一种垂直起降太阳能无人机的制作方法

本发明属于无人机技术领域，尤其是一种垂直起降太阳能无人机。

背景技术：

现阶段，由于固定翼无人机续航时间短，限制了其在市场的广泛应用。为了提高固定翼无人机的巡航时间，使用太阳能电池板作为辅助动力成为一种新的解决途径。对于工业级固定翼无人机而言，如何设计整体气动性能优良，具备整体结构重量轻、巡航时间长等优势，已成为当下无人机行业亟待解决的问题。

目前固定翼无人机为了提升其续航时间，一方面，设计更轻重量的飞行器，并继续优化无人机的气动外形，进一步降低飞行阻力；另一方面，采用油电混合动力方案，提升无人机的飞行时间。但是，采用第一种的设计方案，将导致无人机的有效载荷降低，限制了其在多种应用场景的开发；对于油电动力设计方案，既明显增加了无人机的重量，也带来了成本的投入，同时相对纯电力飞行器，也带来了飞行安全隐患。因此，如何设计一种固定翼飞行器，在保证有效载荷的前提下，既轻便又能实现长时间巡航，是本发明要解决的关键问题。

技术实现要素：

对于常规固定翼无人机，为了提高巡航时间，其在外形布局和成本花费上必须做出妥协。其外，由于固定翼无人机采用滑跑的起飞方式，限制了其在很多应用场景的扩展，如航测、边境巡检、森林防火等领域。为了保证成本在可接受的前提下，既能提升固定翼无人机的巡航时间，又能适应多种应用场景，实现一机多用的目的，本发明提出了一种垂直起降太阳能无人机。

具体技术方案如下：

一种垂直起降太阳能无人机，包括：机身、机架、机翼组、固定翼和旋翼组；所述机翼组包括前翼和后翼，所述前翼和后翼通过连接件固定，所述前翼包括前主机翼和开裂式副翼，所述后翼包括后主机翼和升降舵，所述前翼固定在机身上；所述旋翼组包括大于等于4个旋翼螺旋桨组，所述旋翼螺旋桨组安装在机架上；所述机身包括机头、机舱和方向舵。

优选地，所述后翼的后端与方向舵抵接，前端通过连接件与前翼抵接。

优选地，所述前翼和后翼表面覆盖太阳能电池板。

优选地，所述固定翼包括固定翼螺旋桨组，安装在机头上。

优选地，所述机舱包括飞机控制系统和能源供给装置，所述能源供给装置包括油箱和电池组。

优选地，所述开裂式副翼位于前主机翼的下方，偏转角度范围为0～45°，为单向线性偏转。

优选地，所述前翼通过碳杆固定在机身上，固定方式包括螺栓连接。

优选地，所述机身、机架、前主机翼和后主机翼的材料包括航空层木、复合材料、碳纤维材料和铝合金材料中的一种或多种。

优选地，所述开裂式副翼的材料包括巴沙木、复合材料、碳纤维材料和铝合金材料中的一种或多种。

优选地，所述旋翼螺旋桨组的固定方式包括螺钉固定、销钉固定和卡扣固定中的一种或多种。

相对于现有技术，本发明所述的一种垂直起降太阳能无人机具有以下优势：

本发明提出的一种垂直起降太阳能无人机，采用开裂式副翼结构，机翼表面没有缝隙，既满足机翼优良的气动性能，也给机翼铺设太阳能电池板提供有利保证；采用太阳能和油电混合供电，相比于传统的固定翼无人机，可提升巡航时间；采用旋翼的控制方案，使得无人机具备垂直起降的功能，基于更长的巡航时间，它可以进一步扩展其应用场景，提供作业效率，节省成本。

附图说明

图1为本发明提出的一种垂直起降太阳能无人机的示意图；

图2为本发明提出的一种垂直起降太阳能无人机覆盖太阳能电池板的示意图；

图3为本发明提出的一种垂直起降太阳能无人机的正视图。

附图标记说明：

1机身2机架3固定翼螺旋桨组4前翼5后翼

6旋翼螺旋桨组7机头8机舱9方向舵10升降舵

11开裂式副翼12碳杆13太阳能电池板14连接件

具体实施方式

以下结合具体实施方式进一步详细说明本发明的技术方案。应当理解，此处描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1为本发明提出的一种垂直起降太阳能无人机的示意图，包括：机身1、机架2、机翼组、固定翼和旋翼组；所述机翼组包括前翼4和后翼5，所述前翼4和后翼5表面覆盖太阳能电池板13，如图2所示，所述前翼4和后翼5通过连接件14固定，在具体的连接接口，采用螺栓螺钉的连接方式。如图3所示，在垂直高度上，后翼5高于前翼4，连接件14垂直于后翼5所在的平面，也垂直于前翼4所在的平面，通过连接件14的连接，形成了一个整体的结构，实现了机翼的一体化。这样的优势在于：一方面，增强了整个机翼的结构强度；另一方面，整体机翼的设计增加了机翼的面积，从而提升了机翼铺设太阳能电池板13的效率。所述前翼4包括前主机翼和开裂式副翼11，开裂式副翼11位于前主机翼的下方，偏转角度范围为0～45°，为单向线性偏转，开裂式副翼11的偏转通过驱动装置驱动，实现其偏转，因开裂式副翼11位于前主机翼的下方，当偏转角度为0°时，与前主机翼合为一体，因此对其厚度要求不高，在1～3mm之间即可，优选2mm。同时，这种结构也不会影响前主机翼的整体气动性能。所述后翼5包括后主机翼和升降舵10，所述前翼4通过碳杆12固定在机身1上，固定方式为螺栓连接；所述旋翼组包括大于等于4个旋翼螺旋桨组6，优选4个旋翼螺旋桨组6。所述旋翼螺旋桨组6安装在机架2上，固定方式包括螺钉固定、销钉固定和卡扣固定中的一种或多种；所述机身1包括机头7、机舱8和方向舵9，所述固定翼包括固定翼螺旋桨组3，安装在机头7上；所述机舱8包括飞机控制系统和能源供给装置，所述能源供给装置包括油箱和电池组，所述太阳能电池板13与能源供给装置相连，实现能源共享，太阳能电池板13可以给电池组充电，达到延长续航时间的目的。所述后翼5的后端与方向舵9抵接，具体连接方式包括螺栓连接等方式，前端通过连接件14与前翼4抵接，实现机翼一体化。后翼5通过碳杆12与方向舵9连接。

所述机身1、机架2、前主机翼和后主机翼的材料包括航空层木、复合材料、碳纤维材料和铝合金材料中的一种或多种。

所述开裂式副翼11的材料包括巴沙木、复合材料、碳纤维材料和铝合金材料中的一种或多种。

所述旋翼螺旋桨组6与机架2的固定方式包括螺钉固定、销钉固定和卡扣固定中的一种或多种。

在本发明中，旋翼螺旋桨组6与固定翼螺旋桨组3包括螺旋桨、电机等，电机与能源供给装置相连，这部分内容为本领域技术人员的公知常识，因此不作具体阐述。

太阳能电池板13可以通过粘接、玻璃钢封装、焊接等方式固定在前翼4和后翼5上。

本发明以一种新的固定翼无人机构型，通过以一种开裂式副翼11为基础、以太阳能作为辅助动力(具体形式为太阳能电池板13)、以四个旋翼螺旋桨组6代替传统的起落架滑跑设计，是一种成本较低、在工程应用中易于实现的方案。

本发明的目的在于提供一种新的固定翼无人机外形布局形式，以大幅度提升固定翼无人机的巡航时间，它用于解决现有固定翼无人机存在的巡航时间短、滑跑起飞、油电动力结构重量大等缺点。同时，为了提升前翼4上表面的太阳能电池板13铺设面积，本发明采用开裂式副翼11替代传统的副翼设计形式，实现了在提升太阳能电池板铺设数量达6％-8％的基础上，不破坏机翼表面的气动外形。此外，前翼4、后翼5通过连接件14，用螺钉、卡扣、磁铁等连接方式，构成一个封闭的整体结构，明显增强整机的结构强度。更为突出的特点是，此种设计方案，它以太阳能作为辅助动力，大大延长了无人机的续航时间。

本发明的新构型的垂直起降太阳能无人机，其工作原理包括：其一，飞机的飞行控制，采用开裂式副翼11代替传统副翼的布局形式，用于控制飞行器在飞行中的滚转运动；采用升降舵10控制飞机的俯仰运动，采用方向舵9控制飞机的航向运动。其二，采用开裂式副翼11的设计方案，保证了前翼4上表面光滑，也便于更大程度的铺设太阳能电池板。基于太阳能电池板13、能源供给装置的混合动力方案，能实现在光照强度达到15万lux时，太阳能的供电满足整机的电力消耗，当光照强度大于此临界值时，多余的电量通过能源供给装置，供给电池充电。其三，本发明的垂直起降太阳能飞行器为五旋翼设计，四旋翼螺旋桨组6通过机架2固定，被用于提供垂直起降、悬停等操作，机头7上的固定翼螺旋桨组3用于给整机的前进提供动力。对于低空太阳能无人机(小于500m)，这种布局设计形式，可在最大程度节约成本的基础上，便于实现工程应用。

现对新布局的垂直起降太阳能无人机的结构布局进行详细的说明。本发明的垂直起降太阳能无人机构型，前翼4通过碳杆12与机身1连接，并用螺栓螺钉固定前翼4位置；后翼5通过碳杆12与机身1连接，同样采用螺栓螺钉固定后翼5的位置。本发明前翼4和后翼5的固定方式，是通过螺栓螺钉连接，形成一个整体的结构。一方面，增强了整个机翼的结构强度；另一方面，整体机翼的设计增加了机翼的面积，从而提升了机翼铺设太阳能电池板的效率。而采用开裂式副翼11设计方案，使前翼4的上表面不产生装配间隙，不仅获得优良的气动外形，而且进一步增加前翼4铺设太阳能电池板13的数量。其外，针对本设计方案，采用固定翼螺旋桨组3和旋翼螺旋桨组6的混合动力方案，可以实现本无人机垂直起降，降低了无人机对飞行场地的需求，更利于行业市场的应用。最为重要的是，在机身1设计机舱盖，用于装载18650电池，同时与太阳能联合供电，并通过能源供给装置的优化，能实现本发明的无人机更长的巡航时间。

创新发明新构型的垂直起降太阳能无人机的主要原因是：其一，目前太阳能无人机的研发和工程应用，主要集中在高空长航时的研究，对于低空应用场景，受限于成本和技术的考量，垂直起降太阳能的开发仍未成熟，为了进一步提升固定翼无人机的航时，它将成为无人机新的研发方向；其二，采用开裂式的副翼结构，机翼表面没有缝隙，既满足机翼优良的气动性能，也给机翼铺设太阳能电池板提供有利保证；其三，采用太阳能和电池混合供电，相比于传统的固定翼无人机，可平均提升巡航时间达40％-60％；其四，采用了旋翼的控制方案，使得无人机具备垂直起降的功能，基于更长的巡航时间，它可以进一步扩展其应用场景，提高作业效率，节省成本；

机身1、机架2、前主机翼和后主机翼的材料采用航空层木、复合材料、碳纤维材料、铝合金材料等；

开裂式副翼11的材料采用巴沙木、复合材料、碳纤维材料、铝合金材料等；

前主机翼和开裂式副翼11的连接方式可以通过连杆、轴承、螺钉连接等方式；

旋翼螺旋桨组6的固定方式可以通过螺钉固定、销钉固定、卡口固定等方式；

太阳能电池板13的固定方式可以通过粘接、玻璃钢封装、焊接等方式。

综上所述，本发明提出的一种垂直起降太阳能无人机，采用开裂式副翼结构，机翼表面没有缝隙，既满足机翼优良的气动性能，也给机翼铺设太阳能电池板提供有利保证；采用太阳能和油电混合供电，相比于传统的固定翼无人机，可提升巡航时间；采用旋翼的控制方案，使得无人机具备垂直起降的功能，基于更长的巡航时间，它可以进一步扩展其应用场景，提供作业效率，节省成本。

以上的实施方式均为本发明的优选实施方式，并非因此限制本发明的专利保护范围。任何本发明所属的技术领域的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，对本发明的内容所做的等效结构与等效步骤的变换均落入本发明要求保护的专利范围之内。

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