳定性的尾翼，上述结构呈左右对称；所述的两前侧翼及两后侧翼端部均安设有一可旋转的矢量驱动臂，矢量驱动臂内部安设有螺旋桨马达，端部则设有螺旋桨，机身内安设有调整矢量驱动臂角度的矢量马达；所述的四个矢量驱动臂的旋转轴线平行，且相对称的矢量驱动臂的旋转轴线重叠，所述的螺旋桨的旋转轴线与其所在的矢量驱动臂的旋转轴线垂直；所述的机身内设有电池组件以及控制矢量马达和螺旋桨马达工作状态的飞控模块。
[0006]本实用新型具有如下有益效果:其采用梯形四旋翼布局，而具有四轴无人机的特性，可垂直起降，机械稳定性好、灵活度高，适应性强；而其外形采用了固定翼的形式，具有流线型的机身及固定翼，更加符合空气动力学设计，飞行速度快，动力利用率高，风阻小，可充分利用气流助力，大大降低了无人机的能耗。本实用新型兼顾了四轴结构与固定翼结构的无人机的优点，且经过科学的设计后，在飞控模块的控制下两种模式可根据需要自由转换或结合使用，大大提升了本无人机的性能，四轴模式可用于起降、低速飞行、悬停以及遭遇复杂气流时等阶段，而固定翼模式则可用于中途飞行中，用以获得更大的飞行速度，降低无人机的能耗，延长续航里程。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的立体结构示意图。
[0008]图2为起飞、降落及悬停时的原理示意图。
[0009]图3为低速飞行时的原理示意图。
[0010]图4为原地水平转向的示意图。
[0011 ] 图5为遇到侧风机头发生扭转时示意图。
[0012]图6为遇到侧风机身发生倾斜时示意图。
[0013]图7为固定翼模式状态示意图。
[0014]图8为增稳飞行模式中爬升时的状态图。
[0015]图9为增稳飞行模式中下降时的状态图。
[0016]图10为增稳飞行模式中右倾时的状态图。
[0017]图11为增稳飞行模式中左倾时的状态图
[0018]图中，1、螺旋桨，2、机身，3、后侧翼，4、尾翼，5、矢量驱动臂，6、前侧翼、7、螺旋桨马达，8、飞控模块，9、电池组件，10、矢量马达。
【具体实施方式】
[0019]如图1、7所示，本实用新型公开的一种垂直起降空中变体固定翼四轴无人机，其包括一呈流线型的机身2，机身2两侧设有用于导流及对其悬撑的两前侧翼6和两后侧翼3，尾端设有上扬的用于导流及提高行进稳定性的尾翼4，上述结构呈左右对称；所述的两前侧翼6及两后侧翼3端部均安设有一可旋转的矢量驱动臂5，矢量驱动臂5内部安设有螺旋桨马达7，端部则设有螺旋桨1，机身2内安设有调整矢量驱动臂5角度的矢量马达10 ;所述的四个矢量驱动臂5的旋转轴线平行，且相对称的矢量驱动臂5的旋转轴线重叠，所述的螺旋桨I的旋转轴线与其所在的矢量驱动臂5的旋转轴线垂直；所述的机身2内设有电池组件9以及控制矢量马达10和螺旋桨马达7工作状态的飞控模块8。
[0020]本实用新型采用上述设计后，其兼顾了四轴无人机与固定翼无人机的双重有优势，可垂直起降，稳定性好、灵活度高，适应性强；由于具有流线型的机身及固定翼，更加符合空气动力学设计，飞行速度快，动力利用率高，风阻小，可充分利用气流助力，大大降低了无人机的能耗。由于其结构的科学设计，在飞控模块8的控制下两种模式可根据需要自由转换，大大提升了本无人机的性能，四轴模式可用于起降、低速飞行、悬停等阶段，且悬停时，飞控模块8控制矢量驱动臂5及螺旋桨马达7，使机头始终迎风，仍然可以借助外风产生升力；而固定翼模式则可用于中途飞行中，用以获得更大的飞行速度，降低无人机的能耗，延长续航里程。
[0021]起飞、降落及悬停时，如图2所示，飞控模块8控制矢量马达10运转，使矢量驱动臂5处于与机身2垂直状态，即无人机处于四轴模式，飞控模块8通过控制四个螺旋桨I的转速，而达到平稳起飞、降落及悬停的目的。
[0022]低速飞行时，如图3所示，在飞控模块8控制下，在飞控模块8控制下，四个矢量驱动臂5向前发生一定角度的倾斜，机身2在仍保持水平状态的情况下获得一个前进的推力，而实现低速飞行。
[0023]原地水平转向时，如图4所示，以左转为例，在飞控模块8控制下，位于机身2右侧的两个矢量驱动臂5向前偏转，而位于左侧的两个矢量驱动臂5反方向进行等角度的偏转，机身2在两侧矢量驱动臂5提供的牵引力作用下而原地转向，在此过程中，飞控模块8实时监控机身的状态，对四个矢量驱动臂5以及4个螺旋桨马达7的转速进行调整，使机身2仍可始终处于水平状态下。
[0024]当飞行中遭遇侧风时，如图5所示，当侧风作用引起机身2机头发生扭转，在飞控模块8控制下，位于机身2两侧的矢量驱动臂5通过不同方向的偏转而产生差动，将机头扭转的作用力抵消后，即可维持机身2平稳飞行；如图6所述，如侧风的作用引起机身2发生倾斜，则飞控模块8感知机身2的变化，对机身2两侧的螺旋桨I转速进行调节，倾斜机身2进行维持，并且主动的通过两侧的矢量驱动臂5进行差动，促使机身2转向，使机头迎着风吹来的方向，如图3所示，让风通过机翼时对机翼产生向上的升力，利用空气动力学，以提高效率。
[0025]当在四轴模式下，位于机身2两侧的矢量驱动臂5在飞控模块8的控制下逐步前倾，飞控感知姿态变化并且控制螺旋桨I转速，使机身2处于水平状态，此时飞机的水平速度会增加，当空速传感器检测超过失速速度时，矢量驱动臂5逐渐变换到与机身2持平状态，如图7所示，这个过程中飞控模块8控制四个螺旋桨I的转速，即可维持机身的稳定，由此变体为固定翼模式飞行，可获得更高的飞行速度。
[0026]在固定翼模式飞行中进行机头水平转向时，通过使机身2两侧的两组螺旋桨I的转速进行控制，即可利用机身2的差速完成水平转向。
[0027]固定翼飞行过程中，可切换两种飞行模式，一种是增稳飞行模式，另一种是3D飞行模式。
[0028]在增稳飞行模式中，机身2后端两侧的矢量驱动臂5位置不变，即其跟机身2始终保持平行，仅仅机身2前端两侧的矢量驱动臂5进行矢量调节。如图8-11所示，上升、下降、左倾及右倾等动作，均靠前侧矢量驱动臂5调节完成，对前侧的矢量驱动臂的矢量马达10进行实时调节，机身姿态保持水平不变。
[0029]3D模式中，在飞控模块8的协调控制下，前后的矢量驱动臂5都同时进行矢量动作，飞行机动性增加，可以完成各种3D动作。
【主权项】
1.一种垂直起降空中变体固定翼四轴无人机，其特征在于:其包括一呈流线型的机身，机身两侧设有用于导流及悬撑的两前侧翼和两后侧翼，尾端设有上扬的用于导流及提高行进稳定性的尾翼，上述结构呈左右对称；所述的两前侧翼及两后侧翼端部均安设有一可旋转的矢量驱动臂，矢量驱动臂内部安设有螺旋桨马达，端部则设有螺旋桨，机身内安设有调整矢量驱动臂角度的矢量马达；所述的四个矢量驱动臂的旋转轴线平行，且相对称的矢量驱动臂的旋转轴线重叠，所述的螺旋桨的旋转轴线与其所在的矢量驱动臂的旋转轴线垂直；所述的机身内设有电池组件以及控制矢量马达和螺旋桨马达工作状态的飞控模块。
【专利摘要】本实用新型公开了一种垂直起降空中变体固定翼四轴无人机，其在机身两侧设有两前侧翼和两后侧翼，尾端设有尾翼；两前侧翼及两后侧翼端部均安设有矢量驱动臂，矢量驱动臂内部安设有螺旋桨马达，端部则设有螺旋桨，机身内安设有调整矢量驱动臂角度的矢量马达；机身内设有电池组件以及控制矢量马达和螺旋桨马达工作状态的飞控模块。本实用新型兼顾了四轴结构与固定翼结构的无人机的优点，具有可垂直起降，机械稳定性好，灵活度高，适应性强，飞行速度快，动力利用率高，风阻小，可充分利用气流助力，大大降低了无人机的能耗等优点。
【IPC分类】B64C27/52, B64C27/22
【公开号】CN204895858
【申请号】CN201520290713
【发明人】张庆伟
【申请人】张庆伟
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年5月7日