一种可变翼垂直起降自抓载飞行器的制作方法

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1.本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种可变翼垂直起降自抓载飞行器。

背景技术：

2.传统的固定翼飞行器具有速度快、航程长的优点，但同时又存在起降需要跑道场地的缺点。传统的的多旋翼飞行器具有垂直起降、飞行灵活的优点，但同时又存在速度慢、航程短的缺点。而现有的固定翼垂直起降飞行器结合了多旋翼飞行器能够垂直起降以及固定翼飞行器的超长航程、大载重能力的特点，广泛应用于运输、测绘、农业、救灾等领域内。相关技术中，固定翼垂直起降飞行器翼展大、对起降场地要求高，抗风性差，或者飞行过程中机翼的升力面小、飞行效率低，无法兼顾起降过程中的场地限制、抗风性能以及平飞时的升力性能；另外还存在着人工装卸货的工效限制以及飞行器本身体积大、运输存放不便等问题。
3.为解决这些问题，发明专利申请cn202011640320.5公开了一种垂直起降固定翼飞行器，包括机身、机翼、螺旋桨和操纵舵，机翼包括固定翼及折叠翼。该垂直起降固定翼飞行器，设置有可相对固定翼折叠及展开的折叠翼，可在飞行器垂直升降、悬停过程中，使折叠翼呈折叠状态，在飞行器平飞巡航时，使折叠翼呈展开状态，进而，飞行器能够同时兼顾垂直起降及悬停时的抗风性能，以及平飞巡航时的升力性能，并能提高巡航的载重及巡航时间，有效保证了飞行器的飞行效率。
4.实用新型专利申请cn202022157644.5公开了一种倾转垂直起降固定翼飞行器，包括机身，与机身连接左机翼和右机翼；在左机翼的前缘安装有左前螺旋桨，后缘安装有左后螺旋桨，在右机翼的前缘安装有右前螺旋桨，后缘安装有右后螺旋桨，固定翼巡航阶段所有螺旋桨都在工作，从而减小垂直起降固定翼巡航阶段的阻力。
5.这些专利申请虽然取得了显著进步，但仍有一些问题尚未得到根本解决。

技术实现要素：

6.本实用新型把固定翼飞行器和多旋翼飞行器用另一种方式有机结合起来，旨在进一步解决现有技术中存在的起降场地受限的翼展问题、上卸货物的人工作业问题以及飞行器本身的运输存放等问题。为此，本实用新型提出新的技术方案，除解决上述问题外，还能够兼容较小的阻力、良好的升力及抗风性能。
7.本实用新型提出了一种可变翼垂直起降自抓载飞行器，包括机身、机翼根段、机翼稍段、旋翼组件、摆桨铰链、方位铰链、翼根铰链、翼中铰链和抓载器。
8.所述机身由中段半筒体与两端相同的流线型半体组成，平面筒壁朝下，大大降低了飞行阻力，并适合双向飞行。
9.所述机翼根段通过左、右的翼根铰链对称安装于所述机身的左、右两侧。所述机翼稍段带有着落脚，其根部通过所述翼中铰链安装于所述机翼根段的末端。同一侧的机翼根段和机翼稍段组成一侧完整的机翼。
10.为防止机翼末端的上下气流速度差造成湍振，所述机翼稍段的末端设有上翘型过渡件，或者翼尖型过渡件，以消除翼端紊流。
11.所述旋翼组件包含螺旋桨、动力马达和摆臂，其摆臂长度超过其螺旋桨旋转半径，其螺旋桨和动力马达的转轴与其摆臂纵轴线垂直，且其动力马达和其摆臂端部固定连接，其摆臂根部通过所述摆桨铰链安装于所述方位铰链上；所述旋翼组件共有左前、左后、右前和右后4 组，每组均可绕所述摆桨铰链作上下摆角倾转，以及绕所述方位铰链作方位角度回转，以进行垂直起降、平飞、悬停、反向飞行和折叠收拢。
12.所述方位铰链安装于所述机翼根段的前、后边沿中，同侧的前、后方位铰链的转轴在同一条轴线上；作为可选，可共用同一驱动执行装置或分别配置驱动执行装置。
13.所述抓载器安装于所述机身的腹下，由左、右两组抓臂构成。
14.所述机翼稍段向外侧展开时相当于固定翼飞行器，当位于飞行方向左前和右前的一对旋翼组件倾转下垂、而位于左后和右后的一对旋翼组件倾转上垂时，产生前进动力作续航飞行，并依靠调控左侧和右侧旋翼组件的功率差来调整飞行方向，依靠调控上垂和下垂旋翼组件的功率差来调整机翼仰角从而调整飞行高度，省略方向舵和副翼，减少飞行阻力；把前、后两对旋翼组件的回转倾角调整在上、下垂之间的其它角度，可实现缓速飞行、空中悬停、甚或反向飞行。
15.当所有旋翼组件的摆杆都倾转到水平位置，即左前和右前的旋翼组件向前倾转到水平位置，左后和右后的旋翼组件向后倾转到水平位置，所述机翼稍段倾转到下垂位置或与所述机翼根段靠拢的位置而起起落架作用，这时4组旋翼组件都产生向上的牵引力，等同于四旋翼飞行器，处于垂直起降状态；所述机翼稍段的着落脚着地后，所述抓载器可抓起或放下物件；
16.落地后，所述机翼根段可绕所述翼根铰链继续上翘，所述机翼稍段绕所述翼中铰链转向或保持靠拢所述机翼根段，所述方位铰链相对于垂直起降状态转动90
°
再配合以所述摆桨铰链倾转，使所述旋翼组件的摆臂转向所述机翼根段直至靠拢所述机翼根段的前后边沿，使之处于折叠状态，便于运输和存放，此时所述抓载器成为支撑脚。
17.作为可选，所述机翼稍段所带的着落脚有安装在端部的短脚或安装在靠近根部的长脚两种结构形式，所述长脚的根部铰链有两个定位档，可以旋转90
°
折叠。
18.所述摆桨铰链、方位铰链、翼根铰链和翼中铰链均为动力铰链；作为可选，此动力铰链包含两种结构形式：自带驱动装置的一体化铰链，或者是驱动推拉杆与铰链的组合，且都具有机械自锁功能。各铰链按照控制指令执行动作。
19.作为可选，同侧方位铰链和翼根铰链共用一个驱动执行装置，或者分别配置驱动执行装置。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，其中：
21.图1是一种可变翼垂直起降自抓载飞行器续航飞行状态的结构示意图；
22.图2是一种可变翼垂直起降自抓载飞行器垂直起降状态的结构示意图；
23.图3是一种可变翼垂直起降自抓载飞行器折叠状态的结构示意图；
24.图4是机翼稍段带有上翘型过渡件和短脚(着落脚)示意图；
25.图5是机翼稍段带有上翘型过渡件和长脚(着落脚)示意图。
26.附图标记：机身1，机翼根段2，机翼稍段3，旋翼组件4，摆桨铰链5，方位铰链6，翼根铰链7，翼中铰链8，抓载器9，机翼稍段主体30，上翘型过渡件31，短脚32，长脚33。
27.机身1腹下的虚线立方体表示被抓载的物件。
具体实施方式
28.下面描述本实用新型的实施例。本实施例仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
29.在本实用新型的描述中，涉及到方位描述，例如左、右、前、后、上、下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，仅是为了便于和简化描述本实用新型，而不是指示或暗示所述装置或部件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，不是对本实用新型的限制。
30.另外，除非另有明确的限定，设置、配置、安装和连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
31.参见图1，一种可变翼垂直起降自抓载飞行器主要由机身1、机翼根段2、机翼稍段3、旋翼组件4、摆桨铰链5、方位铰链6、翼根铰链7、翼中铰链8和抓载器9等部件所组成。
32.作为优选，所述机身1由中段半筒体与两端相同的流线型半体组成，平面筒壁朝下，首尾相同。这种流线型半筒状复合结构采用轻型材料制作。
33.作为优选，参见图1、图4或图5，所述机翼根段2通过左、右的翼根铰链7对称安装于所述机身1的左、右两侧；所述机翼稍段3带有着落脚(末端带有短脚32或靠近根部带有长脚33)，其根部通过所述翼中铰链8安装于所述机翼根段2的末端。机翼稍段3的端部带有上翘型过渡件31，以消除翼端湍流。同一侧的机翼根段2和机翼稍段3组成一侧完整的机翼，机翼上部是弧形面，下部是平面或微弧面，以产生升力。机翼用轻型材料制作。
34.作为优选，所述旋翼组件4包含螺旋桨、动力马达和摆臂，其摆臂长度超过其螺旋桨旋转半径，其动力马达的转轴与其摆臂纵轴线垂直并在其端部固定连接，其摆臂根部通过所述摆桨铰链5安装于所述方位铰链6上；所述旋翼组件4共有左前、左后、右前和右后4组，每组均可绕所述摆桨铰链5和方位铰链6分别作摆角倾转和方位回转。4组旋翼组件4产生的最大牵引力至少要大于等于起飞总重量的1.2倍，才有一定的抗风能力。旋翼组件4可任意按照左右、前后或上下成对划分，每对旋翼组件4的螺旋桨旋转方向相反，以抵消转矩。
35.作为优选，所述方位铰链6安装于所述机翼根段2的前、后边沿靠近端部处，同侧的前、后方位铰链6的转轴在同一条轴线上，共用同一驱动执行装置，以简化结构、降低成本。
36.作为优选，所述抓载器9安装于所述机身1的腹下，由左、右两组抓臂构成。采用摩擦辊式抓载装置，兜底抓起，长时承载而不会掉落。
37.作为优选，所述摆桨铰链5选用自带驱动装置的一体化铰链，方位铰链6、翼根铰链7 和翼中铰链8选用驱动推拉杆与铰链的组合，且都具有机械自锁功能。各铰链按照控制指令执行动作。
38.作为优选，同侧方位铰链6和翼根铰链7通过轴杆和齿轮机构共用一个驱动执行装置。
39.作为优选，如图1所示，所述机翼稍段3向外侧展开时相当于固定翼飞行器，当位于飞行方向左前和右前的一对旋翼组件4倾转下垂、而位于左后和右后的一对旋翼组件4倾转上垂时，产生水平前进动力作续航飞行，并依靠调控左侧和右侧旋翼组件4的功率差来调整飞行方向，依靠调控上垂和下垂旋翼组件4的功率差来调整机翼仰角从而调整飞行高度，省略方向舵和副翼，减少飞行阻力。
40.作为优选，把机翼前沿的一对旋翼组件4的回转倾角从下垂逐步向前上调整，同时把机翼后沿的一对旋翼组件4的回转倾角从上垂逐步向后下调整，逐步减少水平牵引力，增加向上牵引力，直至旋翼组件4的摆杆处于水平状态，再配合以功率调整，就可实现缓速飞行、空中悬停。
41.作为优选，把原机翼前沿的一对旋翼组件4的回转倾角从水平位置逐步向上垂调整，同时把原机翼后沿的一对旋翼组件4的回转倾角从水平位置逐步向下垂调整，逐步减少向上牵引力，增加水平牵引力，直至旋翼组件4的摆杆处于上、下垂状态，再配合以功率调整，就可实现反向飞行。
42.作为优选，如图2、图4或图5所示，当所有旋翼组件4的摆杆都倾转到水平位置，即左前和右前的旋翼组件4向前倾转到水平位置，左后和右后的旋翼组件4向后倾转到水平位置，再配合所述机翼稍段3倾转到下垂位置(这时所采用的短脚32朝下着地，见图4)或与机翼根段2靠拢的位置(这时所采用的长脚33朝下着地，见图5)而起起落架作用，这时等同于四旋翼无人机，处于垂直起降状态；所述机翼稍段3的着落脚着地后，所述抓载器9可抓起或放下物件。
43.作为优选，如图3所示，所述机翼稍段3的着落脚着地后，所述机翼根段2绕所述翼根铰链7继续上翘，所述机翼稍段3绕所述翼中铰链8转向或保持靠拢所述机翼根段2，所述方位铰链6相对于垂直起降状态转动90
°
再配合以所述摆桨铰链5倾转，使所述旋翼组件4的摆臂转向所述机翼根段2直至靠拢所述机翼根段2的前后边沿，实现折叠状态，此时所述抓载器9成为支撑脚。
44.如图5所示，所述长脚33的根部在与所述机翼稍段3的连接处有一个铰链，这个铰链可以自带动力，也可手动；此铰链有两个定位档，当需要折叠时，所述长脚33可以倾转90
°
与所述机翼稍段主体30相靠拢。
45.本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，实施例中的特征可以相互组合。

技术特征：

1.一种可变翼垂直起降自抓载飞行器，其特征在于：包括机身、机翼根段、机翼稍段、旋翼组件、摆桨铰链、方位铰链、翼根铰链、翼中铰链和抓载器；所述机身由中段半筒体与两端相同的流线型半体组成，平面筒壁朝下；所述机翼根段通过左、右的翼根铰链对称安装于所述机身的左、右两侧；所述机翼稍段带有着落脚，其根部通过所述翼中铰链安装于所述机翼根段的末端；所述旋翼组件包含螺旋桨、动力马达和摆臂，其摆臂长度超过其螺旋桨旋转半径，其螺旋桨和动力马达的转轴与其摆臂纵轴线垂直，且其动力马达和其摆臂端部固定连接，其摆臂根部通过所述摆桨铰链安装于所述方位铰链上；所述旋翼组件共有左前、左后、右前和右后4组，每组均可绕所述摆桨铰链作上下摆角倾转，以及绕所述方位铰链作方位角度回转，以进行垂直起降、平飞、悬停、反向飞行和折叠收拢；所述方位铰链安装于所述机翼根段的前、后边沿中，同侧的前、后方位铰链的转轴在同一条轴线上，可共用同一驱动执行装置或分别配置驱动执行装置；所述抓载器安装于所述机身的腹下。2.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直起降自抓载飞行器，其特征在于，所述机翼稍段所带的着落脚有安装在端部的短脚或安装在靠近根部的长脚两种结构形式。3.根据权利要求1或2所述的一种可变翼垂直起降自抓载飞行器，其特征在于，所述摆桨铰链、方位铰链、翼根铰链和翼中铰链均为动力铰链，此动力铰链包含两种结构形式：自带驱动装置的一体化铰链，或者是驱动推拉杆与铰链的组合，都具有机械自锁功能。4.根据权利要求1所述的一种可变翼垂直起降自抓载飞行器，其特征在于，同侧的方位铰链和翼根铰链可以共用一个驱动执行装置，或者分别配置驱动执行装置。

技术总结

本实用新型提出了一种可变翼垂直起降自抓载飞行器，涉及飞行器技术领域。本实用新型旨在解决飞行器航程、垂直起降、自主抓载和折叠的问题。包括机身、机翼根段、机翼稍段、旋翼组件、摆桨铰链、方位铰链、翼根铰链、翼中铰链和抓载器；所述机身由中段半筒体与两端相同的流线型半体组成，平面筒壁朝下；所述机翼根段通过左、右的翼根铰链对称安装于所述机身的左、右两侧；所述机翼稍段带有着落脚，其根部通过所述翼中铰链安装于所述机翼根段的末端。所述旋翼组件共有左前、左后、右前和右后4组，每组均可绕所述摆桨铰链和方位铰链作摆角倾转，实现续航飞行、空中悬停、垂直起降和折叠收拢。所述抓载器安装于机身腹下。该飞行器适宜货物搬运用途。搬运用途。搬运用途。