一种小型无人机

1.本发明涉及一种易于制作装配的小型无人机。


背景技术：

2.无人机实践教学需要无人机套材，让学生体验制造过程，强化无人机结构、材料等专业知识。然而，现有常规固定翼航模套材制作技巧复杂，且机身狭小不利于安装飞控系统(主机、gps天线、数传天线)等电子设备(如图1所示)；现有固定翼无人机套材体积大，成本高，完成度高(如图2所示)，不利于教学。本发明针对这一问题，设计了一种制作装配容易且电子设备安装方便的无人机。
3.常规航模套材是基于遥控器手动飞行模式设计的，没有给飞控主机留有相应的装载位置，也没有给gps天线、数传天线等设置孔位，无法达到无人机的标准配置，对于学生来说难以用来增进对无人机自动驾驶系统的学习。
4.因此，需要开发一款制作装配容易且电子设备安装方便的无人机。


技术实现要素：

5.针对现有技术的问题：1)常规航模套材制作技巧性强，制作难度较大，不适合新手学习，且零部件数量巨大制造耗时过长，教学上不适用；2)常规无人机套材体积大，受限于场地等原因，难以用于高校多人的教学；且成本高，教学花费大；和3)完成度高，学生制造参与度低，本发明提供了一种小型无人机，其具有如下特点：1)整机结构制造装配方便；2)拆卸携带方便；3)飞控系统等电子设备安装方便，且利于系统稳定工作。
6.本发明的有益效果包括：
7.1)该小型无人机采用常规上单翼布局形式，且上翘与水平面夹角2度，具有良好的稳定性和操纵性，适合初学者练习飞行；
8.2)精巧结构设计，突出表现在翼台和榫卯结构的设计，保证制作精度高，整体变形扭曲小的同时，也使得制作装配更加简单，拆卸携带也非常方便，便于初学者动手制作和学习。
9.3)飞控系统布置的合理设计，具体体现在飞控系统安装孔位和底座的合理设计，使得飞控设备安装拆卸简单，安装牢固不易松动，线路连接和拆卸方便顺畅，且使用调试方便。
10.4)采用前三点起落架，滑跑时具有良好的操纵性和稳定性；起落架与机身连接牢固，安全可靠。
附图说明
11.图1是一种常规航模套材。
12.图2是一种常规无人机套材。
13.图3是根据本发明的一个实施例的小型无人机的整体外形图。
14.图4是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机舱示意图。
15.图5是根据本发明的一个实施例的小型无人机的电池和电子调速器布置图。
16.图6是根据本发明的一个实施例的小型无人机的电机示意图。
17.图7是根据本发明的一个实施例的小型无人机的电机盒示意图。
18.图8是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机翼内部结构示意图。
19.图9是根据本发明的一个实施例的小型无人机的翼肋示意图。
20.图10是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机翼骨架示意图。
21.图11是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机翼骨架示意图(其中去除了翼台)。
22.图12是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机身结构示意图。
23.图13是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机翼榫卯配合示意图。
24.图14是根据本发明的一个实施例的小型无人机的副翼榫卯配合示意图。
25.图15是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机身榫卯配合示意图。
26.图16是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机翼机身拆装示意图。
27.图17是根据本发明的一个实施例的小型无人机的机翼固定板反爪螺母示意图。
28.图18是根据本发明的一个实施例的小型无人机的飞控主机和接收机布置图。
29.图19是根据本发明的一个实施例的小型无人机的gps天线布置图。
30.图20是根据本发明的一个实施例的小型无人机的数传天线和安全开关布置图。
31.图21是根据本发明的一个实施例的小型无人机的空速管布置图。
32.图22是根据本发明的一个实施例的小型无人机的前起落架布置图。
33.图23是根据本发明的一个实施例的小型无人机的前起落架安装示意图。
34.图24是根据本发明的一个实施例的小型无人机的主起落架布置图。
35.图25是根据本发明的一个实施例的小型无人机的主起落架安装示意图。
具体实施方式
36.本发明人通过对无人机的总体布局、结构设计、飞控布置的合理设计与规划进行改进，实现了本发明。
37.根据本发明的一个实施例的小型无人机采用常规式气动布局(如图3所示)，包括：上单翼，单垂尾，前三点式起落架，拉进式动力装置，其中：
38.机身(6)采用盒型方舱设计，机身内部为一个大容量的机舱(15)(如图4所示)。
39.机身(6)前部设置有舱盖(4)，舱盖(4)以内安装电池(16)和电子调速器(17)等(如图5所示)。位于机身(6)前部的电机盒(19)用树脂胶粘在防火板(20)上(如图6所示)，电机盒(19)背面装有反爪螺母(22)(如图7所示)，用于安装螺栓(21)以固定电机(18)。电机(18)带动螺旋桨(2)作为整个飞机飞行时的动力，电机(18)外安装电机整流罩(3)，螺旋桨(2)处安装桨罩(1)，用于减小电机(18)和螺旋桨(2)的迎风阻力。
40.机翼(12)的平面形状为矩形，上翘并与水平面夹角2度。每侧机翼(12)后缘设置有副翼(11)，实现机翼(12)的滚转操纵。机翼(12)为常规双梁式结构(如图8所示)，在距离机翼(12)前缘约1/3处设有一根主梁(32)，在距离机翼(12)后缘约1/7处设有后墙(33)。机翼(12)根部后缘处设计成用手拧螺栓(5)固定，方便装配和拆卸。
41.垂直尾翼(7)位于水平尾翼(10)中心线正上方，垂直尾翼(7)后缘安装有方向舵(8)，水平尾翼(10)后缘安装升降舵(9)。
42.前起落架(14)位于机身(6)的前下方，主起落架系统(13)位于机身(6)中下部。
43.翼台结构
44.机翼(12)部分采用梁式结构(如图8所示)，主要构件有主梁(32)和后纵墙(33)翼肋(34)和蒙皮(35)。翼肋(34)均添加前翼台(38)和后翼台(39)(如图9所示)，辅助搭建机翼(12)骨架(如图10所示)，有效防止机翼(12)制作过程中产生的弯扭变形，便于制造。翼台去除后的机翼(12)骨架效果如图11所示。
45.机翼和机身榫卯结构
46.机身(6)部分，主要构件有防火板(20)、隔框(52、54、56、57、58、60、61)，机身底板(53)、机身中板(55)、机身侧板(64)、桁梁(59)、蒙皮(62)和机翼固定板(63)(如图12所示)。
47.机翼(12)和机身(6)各处均采用榫卯结构(如图13、图14和图15所示)。例如，在主翼(12)处，翼肋(34)、腹板(72)和凸缘(73)之间采用榫卯配合；在副翼(11)处，副翼上板(74)、副翼侧板(75)、副翼翼肋(76)和副翼底板(77)之间采用榫卯配合；在机身(6)前部，机头上板(79)、防火板(20)、机头底板(81)和机头侧板(82)之间采用榫卯配合；在机身(6)中部，机身中板(55)、机身侧板(64)和隔框(85)之间采用榫卯配合；等等。这种配合精度高，而且拼装制作方便，降低了制作技巧。
48.机翼机身拆装结构
49.整体装配时，两个机翼(12)通过碳纤维插销(90)穿过槽(87)连接(如图16所示)。整个机翼(12)在前缘处，通过接头(86)插入木板(88)上的槽(89)与机身(6)相连，在后缘处，用手拧螺栓(92)和辅助木片(93)穿过孔(94、91)将机翼(12)固定在机身(6)上，机翼固定板(63)上的孔(91)镶嵌有反爪螺母(95)与手拧螺栓(92)配合(如图17所示)。此设计使得机翼装配和拆卸十分便利，节省了装配时间。
50.飞控布置
51.飞控主机(97)和接收机(99)布置在机身内部大容量机舱(15)内(如图18所示)，飞控主机(97)固定在减震支柱(96)上，再用双面胶带固定在机身中板(55)上；接收机(99)用双面胶带固定在机身中板(55)上；gps天线(100)布置在机身(6)后部的顶部盖板(101)上(如图19所示)，其数据线(103)穿过孔(102)与飞控主机(97)相连；数传天线(110)和安全开关(111)布置在机身(6)前部的顶部盖板(112)上(如图20所示)，数传天线(110)通过数据线(113)穿过孔(115、115)飞控主机(97)相连，安全开关(111)通过数据线(114)穿过孔(116)与飞控主机(97)相连；空速管(127)布置在机翼下表面(125)(如图21所示)，通过热熔胶固定在机翼下表面(125)，配套的橡胶管(128)通过后面小孔(126)穿过机翼(12)与机身(6)内部的飞控主机(97)相连。
52.起落架设计
53.前起落架(129)位于机身(6)前部下方(如图22所示)。机身底板(130)上装有反爪螺母(133)(如图23所示)，用于安装螺栓(131)以固定前起落架(129)，并用辅助垫片(132)、轮挡(135)和顶丝(134)在上部固定前起落架(129)(如所示)，如此能保证与机身(6)连接坚固。
54.主起落架(136)布置于机身(6)中部的左右两侧(如图24所示)。机身底板(130)上
装有反爪螺母(138)(如图25所示)，用于安装螺栓(137)以固定主起落架(136)，与机身(6)连接坚固。
55.这种设计采用前三点式起落架，地面运动的操纵性和稳定性好，滑行中不容易偏转和倒立，且便于装配和拆卸。
56.本发明的三个具体局部实例：
57.实例一：机翼机身制作
58.机翼制作过程中，可以借助翼台和榫卯结构快速进行骨架拼接，并且能保证机翼一定程度上不弯不扭。机身制作过程中，可以借助榫卯结构快速进行骨架拼接，能保证机身一定程度上不发生扭转。这样大大提升了制作速度的同时，也能够保证制作的品质很好。
59.实例二：飞控系统的安装
60.在全机的模型都制作好后，可以通过双面胶带将飞控主机、接收机和gps天线进行固定，用热熔胶将空速管固定，数传天线通过螺纹与馈线连接并最终连接到飞控主机上，安全开关直接固定在设计的孔位上，最终将飞控系统分部件的数据线连接到飞控主机上即可，方便快捷。
61.实例三：整机装卸
62.去外场试飞时，只需要用手拧螺母将机翼固定到机身上，再接好电池调试即可飞行，方便快捷，很好解决了外场时间紧迫的问题。试飞结束后，断开电池，松开手拧螺栓取下机翼即完成拆卸，十分便利。

技术特征：
1.一种小型无人机，其采用常规式气动布局，包括：上单翼的机翼(12)、前三点式起落架、拉进式动力装置，其特征在于包括：设置在机身内部的大容量的机舱(15)，机身(6)采用盒型方舱设计设置在机身(6)前部的舱盖(4)，舱盖(4)以内安装电池(16)和电子调速器(17)，位于机身(6)前部的防火板(20)、固定在防火板(20)上的电机盒(19)，电机盒(19)背面装有第一反爪螺母(22)，通过安装在第一反爪螺母(22)上的螺栓(21)固定的电机(18)，由电机(18)带动的螺旋桨(2)，作为飞行时的动力，安装在电机(18)外的电机整流罩(3)，安装在螺旋桨(2)处的桨罩(1)，用于减小电机(18)和螺旋桨(2)的迎风阻力，在每侧机翼(12)的后缘设置的副翼(11)，用于实现机翼(12)的滚转操纵，机翼(12)为常规双梁式结构，设置在距离机翼(12)的前缘1/3处的一根主梁(32)，设置在距离机翼(12)的后缘约1/7处的后墙(33)，其中机翼(12)的根部后缘处用第一手拧螺栓(5)固定，以方便装配和拆卸，水平尾翼(10)，其后缘安装有升降舵(9)，位于水平尾翼(10)中心线正上方的垂直尾翼(7)，安装在垂直尾翼(7)后缘的方向舵(8)，位于机身(6)的前下方的前起落架(14)，位于机身(6)中下部的主起落架系统(13)。机翼(12)采用梁式结构，包括主梁(32)、后纵墙(33)、翼肋(34)、蒙皮(35)，其中：翼肋(34)各具有前翼台(38)和后翼台(39)，用于对机翼(12)的骨架的搭建进行辅助，防止机翼(12)在组装过程中产生弯扭变形，前翼台(38)和后翼台(39)在机翼(12)的骨架搭建完成后被去除，机身(6)包括防火板(20)、隔框(52、54、56、57、58、60、61)、机身底板(53)、机身中板(55)、机身侧板(64)、桁梁(59)、蒙皮(62)和机翼固定板(63)，在主翼(12)处的翼肋(34)、腹板(72)和凸缘(73)之间采用榫卯配合，在副翼(11)处的副翼上板(74)、副翼侧板(75)、副翼翼肋(76)和副翼底板(77)之间采用榫卯配合，在机身(6)前部的机头上板(79)、防火板(20)、机头底板(81)和机头侧板(82)之间采用榫卯配合，在机身(6)中部的机身中板(55)、机身侧板(64)和隔框(85)之间采用榫卯配合，两个机翼(12)通过碳纤维插销(90)穿过槽(87)连接,在整个机翼(12)的前缘处设置有接头(86)，机翼(12)通过接头(86)插入设置在木板(88)上的槽(89)与机身(6)相连，在机翼(12)的后缘处设有第一孔(94)，在机身的机翼固定板(63)上设有第二孔(91)，通过用第二手拧螺栓(92)穿过第一孔(94)和第二孔(91)将机翼(12)固定在机身(6)上，机翼固定板(63)上的第二孔(91)镶嵌有第二反爪螺母(95)，与第二手拧螺栓(92)配合，以便利机翼的装配和拆卸。2.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：
布置在机舱(15)内的飞控主机(97)和接收机(98)，其中：飞控主机(97)固定在减震支柱(96)上，减震支柱(96)再用双面胶带固定在机身中板(55)上，接收机(98)用双面胶带固定在机身中板(55)上，布置在机身(6)后部的顶部盖板(101)上的gps天线(100)，其中：gps天线(100)的数据线(103)穿过第三孔(102)与飞控主机(97)相连；数传天线(110)和安全开关(111)布置在机身(6)前部的顶部盖板(112)上，数传天线(110)的数据线(113)穿过第四孔(115)和第五孔(116)与飞控主机(97)相连，安全开关(111)的数据线(114)穿过第五孔(116)与飞控主机(97)相连，空速管(127)通过热熔胶固定在机翼下表面(125)，与空速管(127)配套的橡胶管(128)通过空速管(127)后面的第六孔(126)穿过机翼(12)与飞控主机(97)相连。3.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：起落架设计位于机身(6)前部下方的前起落架(129)，布置于机身(6)中部的左右两侧的主起落架(136)，其中：机身(6)的底板(130)上装有第三反爪螺母(133)，用于安装螺栓(131)以固定前起落架(129)，并用辅助垫片(132)、轮挡(135)和顶丝(134)在上部固定前起落架(129)，以保证与机身(6)连接坚固，机身的底板(130)上装有第四反爪螺母(138)，用于安装螺栓(137)以固定主起落架(136)，与机身(6)连接坚固。4.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于：电机盒(19)用树脂胶粘在防火板(20)上的。5.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于：机翼(12)的平面形状为矩形，上翘并与水平面夹角2度。6.根据权利要求1所述的小型无人机，其特征在于进一步包括：辅助木片(93)，第二手拧螺栓(92)穿过辅助木片(93)并穿过第一孔(94)和第二孔(91)，将机翼(12)固定在机身(6)上。

技术总结
本发明公开了一种小型无人机，包括机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、起落架和飞控设备。机翼包括机翼主体和副翼，通过前接头和后部孔位与机身连接。机身的前部布置了电动机、螺旋桨、电池和电调，用来提供动力；机身的中部布置了飞控设备，用来控制飞行；机身的后部布置了水平尾翼和垂直尾翼。本发明具有整机结构制造装配容易、拆装方便易于携带、飞控系统等电子设备安装方便且利于系统稳定工作等优点，适合无人机实践教学。无人机实践教学。无人机实践教学。


技术研发人员：王耀坤 张耀辉 杨超
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/6/28