涵道式固定翼油電混合動力無人飛機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，屬于飛行器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]小型無人機由于成本低、易于使用等特點，在消費和工業(yè)領(lǐng)域得到越來越廣泛的使用。目前國內(nèi)外無人飛機主要有三類，第一類為固定翼無人飛機，第二類為傳統(tǒng)類型無人直升飛機，第三類為電動多軸無人飛機。第一類的固定翼無人機飛行效率高但無法垂直起降，使用場地受限；第二類的傳統(tǒng)無人直升機可垂直起降，但機械及動力傳動結(jié)構(gòu)復雜，成本高、安全性低且操作難度大;第三類電動多軸無人機操作簡單，但由于采用電力驅(qū)動使得飛行時間受限，一般為半小時左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其操作方便，續(xù)行時間長。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其包括機架32，其特征在于，機架32中設(shè)置有主涵道43，所述主涵道43內(nèi)設(shè)置有主槳葉33，所述機架32兩側(cè)分別設(shè)置有一個固定翼。
[0005]優(yōu)選地，機架32兩側(cè)的固定翼中分別設(shè)置有小涵道，小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉。
[0006]優(yōu)選地，機架32的前方和后方分別設(shè)置前緣和后翼，前緣和后翼中分別設(shè)置有小涵道，前緣和后緣的小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉。
[0007]優(yōu)選地，后翼上設(shè)置有V型尾翼。
[0008]優(yōu)選地，主槳葉由燃油發(fā)動機提供動力。
[0009]優(yōu)選地，小槳葉電動機提供動力，電動機由電池提供能源。
[0010]優(yōu)選地，電池為可充電電池。
[0011]優(yōu)選地，涵道式固定翼油電混合動力無人飛機還包括發(fā)電機和動力分配機構(gòu)，所述發(fā)所述動力分配機構(gòu)將燃油發(fā)動機所產(chǎn)生的動力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動主槳葉的動力和驅(qū)動發(fā)電機的動力。
[0012]優(yōu)選地，發(fā)電機所產(chǎn)生的電經(jīng)整流濾波后能夠給可充電電池充電。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機的優(yōu)點在于:主體涵道采用燃油發(fā)動機為無人機提供主要升力以大大延長無人機的航時，同時在固定翼及機身前后體外端設(shè)置采用四個小涵道電機調(diào)整姿態(tài)。這種特殊的油電結(jié)合方式提高了涵道式無人機的能源效率和控制靈活性，兼具直升機、固定翼以及多軸旋翼無人機的優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明提供的涵道式混合動力無人飛機外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明第一實施例提供的涵道式混合動力無人飛機驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明第二實施例提供的涵道式混合動力無人飛機驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明提供的涵道式混合動力無人飛機的控制系統(tǒng)組成框圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及實施例詳細說明本發(fā)明的工作原理。相同的附圖標記表示相同的部件。
[0019]圖1是本發(fā)明提供的涵道式混合動力無人飛機外形結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機包括機架32，機架32中設(shè)置有主涵道43，所述主涵道43內(nèi)設(shè)置有支架34，支架34上設(shè)置有主槳葉33。所述機架32兩側(cè)分別設(shè)置有固定翼35和固定翼36，飛行時，兩側(cè)的固定翼產(chǎn)生氣動升力，降低主體涵道內(nèi)的燃油發(fā)動機的耗油率。機架32兩側(cè)的固定翼中分別設(shè)置有小涵道43和小涵道42，小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉(圖中未示)。機架的前面和后面設(shè)置有前緣38和后翼37，前緣38和后翼37中分別設(shè)置有小涵道41和小涵道44，前緣和后翼37的小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉(圖中未示)。后翼上設(shè)置尾翼29和尾翼40，尾翼29和尾翼40呈V型，用以增加飛行穩(wěn)定性。主槳葉由燃油發(fā)動機提供動力。小槳葉電動機提供動力，電動機由電池提供能源。電池為可充電電池。在涵道槳葉面設(shè)置反扭力導流片，用以平衡涵道槳葉或風扇轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動力矩。同時在涵道槳葉或風扇下面設(shè)置推力導流片，產(chǎn)生前行推力。
[0020]機架、前緣、后翼和尾翼采用鋁合金骨架，外鋪碳纖維復合材料，在保證強度的同時減輕機身重量。支架為碳纖維桿用于支撐燃油發(fā)動機，作為涵道無人機的主動力，發(fā)動機的油箱安置在主體涵道的外圍周邊。四個小涵道內(nèi)的電機采復合材料螺旋槳。
[0021]圖2是本發(fā)明第一實施例提供的本發(fā)明提供的涵道式混合動力無人飛機驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖。圖2中，發(fā)動機1安裝在機身(未示出)中，并且具有輸出軸(或曲柄軸)2。行星齒輪機構(gòu)3包括中心齒輪4、環(huán)形齒輪5、行星小齒輪6和行星架7。曲柄軸2與行星架7連接。發(fā)電機8包括線圈9和轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子10與中心齒輪4連接同時線圈9支撐在機身上。動力萬向傳動軸11的一個端部與環(huán)形齒輪5連接。在這樣構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)中，行星齒輪機構(gòu)3可操作用來將從發(fā)動機接收到的動力分配給發(fā)電機8和作為機輪驅(qū)動軸的動力萬向傳動軸11。因此，行星齒輪機構(gòu)3用作動力分配機構(gòu)。動力萬向傳動軸11直接連接主螺旋槳。
[0022]發(fā)電機8，產(chǎn)生3相交流電(u相、V相、w相)。發(fā)電機8的輸出側(cè)連接變換器13，變換器13至少具有整流濾波器，其將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，并充電到蓄電池14中。蓄電池向直流電動機15、直流電動機17、直流電動機19和直流電動機19提供電能，直流電動機15、直流電動機17、直流電動機19和直流電動機19的輸出軸分別連接四個小涵道內(nèi)的四個小螺旋槳16,18,20和22。直流電動機，將獲得的直流電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能，并提供給電動機輸出軸。
[0023]電池14所輸出的電能還經(jīng)過DC/DC變換器30轉(zhuǎn)換為各種直流電，以提供給無人機的控制系統(tǒng)31。
[0024]圖3是本發(fā)明第二實施例提供的涵道式混合動力無人飛機驅(qū)動系統(tǒng)的示意圖；圖3中，發(fā)動機1安裝在機身(未不出)中，并且具有輸出軸2。輸出軸2與動力萬向傳動軸11連接，動力萬向傳動軸11直接連接主螺旋槳。萬向傳動軸11上設(shè)置有齒輪45，齒輪45與轉(zhuǎn)動的齒輪46嚙合，齒輪46的輸出軸連接于發(fā)電機8的動力軸上，發(fā)電機8包括線圈9和轉(zhuǎn)子10。轉(zhuǎn)子10與中心齒輪4連接同時線圈9支撐在機身上。在這樣構(gòu)成的驅(qū)動系統(tǒng)中，行星齒輪45用作動力分配機構(gòu)。
[0025]發(fā)電機8，產(chǎn)生3相交流電(u相、V相、w相)。發(fā)電機8的輸出側(cè)連接變換器13，變換器13至少具有整流濾波器，其將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，并充電到蓄電池14中。蓄電池向直流電動機15、直流電動機17、直流電動機19和直流電動機19提供電能，直流電動機15、直流電動機17、直流電動機19和直流電動機19的輸出軸分別連接四個小涵道內(nèi)的四個小螺旋槳16,18,20和22。直流電動機，將獲得的直流電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)能，并提供給電動機輸出軸。
[0026]電池14所輸出的電能還經(jīng)過DC/DC變換器30轉(zhuǎn)換為各種直流電，以提供給無人機的控制系統(tǒng)31。
[0027]圖4是本發(fā)明提供的涵道式混合動力無人飛機的控制系統(tǒng)組成框圖。如圖4所示，控制系統(tǒng)包括處理器29，還包括用于檢測作為輸入軸的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度的發(fā)電機轉(zhuǎn)動角度傳感器8b、以及用于檢測產(chǎn)生的交流電的振幅(與電流的大小相當)的發(fā)電機電流傳感器8c?？刂葡到y(tǒng)還包括有監(jiān)控電池14的蓄電量的并控制電池14的充放電的電池控制器14a。向電池14充電時，發(fā)電機8所產(chǎn)生的交流電一部分或全部通過變換器轉(zhuǎn)換為規(guī)定電壓的直流電后導入電池14。從電池14放電時，直流電供給至四個直流電動機?？刂葡到y(tǒng)還包括用于控制供給至直流電動機15的電流值的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)矩控制器15a、用于檢測驅(qū)動用電動機15的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)動角度傳感器15b?？刂葡到y(tǒng)還包括用于控制供給至直流電動機17的電流值的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)矩控制器17a、用于檢測驅(qū)動用電動機15的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)動角度傳感器17b?？刂葡到y(tǒng)還包括用于控制供給至直流電動機19的電流的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)矩控制器19a、用于檢測驅(qū)動用電動機19的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)動角度傳感器1%?？刂葡到y(tǒng)還包括用于控制供給至直流電動機21的電流值的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)矩控制器21a、用于檢測驅(qū)動用電動機21的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角度的驅(qū)動用電動機轉(zhuǎn)動角度傳感器21b。
[0028]控制系統(tǒng)還包括用于確定無人機位置的導航定位系統(tǒng)23，用于確定無人機的航向、速度、姿態(tài)的MEMS模塊，以及用于對目標進行拍攝圖像的攝像機，還具備存儲器、通信系統(tǒng)27和天線28。處理器為CPU，存儲器包括R0M、RAM，具體而言，控制器根據(jù)從通信系統(tǒng)中接收地面站的指令，通過CPU執(zhí)行事先存儲在ROM中的程序并暫存在RAM中而后控制無人機的飛行。
[0029]以上所述僅是對本發(fā)明的實施方式做了詳細的說明，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其包括機架(32)，其特征在于，機架(32)中設(shè)置有主涵道(43)，所述主涵道(43)內(nèi)設(shè)置有主槳葉(33)，所述機架(32)兩側(cè)分別設(shè)置有一個固定翼。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，機架(32)兩側(cè)的固定翼中分別設(shè)置有小涵道，小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，機架(32)的前方和后方分別設(shè)置前緣和后翼，前緣和后翼中分別設(shè)置有小涵道，前緣和后翼的小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，后翼上設(shè)置有V型尾翼。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，主槳葉由燃油發(fā)動機提供動力。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，小槳葉電動機提供動力，電動機由電池提供能源。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，電池為可充電電池。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，還包括發(fā)電機和動力分配機構(gòu)，所述發(fā)所述動力分配機構(gòu)將燃油發(fā)動機所產(chǎn)生的動力轉(zhuǎn)換為驅(qū)動主槳葉的動力和驅(qū)動發(fā)電機的動力。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，其特征在于，發(fā)電機所產(chǎn)生的交流電經(jīng)整流濾波后能夠給可充電電池充電。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種涵道式固定翼油電混合動力無人飛機，屬于飛行器技術(shù)領(lǐng)域?；旌蟿恿o人飛機包括機架，所述加架內(nèi)設(shè)置有主涵道，所述主涵道內(nèi)設(shè)置有主槳葉，所述主涵道兩側(cè)設(shè)置兩個固定翼。本發(fā)明提供的混合動力無人飛機操作方便，續(xù)行時間長。廣泛應(yīng)用于管線巡查、森林防火、地質(zhì)勘察、航空拍攝等領(lǐng)域。
【IPC分類】B64C39/02
【公開號】CN105480418
【申請?zhí)枴緾N201510940762
【發(fā)明人】李剛, 伍可炳, 吳小江
【申請人】北京獵鷹無人機科技有限公司
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月17日