仿鸟型无人机

1.本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种仿鸟型无人机。


背景技术：

2.目前市场上常见的无人机包括固定翼无人机和多旋翼无人机，固定翼无人机的飞行速度快、飞行距离长且巡航面积大，但是其起步困难，起飞时通常需要一段较长的滑行起飞距离，通常需要经过培训的专业人员进行操作，且对飞行场地的要求较高；多旋翼无人机能够在没有弹射器和发射器的情况下垂直起降，体积小、重量轻，对起飞环境要求较低，操作简单，适合多平台、多空间使用，但是其飞行速度很慢且飞行距离短。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种仿鸟型无人机，通过设置可旋转的机翼，以及在机翼上设置螺旋桨，既能在无人机起飞时保证足够的升力，又能在起飞后保证无人机能够高速飞行。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种仿鸟型无人机，其特征在于，包括：机身，所述机身的头部为细长尖锥形；机翼，所述机翼为可变后掠翼，且所述机翼能够沿无人机的俯仰轴逆时针旋转90
°
，所述机翼的翼面上开设有用于安装螺旋桨的孔洞，所述机翼包括左机翼和右机翼，所述左机翼和所述右机翼分别通过万向联轴器连接在所述机身上；螺旋桨，所述螺旋桨设置在所述孔洞内，且所述螺旋桨与所述机翼的翼面平行；动力装置，所述动力装置用于控制所述螺旋桨的旋转和所述机翼的形位变化。
5.进一步地，所述动力装置包括：电源，所述电源设置在所述机身的中部且位于所述左机翼和所述右机翼之间，所述电源的外部设置有流线型的电源仓；舵机，所述舵机与所述电源连接，所述舵机设置在所述机身与所述机翼的连接处，所述舵机与所述万向联轴器连接且所述舵机能够控制所述万向联轴器的转动；电机，所述电机与所述电源连接，所述电机设置在所述螺旋桨的中心位置且所述电机能够驱动所述螺旋桨旋转。
6.进一步地，所述舵机包括第一舵机和第二舵机，所述第一舵机固定设置在所述机身上，所述第一舵机与所述万向联轴器连接且所述第一舵机用于控制所述万向联轴器的轴向回转运动；所述第二舵机设置在所述万向联轴器上，且所述第二舵机用于控制所述万向联轴器的轴间夹角；所述舵机的数量为两组，其中一组设置在所述左机翼与所述机身的连接处，另一组设置在所述右机翼与所述机身的连接处。
7.进一步地，所述万向联轴器的一端与所述第一舵机连接，另一端与所述机翼固定连接。
8.进一步地，所述孔洞包括第一孔洞和第二孔洞，所述第一孔洞靠近所述机翼的翼根设置，所述第二孔洞靠近所述机翼的翼尖设置，所述孔洞的数量为两组，其中一组设置在所述左机翼上，另一组设置在所述右机翼上。
9.进一步地，所述螺旋桨包括第一螺旋桨和第二螺旋桨，所述第一螺旋桨设置在所
述第一孔洞内，所述第二螺旋桨设置在所述第二孔洞内，所述螺旋桨的数量为两组，其中一组设置在左机翼上，另外一组设置在右机翼上。
10.进一步地，所述机翼的翼面后缘设置有副翼，所述副翼设置在所述第一孔洞和所述第二孔洞之间。
11.进一步地，所述机身的尾部设置有尾翼，所述尾翼为水平尾翼，所述尾翼为v形，所述v形尾翼的左右翼之间的夹角为90
°‑
120
°
。
12.进一步地，所述机身上设置有起落架，所述起落架为异形弯板。
13.进一步地，所述机身、机翼、尾翼和起落架的蒙皮均为新型复合材料本发明与现有技术相比具有以下优点：
14.1、本发明通过设置可变后掠翼，可以改变机翼后掠角，能够适应无人机起飞和降落时所需要的升力，以及高速飞行时所需要的低阻力。
15.2、本发明通过设置可以旋转的机翼，并在机翼上设置螺旋桨，使无人机能够实现垂直起飞的同时，保证了无人机的续航能力，并为无人机提供高速行驶的动力。
16.3、本发明采用新型复合材料作为无人机的蒙皮，能够在保证无人机结构重量不改变的情况下，根据无人机的强度和刚度要求进行外形优化设计。
17.4、本发明低速性能好，娱乐性能强，安全性好，续航时间长，适用于飞行特技表演，搭载侦察设备可以胜任长时间对地侦察任务，且由于其独特的设计，对起飞与降落的专业性要求不高。
18.5、本发明结构紧凑，符合空气动力学原理，可方便应用于街景拍摄、监控巡察、电力巡检、环境监测、环境执法、环境治理、货物运输等方面，在一定程度上弥补了国内无人机机型结构单一的不足。
19.下面通过附图和实施例，对本发明做进一步的详细描述。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图。
21.图2为本发明机翼逆时针旋转90度时的结构示意图。
22.图3为本发明机翼后掠时的结构示意图。
23.图4为本发明万向联轴器的结构示意图。
24.图5为本发明的机身俯视图。
25.图6为本发明的机翼俯视图。
26.附图标记说明:
27.1—机身；
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2—左机翼；
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3—右机翼；
28.4—第一孔洞；
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5—第二孔洞；
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6—电源仓；
29.7—副翼；
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8—尾翼；
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9—起落架；
30.10—万向联轴器；
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11—第一螺旋桨；
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12—第二螺旋桨。
具体实施方式
31.下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这
里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
33.如图1所示，本发明提供了一种仿鸟型无人机，具体包括：机身1，所述机身1的头部为细长尖锥形，其流线型设计减小了空气阻力，能够提升无人机的飞行速度；机翼，所述机翼为可变后掠翼，即所述机翼能够沿机身1所在平面向前偏转或向后偏转，当所述机翼向前偏转时，后掠角减小，展弦比增大，因而无人机的升力增加；当所述机翼向后偏转，即机翼掠后时，后掠角增大，升力和飞行阻力都减小。通过改变机翼后掠角，能够适应无人机起飞和降落时所需要的升力，以及高速飞行时所需要的低阻力。
34.所述机翼能够沿无人机的俯仰轴逆时针旋转90
°
，在无人机的起飞阶段，所述机翼不做旋转，即所述机翼的翼面与所述机身1所在平面平行；在无人机高速飞行阶段，所述机翼逆时针旋转，所述机翼的翼面与所述机身1所在平面垂直。所述机翼的翼面上开设有用于安装螺旋桨的孔洞，所述孔洞内设置有螺旋桨安装座，所述机翼包括左机翼2和右机翼3，所述左机翼2通过万向联轴器10连接在所述机身1左侧，所述右机翼3通过万向联轴器10连接在所述机身1右侧。
35.螺旋桨，所述螺旋桨设置在所述孔洞内，且通过固定螺栓设置在所述螺旋桨安装座上，且所述螺旋桨与所述机翼的翼面平行。
36.动力装置，所述动力装置用于控制所述螺旋桨的旋转和所述机翼的形位变化。
37.具体的，所述动力装置包括：电源，所述电源设置在所述机身1的中部且位于左机翼2和所述右机翼3之间，使所述无人机的重心稳定，所述电源设置在所述机身1的外部是为便于更换，所述电源的外部设置有流线型的电源仓6，所述电源为50000ma的电池，所述电池设置在所述电源仓6内。
38.舵机，所述舵机与所述电源连接，所述舵机设置在所述机身1与所述机翼的连接处，且所述舵机与所述万向联轴器10连接且所述舵机能够控制所述万向联轴器10的转动。具体的，所述舵机包括第一舵机和第二舵机，所述第一舵机固定设置在所述机身1上，所述万向联轴器10的一端与所述第一舵机连接，另一端与所述机翼固定连接。所述第一舵机的输出轴与所述万向联轴器10的一端连接用于控制所述万向联轴器10的轴向回转运动，从而带动与所述万向联轴器10连接的机翼转动。开启第一舵机，使万向联轴器10开始逆时针旋转，与万向联轴器10连接的机翼开始同轴传动，并能够逆时针旋转90度；所述第二舵机设置在所述万向联轴器10上，且所述第二舵机用于控制所述万向联轴器10的轴间夹角，在万向联轴器10与机翼相连的万向节叉上设置第二舵机，以控制该万向节叉水平方向的旋转，使机翼能够沿水平方向摆动，实现机翼向前偏转或向后偏转。所述舵机的数量为两组，其中一组设置在所述左机翼2与所述机身1的连接处，另一组设置在所述右机翼3与所述机身1的连接处。
39.电机，所述电机与所述电源通过线路连接，所述电机设置在所述螺旋桨的中心位置且所述电机能够驱动所述螺旋桨旋转，所述螺旋桨为六叶螺旋桨，包括桨叶与桨毂，所述电机的输出轴安装在所述螺旋桨的桨毂内，且所述电机的输出轴能够为所述桨毂提供动力，从而带动螺旋桨的桨叶旋转；所述电机的机体固定设置在所述螺旋桨安装座上。
40.具体的，所述孔洞包括第一孔洞4和第二孔洞5，所述第一孔洞4靠近所述机翼的翼根设置，所述第二孔洞5靠近所述机翼的翼尖设置。所述孔洞的数量为两组，其中一组设置在所述左机翼2上，另一组设置在所述右机翼3上。与孔洞相对应的，所述螺旋桨包括第二螺旋桨11和第二螺旋桨12，所述第二螺旋桨11设置在所述第一孔洞4内，所述第二螺旋桨12设置在所述第二孔洞5内，所述螺旋桨的数量为两组，其中一组设置在左机翼2上，另外一组设置在右机翼3上。在无人机工作时，位于左机翼2上的第二螺旋桨11和第二螺旋桨12旋转方向相反，位于右机翼3上的第二螺旋桨11和第二螺旋桨12旋转方向相反，同时，左机翼2上靠近翼根处的第二螺旋桨11与右机翼3上靠近翼根处的第二螺旋桨11旋转方向相反，左机翼2上靠近翼尖处的第二螺旋桨12与右机翼3上靠近翼尖处的第二螺旋桨12旋转方向相反，以此来抵消回旋影响。
41.所述机翼的翼面后缘设置有副翼7，所述副翼7设置在所述第一孔洞4和所述第二孔洞5之间，所述副翼7的数量有两个，两个副翼7分别设置在左机翼2和右机翼3上。通过操纵所述副翼7能够控制无人机的方向，控制左边机翼的副翼7上偏，右边机翼的副翼7下偏，飞机向左翻滚；控制右边机翼的副翼7上偏，左边机翼的副翼7下偏，飞机向右翻滚。
42.所述机身1的尾部设置有尾翼8，所述尾翼8为水平尾翼8，所述尾翼8为v形，所述尾翼8的左右翼之间的夹角为90
°‑
120
°
，可选为90
°
、100
°
、110
°
或120
°
，由于机翼的翼面与机身1处于同一水平面时，可以通过控制螺旋桨来控制无人机的高度，因此所述尾翼8上可以不设置操纵面。
43.如图1所示，所述机身1上设置有起落架9，所述起落架9自所述机身1的底部延伸至所述机身1的顶部，同时在机身1的顶部向后延伸以确保无人机的中心稳定，所述起落架9为异形弯板，本实施例中所述异形弯板的数量为两个，分别位于机身1两侧，从而实现对无人机的支撑作用。
44.所述机身1、机翼、尾翼8和起落装置的蒙皮均为新型复合材料，所述新型复合材料可以为碳纤维复合材料和玻璃纤维复合材料、蜂窝夹层复合材料等，新型复合材料具有比强度和比刚度高、热膨胀系数小、抗疲劳能力和抗振能力强的特点，同时将新型复合材料应用于无人机中可以使无人机的重量减重25％-30％。在进行无人机外形设计时，能够在保证无人机结构重量不改变的情况下，根据无人机的强度和刚度要求进行外形优化设计。
45.本发明的工作原理为：
46.在无人机升起时，如图1所示，所述机翼的翼面与所述机身1处于同一水平面上，且通过控制第二舵机，使机翼前掠以增大飞机的升力，开启电机启动螺旋桨，电机带动螺旋桨旋转产生抬升力使无人机起飞；达到一定的飞行高度后，控制第一舵机运转，带动万向联轴器10逆时针轴向转动90度，如图2所示，以使与万向联轴器10连接的所述机翼沿无人机的俯仰轴逆时针旋转90度，此时所述机翼上的螺旋桨产生推力使无人机的飞行速度加快，进而通过控制第二舵机，使机翼后掠，如图3所示，从而进一步增大飞行速度；当需要降落时，旋转机翼，使机翼翼面与所述机身1处于同一平面上，以此使无人机缓慢降落。
47.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

技术特征：
1.一种仿鸟型无人机，其特征在于，包括：机身(1)，所述机身(1)的头部为细长尖锥形；机翼，所述机翼为可变后掠翼，且所述机翼能够沿无人机的俯仰轴逆时针旋转90
°
，所述机翼的翼面上开设有用于安装螺旋桨的孔洞，所述机翼包括左机翼(2)和右机翼(3)，所述左机翼(2)和所述右机翼(3)分别通过万向联轴器(10)连接在所述机身(1)上；螺旋桨，所述螺旋桨设置在所述孔洞内，且所述螺旋桨与所述机翼的翼面平行；动力装置，所述动力装置用于控制所述螺旋桨的旋转和所述机翼的形位变化。2.按照权利要求1所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述动力装置包括：电源，所述电源设置在所述机身(1)的中部且位于所述左机翼(2)和所述右机翼(3)之间，所述电源的外部设置有流线型的电源仓(6)；舵机，所述舵机与所述电源连接，所述舵机设置在所述机身(1)与所述机翼的连接处，所述舵机与所述万向联轴器(10)连接且所述舵机能够控制所述万向联轴器(10)的转动；电机，所述电机与所述电源连接，所述电机设置在所述螺旋桨的中心位置且所述电机能够驱动所述螺旋桨旋转。3.按照权利要求2所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述舵机包括第一舵机和第二舵机，所述第一舵机固定设置在所述机身(1)上，所述第一舵机与所述万向联轴器(10)连接且所述第一舵机用于控制所述万向联轴器(10)的轴向回转运动；所述第二舵机设置在所述万向联轴器(10)上，且所述第二舵机用于控制所述万向联轴器(10)的轴间夹角；所述舵机的数量为两组，其中一组设置在所述左机翼(2)与所述机身(1)的连接处，另一组设置在所述右机翼(3)与所述机身(1)的连接处。4.按照权利要求3所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述万向联轴器(10)的一端与所述第一舵机连接，另一端与所述机翼固定连接。5.按照权利要求1-4中任一项权利要求所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述孔洞包括第一孔洞(4)和第二孔洞(5)，所述第一孔洞(4)靠近所述机翼的翼根设置，所述第二孔洞(5)靠近所述机翼的翼尖设置，所述孔洞的数量为两组，其中一组设置在所述左机翼(2)上，另一组设置在所述右机翼(3)上。6.按照权利要求5所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述螺旋桨包括第一螺旋桨(11)和第二螺旋桨(12)，所述第一螺旋桨(11)设置在所述第一孔洞(4)内，所述第二螺旋桨(12)设置在所述第二孔洞(5)内，所述螺旋桨的数量为两组，其中一组设置在左机翼(2)上，另外一组设置在右机翼(3)上。7.按照权利要求6所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述机翼的翼面后缘设置有副翼(7)，所述副翼(7)设置在所述第一孔洞(4)和所述第二孔洞(5)之间。8.按照权利要求1所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述机身(1)的尾部设置有尾翼(8)，所述尾翼(8)为水平尾翼，所述尾翼(8)为v形，所述尾翼的左右翼之间的夹角为90
°‑
120
°
。9.按照权利要求8所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述机身(1)上设置有起落架(9)，所述起落架(9)为异形弯板。10.按照权利要求9所述的仿鸟型无人机，其特征在于，所述机身(1)、机翼、尾翼(8)和起落架(9)的蒙皮均为新型复合材料。

技术总结
本发明公开了一种仿鸟型无人机，包括：机身，所述机身的头部为细长尖锥形；机翼，所述机翼为可变后掠翼，且所述机翼能够沿无人机的俯仰轴逆时针旋转90


技术研发人员：黄梧哲
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：2023.03.02
技术公布日：2023/5/5