无人驾驶飞行器

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无人驾驶飞行器
申请号	CN201611043635.5	申请日	2016-11-24	公开(公告)号	CN106672231A	公开(公告)日	2017-05-17
申请人	吴瑞霞;			发明人	陈春梅;
摘要	本发明公开了一种无人驾驶飞行器，其特征在于，带有有一个或多个螺旋桨，驱动装置为一个或多个马达，机翼为翘后缘翼型组成的固定翼，带有液体存储罐和管道，管道连接存储罐和将液体排放到周围环境中的喷嘴。本发明结合了旋翼飞机和固定翼飞机的优点以及改进无人机空中喷洒农药的目的。它可以不需跑道而垂直起降，起飞后可以转换到水平飞行姿势而快速飞行。同时也可以慢速飞行以利于飞机转向，避免了常规固定翼农用飞机所需的较长扫掠转弯。这些特征使得本发明能够在各种不同的田地尺寸、田地形状和复杂地形上，比类似尺寸的旋翼或固定翼飞行器更节能、更快速、单次作业时间更长地完成农药喷洒。
权利要求	1.一种无人驾驶飞行器，其特征在于，带有有一个或多个螺旋桨（6），驱动装置为一个或多个马达（9），机翼（1）为翘后缘翼型（2）组成的固定翼，带有液体存储罐（5）和管道（7），管道（7）连接存储罐（5）和将液体排放到周围环境中的喷嘴（8）。 2.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，有两个或多个螺旋桨（6），螺旋桨（6）可以同轴或非同轴，但旋转方向相反。 3.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，存储罐（5）位于机翼(1)内部或外部。 4.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，管道（6）位于机翼(1)内部或外部。 5.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，所述马达（9）是带有速度控制器的电动马达。 6.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，所述马达（9）是带有带有燃料箱和点火源的内燃机。 7.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，配备有发射机，用于给用户发送信息。 8.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，配备有陀螺仪和/或加速度计。 9.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，装载有基于卫星的跟踪系统，包括但不限于GPS。 10.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，装载有自动驾驶系统。 11.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，包括一个或多个接收器、电池或燃料箱位于机翼内部，而不是都装在中央机舱室里。 12.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，所述的机翼（1）的结构设计是利用有承载能力的薄型表皮，其材质包括复合材料，并带有或不带有内部受力结构或软核，软核包括泡沫。 13.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，机翼（1）带有二面角或反角。 14.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，机翼（1）从翼根到翼尖逐渐变窄的变化形式不仅包括线性变化，而且包括其他任何形式。 15.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，带有拍照和/或摄影设备。 16.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，带有为安装摄影摄像设备的转向节。 17.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，带有叶尖小翼。 18.根据权利要求1所述的无人驾驶飞行器，其特征在于，装有防碰撞系统和各种探测传感器。
说明书全文	无人驾驶飞行器技术领域 [0001] 本发明涉及无人机和无线电/远程遥控飞行器领域。技术背景 [0002] 无人机有许多私人和商业应用作为空中传感器平台（即，视频采集）、递送系统、环境感测和通信中继。它们也可以用于与国防相关的各种用途，譬如ISR（情报监控侦察）、作为武器平台、和作为电子战平台。它们按尺寸可以分为微型、小型、战术（中）、或战略（大），并且基于其气动升力产生的方法可以被进一步分类为：固定翼、旋转翼、混合翼、或扑翼。 [0003] 混合型无人机结合固定翼和旋转翼无人机的优势，使他们能够成功地执行固定翼和旋转翼单独都不能完成的任务。最有前途的混合型无人机是垂直起飞和着陆（VTOL）固定翼无人机。这种无人机能够像一个传统的固定翼飞机一样快速、高效地飞向遥远的位置，然后过渡到低空慢飞、悬停等，目的达到后无人机能够再次快速、高效地飞回使用者。本质上，该无人机执行任务时象一个旋转翼机型，但从起始位置到达目的地则象一个固定翼机型，大大改善了飞行范围、耐力、和最高速度。 [0004] 现有混合无人机使用许多不同的设计和配置。本配置是一个尾坐式垂直起落飞机，是罕见的机型。这是国内市场的不幸，因为这种机型在许多许多方面优于其它机型。本设计的机型，与中国的VD-200有重要的本质不同。首先，VD-200的两个反向旋转螺旋桨和马达均远离飞机的中心线，增加了不必要的复杂性。如果一台马达出现故障，飞机就会崩溃。不过，两个远距分离的马达和螺旋桨有助于提高滚惯性滚动稳定性。其组件按传统的方式位于中央机身状的隔室之内，是一种混合翼身设计。本发明使用位于飞机中心线的两个同轴螺旋桨，允许当一个螺旋桨失效后飞机仍能够安全飞行。本设计的另一个优点是能抵消螺旋桨产生的滑流，避免了因滑流撞击垂直稳定器而产生的偏航，从而避免了偏转方向舵补偿而带来的额外空气阻力。其他使本发明独特的重要点和新颖之处包括：在VD-200具有两个分开的滑流和两组垂直稳定的偏航稳定性（而不是一个），它可以使用差分推进力控制偏航，而本发明设计采用了偏航控制单舵。另外，VD-200具有分别控制俯仰和滚转的副翼和升降翼。本发明则以升降副翼取代了传统分离的副翼和升降翼，从而能同时控制侧倾和俯仰。设计上VD-200体积大，造价昂贵，只能在军事领域应用。目前的设计可用于为农业用户提供植保服务的公司。与其它空中农药喷洒系统相比，本发明更快、更节能。本发明只需要提供常规多旋翼飞行器和直升机在水平定向飞行期间所需的推力的一小部分，并且本发明不须在大扫掠转弯中浪费时间和燃料。本发明的低速飞行、悬停和其机动性的性能使其适合各种尺寸的田野、崎岖的地形、以及在障碍物繁多的环境中作业。发明内容 [0005] 本发明克服了现有技术的不足，提供了一个相对简单、经济、实用、多功能、以及普及于不同客户和市场的无人驾驶飞机。 [0006] 为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种无人驾驶飞行器，其特征在于，带有有一个或多个螺旋桨，驱动装置为一个或多个马达，机翼为翘后缘翼型组成的固定翼，带有液体存储罐和管道，管道连接存储罐和将液体排放到周围环境中的喷嘴。 [0007] 有两个或多个螺旋桨，螺旋桨可以同轴或非同轴，但旋转方向相反。 [0008] 存储罐位于机翼内部或外部。 [0009] 管道位于机翼内部或外部。 [0010] 所述马达是带有速度控制器的电动马达。 [0011] 所述马达是带有带有燃料箱和点火源的内燃机。 [0012] 配备有发射机，用于给用户发送信息。 [0013] 配备有陀螺仪和/或加速度计。 [0014] 装载有基于卫星的跟踪系统，包括但不限于GPS。 [0015] 装载有自动驾驶系统。 [0016] 包括一个或多个接收器、电池或燃料箱位于机翼内部，而不是都装在中央机舱室里。 [0017] 所述的机翼的结构设计是利用有承载能力的薄型表皮，其材质包括复合材料，并带有或不带有内部受力结构或软核，软核包括泡沫。 [0018] 机翼带有二面角或反角。 [0019] 机翼从翼根到翼尖逐渐变窄的变化形式不仅包括线性变化，而且包括其他任何形式。 [0020] 带有拍照和/或摄影设备。 [0021] 带有为安装摄影摄像设备的转向节。 [0022] 带有叶尖小翼。 [0023] 装有防碰撞系统和各种探测传感器。 [0024] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明结合了固定翼和旋转翼无人机的优点，使其能够执行单独固定翼和旋转翼无人机均不能完成的任务和技巧。本发明能够在各种不同的田地尺寸、田地形状和复杂地形上，比类似尺寸的旋翼或固定翼飞行器更节能、更快速、单次作业时间更长地完成农药喷洒。 [0025] 本发明的复杂实施例具有该尺寸机型的高度复杂的功能，包括：1)能基于车辆速度、风况和其他变量而进行自动优化的流量控制； 2)使用GPS坐标，按照规定的路线智能飞行； 3)控制信号受干扰时能按照包含GPS信号的程序返航； 4)可扩展性：一个用户可以部署多个单元，每个飞行不同的路线，而在一个小地面站接收来自各单位的同步实况转播； 5)热视距探测； 6)现场位置、航向、飞行高度、速度和加速度数据传输； 7)可定制以携带各种不同的与农业相关的成像传感器，包括水分和热； 8)带有防碰撞系统。 [0026] 总之，本发明具有多功能、速度高、节能的特点。附图说明 [0027] 图1是本发明的一个简单实施例的透视图。 [0028] 附图标记说明：1-机翼; 2-翼型; 5-液体存储罐; 6-螺旋桨; 7-管道；8-喷嘴；9-马达；10-垂直稳定器；11-方向舵；13-升降舵或升降副翼。具体实施方式 [0029] 1、简单的实施方案：本发明的最简单的实施例如图1所示，具体构造包括：带有有一个或多个螺旋桨6，驱动装置为一个或多个电动/油动马达9，机翼1为翘后缘翼型2组成的固定翼，带有液体存储罐5和管道7，管道7连接存储罐5和将液体排放到周围环境中的喷嘴8，一般在存储罐5与喷嘴8之间装有液压泵（未图示）。在飞行器的后端中部设有方向控制机构，该实施例的方向控制机构包括垂直稳定器10、方向舵11和升降舵/升降副翼13。该实施例不包括任何先前所描述的复杂的功能;它没有传感器、数据存储和数据传输能力，主要是一个基本的远程控制的飞机。它可能会带有叶尖小翼、二面角/反角（dihedral）、机身外部装备，也可能不带。 [0030] 所述的存储罐5、液压泵和管道7位于机翼1内部，以保持机翼1的流线型和空气动力效率。管道7位于机翼1的后缘附近以提高农药施用效果。机翼1的低展弦比导致了更强的翼尖涡流，强大的空气涡流极大提高了农药的充分分散。为了在飞行期间保持机身的俯仰稳定性，存储罐5被设计在飞机的质量中心上，这样存储罐5内液体体积的明显变化不会导致飞机质量中心位置的明显变化，这对于保持恰当的相对位置的质量中心和飞机的空气动力学中心非常重要。因为机翼的性能对其上表面的障碍物和缺陷最敏感，其中不利的压力梯度可能导致流分离，所以喷嘴8通过机翼1下表面的小孔指向下方。为了把下表面的流动障碍和可能产生的湍流最小化，喷嘴8端口与下表面齐平。存储罐5用于注入液体（如农药），使用时将存储罐5内的液体经过管道7从喷嘴8喷洒出去，主要用于农林业生产中。 [0031] 所述的螺旋桨6包括固定叶片的螺旋桨和叶片能够偏转的螺旋桨。本发明的方向控制机构还可以是其他任何构造。 [0032] 机身包括具有能承重的薄型外皮，附着于内部结构部件如肋板和桁条（stringers）等。各部件按嵌入式分布于整个机身，使质量中心保持在机身对称面上，并且位于距机翼1前缘约25％根弦长的位置。机翼1带有一定的二面角或反角(dihedral)以改善侧倾稳定性。有两个嵌入式伺服马达（未图示）驱动升降副翼13，还有一个嵌入式伺服马达（未图示）驱动方向舵11。同轴反转螺旋桨6产生的滑流几乎不带漩涡。这股非常强劲的滑流经过升降副翼13和方向舵11，即使在非常低的飞行速度和悬停时，或几乎没有风速时，也能对机身产生有效的控制力，保障了飞行的安全和复杂动作等功能。升降副翼13的对称偏转角产生一个非零俯仰力矩，而升降副翼13的差动偏转角产生一个非零滚转力矩。机翼1的翼型较厚，使得机翼1中可以嵌入各种部件；翼型2的反翘性增加了俯仰动作的稳定性（通用于所有机翼设计）。特定情况下机翼1也可以使用薄翼型。双反转电动机组件（即马达9，带有电子速度控制器）被用来驱动螺旋桨6。其中的电子速度控制器用于限制马达9油门以控制其产生的推力。电池（未图示）用于向螺旋桨马达9和各伺服马达供电。 [0033] 翼型2的选择确保随着方向和控制输入的变化，其空气动力性能是逐渐变化的（即“软”失速），并且确保空气动力效率最大化的同时实现可接受的高升力系数。机翼1的大部分被浸没在推进滑流中，因此机翼1的空气动力学性能（最大升力系数，失速攻角等）强烈依赖于螺旋桨6的推进比和许多其他因素（攻角，雷诺数，无量纲俯仰率等）。为了得到如此空气动力学复杂的飞机的稳健控制算法，大量的空气动力学实验是必要的。农业化学品应用使用了泵和阀系统，产生体积平均直径（VMD）总是大于50微米的液滴。 [0034] 本发明结合了旋翼飞机和固定翼飞机的优点以及改进无人机空中喷洒农药的目的。它可以垂直起飞和着陆，可以在没有跑道的任何地方使用。起飞后可以转换到其水平飞行姿势，快速有效地飞行到田地和作物上，因此，相对于具有相似尺寸和重量的常规旋翼飞行器大大增强了其燃料效率和飞行范围。本发明可以非常慢速地飞行，以利于飞机转向并开始新的行程，避免了常规固定翼农用飞机所需的较长扫掠转弯。这些特征使得本发明能够在各种不同的田地尺寸、田地形状和复杂地形上，比类似尺寸的其他机型更快速、更节能地完成农药喷洒。 [0035] 2、复杂的实施方案：复杂的实施例包括部分或所有前述的复杂的功能和相关部件。额外增加的传感器和其他组件被添加后，本发明的续航力、耐力和最大有效载荷通常会减少（保持原有尺寸恒定），而本发明的成本会增加。 [0036] 声明：所有上述实施例和讨论仅仅是为了说明本发明的技术概念和特征，以使本领域的普通技术人员能够理解和实施本发明，而不是限制本发明的范围的目的。按照本发明所作的等效物的任何变化或修改应属于本发明的范围之内。