垂直起降型无人机的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种无人机，且特别是涉及一种垂直起降型无人机。


背景技术：

[0002]
近年由于通讯技术进步以及关键元件的成本降低，使得无人机 (unmanned aerial vehicle,uav)开始快速拓展至商业用途，如平流层飞行基地台、物流、农渔业高光谱应用、水/电/气管路巡查以及防灾/救灾/搜寻等。在现今不同应用中，使用锂电池动力已无法满足长航时的需求，因此符合环保且长时间需求的燃料电池有机会拓展商用无人机应用领域。
[0003]
使用于无人机上的燃料电池系统通常使用的燃料是氢气。为了提高系统整体的能量密度，氢气通常会使用高压气瓶储存，而受限于气瓶大小与飞行时间的需求，无人机上可能会装设数个气瓶。然而，气瓶装设对无人机飞行时的重心、风阻条件均有影响，尤其是旋翼型无人机飞行速度低，易受侧风影响飞行稳定度，所以如何克服前述问题，将是目前需要解决的技术难题。


技术实现要素：

[0004]
为解决上述问题，本实用新型提供一种垂直起降型无人机，能降低侧风对无人机飞行的影响，还可利用气瓶于水中产生的浮力，使无人机降落并浮于水面。
[0005]
本实用新型的一种垂直起降型无人机，包括无人机主体、燃料电池以及两个水平并列的气瓶。燃料电池是用来供电给无人机主体，气瓶则是在内部存放气体燃料并供应给燃料电池发电。两个气瓶的中轴之间的距离为2l，连接两个气瓶的中轴的平面与垂直起降型无人机的重心的最短距离为h，则两个气瓶与重心的相对位置需满足0＜h/l≤6。
[0006]
本实用新型一个所述气瓶的直径为d，则d和l满足(d/2)≤l≤3d。
[0007]
本实用新型一个所述气瓶的直径为d，则d和l满足(d/2)≤l≤2d。
[0008]
本实用新型一个所述气瓶的直径为d，则d和h满足0＜h≤3d。
[0009]
本实用新型一个所述气瓶的直径为d，则d和h满足0＜h≤2d。
[0010]
本实用新型所述垂直起降型无人机的所述重心至一个所述气瓶的所述中轴的延伸面与水平面之间的夹角θ≤81
°
。
[0011]
本实用新型所述垂直起降型无人机的所述重心至一个所述气瓶的所述中轴的延伸面与水平面之间的夹角θ≤76
°
。
[0012]
本实用新型所述垂直起降型无人机的所述重心至一个所述气瓶的所述中轴的延伸面与水平面之间的夹角θ大于0
°
。
[0013]
本实用新型两个所述气瓶的重量与起飞重量的比值在10％～40％之间。
[0014]
本实用新型两个所述气瓶的重量与起飞重量的比值在15％～30％之间。
[0015]
本实用新型所述气体燃料的总重量与起飞重量的比值在0.8％～3％之间。
[0016]
本实用新型所述气体燃料的总重量与起飞重量的比值在1％～2.5％之间。
[0017]
本实用新型还可包括脚架，连结所述无人机主体与所述两个水平并列的气瓶。
[0018]
本实用新型所述脚架包括x型脚架或v型脚架。
[0019]
本实用新型所述脚架具有疏水表面。
[0020]
本实用新型还可包括保护层，部分包覆所述气瓶或完全包覆所述气瓶。
[0021]
本实用新型所述保护层由分离的上部包覆材与下部包覆材组成，并通过固定件固定于所述气瓶的上部与下部。
[0022]
本实用新型所述保护层由分离的前端包覆材与后端包覆材组成，包覆于所述气瓶的前端与后端。
[0023]
本实用新型所述保护层的密度小于水的密度。
[0024]
本实用新型所述气瓶为圆柱型气瓶。
[0025]
本实用新型的优点在于，其垂直起降型无人机不但能降低侧风对无人机飞行的影响，还可利用气瓶于水中产生的浮力，使无人机降落并浮于水面。
[0026]
为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
[0027]
图1是本实用新型的第一实施例的一种垂直起降型无人机的示意图；
[0028]
图2a是图1的垂直起降型无人机的俯视图；
[0029]
图2b是图1的垂直起降型无人机的正视图；
[0030]
图3a是本实用新型的第二实施例的一种垂直起降型无人机的示意图；
[0031]
图3b是本实用新型的第三实施例的一种垂直起降型无人机的示意图；
[0032]
图4a是本实用新型的第四实施例的一种垂直起降型无人机的正视图；图4b是第四实施例的垂直起降型无人机的一例的侧视图；
[0033]
图4c是第四实施例的垂直起降型无人机的另一例的侧视图；
[0034]
图5是本实用新型的第五实施例的一种垂直起降型无人机的侧视图。
[0035]
附图标记说明：
[0036]
100：垂直起降型无人机；
[0037]
102：无人机主体；
[0038]
104：燃料电池；
[0039]
106：气瓶；
[0040]
106a：上部；
[0041]
106b：下部；
[0042]
106c：前端；
[0043]
106d：后端；
[0044]
108：螺旋桨；
[0045]
110：机身；
[0046]
112：机臂；
[0047]
200：中轴；
[0048]
202：平面；
[0049]
204：重心；
[0050]
206：延伸面；
[0051]
300：v型脚架；
[0052]
300a、302a：疏水表面；
[0053]
302：x型脚架；
[0054]
400、500：保护层；
[0055]
400a：上部包覆材；
[0056]
400b：下部包覆材；
[0057]
402：固定架；
[0058]
404：固定件；
[0059]
500a：前端包覆材；
[0060]
500b：后端包覆材；
[0061]
d：直径；
[0062]
h：最短距离；
[0063]
l：气瓶的中轴之间的距离的一半；
[0064]
θ：夹角。
具体实施方式
[0065]
以下揭示内容提供许多不同的实施方式或范例，用于实施本实用新型的不同特征。当然这些实施例仅为范例，并非用于限制本实用新型的范围与应用。此外，为了清楚明确起见，各个构件、膜层或区域的相对厚度及位置可能缩小或放大。另外，在各附图中使用相似或相同的元件符号来标示相似或相同元件或特征，且附图中如有与前一图相同的元件符号，则将省略其赘述。
[0066]
图1是依照本实用新型的第一实施例的一种垂直起降型无人机的示意图。
[0067]
请参照图1，第一实施例的垂直起降型无人机100包括无人机主体102、燃料电池104以及两个水平并列的气瓶106。燃料电池104是用来供电给无人机主体102。气瓶106则是在内部存放气体燃料并供应给燃料电池104发电，且气瓶106内的气体燃料例如是氢气，但本实用新型并不限于此。无人机主体102一般包括螺旋桨108、安装在机身110内的动力装置(未绘示) 以及连接螺旋桨108与动力装置的机臂112，但本实用新型并不限于此。第一实施例中的气瓶106例如是圆柱型气瓶，且通过固定装置(未绘示)固定于无人机主体102下方；或者，无人机主体102包含能安置并固定气瓶106 的空间(未绘示)。在第一实施例中，无人机主体102具有四个螺旋桨108；在另一实施例中，螺旋桨108的数量可为6个，并且根据数量的变化改变机臂112的数量、位置以及设计。此外，无人机主体102除上述构件，还可依需求装设定位装置、安全装置等。在本实施例中，燃料电池104是安装在机身110内。在另一实施例中，燃料电池104可设置在机身110外部，并经由管线(未绘示)与气瓶106相连。本实用新型的两个气瓶106是以水平并列的方式设置在无人机主体102下方，且在兼顾成本与长航时飞行的需求而言，两个气瓶106的重量与起飞重量(即垂直起降型无人机100的总重)的比值例如在10％～40％之间；在另一实施例中，两个气瓶106的重量与起飞重量的比值是在15％～30％之间。另一方面，若以储氢重量与起飞重量来看，气体燃料的总重量(即两个气瓶106
内部存放满载的气体燃料)与起飞重量的比值例如在0.8％～3％之间；在另一实施例中，气体燃料的总重量与起飞重量的比值约在1％～2.5％之间。至于气瓶106的详细位置可参照图2a与图2b。
[0068]
图2a是图1的垂直起降型无人机的俯视图；图2b是图1的垂直起降型无人机的正视图，且图2a与图2b中省略部分构件，以使气瓶106的位置更为明确。
[0069]
请参照图2a与图2b，若是两个气瓶106的中轴200之间的距离为2l，连接两个气瓶106的中轴200的平面202与垂直起降型无人机100的重心204 的最短距离为h，则两个气瓶106与重心204的相对位置需满足：0h/l≤ 6。而且，气瓶106的直径若为d，则d和l可满足：(d/2)≤l≤3d；在另一实施例中，d和l可满足「(d/2)≤l≤2d」的关系式。d和h可满足：0 ＜h≤3d；在另一实施例中，d和h可满足「0＜h≤2d」的关系式。此外，垂直起降型无人机100的重心204至一个气瓶106的中轴200的延伸面206 与水平面之间的夹角θ例如小于或等于81
°
；在另一实施例中，θ≤76
°
。在第一实施例中，上述夹角θ例如大于0
°
。
[0070]
图3a以及图3b分别是依照本实用新型的第二实施例与第三实施例的一种垂直起降型无人机的示意图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同或近似的构件，且相同或近似的构件也可参照第一实施例，不再赘述。
[0071]
在图3a中，除了无人机主体102、燃料电池104、气瓶106等，还可增设脚架连结无人机主体102(如机身110)与两个水平并列的气瓶106，其中脚架例如v型脚架300。另外，脚架可具有经疏水处理的疏水表面300a。此外，气瓶106的表面可包覆有保护层(未绘示)，用以保护气瓶106，所以当垂直起降型无人机要降落停放于地面时，力量传递路径会从地面经由保护层再上传，所以保护层能增加气瓶106表面的力量传递面积并借此分散气瓶 106表面承受的力量。而且，保护层的密度若小于水的密度，将有助于垂直起降型无人机降落水面时增加浮力。保护层的材料包含例如发泡聚苯乙烯 (expanded polystyrene,eps)、发泡聚丙烯(expanded polypropylene,epp)、发泡聚乙烯(expanded polyethylene,epe)、发泡乙烯聚合物(expandedpolyethylene copolymer,epo)或聚氨酯发泡体(expanded polyurethane,epu) 等有助于分散气瓶106受力面积的材料。
[0072]
在图3b中，连结无人机主体102(如机身110)与两个水平并列的气瓶106则为x型脚架302。而且机身110可配合x型脚架302改变设计，例如增加宽度与长度。另外，脚架同样可具有经疏水处理的疏水表面302a；或者，脚架表面可包覆有上述的保护层(未绘示)。
[0073]
图4a是依照本实用新型的第四实施例的一种垂直起降型无人机的正视图，其中使用与第一实施例相同的元件符号来表示相同或近似的构件，且相同或近似的构件也可参照第一实施例，不再赘述。
[0074]
请参照图4a，除了无人机主体102、燃料电池104、气瓶106等，还可增设部分包覆气瓶106的保护层400，但本实用新型并不限于此，保护层400 也可完全包覆气瓶106。而且，保护层400的密度若小于水的密度，将有助于垂直起降型无人机降落水面时增加浮力。举例来说，保护层400的材料包含发泡聚苯乙烯(expanded polystyrene,eps)、发泡聚丙烯(expandedpolypropylene,epp)、发泡聚乙烯(expanded polyethylene,epe)、发泡乙烯聚合物(expanded polyethylene copolymer,epo)或聚氨酯发泡体(expandedpolyurethane,epu)等有助于分散气瓶106受力面积的材料。此外，从机臂112 延伸的固定架402，可用来连结保护层400与气瓶106，如图4b或图4c所示。
[0075]
在图4b中，保护层400可由分离的上部包覆材400a与下部包覆材400b 组成，并通过数个固定件404固定于气瓶106的上部106a与下部106b。在本实施例中，固定件404是软材质，例如软性带状物。当垂直起降型无人机降落停放于地面时，力量传递路径会从地面往下部包覆材400b、气瓶106、上部包覆材400a再到机身110，所以保护层400能增加气瓶106表面的力量传递的面积，分散气瓶106表面承受的力量。图4c的上部包覆材400a变更为两个分离的结构材、下部包覆材400b也变更为两个分离的结构材，同样是通过数个固定件404固定于气瓶106的上部106a与下部106b。
[0076]
图5是依照本实用新型的第五实施例的一种垂直起降型无人机的侧视图，其中使用与第四实施例相同的元件符号来表示相同或近似的构件，且相同或近似的构件也可参照第四实施例，不再赘述。
[0077]
请参照图5，第五实施例的保护层500是由分离的前端包覆材500a与后端包覆材500b组成，其中前端包覆材500a包覆气瓶106的前端106c、后端包覆材500b包覆气瓶106的后端106d。固定件404则将带有保护层500的气瓶106固定到固定架402。而且，由于前端包覆材500a与后端包覆材500b 一样会延伸至气瓶106的上部106a与下部106b，所以当垂直起降型无人机要降落停放于地面时，力量传递路径会从地面经由保护层500再上传，所以保护层500能增加气瓶106表面的力量传递面积并借此分散气瓶106表面承受的力量。此外，保护层500的密度若小于水的密度，将有助于垂直起降型无人机降落水面时增加浮力。
[0078]
综上所述，本实用新型的垂直起降型无人机不但能降低侧风对无人机飞行的影响，还可利用气瓶于水中产生的浮力，使无人机降落并浮于水面。
[0079]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

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