CN116374228A - 一种抗风沙涵道无人机 - Google Patents
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Abstract
一种抗风沙涵道无人机，包括主体支架、涵道外壳、螺旋桨机构、起落架机构及负载控制模块；主体支架为十字形，涵道外壳位于主体支架外部，二者形成四处螺旋桨机构安装槽，每一处槽内均安装有一套螺旋桨机构；每一套螺旋桨机构下方均设有一套起落架机构；负载控制模块设于主体支架下方。本发明特别为应对风沙天气等恶劣工况而设计，通过流线型涵道外壳形成第一道防风沙屏障，避免大风裹挟的砂石撞击无人机内部构件，涵道外壳内部形成有序风流，在螺旋桨功率不变时可获取更大升力，飞行更加平稳；通过复合材料强化桨叶形成第二道防风沙屏障，提高桨叶抗断裂能力，降低无人机坠机风险；通过对起落架增加缓冲设计，提高无人机在砂石地面的降落安全性。
Description
技术领域
本发明属于无人飞行器技术领域，特别是涉及一种抗风沙涵道无人机。
背景技术
在荒漠地区，每年都会在特定季节出现沙尘暴等恶劣的风沙天气，恶劣程度稍低的大风沙尘天气更为常见。为了在风沙天气开展相关空基探测工作，最常用到的工具就是无人机。
目前，用于空基探测的无人机多为通用类型，而这些通用类型的无人机对天气的适用性较差，一旦天气由晴好转为恶劣，通常就需要无人机停止作业，等待天气转好后再恢复正常作业。
然而，针对一些特殊的工作需要，无人机不得不在恶劣天气下进行工作，特别是在风沙天气下进行作业时，除了大风会对无人机产生危害，大风裹挟的砂石会不断的高速撞击无人机的所有暴露部件，在如此恶劣的工况下，无人机的螺旋桨桨叶发生断裂的情况时有发生，即使仅有一台螺旋桨桨叶发生断裂，也会导致无人机整体失去平衡而坠机损毁，导致风沙天气下的无人机损毁率居高不下，这给风沙天气下的空基探测工作带来困难，无形中也增加了工作中的成本投入。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种抗风沙涵道无人机，特别为应对风沙天气等恶劣工况而设计，通过流线型的涵道外壳形成第一道防风沙屏障，不但可以避免大风裹挟的砂石直接撞击无人机内部构件，还可以在涵道外壳内部形成有序风流，在螺旋桨功率不变的情况下获取更大的升力，使得飞行更加平稳；通过采用复合材料的螺旋桨桨叶形成第二道防风沙屏障，使螺旋桨桨叶的力学性能得到大幅度强化，提高螺旋桨桨叶的抗断裂能力，降低无人机坠机风险；通过对起落架增加缓冲设计，提高无人机在砂石地面的降落安全性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种抗风沙涵道无人机，包括主体支架、涵道外壳、螺旋桨机构、起落架机构及负载控制模块；所述主体支架采用十字形结构，所述涵道外壳固定套装在主体支架外部，在涵道外壳与主体支架之间形成四处螺旋桨机构安装槽；所述螺旋桨机构数量为四套，每一处螺旋桨机构安装槽内均安装有一套螺旋桨机构；所述起落架机构数量为四套，每一套螺旋桨机构下方均设有一套起落架机构；所述负载控制模块设置在主体支架下方中心处。
所述涵道外壳在水平截面上包含四处圆弧段，每一处圆弧段对应一套螺旋桨机构，所有圆弧段的垂直截面形状均为圆弧形，且圆弧段垂直截面的圆弧凹面朝向螺旋桨机构。
所述螺旋桨机构包括支臂、飞行驱动电机及桨叶；所述支臂内端与主体支架固定连接，支臂外端为自由端，在支臂外端上表面开设有电机安装凹槽，所述飞行驱动电机竖直固装在电机安装凹槽内，且飞行驱动电机的电机轴朝上；所述桨叶固定安装在飞行驱动电机的电机轴上。
所述桨叶采用复合材料制作，桨叶的主体材料为树脂，在桨叶的主体材料内部掺混有碳纤维和纳米碳粒子。
所述起落架机构包括支腿和缓冲软垫；所述支腿竖直设置，支腿上端与主体支架固定连接，所述缓冲软垫固定安装在支腿下端。
所述负载控制模块包括安装座、透明保护罩及负载控制组件；所述安装座顶部与主体支架采用可拆卸式连接结构，所述透明保护罩固定安装在安装座底部，所述负载控制组件设置在安装座下方且位于透明保护罩内部。
在所述主体支架内部安装有动力电池，所述飞行驱动电机和负载控制组件均由动力电池提供电能。
所述负载控制模块数量若干，多个负载控制模块内的负载控制组件功能不同，根据任务的不同，选择不同的负载控制模块在主体支架上进行装配。
本发明的有益效果：
本发明的抗风沙涵道无人机，特别为应对风沙天气等恶劣工况而设计，通过流线型的涵道外壳形成第一道防风沙屏障，不但可以避免大风裹挟的砂石直接撞击无人机内部构件，还可以在涵道外壳内部形成有序风流，在螺旋桨功率不变的情况下获取更大的升力，使得飞行更加平稳；通过采用复合材料的螺旋桨桨叶形成第二道防风沙屏障，使螺旋桨桨叶的力学性能得到大幅度强化，提高螺旋桨桨叶的抗断裂能力，降低无人机坠机风险；通过对起落架增加缓冲设计，提高无人机在砂石地面的降落安全性。
附图说明
图1为本发明的一种抗风沙涵道无人机的结构示意图(视角一)；
图2为本发明的一种抗风沙涵道无人机的结构示意图(视角二)；
图中，1—主体支架，2—涵道外壳，3—支臂，4—飞行驱动电机，5—桨叶，6—支腿，7—缓冲软垫，8—安装座，9—透明保护罩。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1、2所示，一种抗风沙涵道无人机，包括主体支架1、涵道外壳2、螺旋桨机构、起落架机构及负载控制模块；所述主体支架1采用十字形结构，所述涵道外壳2固定套装在主体支架1外部，在涵道外壳2与主体支架1之间形成四处螺旋桨机构安装槽；所述螺旋桨机构数量为四套，每一处螺旋桨机构安装槽内均安装有一套螺旋桨机构；所述起落架机构数量为四套，每一套螺旋桨机构下方均设有一套起落架机构；所述负载控制模块设置在主体支架1下方中心处。
所述涵道外壳2在水平截面上包含四处圆弧段，每一处圆弧段对应一套螺旋桨机构，所有圆弧段的垂直截面形状均为圆弧形，且圆弧段垂直截面的圆弧凹面朝向螺旋桨机构。
所述螺旋桨机构包括支臂3、飞行驱动电机4及桨叶5；所述支臂3内端与主体支架1固定连接，支臂3外端为自由端，在支臂3外端上表面开设有电机安装凹槽，所述飞行驱动电机4竖直固装在电机安装凹槽内，且飞行驱动电机4的电机轴朝上；所述桨叶5固定安装在飞行驱动电机5的电机轴上。
所述桨叶5采用复合材料制作，桨叶5的主体材料为树脂，在桨叶5的主体材料内部掺混有碳纤维和纳米碳粒子。
所述起落架机构包括支腿6和缓冲软垫7；所述支腿6竖直设置，支腿6上端与主体支架1固定连接，所述缓冲软垫7固定安装在支腿6下端。
所述负载控制模块包括安装座8、透明保护罩9及负载控制组件；所述安装座8顶部与主体支架1采用可拆卸式连接结构，所述透明保护罩9固定安装在安装座8底部，所述负载控制组件设置在安装座8下方且位于透明保护罩9内部。
在所述主体支架1内部安装有动力电池，所述飞行驱动电机4和负载控制组件均由动力电池提供电能。
所述负载控制模块数量若干，多个负载控制模块内的负载控制组件功能不同，根据任务的不同，选择不同的负载控制模块在主体支架1上进行装配。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
以在风沙天气开展环境监测为例，先根据任务需要选择合适的负载控制模块，再将选择好的负载控制模块通过安装座8连接到主体支架1上，负载控制模块内的负载控制组件包含多功能监测相机、照明灯等设备。
当负载控制模块安装好后，先对负载控制模块进行地面调试，确保各个设备可能正常工作后，再由地面工作人员操作遥控器，控制抗风沙涵道无人机升空，并开展环境监测。
在抗风沙涵道无人机升空后，大风裹挟的砂石在水平方向上只会撞击到涵道外壳2的外表面，由于圆弧形的流线形状，可以降低风阻并减小砂石对涵道外壳2的撞击力，用以保护涵道外壳2内部构件的安全，也可以增强飞行的稳定性。
在垂直方向上，部分砂石会在螺旋桨的吸力下进入涵道外壳2内部，从而会与桨叶5发生碰撞，但由于桨叶5采用了由碳纤维和纳米碳粒子的多级增强材料制作，能够有效抵御砂石的撞击，避免桨叶5发生断裂，降低坠机风险。
此外，桨叶5与涵道外壳2圆弧段垂直截面的圆弧凹面正对，可以在圆弧凹面处形成负压区，以提供附加升力，增大滑溜面积，并在涵道外壳2内部形成有序风流，在螺旋桨功率不变的情况下获取更大的升力，使得飞行更加平稳。
当抗风沙涵道无人机完成环境监测任务并需要降落时，首先接触砂石地面的是支腿6底端的缓冲软垫7，通过缓冲软垫7的缓冲提高了无人机在砂石地面的降落安全性。
由于抗风沙涵道无人机在执飞过程中和降落过程中都提高了安全性，因此通过降低无人机损毁率实现了在工作中成本投入的降低。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (8)
1.一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：包括主体支架、涵道外壳、螺旋桨机构、起落架机构及负载控制模块；所述主体支架采用十字形结构，所述涵道外壳固定套装在主体支架外部，在涵道外壳与主体支架之间形成四处螺旋桨机构安装槽；所述螺旋桨机构数量为四套，每一处螺旋桨机构安装槽内均安装有一套螺旋桨机构；所述起落架机构数量为四套，每一套螺旋桨机构下方均设有一套起落架机构；所述负载控制模块设置在主体支架下方中心处。
2.根据权利要求1所述的一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：所述涵道外壳在水平截面上包含四处圆弧段，每一处圆弧段对应一套螺旋桨机构，所有圆弧段的垂直截面形状均为圆弧形，且圆弧段垂直截面的圆弧凹面朝向螺旋桨机构。
3.根据权利要求1所述的一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：所述螺旋桨机构包括支臂、飞行驱动电机及桨叶；所述支臂内端与主体支架固定连接，支臂外端为自由端，在支臂外端上表面开设有电机安装凹槽，所述飞行驱动电机竖直固装在电机安装凹槽内，且飞行驱动电机的电机轴朝上；所述桨叶固定安装在飞行驱动电机的电机轴上。
4.根据权利要求3所述的一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：所述桨叶采用复合材料制作，桨叶的主体材料为树脂，在桨叶的主体材料内部掺混有碳纤维和纳米碳粒子。
5.根据权利要求1所述的一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：所述起落架机构包括支腿和缓冲软垫；所述支腿竖直设置，支腿上端与主体支架固定连接，所述缓冲软垫固定安装在支腿下端。
6.根据权利要求3所述的一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：所述负载控制模块包括安装座、透明保护罩及负载控制组件；所述安装座顶部与主体支架采用可拆卸式连接结构，所述透明保护罩固定安装在安装座底部，所述负载控制组件设置在安装座下方且位于透明保护罩内部。
7.根据权利要求6所述的一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：在所述主体支架内部安装有动力电池，所述飞行驱动电机和负载控制组件均由动力电池提供电能。
8.根据权利要求1所述的一种抗风沙涵道无人机，其特征在于：所述负载控制模块数量若干，多个负载控制模块内的负载控制组件功能不同，根据任务的不同，选择不同的负载控制模块在主体支架上进行装配。
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