一种多用途三模块组合式混合动力无人机的制作方法

本发明涉及一种无人机技术领域，具体涉及一种多用途三模块组合式混合动力无人机。

背景技术：

目前常见的多旋翼垂直起降无人机几乎全部集中在消费领域，专业归类上称为消费级无人机。其有效载荷只有几百克到几千克，受产业链和自身技术条件限制，国内为数众多的无人机研发企业至今尚未开发出大载荷的多旋翼无人机，他们的产品更多地被用于航拍、娱乐或完成极少量的工业级飞行任务。

传统的固定翼飞机优点是飞行速度快，航程和巡航时间长，缺点是起降距离长，要求高质量的跑道。多旋翼无人机的优点是较小的起降场地，能垂直起降，空中悬停，缺点是功耗大、速度慢、续航时间短。

技术实现要素：

本发明的目的即在于克服现有技术不足，目的在于提供一种多用途三模块组合式混合动力无人机，解决现有无人机用途功能少、续航时间短、机动性差的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多用途三模块组合式混合动力无人机，包括组合式飞翼模块、巡航动力模块和任务装载舱，所述组合式飞翼模块包括对接铁块、组合飞翼舱、飞翼动力件和飞翼连接件，与所述组合飞翼舱连接设置至少一套螺旋翼组件，通过螺旋翼组件为无人机提供升降动力，所述飞翼动力件设置在组合飞翼舱内为螺旋翼组件提供动能，所述飞翼连接件设置在组合飞翼舱底部；组合飞翼舱两侧分别设有机翼；

所述巡航动力模块包括动力舱、涡桨发动机和动力舱连接件，所述涡桨发动机设置在动力舱尾端，通过涡桨发动机为无人机提供巡航飞行动力，所述动力舱连接件设置在动力舱前端；

所述任务装载舱的顶部设有任务舱连接件，所述任务装载舱尾部设有任务舱动力连接件；

所述组合式飞翼模块通过飞翼连接件与动力任务舱模块的任务舱连接件活动连接，所述巡航动力模块通过动力舱连接件与任务舱连接件的任务舱动力连接件活动连接。

进一步的，所述螺旋翼组件采用电机带动旋转，所述电机与飞翼动力件控制连接，所述飞翼动力件采用电池组为电机供电。

进一步的，所述机翼采用向下折叠结构。

进一步的，所述飞翼连接件为滑块结构，与滑块结构相配合的任务舱连接件为滑槽结构，所述滑块结构通过滑动插接在滑槽结构内使组合式飞翼模块和动力任务舱模块组合一体。

进一步的，所述飞翼连接件为滑槽结构，与滑槽结构相配合的任务舱连接件为滑块结构，所述滑块结构通过滑动插接在滑槽结构内使组合式飞翼模块和动力任务舱模块组合一体。

进一步的，所述飞翼连接件为电磁铁结构，所述任务舱连接件为对接铁块，所述组合式飞翼模块通过电磁铁结构吸附在动力任务舱模块的任务舱连接件上；使组合式飞翼模块和动力任务舱模块组合一体。

进一步的，所述飞翼连接件为机械爪组件，所述任务舱连接件为爪块，所述组合式飞翼模块通过机械爪组件爪扣在动力任务舱模块的任务舱连接件上；使组合式飞翼模块和动力任务舱模块组合一体。所述机械爪组件包括支撑架、机械爪和动力伸缩臂，所述支撑架上通过铰轴连接环绕设置至少三件机械爪，在支撑架内设有动力伸缩臂，所述动力伸缩臂端头设有安装盘，所述机械爪上端头与安装盘铰接，通过动力伸缩臂回缩带动机械爪绕铰轴转动，从而机械爪下端闭合抓紧爪块；当动力伸缩臂伸长时，动力伸缩臂伸长带动机械爪张开与爪块分离；所述爪块为扁平体结构。

进一步的，所述飞翼连接件带螺杆电机，所述任务舱连接件为螺孔，所述组合式飞翼模块通过带螺杆电机的螺杆螺纹连接在动力任务舱模块的螺孔内；使组合式飞翼模块和动力任务舱模块组合一体。

进一步的，所述飞翼连接件为锥型体结构，所述锥型体结构上环绕设有多个伸缩锁紧块，所述任务舱连接件为锥型筒，所述锥型筒内与伸缩锁紧块对应设有锁紧环槽；所述组合式飞翼模块通过锥型体结构插设在动力任务舱模块的锥型筒内，通过伸缩锁紧块与锁紧环槽配合锁紧连接，使组合式飞翼模块和动力任务舱模块组合一体。

进一步的，所述锥型体结构内设有锥型槽，所述锥型槽上设有伸缩臂，所述伸缩臂端头设有与锥型槽相配合的挤压快，所述伸缩锁紧块内端可回缩到锥型槽内，通过伸缩臂带动挤压快的伸长将伸缩锁紧块挤压伸长，所述伸缩锁紧块与锥型体结构之间设有拉簧，通过拉簧使伸缩锁紧块回缩。

进一步的，所述巡航动力模块通过动力舱连接件与任务舱连接件的任务舱动力连接件活动连接；动力舱连接件和任务舱动力连接件的连接结构采用滑动连接、电磁连接、机械爪连接、螺杆连接或对接锥孔连接。

进一步的，所述巡航动力模块通过动力舱连接件与任务舱连接件的任务舱动力连接件活动连接；动力舱连接件和任务舱动力连接件的连接结构采用滑动连接、电磁连接、机械爪连接、螺杆连接或对接锥孔连接任一种。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，发明核心是采用组合式飞翼模块和巡航动力模块和任务装载舱设计概念，模块之间可以彼此更换、组合、对接和分离。

组合式飞翼上布置涵道式螺旋桨，主要提供无人机垂直起、降阶段动力；组合式飞翼上同时还布置有固定翼，提供无人机巡航阶段的气动升力。

动力任务舱(巡航动力模块和任务装载舱6主要负担任务载荷，在动力任务舱尾端布置航空煤油发动机带动推进螺旋桨，为无人机巡航阶段提供前进动力。无人机在巡航阶段，组合式飞翼上的涵道式螺旋桨基本上不工作，不消耗电池能量，靠组合式飞翼上的固定翼及动力任务舱上的螺旋桨飞行。

组合式飞翼的主要构成：涵道式螺旋桨推进器、电子设备舱、翼身融合体、收放式活动翼四大部件构成。

动力任务舱主要由任务载荷舱、航空煤油发动机、螺旋桨式推进器、任务功能部件等构成。

单纯的旋翼机在升到一定空中高度后的飞行阶段，如果仍然只靠旋翼飞行，由于没有良好的气动外形，空气阻力会非常大，无人机一边要保持升力，一边要提供推力，对电池能源的需求量会非常大，造成无人机的续航能力变得很短。通过组合式飞翼的设计理念，在无人机航线飞行阶段，固定翼将为无人机及其负载提供主要的升力，减少对涵道式螺旋桨的依赖，大大降低电能消耗。

在组合式飞翼连接上动力任务舱之后，通过动力任务舱上安装的航空燃油发动机带动动力任务舱尾端螺旋桨进行飞行，可大大提高无人机续航能力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机的主视结构示意图；

图2为本发明组合式飞翼模块1巡航动力模块和任务装载舱分离的主视结构示意图；

图3为本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机的机翼折叠状态结构示意图；

图4为本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机的侧视结构示意图；

图5为本发明组合式飞翼模块、巡航动力模块和任务装载舱分离的侧视结构示意图；

图6为本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机的俯视结构示意图；

图7为本发明组合式飞翼模块通过飞翼连接件与动力任务舱模块的任务舱连接件活动连接实施2的一种结构示意图；

图8为本发明组合式飞翼模块通过飞翼连接件与动力任务舱模块的任务舱连接件活动连接实施2的另一种结构示意图；

图9为本发明组合式飞翼模块通过飞翼连接件与动力任务舱模块的任务舱连接件活动连接实施3的结构示意图；

图10为本发明组合式飞翼模块通过飞翼连接件与动力任务舱模块的任务舱连接件活动连接实施4的结构示意图；

图11为本发明组合式飞翼模块通过飞翼连接件与动力任务舱模块的任务舱连接件活动连接实施5的结构示意图；

图12为本发明组合式飞翼模块通过飞翼连接件与动力任务舱模块的任务舱连接件活动连接实施6的结构示意图；

附图中标记及对应的零部件名称：

1-合式飞翼模块，2-巡航动力模块，3-组合飞翼舱，4-飞翼动力件，5-飞翼连接件，6-任务装载舱，7-涡桨发动机，8-任务舱连接件，9-机翼，10-滑块体，11-滑槽体，12-滑槽结构，13-滑块结构，14-电磁铁结构，15-对接铁块，16-机械爪组件，17-爪块，18-带螺杆电机，19-螺孔，20-螺杆，21-锥型体结构，22-伸缩锁紧块，23-锥型筒，24-锁紧环槽，25-锥型槽，26-伸缩臂，27-挤压快，28-拉簧，29-支撑架，30-机械爪，31-动力伸缩臂，32-安装盘，33-螺旋翼组件，34-动力舱，35-动力舱连接件，36-任务舱动力连接件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1-6所示，本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，包括组合式飞翼模块1、巡航动力模块2和任务装载舱6，所述组合式飞翼模块1包括对接铁块、组合飞翼舱3、飞翼动力件4和飞翼连接件5，与所述组合飞翼舱3连接设置至少一套螺旋翼组件33，通过螺旋翼组件33为无人机提供升降动力，螺旋翼组件33的涵道式螺旋桨部分，为满足提升重负荷的要求，旋翼的直径和涵道体积较大，螺旋桨直径1.4米到1.6米，为无人机提供较大的升力。呈四方形布置，通过螺旋翼组件33为无人机提供升降动力，所述飞翼动力件4设置在组合飞翼舱3内为螺旋翼组件33提供动能，所述飞翼连接件5设置在组合飞翼舱3底部；组合飞翼舱3两侧分别设有机翼9；组合式飞翼模块1内也配备现有无人机的操控模块，可以控制组合式飞翼模块1实现各种飞行动作。所述飞翼动力件4设置在组合飞翼舱3内为螺旋翼组件33提供动能，所述飞翼连接件5设置在组合飞翼舱3底部；组合飞翼舱3两侧分别设有机翼9；

组合式飞翼模块1相当于现有技术中的电动无人机，主要区别是带有可折叠机翼9及飞翼连接件5，其中，机翼9采用向下折叠结构。折叠结构可以采用现有折叠结构(本说明书就不再详细介绍)，类似舰载机的机翼折叠结构，区别是舰载机的机翼是向上折叠，而本发明放入机翼是向下折叠，用途主要是在飞机升降过程中通过折叠机翼9，便于控制无人机升降，在降落过程，机翼9采用向下折叠结构，机翼9可以作为无人机的支撑腿结构，在无人机巡航飞行过程，机翼9，起飞或者下降阶段，活动部分机翼呈放下状态，改善气动特性，减少阻力和停放空间，并支撑无人机整机。起飞达到一定高度后，活动部分将被收起，与翼身融合电子设备舱一起形成一个完整形状的机翼，为无人机巡航飞行提供有效的升力。

固定翼部分，本发明的亮点是固定翼分为固定与活动两部分，固定部分与涵道螺旋桨推进器、电子舱等曲面平滑过渡，翼身融合，构成保形电子设备舱，用来搭载飞行仪器、飞控设备、数传设备、陀螺设备、能量电池等等。活动部分被设计成可收放的活动方式，既是机翼的一部分，又是起落架。

所述组合式飞翼模块1通过飞翼连接件5与动力任务舱模块2的任务舱连接件8活动连接，所述巡航动力模块2通过动力舱连接件35与任务舱连接件8的任务舱动力连接件36活动连接。

组合式飞翼模块1采用涵道式螺旋桨(螺旋翼组件33)和固定翼(机翼9)相结合的设计，其中固定翼又分成两部分，一部分为翼身融合部分，另一部分为可收放的活动部分。涵道式螺旋桨主要用在无人机起飞和着陆阶段，固定翼主要作用如同普通飞机的机翼一样，在巡航阶段为无人机提供主要升力，大大减少对用电驱动的涵道式螺旋桨的依赖，从而节省电池能量，延长无人机续航时间。

所述巡航动力模块2包括动力舱34、涡桨发动机7和动力舱连接件35，燃油箱设在动力舱34内，所述涡桨发动机7设置在动力舱34尾端，通过涡桨发动机7为无人机提供巡航飞行动力，所述动力舱连接件35设置在动力舱34前端；所述任务装载舱6的顶部设有任务舱连接件8，所述任务装载舱6尾部设有任务舱动力连接件36；涡桨发动机7采用航空煤油发动机和螺旋桨式推进器构成，采用航空煤油发动机动能强劲，续航时间长，可满足高速飞行需求，在任务装载舱6的顶部设有任务舱连接件8。

动力任务舱模块采用巡航动力模块2和任务装载舱6组合方式，根据不同性能或用途的任务装载舱6，组合选择不同动能的巡航动力模块2，巡航动力模块2的涡桨发动机7采用航空煤油发动机和涵道螺旋桨：动力任务舱的特点在于采用可组合分离的动力，其尾端安装了航空煤油发动机和涵道螺旋桨。任务舱可以根据执行不同任务的需求单独进行设计，每个动力任务舱顶端将设计安装标准的快速连接滑槽，以便与飞翼进行对接。动力任务舱的种类初步分为货运舱，载人舱，军用舱、空中120救护舱等等。

所述组合式飞翼模块1通过飞翼连接件5与动力任务舱模块2的任务舱连接件8活动连接。飞翼连接件5和任务舱连接件8的活动连接形式多种多样，巡航动力模块2通过动力舱连接件35与任务舱连接件8的任务舱动力连接件36活动连接，动力舱连接件35和任务舱动力连接件36活动连接形式也多种多样，本发明只是列举几种连接方式，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

所述螺旋翼组件5采用电机带动旋转，所述电机与飞翼动力件4连接，所述飞翼动力件4采用电池组为电机供电。

本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，发明核心是采用组合式飞翼模块1、巡航动力模块2和任务装载舱6设计概念，模块之间可以彼此更换、组合、对接和分离。

组合式飞翼上布置涵道式螺旋桨，主要提供无人机垂直起、降阶段动力；组合式飞翼上同时还布置有固定翼，提供无人机巡航阶段的气动升力。

动力任务舱主要负担任务载荷，在动力任务舱尾端布置航空煤油发动机带动推进螺旋桨，为无人机巡航阶段提供前进动力。无人机在巡航阶段，组合式飞翼上的涵道式螺旋桨基本上不工作，不消耗电池能量，靠组合式飞翼上的固定翼及动力任务舱上的螺旋桨飞行。

组合式飞翼的主要构成：涵道式螺旋桨推进器、电子设备舱、翼身融合体、收放式活动翼四大部件构成。

动力任务舱(巡航动力模块2和任务装载舱6分离式组合结构)主要由任务载荷舱、航空煤油发动机、螺旋桨式推进器、任务功能部件等构成，适应性强，。

单纯的旋翼机在升到一定空中高度后的飞行阶段，如果仍然只靠旋翼飞行，由于没有良好的气动外形，空气阻力会非常大，无人机一边要保持升力，一边要提供推力，对电池能源的需求量会非常大，造成无人机的续航能力变得很短。通过组合式飞翼的设计理念，在无人机航线飞行阶段，固定翼将为无人机及其负载提供主要的升力，减少对涵道式螺旋桨的依赖，大大降低电能消耗。

在组合式飞翼连接上动力任务舱之后，通过动力任务舱上安装的航空燃油发动机带动动力任务舱尾端螺旋桨进行飞行，可大大提高无人机续航能力。

本发明通过“组合式飞翼模块、巡航动力模块和任务装载舱”的概念，合理分配无人机动力来源，即满足了垂直起降、大载荷的要，又满足了无人机可以长时间巡航的要求，具有非同凡响的实际使用价值，可以广泛用于军、民领域。装得多，飞得远，是衡量无人机好坏的主要指标。

组合式飞翼加动力任务舱的模块化对接原理，可满足不同用户需要，扩大无人机应用领域。

实施例2

如图7-8所示，本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，在实施例1的基础上，所述飞翼连接件5和任务舱连接件8采用滑动连接，所述飞翼连接件5为滑块体10，与滑块体10相配合的任务舱连接件8为滑槽体11，所述滑块体10通过滑动插接在滑槽体11内使组合式飞翼模块1和动力任务舱模块2组合一体。

飞翼连接件5为滑槽结构12，与滑槽结构12相配合的任务舱连接件8为滑块结构13，所述滑块结构13通过滑动插接在滑槽结构12内使组合式飞翼模块1和动力任务舱模块2组合一体。

本实施例中，主要公开的是滑槽和滑块(滑轨)的连接结构，当公槽插入母槽对接好后，依靠母槽尾断面的螺杆锁死，防止松脱。本实施例中的连接结构简单，操作连接方便。

实施例3

如图9所示，本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，在实施例1的基础上，所述飞翼连接件5和任务舱连接件8采用电磁连接，所述飞翼连接件5为电磁铁结构14，所述任务舱连接件8为对接铁块15，所述组合式飞翼模块1通过电磁铁结构14吸附在动力任务舱模块2的对接铁块15上；使组合式飞翼模块1和动力任务舱模块2组合一体。

电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁(electromagnet)。我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。

通过本实施例的连接方式，可以实现远程控制对接操作，同样为了保险起见，在远程或近距离实现操作对接后，最好在连接部位插设销锁之类的保险工具。

实施例4

如图10所示，本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，在实施例1的基础上，所述飞翼连接件5和任务舱连接件8采用机械爪连接，所述飞翼连接件5为机械爪组件16，所述任务舱连接件8为爪块17，所述组合式飞翼模块1通过机械爪组件16爪扣在动力任务舱模块2的爪块17上；使组合式飞翼模块1和动力任务舱模块2组合一体；

所述机械爪组件16包括支撑架29、机械爪30和动力伸缩臂31，所述支撑架29上通过铰轴连接环绕设置至少三件机械爪30，在支撑架29内设有动力伸缩臂31，动力伸缩臂31可以采用液压、气动或电机控制，所述动力伸缩臂31端头设有安装盘32，所述机械爪30上端头与安装盘32铰接，通过动力伸缩臂31回缩带动机械爪30绕铰轴转动，从而机械爪30下端闭合抓紧爪块17；当动力伸缩臂31伸长时，动力伸缩臂31伸长带动机械爪30张开与爪块17分离；所述爪块17为扁平体结构。

通过本实施例的连接方式，可以实现远程控制对接操作，同样为了保险起见。

实施例5

如图11所示，本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，在实施例1的基础上，所述飞翼连接件5和任务舱连接件8采用螺杆连接，所述飞翼连接件5带螺杆电机18，所述任务舱连接件8为螺孔19，所述组合式飞翼模块1通过带螺杆电机18的螺杆20螺纹连接在动力任务舱模块2的螺孔19内；使组合式飞翼模块1和动力任务舱模块2组合一体。

为了连接牢固，一般至少配备两台带螺杆电机18，螺孔19的入口设有敞口型，便于对接，对接后控制带螺杆电机18转动，组合式飞翼模块1通过带螺杆电机18的螺杆20螺纹连接在动力任务舱模块2的螺孔19内，即完成牢固连接。通过本实施例的连接方式，可以实现远程控制对接操作，同样为了保险起见。

实施例6

如图12所示，本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，在实施例1的基础上，所述飞翼连接件5和任务舱连接件8采用对接锥孔连接，所述飞翼连接件5为锥型体结构21，所述锥型体结构21上环绕设有多个伸缩锁紧块22，所述任务舱连接件8为锥型筒23，所述锥型筒23内与伸缩锁紧块22对应设有锁紧环槽24；所述组合式飞翼模块1通过锥型体结构21插设在动力任务舱模块2的锥型筒23内，通过伸缩锁紧块22与锁紧环槽24配合锁紧连接，使组合式飞翼模块1和动力任务舱模块2组合一体。

所述锥型体结构21内设有锥型槽25，所述锥型槽25上设有伸缩臂26，伸缩臂26可以采用液压、气动或电机控制，所述伸缩臂26端头设有与锥型槽25相配合的挤压快27，所述伸缩锁紧块22内端可回缩到锥型槽25内，通过伸缩臂26带动挤压快27的伸长将伸缩锁紧块22挤压伸长，所述伸缩锁紧块22与锥型体结构21之间设有拉簧28，通过拉簧28可使伸缩锁紧块22回缩。

本实施例中的锥型体对接，对接结构简单，连接牢固，可以远程控制组合式飞翼模块1和动力任务舱模块2实现对接。

实施例7

如图1-12所示，本发明一种多用途三模块组合式混合动力无人机，在实施例1的基础上，利用实施例2-6的连接结构应用在动力舱连接件35和任务舱动力连接件36的连接上，所述巡航动力模块2通过动力舱连接件35与任务舱连接件8的任务舱动力连接件36活动连接；动力舱连接件35和任务舱动力连接件36的连接结构采用滑动连接、电磁连接、机械爪连接、螺杆连接或对接锥孔连接。

通过上述技术方案，动力任务舱模块采用巡航动力模块2和任务装载舱6组合方式，根据不同性能或用途的任务装载舱6，组合选择不同动能的巡航动力模块2，巡航动力模块2的涡桨发动机7采用航空煤油发动机和涵道螺旋桨：动力任务舱的特点在于采用可组合分离的动力，其尾端安装了航空煤油发动机和涵道螺旋桨。任务舱可以根据执行不同任务的需求单独进行设计，每个动力任务舱顶端将设计安装标准的快速连接滑槽，以便与飞翼进行对接。动力任务舱的种类初步分为货运舱，载人舱，军用舱、空中120救护舱等等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。