一种油电混合动力无人飞行器的制作方法

本实用新型属于飞行器技术领域，更具体地说，是涉及一种油电混合动力无人飞行器。

背景技术：

无人飞行器是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞行器，从技术角度定义可以分为：无人固定翼式和无人垂直起降式。无人飞行器可用于休闲娱乐、航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输等等领域。

目前，中小型无人飞行器主要以电动为主，但电池的低能量密度和使用寿命短等缺陷严重制约了无人飞行器的巡航时间；大型无人飞行器主要采用发动机驱动，但大功率发动机的使用同样限制了其续航时间，同时也存在悬停效率低、噪声大、巡航速度小等缺点。因此，单纯采用电动驱动和发动机驱动中任意一个皆无法满足较长的巡航时间的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种油电混合动力无人飞行器，以解决现有技术中存在单纯采用电动驱动和发动机驱动中任意一个皆无法满足较长的巡航时间的要求的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种油电混合动力无人飞行器，包括飞行器主体、飞行控制器、混合动力系统以及多个旋翼机构，所述飞行控制器设于所述飞行器主体内，各所述旋翼机构与所述飞行器主体连接；

所述混合动力系统包括发动机、发电机、电源管理器、电池组以及多个电机，所述发动机的输出端与所述发电机连接，所述发电机与所述电源管理器电性连接，所述电池组、各所述电机均与所述电源管理器电性连接，各所述电机均与所述电池组电性连接，所述电源管理器与所述飞行控制器电性连接并受所述飞行控制器控制，各所述电机均与所述飞行控制器电连接并受所述飞行控制器控制转速，所述发动机、所述发电机、所述电源管理器以及所述电池组均连接于所述飞行器主体，各所述电机分别设置于一所述旋翼机构内以使所述旋翼机构产生推进力；

各所述电机所需电能之和为A，所述飞行控制器预设有所述发电机的额定电能值且为B，所述电源管理器在A＞B时调控所述发电机与所述电池组均为各所述电机供电，所述电源管理器在A＝B时调控所述发电机为各所述电机供电，所述电源管理器在A＜B时调控所述发电机为所述电池组和各所述电机供电。

进一步地，所述油电混合动力无人飞行器还包括两个主翼和两个副翼，两个所述主翼相对于所述飞行器主体的中轴线对称布置并均与所述飞行器主体连接，各所述副翼分别与一所述主翼转动连接。

进一步地，所述油电混合动力无人飞行器还包括两机臂，各所述机臂分别固定于一所述主翼且并均沿前后方向延伸；

所述旋翼机构设置有四个，且其中两所述旋翼机构分别连接于所述机臂的两端，剩余两所述旋翼机构分别连接于另一所述机臂的两端。

进一步地，四个所述旋翼机构分为两个前置旋翼机构和两个后置旋翼机构，各所述机臂具有相对位于所述主翼之前的前端部以及与所述前端部相对的后端部；

各所述前置旋翼机构包括前置螺旋桨和前置旋翼主体，所述前置旋翼主体内布设有一所述电机，所述前置旋翼主体具有第一前置端部以及与所述第一前置端部相对的第二前置端部，所述前置螺旋桨连接于所述第一前置端部并与所述电机的输出轴连接以使所述前置螺旋桨旋转而产生推力，各所述前置旋翼主体的第二前置端部分别转动连接于一所述机臂的前端部；

各所述后置旋翼机构包括后置螺旋桨和后置旋翼主体，所述后置旋翼主体内布设有一所述电机，所述后置旋翼主体具有第一后置端部以及与所述第一后置端部相对的第二后置端部，所述后置螺旋桨连接于所述第一后置端部并与所述电机的输出轴连接以使所述后置螺旋桨旋转而产生拉力，各所述后置旋翼主体的第二后置端部分别转动连接于一所述机臂的后端部；

所述飞行器主体的水平向前飞行方向定义为基准方向，而其竖直起飞方向定义为竖直方向，所述基准方向与所述竖直方向相垂直；

所述飞行器主体在各所述前置螺旋桨的旋转轴线和各所述后置螺旋桨的旋转轴线均沿所述竖直方向延伸且各所述前置螺旋桨相对位于所述机臂之上而各所述后置螺旋桨相对位于所述机臂之下时具有垂直起飞状态或者垂直降落状态，所述飞行器主体在同一所述机臂上的所述前置螺旋桨的旋转轴线和所述后置螺旋桨的旋转轴线相同且均沿所述基准方向延伸时具有水平飞行状态，所述飞行器主体在同一所述机臂上的所述前置螺旋桨的旋转轴线和所述后置螺旋桨的旋转轴线相同且均与所述基准方向形成夹角时具有倾转飞行状态。

进一步地，各所述前置旋翼机构还包括分别固定于一所述机臂的前端部的前置支撑座，所述前置支撑座的横截面呈U型，所述前置支撑座具有前置U型槽，所述前置U型槽的槽口朝向背离所述机臂的方向，所述第二前置端部插于所述前置U型槽内并转动连接于所述前置U型槽的两相对槽壁。

进一步地，各所述前置旋翼机构还包括前置倾转装置，所述前置倾转装置包括前置驱动器和前置传动组件，所述前置驱动器固定于所述机臂并与所述飞行控制器电连接并受所述飞行控制器控制，所述前置驱动器具有前置动力输出轴，所述前置传动组件连接所述前置动力输出轴与所述前置旋翼主体，以带动所述前置旋翼主体在所述基准方向与所述竖直方向之间往复摆动。

进一步地，各所述前置旋翼机构还包括前起落支架，所述前起落支架的一端固定于所述第二前置端部的端面且另一端朝向远离所述前置旋翼主体方向延伸。

进一步地，各所述后置旋翼机构还包括分别固定于一所述机臂的后端部的后置支撑座，所述后置支撑座的横截面呈U型，所述后置支撑座具有后置U型槽，所述后置U型槽的槽口朝向背离所述机臂的方向，所述第二后置端部插于所述后置U型槽内并转动连接于所述后置U型槽的两相对槽壁。

进一步地，各所述后置旋翼机构还包括后置倾转装置，所述后置倾转装置包括后置驱动器和后置传动组件，所述后置驱动器固定于所述机臂并与所述飞行控制器电连接并受所述飞行控制器控制，所述后置驱动器具有后置动力输出轴，所述后置传动组件连接所述后置动力输出轴与所述后置旋翼主体，以带动所述后置旋翼主体在与所述基准方向相反的方向以及与所述竖直方向相反的方向之间往复摆动。

进一步地，所述油电混合动力无人飞行器还包括后起落支架，所述后起落支架的一端固定于所述飞行器主体的后端部且另一端朝向下延伸。

本实用新型提供的一种油电混合动力无人飞行器的有益效果在于：发动机负责将燃料的化学能转换为机械能，提供给与其连接的发电机，发电机负责将发动机输出的机械能转化为电能并提供给电源管理器，电源管理器负责向电池组和各电机调配由发电机产生的电量以及电池组工作时机，电池组以及各电机均与电源管理器电连接，电源管理器与飞行控制器电连接，并受飞行控制器控制，各电机均与飞行控制器电连接并均受飞行控制器控制，用以调控各电机的转速。各电机所需电能之和为A，飞行控制器预设有发电机的额定电能值且为B，当A＞B时，表明无人飞行器需要较高的电能以支撑其完成飞行任务，此时，飞行控制器依照电能比对结果产生相应的控制信号，并发送给电源管理器，电源管理器接收该控制信号并调控发电机以及电池组均为各电机供电，以保证各电机按照要求的电能运转；当A＝B时，表明发电机产生的电量可完全用来供给各电机使用并无剩余，同样，飞行控制器依照电能比对结果产生相应的控制信号，并发送给电源管理器，电源管理器接收该控制信号并调控发电机为各电机供电，而电池组处于闲置状态；当A＜B时，表明发电机产生的电量可用来供给各电机使用并有剩余，同样，飞行控制器依照电能比对结果产生相应的控制信号，并发送给电源管理器，电源管理器接收该控制信号并调控发电机为电池组和各电机供电，此时，电池组处于充电状态。因此，通过上述电源管理器对发电机输出的电能的调配，在不同运行状态下，调控发电机和电池组的工作状态，一方面延长了无人飞行器的巡航时间，另一方面满足无人飞行器的机动性要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的飞行控制器与混合动力系统的控制原理示意图；

图2是本实用新型实施例提供的无人飞行器的立体图；

图3是本实用新型实施例提供的前置旋翼机构的立体图；

图4是本实用新型实施例提供的后置旋翼机构的立体图。

其中，图中各附图标记：

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者它可能通过第三部件间接固定于或设置于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者它可能通过第三部件间接连接于另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请同时参阅图1和图2，本实用新型实施例提供一种油电混合动力无人飞行器，以下简称无人飞行器1。其包括飞行器主体100、飞行控制器200、混合动力系统400以及多个旋翼机构300，飞行控制器200设于飞行器主体100内，各旋翼机构300与飞行器主体100连接。

混合动力系统400包括发动机410、发电机420、电源管理器430、电池组440以及多个电机450，发动机410的输出端与发电机420连接，发电机420与电源管理器430电性连接，电池组440与各电机450均与电源管理器430电性连接，各电机450均与电池组440电性连接，电源管理器430与飞行控制器200电性连接并受飞行控制器200控制，各电机450均与飞行控制器200电连接并受飞行控制器200控制转速，发动机410、发电机420、电源管理器430以及电池组440均连接于飞行器主体100，各电机450分别设置于一旋翼机构300内以使旋翼机构300产生推进力。

各电机450所需电能之和为A，飞行控制器200预设有发电机420的额定电能值且为B，电源管理器430在A＞B时调控发电机420与电池组440均为各电机450供电，电源管理器430在A＝B时调控发电机420为各电机450供电，电源管理器430在A＜B时调控发电机420为电池组440和各电机450供电。

在本实施例中，发动机410负责将燃料的化学能转换为机械能，提供给与其连接的发电机420，发电机420负责将发动机410输出的机械能转化为电能并提供给电源管理器430，电源管理器430负责向电池组440和各电机450调配由发电机420产生的电量以及电池组440工作时机，电池组440以及各电机450均与电源管理器430电连接，电源管理器430与飞行控制器200电连接，并受飞行控制器200控制，各电机450均与飞行控制器200电连接并均受飞行控制器200控制，用以调控各电机450的转速。各电机450所需电能之和为A，飞行控制器200预设有发电机420的额定电能值且为B，当A＞B时，表明无人飞行器1需要较高的电能以支撑其完成飞行任务，此时，飞行控制器200依照电能比对结果产生相应的控制信号，并发送给电源管理器430，电源管理器430接收该控制信号并调控发电机420以及电池组440均为各电机450供电，以保证各电机450按照要求的电能运转；当A＝B时，表明发电机420产生的电量可完全用来供给各电机450使用并无剩余，同样，飞行控制器200依照电能比对结果产生相应的控制信号，并发送给电源管理器430，电源管理器430接收该控制信号并调控发电机420为各电机450供电，而电池组440处于闲置状态；当A＜B时，表明发电机420产生的电量可用来供给各电机450使用并有剩余，同样，飞行控制器200依照电能比对结果产生相应的控制信号，并发送给电源管理器430，电源管理器430接收该控制信号并调控发电机420为电池组440和各电机450供电，此时，电池组440处于充电状态。因此，通过上述电源管理器430对发电机420输出的电能的调配，在不同运行状态下，调控发电机420和电池组440的工作状态，一方面延长了无人飞行器1的巡航时间，另一方面满足无人飞行器1的机动性要求。

在本实施例中，从能量的角度电池组440与发电机420互为补充。在无人飞行器1垂直起降阶段、高速机动阶段以及遇到突风等阶段时，此时各电机450需要较大的功率的电能输出，电池组440和发电机420通过电源管理器430调控能够同时为各电机450供电，其中电池组440较高的放电倍率起到主要的电能输出；而在无人飞行器1正常水平巡航等低功率阶段，发电机420输出的电能若有剩余，则剩余电能供给电池组440充电，发电机420若无剩余电能，则发电机420的电能完全提供给各电机450，此时电池组440处于储存状态。综上，发电机420自始至终处于工作状态，而电池组440则根据飞行电能需求由电源管理器430适时调整其电能的输出或者输入。

在本实施例中，各电机450的转速均独立控制。

在本实施例中，电池组440数量可以设置多个。

在本实施例中，油电混合动力无人飞行器1还包括与飞行器主体100连接的尾翼900，尾翼900位于飞行器主体100的尾部且呈V型或T型。

在本实施例中，混合动力系统400还包括用于为发动机410供油的油箱460，油箱460布设于飞行器主体100内。

请同时参阅图1和图2，进一步地，油电混合动力无人飞行器还包括两个主翼500和两个副翼600，两个主翼500相对于飞行器主体100的中轴线对称布置并均与飞行器主体100连接，各副翼600分别与一主翼500转动连接。这样，可以实现固定翼状态。

在本实施例中，飞行控制器200和电源管理器430相对位于飞行器主体100的前部，油箱位于主翼500附近，在油箱之后依次布设有发动机410和发电机420。位于飞行器主体100的上方设置有发动机410进气口。电池组440可位于靠近电机450的动力短舱内部，也可位于飞行器主体100内临近主翼500的根部的位置。

请同时参阅图1和图2，进一步地，油电混合动力无人飞行器还包括两机臂700，各机臂700分别固定于一主翼500且并均沿前后方向延伸。

旋翼机构300设置有四个，且其中两旋翼机构300分别连接于机臂700的两端，剩余两旋翼机构300分别连接于另一机臂700的两端。

请同时参阅图1至图4，进一步地，四个旋翼机构300分为两个前置旋翼机构300a和两个后置旋翼机构300b，各机臂700具有相对位于主翼500之前的前端部701以及与前端部701相对的后端部702。

各前置旋翼机构300a包括前置螺旋桨310a和前置旋翼主体320a，前置旋翼主体320a内布设有一电机450，前置旋翼主体320a具有第一前置端部301以及与第一前置端部301相对的第二前置端部302，前置螺旋桨310a连接于第一前置端部301并与电机450的输出轴连接以使前置螺旋桨310a旋转而产生推力，各前置旋翼主体320a的第二前置端部302分别转动连接于一机臂700的前端部701。

各后置旋翼机构300b包括后置螺旋桨310b和后置旋翼主体320b，后置旋翼主体320b内布设有一电机450，后置旋翼主体320b具有第一后置端部303以及与第一后置端部303相对的第二后置端部304，后置螺旋桨310b连接于第一后置端部303并与电机450的输出轴连接以使后置螺旋桨310b旋转而产生拉力，各后置旋翼主体320b的第二后置端部304分别转动连接于一机臂700的后端部702。

飞行器主体100的水平向前飞行方向定义为基准方向，而其竖直起飞方向定义为竖直方向，基准方向与竖直方向相垂直。如图1所示，X所指方向代表基准方向，Y所指方向皆代表竖直方向。

飞行器主体100在各前置螺旋桨310a的旋转轴线和各后置螺旋桨310b的旋转轴线均沿竖直方向延伸且各前置螺旋桨310a相对位于机臂700之上而各后置螺旋桨310b相对位于机臂700之下时具有垂直起飞状态或者垂直降落状态，飞行器主体100在同一机臂700上的前置螺旋桨310a的旋转轴线和后置螺旋桨310b的旋转轴线相同且均沿基准方向延伸时具有水平飞行状态，飞行器主体100在同一机臂700上的前置螺旋桨310a的旋转轴线和后置螺旋桨310b的旋转轴线相同且均与基准方向形成夹角时具有倾转飞行状态。

在本实施例中，通过两个前置旋翼机构300a和两个后置旋翼机构300b以及转动设置，可以灵活地改变无人飞行器1的飞行状态，提高用户对无人飞行器1的体验性。

请同时参阅图1至图4，进一步地，各前置旋翼机构300a还包括分别固定于一机臂700的前端部701的前置支撑座330a，前置支撑座330a的横截面呈U型，前置支撑座330a具有前置U型槽305，前置U型槽305的槽口朝向背离机臂700的方向，第二前置端部302插于前置U型槽305内并转动连接于前置U型槽305的两相对槽壁。

请同时参阅图1至图4，进一步地，各前置旋翼机构300a还包括前置倾转装置340a，前置倾转装置340a包括前置驱动器341a和前置传动组件342a，前置驱动器341a固定于机臂700并与飞行控制器200电连接并受飞行控制器200控制，前置驱动器341a具有前置动力输出轴，前置传动组件342a连接前置动力输出轴与前置旋翼主体320a，以带动前置旋翼主体320a在基准方向与竖直方向之间往复摆动。

在本实施例中，前置传动组件342a是由三个传动臂首尾铰接而形成一传动链，该传动链一端固定在前置动力输出轴上，另一端固定在前置旋翼主体320a上，用以将前置驱动器341a输出的驱动力传至前置旋翼主体320a上，带动前置旋翼主体320a相对于机臂700摆动。

请同时参阅图1至图4，进一步地，各前置旋翼机构300a还包括前起落支架350a，前起落支架350a的一端固定于第二前置端部302的端面且另一端朝向远离前置旋翼主体320a方向延伸。

请同时参阅图1至图4，进一步地，油电混合动力无人飞行器还包括后起落支架800，后起落支架800的一端固定于飞行器主体100的后端部702且另一端朝向下延伸。与两个前起落支架350a一起支撑飞行器主体100。

请同时参阅图1至图4，进一步地，各后置旋翼机构300b还包括分别固定于一机臂700的后端部702的后置支撑座330b，后置支撑座330b的横截面呈U型，后置支撑座330b具有后置U型槽306，后置U型槽306的槽口朝向背离机臂700的方向，第二后置端部304插于后置U型槽306内并转动连接于后置U型槽306的两相对槽壁。

请同时参阅图1至图4，进一步地，各后置旋翼机构300b还包括后置倾转装置340b，后置倾转装置340b包括后置驱动器341b和后置传动组件342b，后置驱动器341b固定于机臂700并与飞行控制器200电连接并受飞行控制器200控制，后置驱动器341b具有后置动力输出轴，后置传动组件342b连接后置动力输出轴与后置旋翼主体320b，以带动后置旋翼主体320b在与基准方向相反的方向以及与竖直方向相反的方向之间往复摆动。

在本实施例中，后置传动组件342b与前置传动组件342a结构相同，此处不再赘述。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。