[發明專利]一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機

有效

• 申請號: 202110493790.1
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113173248B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 胡天翔;牛睿捷;葛云松;唐元祎;王金瀚;張真睿;屈秋林
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64C39/02
• 分類號: B64C39/02;B64C3/14;B64D47/00
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

1.一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于通過在無人機機腹布置納仿生吸附干膠（501），實現無人機在壁面上的吸附，該無人機包括兩側主機翼（1）、矢量動力系統（2）、氣動舵面（3）、垂尾（4）、吸附-脫離系統（5）與機腹設備艙（6）；

機腹內部設計有機腹設備艙（6），所述機腹兩側連接所述主機翼（1），兩側所述主機翼（1）前端的安裝座上均對稱安裝有矢量動力系統（2），兩側所述主機翼（1）后端均通過鉸鏈對稱安裝有氣動舵面（3），在機腹末端兩側對稱布置垂尾（4），所述吸附-脫離系統（5）安裝于機腹中上側；

所述吸附-脫離系統（5）包括仿生吸附干膠（501）與脫離伺服機構（502）；其中，所述仿生吸附干膠（501）在機腹外側沿主機翼（1）前后方向鋪設，用于吸附壁面；機腹兩側對稱安裝有兩套所述脫離伺服機構（502），用于實現所述仿生吸附干膠（501）與壁面的脫離；所述脫離伺服機構（502）包括脫壁伺服舵機（502a）、脫壁凸輪（502b）和脫壁搖臂（502c）；其中，脫壁伺服舵機（502a）固定在機腹設備艙（6）內；每個脫壁伺服舵機（502a）的輸出軸上固定安裝脫壁凸輪（502b），所述脫壁凸輪（502b）與所述脫壁搖臂（502c）末端外側固定，脫壁凸輪（502b）與脫壁搖臂（502c）可從機腹設備艙（6）兩側預留的空隙中伸出與壁面接觸。

2.根據權利要求1所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于，所述機腹設備艙（6）尺寸為18cm*7cm*10cm，外部布置仿生吸附干膠（501）。

3.根據權利要求1所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于，所述主機翼（1）設有上反角。

4.根據權利要求1-3任一項所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于，

所述矢量動力系統（2）采用微型螺旋槳（202），通過不同的矢量偏角配平，使姿態位置解耦，實現無人機的任意姿態懸停；

所述微型固定翼無人機懸停狀態的縱向平衡方程如下式所示：

其中，F為矢量動力系統產生的拉力，接近無人機重力；q為無人機懸停狀態的姿態角，接近0°；為矢量動力系統軸線和無人機機體軸線之間的角度，與無人機機體軸線平行為0，傾轉機構前傾即下偏為負，后仰即抬頭為正；m為飛機質量；L為矢量動力系統支架所在直線與重心之間的距離；為舵面俯仰力矩導數，為舵面X方向力的導數，兩個氣動導數由飛機固有的設計決定；為舵面偏角，限制在30°以內。

5.根據權利要求1-3任一項所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于，所述主機翼（1）采用梯形機翼，所述機腹設備艙（6）內安裝舵機、控制系統、通信系統以及電池。

6.根據權利要求1-3任一項所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于，所述矢量動力系統（2）與主機翼（1）一體化設計，所述矢量動力系統（2）采用一對微型無刷電機帶動的矢量動力微型螺旋槳202。

7.根據權利要求1-3任一項所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于，所述機腹設備艙（6）內部用于設置偵察設備任務載荷。

8.根據權利要求1-3任一項所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機，其特征在于，所述脫壁凸輪（502b）半徑為0.3cm，所述脫壁搖臂（502c）長度為2cm，脫離時所述脫壁凸輪（502b）和脫壁搖臂（502c）前端對墻壁的最大推力分別達61.5N和24N。

9.權利要求1-6任一項所述的一種機腹吸附壁面的微型固定翼無人機的吸附壁面方法，其特征在于，步驟如下：

經過長距離高速平飛至預定目標壁面附近，控制無人機切換為垂直飛行模式，接著控制無人機緩緩貼近墻壁，使仿生吸附干膠（501）與垂直壁面貼合，完成在壁面上的吸附任務，在無人機處于吸附狀態下，通過控制脫壁伺服舵機（502a），首先帶動脫壁凸輪（502b）轉動，較短的力臂對壁面施加較大的推力，受到壁面施加的反作用力；接著帶動脫壁搖臂（502c）轉動，由脫壁搖臂（502c）前端向壁面施加推力，脫壁搖臂（502c）相對較長，可實現較大距離的移動，使所述仿生吸附干膠（501）脫離壁面。