一种垂直起降无人机结构的制作方法

1.本技术涉及无人机结构设计，是一种垂直起降无人机结构。


背景技术：

2.目前的垂直起降无人机通常为全复合材料整体式结构。无人机机身由底部整体龙骨结构，纵向和横向的支撑结构以及维持外形的蒙皮结构组成。在机身底部或顶部连接有多对支臂，支臂末端各安装一个或一对有轴螺旋桨。起落架结构通常为简单的杆式或滑撬式。
3.现有垂直起降无人机存在的问题是：
4.(1)复合材料整体式结构机身抗冲击能力较差，应对鸟撞等突发冲击情况的承载能力较弱。无人机机体局部遭受鸟撞或障碍物碰撞时，现有的修理措施是制备相当尺寸、符合外形要求的复合材料零件进行补强，修理周期长、修理难度大。对于有营运任务的无人机来说，还会带来很大的经济损失。
5.(2)现有的垂直起降无人机多为由一套电机控制的单一动力驱动，在电子设备失效时，仅靠螺旋桨自旋下降产生的升力，难以抵挡着陆时产生的冲击载荷，在此情况下，简单的杆式或滑撬式起落架会对机体结构传递较大载荷导致机体结构损伤。
6.在提升维修性、安全性方面，垂直起降无人机结构还有很大的改进空间。


技术实现要素：

7.本技术的目的在于提供一种可实现快速维修维护、安全性高的基于模块化设计的新型垂直起降无人机结构。
8.一种垂直起降无人机结构，其特征在于，该无人机结构含有机头模块、机身中段模块、机身尾段模块、旋翼吊挂模块和滑撬模块，无人机的机身结构由机头模块、机身中段模块、机身尾段模块对接组成，所述的旋翼吊挂模块安装在机身中段模块的顶部，所述的滑撬模块安装在机身中段模块的底部。
9.所述的机头模块包括机头蒙皮、机头长桁、机头加强框、机头对接框及机头地板和风挡玻璃，机头蒙皮、机头长桁为碳纤维复合材料结构，通过共固化技术互相连接，机头加强框、机头对接框与相邻结构使用螺栓连接。
10.所述的机身中段模块包括机身中段蒙皮、机身中段长桁、机身中段加强框、机身中段对接框及机身中段地板，在机身中段的两侧设有舱门，在机身中段的顶部设有旋翼吊挂模块的安装孔，在机身中段的底部设有与滑撬模块连接的对接接头。
11.所述的机身尾段模块包括机身尾段蒙皮、机身尾段长桁、机身尾段加强框、机身尾段对接框及机身尾段地板和维护口盖，机身尾段蒙皮、机身尾段长桁为碳纤维复合材料结构，通过共固化技术互相连接，机身尾段加强框、机身尾段对接框与相邻结构使用螺栓连接。
12.所述的旋翼吊挂模块包括吊挂接头、吊挂杆、无轴旋翼涵道风扇，涵道风扇分为上
下两层互为冗余设计。
13.所述的滑撬模块由连接接头、滑撬架和缓冲器构成，滑撬架包含两个弓形梁和两个滑撬底杆，每个弓形梁的两端分别通过一个缓冲器与滑撬底杆连接，连接接头设在弓形梁的顶部，连接接头与机身中段底部的对接接头匹配。
14.本技术的有益效果在于：1)所述的垂直起降无人机结构采用模块化结构设计，在遭遇鸟撞或意外撞击等造成结构损坏时，可通过更换受损模块实现快速修复，缩短维修时间，提高了垂直起降无人机运营能力。2)所述的旋翼吊挂模块采用双层涵道风扇的结构形式，两套动力系统互为备份，提升了安全性。3)滑撬式起落架模块采用的铝蜂窝缓冲器质量轻且能吸收较大的冲击能量，提高了垂直起降无人机的安全裕度。
15.以下结合实施例附图对本技术做进一步详细描述。
附图说明
16.图1是无人机模块装配示意图
17.图2是机头模块示意图
18.图3是机身中段模块示意图
19.图4是机身尾段模块示意图
20.图5是旋翼吊挂模块示意图
21.图6是滑撬模块示意图
22.图7是吊挂连接接头结构剖面示意图
23.图8是滑撬缓冲器结构剖面示意图
24.图中编号说明：1机头模块、2机身中段模块、3机身尾段模块、4旋翼吊挂模块、5滑撬模块、6舱门、7机头蒙皮、8风挡玻璃、9机头长桁、10机头加强框、11机头对接框、12对接孔、13机头地板、14机头地板支撑框、15机身中段蒙皮、16机身中段长桁、17机身中段加强框、18机身中段前对接框、19机身中段后对接框、20机身中段地板、21机身中段地板支撑框、22安装孔、23机身尾段蒙皮、24机身尾段长桁、25机身尾段加强框、26机身尾段对接框、27机身尾段地板、28机身尾段地板支撑框、29维护口盖、30吊挂接头、31吊挂杆、32涵道风扇、33连接接头、34弓形梁、35滑撬底杆、36缓冲器、37加强撑杆、38止动环、39安装底座、40缓冲材料。
具体实施方式
25.参见附图，本技术的垂直起降无人机结构是一种有多个模块结构对接组成，如图1所示。垂直起降无人机结构含有机头模块1、机身中段模块2、机身尾段模块3、旋翼吊挂模块4和滑撬模块5，以及舱门6，无人机的机身结构由机头模块1、机身中段模块2、机身尾段模块3对接组成，所述的旋翼吊挂模块4安装在机身中段模块2的顶部，所述的滑撬模块5安装在机身中段模块2的底部。
26.实施中，如图2所示，机头模块1包括机头蒙皮7、多个横向的机头长桁9、多个纵向的机头加强框10、机头对接框11及机头地板13和风挡玻璃8，机头蒙皮7和机头长桁9为碳纤维复合材料结构，通过共固化技术成形为整体结构，机头加强框10和机头对接框11为金属结构件，与相邻的机头蒙皮7、机头长桁9使用螺栓连接，风挡玻璃8镶嵌在机头蒙皮7上，风
挡玻璃8采用具有电加温功能的多层复合结构航空玻璃，以适应各种特殊气象条件。为减轻重量并提高耐久性，机头地板13材料为纸蜂窝夹芯复合材料，使用胶接和螺栓连接结合的方法装在机头模块1中下部，机头地板13受机头地板支撑框14的支撑，机头地板支撑框14的下端与机头蒙皮7、机头长桁9连接，特别强调的是机头对接框11上设有与机身中段模块2对接的对接孔12。
27.如图3所示，机身中段模块2包括机身中段蒙皮15、多个横向的机身中段长桁16、多个纵向的机身中段加强框17、机身中段前对接框18和机身中段后对接框19，及机身中段地板20和机身中段地板支撑框21。机身中段前对接框18设在机身中段模块2的前端，与机头模块1对接；机身中段后对接框19设在机身中段模块2的后端，与机身尾段模块3对接。机身中段前对接框18和机身中段后对接框19上分别设有对接孔12。在机身中段2的两侧设有舱门5的连接门框，舱门5结构为外开式舱门，采用抛放式打开方式。在机身中段2的顶部设有旋翼吊挂模块4的安装孔22，在机身中段2的底部设有与滑撬模块6连接的对接接头，对接接头图中未示出。与机头模块1类似，机身中段蒙皮15和机身中段长桁16使用碳纤维复合材料高温共固化技术成形，机身中段加强框17和机身中段前对接框18以及机身中段后对接框19为金属结构件，与相邻的机身中段蒙皮15和机身中段长桁16使用螺栓连接，机身中段地板20材料为纸蜂窝夹芯复合材料，使用胶接和螺栓连接结合的方法装在机身中段模块2中下部，机身中段地板20受机身中段地板支撑框21的支撑。
28.如图4所示，所述的机身尾段模块3包括机身尾段蒙皮23、多个横向的机身尾段长桁24、多个纵向的机身尾段加强框25、机身尾段对接框26及机身尾段地板27和维护口盖29。与机头模块1机身中段模块2类似，机身尾段蒙皮23、机身尾段长桁24为碳纤维复合材料结构，通过共固化技术互相连接，机身尾段加强框25、机身尾段对接框26为金属结构件，与相邻的机身尾段蒙皮23和机身尾段长桁24使用螺栓连接。机身尾段地板27材料为纸蜂窝夹芯复合材料，使用胶接和螺栓连接结合的方法装在机身尾段模块3中下部，机身尾段地板27受机身尾段地板支撑框28的支撑。机身尾段对接框26设在机身尾段模块2的前端，机身尾段对接框26与机身中段后对接框19对接，其上均设有对应的对接孔12。
29.如图5所示，所述的旋翼吊挂模块4包括吊挂接头30、吊挂杆31、无轴旋翼涵道风扇32，实施中，多个吊挂杆31放射状均匀连接在吊挂接头30的周围，每个吊挂干的外端头连接一个涵道风扇32，本技术的涵道风扇32分为上下两层互为冗余设计。每层涵道风扇均采用无轴磁悬浮轨迹涵道风扇结构，每层有三片扇叶，涵道内有电磁轨道，运行时避免了结构之间的摩擦力，提高了能量转化效率，降低了垂直起降载人无人机的噪音。吊挂接头30内含止动环38，实现对吊挂杆31的径向约束，吊挂接头30的下表面通过安装底座39与机身中段蒙皮15顶部安装孔22连接，提高了安装效率，如图7所示。
30.如图6所示，所述的滑撬模块6由连接接头33、滑撬架和缓冲器36构成，滑撬架包含两个弓形梁34和两个滑撬底杆35，每个弓形梁34的两端分别通过一个缓冲器36与滑撬底杆35连接，连接接头33设在弓形梁34的顶部，连接接头33与机身中段模块2的底部对接接头匹配，为了保证滑撬模块6的刚度，在两个弓形梁34之间，设有加强撑杆37。
31.实施中，两个弓形梁34和两个滑撬底杆35以及加强撑杆37的材料为高强度钢管，结构简单，安装方便。滑撬架的两个弓形梁34分别设置在无人机重心前后，弓形梁34通过缓冲器36吸收冲击能量后，实现平稳降落。缓冲器36内部装有材料为高强度钢的套管和具有
稳定缓冲性能的铝蜂窝缓冲材料40，如图8所示，质量轻且抵抗冲击能力强。