[發(fā)明專利]傾轉(zhuǎn)四旋翼變形飛行器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810567733.1
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108750081A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉維洲;喻煌超;肖乃經(jīng);高家隆;趙框;周正元;張人山;張紀(jì)陽;王祥科;賈圣德;賀光;趙述龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C27/26;B64C27/28;B64C3/56
• 代理公司: 長沙國科天河知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 董惠文

本發(fā)明提供一種傾轉(zhuǎn)四旋翼變形飛行器，包括機(jī)身，所述機(jī)身的前后端的左右兩側(cè)均設(shè)有一機(jī)臂，每一機(jī)臂的外端部均設(shè)有一電動螺旋槳組件，所述電動螺旋槳組件包括傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和螺旋槳系統(tǒng)，所述螺旋槳系統(tǒng)安裝在傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，螺旋槳系統(tǒng)能夠在傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動下整體發(fā)生傾轉(zhuǎn)；所述機(jī)身上還設(shè)有折疊機(jī)翼。本發(fā)明通過帶傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的螺旋槳系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了垂直起降和快速前飛的功能；通過設(shè)計折疊機(jī)翼實(shí)現(xiàn)起落架和機(jī)翼的結(jié)構(gòu)復(fù)用，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計并能成倍的增加航時。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及垂直起降飛機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種可變機(jī)翼結(jié)構(gòu)的傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器。

背景技術(shù)

四旋翼飛行器(Quadrotor Drone)由于具備體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、便于控制、成本低等特點(diǎn)，近年來在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，例如反恐防暴、森林探測、環(huán)境監(jiān)測、電力巡線、無人集群等，誕生了以大疆為代表的一系列成熟產(chǎn)品。

但是不可否認(rèn)，四旋翼飛行器依靠調(diào)節(jié)4個電機(jī)的轉(zhuǎn)速完成6自由度運(yùn)動，是一個典型的欠驅(qū)動系統(tǒng)，特別是在前飛過程中，靈活性有限，巡航速度和機(jī)載偵察效果受到很大影響和限制。近年來，針對四旋翼飛行器的這些問題，具備可傾轉(zhuǎn)電機(jī)的四旋翼飛行器，即傾轉(zhuǎn)四旋翼受到了越來越多的關(guān)注。

對于傾轉(zhuǎn)四旋翼該機(jī)型的研究，設(shè)計思路十分廣泛，主要的研發(fā)思路是有兩種：

一種是以固定翼飛行器機(jī)身為傾轉(zhuǎn)四旋翼飛行器主體，在機(jī)身主體基礎(chǔ)上安裝四旋翼動力裝置，通過傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計完成四個電機(jī)的同步傾轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)模態(tài)轉(zhuǎn)換過程。

另一種思路是以傳統(tǒng)四旋翼飛行器為四旋翼飛行器機(jī)體，將機(jī)身打造成具有固定翼翼型的構(gòu)型，或者直接在機(jī)架上安裝機(jī)翼，增加飛行器在前飛時的空氣動力。

上述中，無論是哪種方法，都存在的問題是傾轉(zhuǎn)過程的實(shí)現(xiàn)都是依靠傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步傾轉(zhuǎn)的，這樣簡化了傾轉(zhuǎn)過程的復(fù)雜性，但設(shè)計思路過于簡單，只有助于提高其前飛性能，對其他運(yùn)動的機(jī)動性提升效果不明顯。

另外，四旋翼無人機(jī)需要通過旋翼一直提供升力來抵消整個無人機(jī)的重力，使得旋翼無人機(jī)的航時受限。通過將旋翼無人機(jī)和固定翼無人機(jī)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)靈活起降和長時間巡航，比如復(fù)合翼無人機(jī)和傾轉(zhuǎn)動力無人機(jī)。但是這些無人機(jī)存在一定的死重，以固定翼為主體的設(shè)計則不可避免的使得整體體積偏大，且限制了其靈活性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種傾轉(zhuǎn)四旋翼變形飛行器，其具有可變機(jī)翼結(jié)構(gòu)。該飛行器通過傾轉(zhuǎn)所有的動力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了垂直起降和快速前飛的功能；通過起落架和機(jī)翼的結(jié)構(gòu)復(fù)用，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計并成倍的增加航時。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種傾轉(zhuǎn)四旋翼變形飛行器，包括機(jī)身，所述機(jī)身的前后端的左右兩側(cè)均設(shè)有一機(jī)臂，每一機(jī)臂的外端部均設(shè)有一電動螺旋槳組件，所述機(jī)身上還設(shè)有折疊機(jī)翼。

進(jìn)一步地，本發(fā)明中的電動螺旋槳組件包括傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和螺旋槳系統(tǒng)，所述螺旋槳系統(tǒng)安裝在傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，螺旋槳系統(tǒng)能夠在傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的帶動下整體發(fā)生傾轉(zhuǎn)。所述螺旋槳系統(tǒng)包括螺旋槳、螺旋槳驅(qū)動電機(jī)以及電機(jī)安裝座，所述螺旋槳驅(qū)動電機(jī)安裝在電機(jī)安裝座上，所述螺旋槳與螺旋槳驅(qū)動電機(jī)的輸出機(jī)構(gòu)(如螺旋槳驅(qū)動電機(jī)的輸出軸)連接，螺旋槳由螺旋槳驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。

所述傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括舵機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)，所述舵機(jī)作為傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動力，舵機(jī)的動力輸出機(jī)構(gòu)(如舵機(jī)的輸出軸)連接傳動機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)與螺旋槳系統(tǒng)中的電機(jī)安裝座連接，舵機(jī)驅(qū)動傳動機(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)帶動電機(jī)安裝座，進(jìn)而使安裝在電機(jī)安裝座上的螺旋槳驅(qū)動電機(jī)以及螺旋槳整體同步發(fā)生傾轉(zhuǎn)。通過對舵機(jī)工作狀態(tài)的控制(即控制舵機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)角度)，能夠?qū)崿F(xiàn)對螺旋槳傾轉(zhuǎn)角度的控制。當(dāng)螺旋槳調(diào)整到設(shè)定的傾轉(zhuǎn)角度后，舵機(jī)通電自鎖，傳動機(jī)構(gòu)保持靜止，使得螺旋槳固定在該傾轉(zhuǎn)角度工作。