一种发动机倒装式油动单旋翼植保无人机的制作方法

本发明属于无人机领域，具体涉及一种发动机倒装式油动单旋翼植保无人机。

背景技术：

我国自古以来就是一个农业大国，农业一直是国民经济的命脉，而目前大多数农业作物的植保方式依旧是人工方式，具有效率低，成本高，危险性大等诸多弊端。随着农村劳动人口的转移，农业植保已经成为制约农业发展的一大难题。近年来，无人机在农业植保方面做出了较大成绩，正引领着我国农业向智能化方向发展。我国目前的植保无人机主要为电动多旋翼无人机和单旋翼直升机无人机，其中，电动多旋翼无人机载重小，航时短，使用维护相对困难；单旋翼直升机结构复杂，可靠性偏低，操控相对困难，此两款主流无人机均难以满足农业植保的需求，特别是对于果树类的经济作物，上述无人机的穿透力较差，难以达到较好的施药效果。

发动机倒装式油动单旋翼植保无人机，具有垂直起降和悬停的飞行特性，也能高速水平飞行，同时具有结构紧凑、载重量大、滞空时间长，穿透力强、安全性高等特点，正逐渐应用于农业植保尤其是果树植保领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种发动机倒装式油动单旋翼植保无人机，其通过油动发动机直驱螺旋桨提供升力，通过操纵舵面控制无人机姿态，将喷雾系统与螺旋桨的强下压风场耦合，集大载重、长航时、穿透力强、雾滴均匀，安全耐用等优点与一身，能够针对性的解决当前农业植保的痛点。

为实现上述功能，本发明通过下列技术方案来实现：该舵面控制式油动单旋翼植保无人机包括：主承力结构、动力系统、控制系统、喷雾系统、防护装置等。所述主承力结构为铝合金弯管及碳纤维管构成的结构主体；所述动力系统为油动水冷发动机，通过直驱螺旋桨进行高速转动产生升力；所述控制系统包括控制飞控盒与舵面；所述喷雾系统包含药箱，水泵、喷头等，通过水泵给水，再通过喷头雾化并授药；所述防护装置起到隔离高速旋转螺旋桨与外界的作用。

较佳的，所述主承力结构从上到下依次包括安装板、第一管夹、第一支撑管、第二管夹、上层环架、发动机安装管、第二支撑管、第三管夹、下层环架、舵面安装管、起落架；通过第一管夹连接安装板与第一支撑管；通过第二管夹连接上层环架、发动机安装管及第二支撑管；通过第三管夹连接下层环架、舵面安装管及起落架。

较佳的，动力系统整体呈倒装形式安装于发动机安装管上，包括油动水冷发动机、油箱、螺旋桨、发动机安装板，其中，油箱固定在安装板上，汽油从油箱进入发动机，发动机使用螺钉连接到发动机安装板，发动机的输出轴通过螺钉与螺旋桨相连。

较佳的，所述的控制系统包括飞控盒、伺服舵机、固定舵面与转动舵面，飞控盒通过螺钉固定在飞控减震板上，舵机与固定舵面、转动舵面通过连杆、螺钉等形成独立组建固定在舵面安装管上，接收飞控盒的控制信息并进行相应转动。

较佳的，所述喷雾系统包括药箱、水管、水泵、喷头。药箱通过螺钉安装在安装板上，水泵与喷头安装在舵面安装管上，水管用于连通药箱、水泵与喷头。

较佳的，所述防护装置通过螺钉安装在主承力结构上，用于隔离高速旋转的螺旋桨与外界，起安全防护作用。

较佳的，包括主承力结构、动力系统、控制系统、喷雾系统及防护装置；所述动力系统通过发动机直驱螺旋桨进行高速旋转，产生无人机飞行所需升力；所述控制系统通过改变舵面的运动角度，用于实现无人机的姿态与位置控制；所述喷雾系统的喷头均布在螺旋桨下压流场中，通过泵抽方式，将农药喷头雾化后进行农作物施药；所述防护装置将高速旋转的螺旋桨与外界隔离，起到安全防护的作用。

较佳的，所述总承力结构包括：安装板、第一管夹、第一支撑管、第二管夹、上层环架、第二支撑管、第三管夹、下层环架、舵面安装管、起落架；通过第一管夹连接安装板与第一支撑管；通过第二管夹连接上层环架和第二支撑管；通过第三管夹连接下层环架、舵面安装管及起落架。

较佳的，所述动力系统倒装在主承力结构上，所述动力系统包括发动机主体，油箱、散热水箱、发电机、电启动结构、螺旋桨、发动机安装板；螺旋桨直联在发动机上输出轴上；发动机安装管一端与发动机安装板连接，另一端与第二管夹相连接，使发动机安装板定位于主承力结构中心线上。

较佳的，所述控制系统包括飞控盒，伺服舵机、舵机摇臂、固定舵面、转动舵面，飞控盒安装在安装板上，固定舵面固定安装在舵面安装管上，舵机与转动舵面安装在固定舵面上，舵机通过舵机摇臂与转动舵面连接。

较佳的，所述的喷雾系统包括药箱、水泵、可调喷头，可调喷头上设置感测下压风场状态的传感器，药箱固定在安装板上，水泵安装在发动机安装板上，可调喷头安装在舵面安装管夹上，水泵抽取药箱中的液态农药，再经过可调喷头雾化后送入螺旋桨下压流场，实现自动高效喷洒。

较佳的，所述安装板、发动机安装板、散热水箱从上至下依次设置，油箱在安装板两端对称设置，散热水箱紧邻发动机主体设置并相对发动机安装板中心两端对称，两油箱中心连线与两散热水箱中心连线互相垂直。

较佳的，减小螺旋桨到转动舵面和固定舵面的距离，使得舵面更靠近螺旋桨产生的滑流场，提升舵面的控制力。

较佳的，所述防护装置设置于上层环架与下层环架之间，所述防护装置环绕主承力结构，固定舵面26的2/3位置露于防护装置结构外，所述防护装置为轻质网状结构。

较佳的，所述防护装置由数片矩形板体结构间隔设置而成，所述矩形板体结构相对于无人机中心轴线倾斜设置，其倾斜面位于上层环架、下层环架的环切面上。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

一、采用油动水冷发动机倒结构形式，有效提高了无人机重心位置，极大程度上增强了其操控特性；发动机水冷散热箱安装在气流入口，可使发动机高效稳定工作。

二、采用舵面控制结构，通过改变舵面角度，实现无人机在空中六自由度的姿态控制，响应迅速，结构简单可靠。

三、采用发动机直驱螺旋桨形式，通过匹配不同螺距和直径的螺旋桨，可以针对性的调节下压流场速度的大小，广泛适用于各类农作物的植保需求。

四、采用本申请防护结构，将动力系统围绕在主承力结构内，防护装置由数片矩形板体结构间隔设置而成，所述矩形板体结构相对于无人机中心轴线倾斜设置，其倾斜面位于上层环架、下层环架的环切面上的技术手段可获得优异的抗风性能，有效避免喷洒液体随风上涌；同时，采用固定舵面的2/3位置露于防护装置结构外的技术手段，可提升舵面控制力，提高无人机升力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的机架结构示意图。

图3是本发明的动力结构示意图。

图4是本发明的舵面结构示意图。

图5是本发明的防护结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

一种发动机倒装式油动单旋翼植保无人机，包括主承力结构、动力系统、控制系统、喷雾系统、防护装置等，主承力结构将无人机各个系统有机连接起来，组成功能完成的无人机。动力系统通过发动机输出动力到螺旋桨，产生飞行所需的升力；控制系统通过飞控盒实时发送指令给舵机，起到调节螺旋桨升力大小和转动舵面的转动角度，进而控制无人机在空中的姿态与飞行轨迹；喷雾系统通过水泵将药箱内的药剂输送到喷头，通过喷头将药剂进行雾化并送入螺旋桨的下压流场中，达到给农作物施药的效果；保护装置通过隔离高速旋转的螺旋桨与外界环境，起到安全防护功能。

如图1所示，所述的主承力结构包括：安装板5、第一管夹6、第一支撑管7、第二管夹8、上层环架16、第二支撑管15、第三管夹10、下层环架9、舵面安装管13、起落架11。通过第一管夹连接安装板与第一支撑管；通过第二管夹连接上层环架和第二支撑管；通过第三管夹连接下层环架、舵面安装管及起落架。主承力结构将无人机各个系统有机连接为一个整体，该结构形式重量小，刚度强，在无人机的起飞降落过程中能起到良好的缓冲减震作用。

如图1～图4所示，所述的动力系统包括发动机主体22，油箱3、散热水箱21、发电机18、电启动结构24、螺旋桨23、发动机安装板20。其中，散热水箱21负责给发动机散热，使发动机汽缸的工作温度保持在正常范围内；电启动结构24负责启动发动机；发电机18负责给全机耗电部件提供电源；螺旋桨23通过螺钉直接安装在发动机上输出轴上，负责将发动机的功率转化为飞行所需升力。发动机安装管25与发动机安装板20相连再与第二管夹8相连，实现动力系统与主承力结构连接。

如图1～图4所示，所述的控制系统包括飞控盒2，舵机29、舵机摇臂28、固定舵面26、转动舵面27。飞控盒2通过螺钉安装在安装板5上，固定舵面26通过螺钉固定在舵面安装管13上，舵机29与转动舵面27安装在固定舵面26上，舵机29通过舵机摇臂28与转动舵面27连接，从而驱动其转动，配合发动机升力一起达到控制无人机姿态与位置的效果。

如图1～图4所示，所述的喷雾系统包括药箱1、水泵19、喷头12，可调喷头12上设置感测下压风场状态的传感器，药箱1通过螺钉固定在安装板5上，水泵19安装在发动机安装板20上，可调喷头12安装在舵面安装管夹14上，水泵19抽取药箱1中的液态农药，再经过喷头12雾化后送入螺旋桨23下压流场，实现高效喷洒。

如图5所示，防护结构为网状的钢丝网，其结构简单便于制造且质量轻，表面积小不影响无人机的升力，强度及刚度好具有一定的抗冲击能力。防护装置由8片防护网组成，通过不锈钢扎带安装在主承力结构上，便于损坏时跟换。防护装置通过物理隔离的方式，将高速旋转的螺旋桨与外界进行隔离，起到防护作用。

本发明的工作原理为：

用螺旋桨将倒装汽油水冷发动机的功率转化为拉力，产生无人机飞行所需升力，并根据不同的作业要求按需调节螺旋桨下压风场的大小。通过控制舵面的运动，改变舵面所受的气动力，达到控制无人机俯仰姿态、滚转姿态、偏航姿态与空间位置的目的。采用水泵将药箱的药液输送至喷头处并由喷头进行雾化，将雾化后的药液送入螺旋桨的下压风场进行充分混合，然后对农作物进行病虫害防治。该农用植保无人机具有载重大，航时长，结构紧凑，穿透力强，安全耐用，作业效率高等显著特点，尤其适用于林业植保。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。