一种空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机

本技术涉及空地一体越障飞行无人机，特别是涉及一种空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机。

背景技术：

1、大型洪涝水灾、地震灾害、泥石流、台风及海啸等重大自然灾害频发，灾害发生后，生命快速探测和识别是应急救援最核心任务之一，但以上灾害发生往往伴随着复杂的地理环境、气候条件，或者地域偏远、地形复杂，造成紧急救援物资无法及时到达，尤其是生命探测设备无法快速抵达现场，现有的生命救援及紧急搜救无人机和无人车均存在以上诸多问题，无人车无法快速反应甚至第一时间抵达灾难现场，无人机虽可以实现远距离投送，但生命探测需要贴地工作，且持续时间较长，因此常规无人机较难完成这一任务需求。同时，在军用区域性冲突或作战中，对情报搜集或地面作战侦察、扫雷等重要任务中，无法实现无人机和无人车的融合探测。从以上需求可以看出，从军民应用角度出发，既可以实现快速抵达任务区域完成侦察和探测任务，又可以实现地面快速越障能力适应复杂地面形貌的无人机成为研发设计的重要方向。结合以上任务需求，本实用新型将固定翼设计、多旋翼设计与履带式结构有效融合，提出一种可实现空地一体越障和飞行的可收放式复合翼无人机，以综合解决快速抵达、地面生命探测及扫雷等任务、兼顾空中快速探测等问题。

2、本设计的技术问题在与实现以下几个关键问题：(1)如何实现复杂地面高越障能力的地面行驶履带结构设计；(2)如何有效将固定翼、多旋翼与履带结构高效融合，提高飞行性能尤其是飞行速度、航程和航时等；(3)结构重量对飞行性能、地面工作续航时间等有重要影响，如何有效设计机身、结构等，具备高强轻质等要求，减轻结构重力。以上三个关键问题的有效解决，将在很大程度上解决面向灾难发生的复杂地理环境探测需求、扫雷探测需求、未来区域军事作战等实际问题，拓展本实用新型无人机的应用领域。

3、多种复杂应用背景下的生命探测实际问题，从而为该实用新型用于多种地面探测、空中探测应用提供可能。

技术实现思路

1、本实用新型所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提供一种空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机。

2、为解决上述问题，本实用新型采用的方案如下：一种新型可实现空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机，其特征在于：包括分离式履带地面越障结构、综合式机体结构、垂起平飞综合推进系统；所述分离式履带地面越障结构由4～8个分离式履带越障单元构成，并且对称设置在综合式机体结构两侧，用于实现复杂地面环境行驶及越障；所述综合式机体结构包括机身和固定翼，机身提供载荷空间，固定翼提供平飞时升力；垂起平飞综合推进系统包含垂起旋翼结构、平飞推进螺旋桨，垂起旋翼结构设置于分离式履带越障单元内，提供垂直起降升力，平飞推进螺旋桨设置于机身末端，提供水平飞行推力。

3、进一步，所述分离式履带越障单元由地面行驶履带、主驱动轮、从动轮、轻量化履带支撑结构组成；地面行驶履带采用橡胶、塑料或金属材质，提供地面行驶的摩擦力和抓地力；主驱动轮位于分离式履带越障单元上侧，用于为履带传动提供驱动力，每个分离式履带越障单元可根据任务需求提供1～4个主驱动轮；从动轮位于地面行驶履带和轻量化履带支撑结构之间，安装于轻量化履带支撑结构外侧，数量根据设计任务和无人机大小为8～16个，采用聚四氟乙烯塑料、高强复合材料或金属材料；轻量化履带支撑结构为分离式履带越障单元的支撑结构，采用轻质高强复合材料、木材、铝镁合金等轻质高强材料等。

4、进一步地，所述综合式机体结构包含机身、前机翼、后机翼、上部轻量化连接结构、下部轻量化连接结构、减震支撑结构。机身采用流线型立方体设计，用于多动能有效载荷、控制系统、电源系统、传动系统装载及固定机翼、轻量化连接结构等安装，机身可采用碳纤维等复合材料、木质材料，保证强度同时减少重力；前机翼位于机身上部距机身头部约5～45％机身长度处，后机翼位于机身上部距机身尾部5～30％机身长度处，前机翼和后机翼可拆卸设计，并根据实际应用可收起和打开，翼型根据任务设计选用低速翼型、层流翼型、超临界翼型等，前机翼展弦比为5～15，后机翼展弦比为3～10，为平飞时提供足够升力；上部轻量化连接结构、下部轻量化连接结构用于机身与轻量化履带支撑结构相连，材料采用轻质高强的复合材料、碳纤维等材料，上部轻量化连接结构位于机身上方，距离机身顶部10～20％机身厚度处，下部轻量化连接结构为机身下方，距离机身底部10～20％机身厚度；减震支撑结构用于连接上部轻量化连接结构、下部轻量化连接结构，可采用弹簧、气垫或阻尼等减震器，以提高履带越障能力。

5、进一步地，所述的垂起平飞综合推进系统包含旋翼电动机、上旋翼、下旋翼、推进螺旋桨，旋翼电动机固连于轻量化履带支撑结构内侧，为旋翼提供动力，上旋翼、下旋翼分别位于轻量化履带支撑结构内侧上、下方，用于无人机垂直起降时提供升力，推进螺旋桨位于机身尾部，提供平飞时的推力，上旋翼、下旋翼、推进螺旋桨可根据需求采用2、3、4、5叶桨，桨叶材料为木质、碳纤维、复合材料等，以降低无人机重力。

6、本实用新型的技术效果如下：

7、(1)采用固定翼、多旋翼、地面行驶履带等相互融合设计，综合实现了高性能飞行性能与地面越障探测的综合性能，具备优秀的地面越障能力，适应于山川、灾后复杂地面环境等的地面快速穿行。

8、(2)为提高飞行性能和地面工作时间，大量采用了高强轻质设计，有效降低设计重量，同时满足必须的结构强度，机身流线设计降低飞行阻力。

9、(3)整机采用模块化设计，固定翼可拆卸、分离式履带越障单元可拆卸、大容量多功能机身可拆卸、有效载荷可快速更换等，提高了无人机任务适应能力。

技术特征：

1.一种空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机，其特征在于，包括分离式履带地面越障结构、综合式机体结构、垂起平飞综合推进系统；所述分离式履带地面越障结构由4～8个分离式履带越障单元构成，并且对称设置在综合式机体结构两侧，用于实现复杂地面环境行驶及越障；所述综合式机体结构包括机身和固定翼，机身提供载荷空间，固定翼提供平飞时升力；垂起平飞综合推进系统包含垂起旋翼结构、平飞推进螺旋桨，垂起旋翼结构设置于分离式履带越障单元内，提供垂直起降升力，平飞推进螺旋桨设置于机身末端，提供水平飞行推力。

2.根据权利要求1所述空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机，其特征在于，所述分离式履带越障单元由地面行驶履带(11)、主驱动轮(12)、从动轮(13)、轻量化履带支撑结构(14)组成；地面行驶履带(11)采用橡胶、塑料或金属材质，提供地面行驶的摩擦力和抓地力；主驱动轮(12)位于分离式履带越障单元上侧，用于为履带传动提供驱动力，每个分离式履带越障单元可根据任务需求提供1～4个主驱动轮(12)；从动轮(13)位于地面行驶履带(11)和轻量化履带支撑结构(14)之间，安装于轻量化履带支撑结构(14)外侧，数量根据设计任务和无人机大小为8～16个，采用聚四氟乙烯塑料、高强复合材料或金属材料；轻量化履带支撑结构(14)为分离式履带越障单元的支撑结构，采用轻质高强材料。

3.根据权利要求1所述空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机，其特征在于，所述综合式机体结构包含机身(21)、固定翼、上部轻量化连接结构(24)、下部轻量化连接结构(25)、减震支撑结构(26)；固定翼包括前机翼(22)和后机翼(23)；机身(21)采用流线型立方体设计，用于多动能有效载荷、控制系统、电源系统、传动系统装载及固定翼、轻量化连接结构安装；机身(21)采用轻质高强材料，保证强度同时减少重力；前机翼(22)位于机身(21)上部距机身(21)头部约5～45％机身长度处，后机翼(23)位于机身(21)上部距机身(21)尾部5～30％机身长度处，前机翼(22)和后机翼(23)于机身(21)之间为可拆卸设计，翼型为低速翼型、层流翼型或超临界翼型，前机翼(22)展弦比为5～15，后机翼(23)展弦比为3～10，为平飞时提供足够升力；上部轻量化连接结构(24)、下部轻量化连接结构(25)用于机身(21)与轻量化履带支撑结构(14)相连，材料采用轻质高强材料，上部轻量化连接结构(24)位于机身(21)上方，距离机身(21)顶部10～20％机身厚度处，下部轻量化连接结构(25)为机身(21)下方，距离机身(21)底部10～20％机身厚度；减震支撑结构(26)用于连接上部轻量化连接结构(24)和下部轻量化连接结构(25)，可采用弹簧、气垫或阻尼减震器，以提高履带越障能力。

4.根据权利要求1所述空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机，其特征在于，所述垂起平飞综合推进系统包含旋翼电动机(31)、上旋翼(32)、下旋翼(33)、推进螺旋桨(34)，旋翼电动机(31)固连于轻量化履带支撑结构(14)内侧，为旋翼提供动力，上旋翼(32)、下旋翼(33)分别位于轻量化履带支撑结构(14)内侧上、下方，用于无人机垂直起降时提供升力，推进螺旋桨(34)位于机身尾部，提供平飞时的推力，上旋翼(32)、下旋翼(33)、推进螺旋桨(34)可根据需求采用2、3、4、5叶桨，桨叶材料为木质、碳纤维或复合材料，以降低无人机重力。

技术总结
本技术公开了一种空地一体越障飞行的收放式复合翼无人机。包含分离式履带地面越障结构、综合式机体结构、垂起平飞综合推进系统。本申请将无人机和地面探测救援车设计结合起来，可实现远距离快速越障探测搜索救援，在军用山区林区扫雷、情报搜集及民用生命探测等领域有极大应用价值，具备空地一体越障能力和快速部署优势。

技术研发人员：刘战合,李隆隆,赵体梁,何涛哲,程启航,胡永基,尚维中,赵昕,吴浩坤,周天元,王世隆,杨云康,楚星晨,闫茹梦
受保护的技术使用者：郑州航空工业管理学院
技术研发日：20230724
技术公布日：2024/3/31