一种矢量动力共轴双桨无人机的制作方法

1.本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种矢量动力共轴双桨无人机。


背景技术：

2.无人机根据其飞行原理的不同，可以分为固定翼无人机和旋翼无人机两个大类。其中，固定翼无人机具有固定的机翼，飞行时通过高速气流在机翼上下表面所产生的压力差抵消重力。旋翼类无人机则没有固定机翼，通过垂直安装的螺旋桨高速旋转所产生的升力维持飞行。
3.目前技术条件下，旋翼类无人机又可以分为多旋翼无人机和无人直升机。多旋翼无人机通常拥有4个以上的旋翼，共同产生升力，并互相抵消反扭力矩，通过调节不同旋翼之间的动力配比，调整飞行姿态和飞行方向。
4.无人直升机通常包含两种布局形式，常规直升机和共轴双桨直升机。常规直升机只有一个主旋翼，通过复杂的变距机构，调节螺旋桨桨距和桨盘平面，从而改变飞行姿态和飞行方向，并配置尾桨，用以平衡主旋翼高速旋转所产生的反扭力矩。共轴双桨直升机拥有两个共用一个转轴的主旋翼，通过两个主旋翼的反向旋转，互相抵消反扭力矩。但是仍然需要复杂的变距机构，用以调节螺旋桨桨距和桨盘平面，从而调整飞行姿态和飞行方向。
5.固定翼无人机受限于机翼面积要求，通常几何尺寸较大，并且当尺寸缩小到一定程度后，由于低雷诺数等各方面的原因，基本气动特性将发生根本性变化，因此通常很难实现微型化。多旋翼无人机由于需要多个旋翼配合，并且每个旋翼之间的距离(轴距)不可太小，而直升机则需要依靠复杂的变距机构来实现变距控制，同样也很难在维持一定载荷和续航能力的条件下，降低结构重量和外形尺寸，实现微型化。这就限制了常规无人机在某些对外形尺寸要求极为严苛的条件下的推广应用。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是提供一种整机布局紧凑、整体尺寸较小、结构更为简单可靠且结构重量也较轻的矢量动力共轴双桨无人机。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：该矢量动力共轴双桨无人机，包括从上向下依次设置的动力舱、能源舱、载荷舱，所述能源舱的上端通过可拆卸结构固定在动力舱的下端，所述载荷舱的上端通过可拆卸结构固定在能源舱的下端，所述动力舱包括动力机构、倾转机构；
8.所述动力机构包括内轴、反桨桨毂、正桨桨毂、正桨电机、反桨电机，所述反桨桨毂固定套设在内轴的上端，所述反桨桨毂上对称设置有两个折叠反桨，所述反桨电机固定套设在内轴的下端且反桨电机用于驱动内轴转动，所述内轴上从上到下依次套设有外轴和电机定子，所述外轴、电机定子均位于反桨桨毂与反桨电机之间，所述正桨电机固定套设在外轴的下端且正桨电机用于驱动外轴转动，所述外轴与内轴之间相对转动，所述外轴上端固定套设有正桨桨毂，所述正桨桨毂上对称设置有两个折叠正桨，所述电机定子位于正桨电
机与反桨电机之间；
9.所述倾转机构包括十字盘支架、安装支架、球头外壳、拉杆、柱状壳体，所述十字盘支架设置在内轴下方，所述十字盘支架的每个自由端均固定连接有一个连接杆，所述连接杆的上端固定设置在电机定子的外侧表面，所述球头外壳固定在十字盘支架的下表面且球头外壳的开口朝下，所述安装支架位于十字盘支架的正下方，所述拉杆的下端固定在安装支架的上表面，所述拉杆的上端固定安装有与球头外壳内腔相匹配的球头，所述球头位于球头外壳内；所述球头外壳的外表面固定设置有第一限位杆、第二限位杆、第一滑杆、第二滑杆，所述第一滑杆与第一限位杆对称设置，所述第二滑杆与第二限位杆对称设置，所述第一限位杆、第二限位杆、第一滑杆、第二滑杆组成一个十字形结构，所述安装支架的下表面固定设置有第一驱动电机和第二驱动电机，还包括第一丝杆、第二丝杆、第一滑套、第二滑套、第一螺纹套筒、第二螺纹套筒，所述第一螺纹套筒套设在第一丝杆的上端且第一螺纹套筒的内螺纹与第一丝杆的外螺纹相匹配，所述第一滑套的一端通过铰接结构固定在第一螺纹套筒的外侧壁上，所述第一滑套的另外一端套设在第一滑杆的末端且第一滑杆沿第一滑套自由滑动，所述第一丝杆的下端与第一驱动电机通过齿轮传动结构相连且第一驱动电机通过齿轮传动结构带动第一丝杆转动，所述第二螺纹套筒套设在第二丝杆的上端且第二螺纹套筒的内螺纹与第二丝杆的外螺纹相匹配，所述第二滑套的一端通过铰接结构固定在第二螺纹套筒的外侧壁上，所述第二滑套的另外一端套设在第二滑杆的末端且第二滑杆沿第二滑套自由滑动，所述第二丝杆的下端与第二驱动电机通过齿轮传动结构相连且第二驱动电机通过齿轮传动结构带动第二丝杆转动；所述柱状壳体的内侧壁上设置有四个沿竖直方向延伸的滑槽，所述第一限位杆的末端、第二限位杆的末端、第一螺纹套筒、第二螺纹套筒分别位于四个滑槽内且沿滑槽自由滑动，所述柱状壳体内设置有航电设备。
10.进一步的是，所述反桨桨毂上设置有半球形整流罩，所述半球形整流罩的大径端向下且固定在反桨桨毂上。
11.进一步的是，所述正桨桨毂上设置有筒状整流罩，所述筒状整流罩的外径与半球形整流罩的大径端外径相同，所述筒状整流罩位于半球形整流罩的下方且固定在正桨桨毂上。
12.进一步的是，所述第一限位杆的末端设置有第一球形滑块，所述第二限位杆的末端设置有第二球形滑块，所述第一球形滑块的外径、第二球形滑块的外径均与滑槽的宽度相匹配。
13.进一步的是，所述正桨电机、反桨电机的型号均为2342s024cr23直流微型电机。
14.进一步的是，所述齿轮传动结构为蜗轮蜗杆结构。
15.进一步的是，所述可拆卸结构为螺钉连接结构。
16.本发明的有益效果：该矢量动力共轴双桨无人机通过矢量动力控制，且倾转机构结构简单可靠，省去了复杂的变距机构，使得总体布局更为紧凑，可以实现在同等载重和航时条件下其他无人机无法实现的微型化尺寸，本发明所述的矢量动力共轴双桨无人机外径尺寸仅受限于正桨电机和反桨电机的外径尺寸，无人机最小外径尺寸可以做到20mm，满足某些对外形尺寸要求极为严苛的条件下的应用需要，而且相对常规共轴双桨无人机，结构更加简单，可靠性更高，重量更轻，在同等条件下提高了飞行性能，再者，本发明所述矢量动力共轴双桨无人机的动力舱、能源舱、载荷舱之间均采用了可拆卸结构连接，这种分段式模
块化设计，配置灵活，增加了任务适应性范围，而且无人机的动力电池和载荷配置都可以根据任务需要进行整体更换，一体化模块设计在安装和调试过程中，减少了安装步骤，减少部署时间，提高了可靠性，降低了故障率。
附图说明
17.图1是本发明所述矢量动力共轴双桨无人机的工作状态时的整体结构示意图；
18.图2是本发明所述矢量动力共轴双桨无人机的停机状态时的整体结构示意图；
19.图3是本发明所述矢量动力共轴双桨无人机的倾转机构结构示意图；
20.图4是本发明所述矢量动力共轴双桨无人机的倾转机构内部结构示意图；
21.图中标记说明：动力舱1、倾转机构11、十字盘支架1101、安装支架1102、球头外壳1103、连接杆1104、第一限位杆1105、第二限位杆1106、第一驱动电机1107、第二驱动电机1108、第一丝杆1109、第二丝杆1110、第一滑套1111、第二滑套1112、第一螺纹套筒1113、第二螺纹套筒1114、滑槽1115、第一球形滑块1116、第二球形滑块1117、柱状壳体1118、动力机构12、反桨桨毂1201、正桨桨毂1202、正桨电机1203、反桨电机1204、折叠反桨1205、外轴1206、电机定子1207、折叠正桨1208、半球形整流罩1209、筒状整流罩1210、能源舱2、载荷舱3。
具体实施方式
22.下面结合附图，详细描述本发明的技术方案。
23.如图1-4所示，该矢量动力共轴双桨无人机，包括从上向下依次设置的动力舱1、能源舱2、载荷舱3，所述能源舱2的上端通过可拆卸结构固定在动力舱1的下端，所述载荷舱3的上端通过可拆卸结构固定在能源舱2的下端，所述动力舱1包括动力机构12、倾转机构11，所述动力机构12包括内轴、反桨桨毂1201、正桨桨毂1202、正桨电机1203、反桨电机1204，所述反桨桨毂1201固定套设在内轴的上端，所述反桨桨毂1201上对称设置有两个折叠反桨1205，所述反桨电机1204固定套设在内轴的下端且反桨电机1204用于驱动内轴转动，所述内轴上从上到下依次套设有外轴1206和电机定子1207，所述外轴1206、电机定子1207均位于反桨桨毂1201与反桨电机1204之间，所述正桨电机1203固定套设在外轴1206的下端且正桨电机1203用于驱动外轴1206转动，所述外轴1206与内轴之间相对转动，所述外轴1206上端固定套设有正桨桨毂1202，所述正桨桨毂1202上对称设置有两个折叠正桨1208，所述电机定子1207位于正桨电机1203与反桨电机1204之间；所述倾转机构11包括十字盘支架1101、安装支架1102、球头外壳1103、拉杆、柱状壳体1118，所述十字盘支架1101设置在内轴下方，所述十字盘支架1101的每个自由端均固定连接有一个连接杆1104，所述连接杆1104的上端固定设置在电机定子1207的外侧表面，所述球头外壳1103固定在十字盘支架1101的下表面且球头外壳1103的开口朝下，所述安装支架1102位于十字盘支架1101的正下方，所述拉杆的下端固定在安装支架1102的上表面，所述拉杆的上端固定安装有与球头外壳1103内腔相匹配的球头，所述球头位于球头外壳1103内；所述球头外壳1103的外表面固定设置有第一限位杆1105、第二限位杆1106、第一滑杆、第二滑杆，所述第一滑杆与第一限位杆1105对称设置，所述第二滑杆与第二限位杆1106对称设置，所述第一限位杆1105、第二限位杆1106、第一滑杆、第二滑杆组成一个十字形结构，所述安装支架1102的下表面固定设置有
第一驱动电机1107和第二驱动电机1108，还包括第一丝杆1109、第二丝杆1110、第一滑套1111、第二滑套1112、第一螺纹套筒1113、第二螺纹套筒1114，所述第一螺纹套筒1113套设在第一丝杆1109的上端且第一螺纹套筒1113的内螺纹与第一丝杆1109的外螺纹相匹配，所述第一滑套1111的一端通过铰接结构固定在第一螺纹套筒1113的外侧壁上，所述第一滑套1111的另外一端套设在第一滑杆的末端且第一滑杆沿第一滑套1111自由滑动，所述第一丝杆1109的下端与第一驱动电机1107通过齿轮传动结构相连且第一驱动电机1107通过齿轮传动结构带动第一丝杆1109转动，所述第二螺纹套筒1114套设在第二丝杆1110的上端且第二螺纹套筒1114的内螺纹与第二丝杆1110的外螺纹相匹配，所述第二滑套1112的一端通过铰接结构固定在第二螺纹套筒1114的外侧壁上，所述第二滑套1112的另外一端套设在第二滑杆的末端且第二滑杆沿第二滑套1112自由滑动，所述第二丝杆1110的下端与第二驱动电机1108通过齿轮传动结构相连且第二驱动电机1108通过齿轮传动结构带动第二丝杆1110转动；所述柱状壳体1118的内侧壁上设置有四个沿竖直方向延伸的滑槽1115，所述第一限位杆1105的末端、第二限位杆1106的末端、第一螺纹套筒1113、第二螺纹套筒1114分别位于四个滑槽1115内且沿滑槽1115自由滑动，所述柱状壳体1118内设置有航电设备。该矢量动力共轴双桨无人机的工作过程如下所述：在停机状态下，两个螺旋桨为折叠状态，如图2所示，无人机整体呈细长柱状，占用空间非常小，便于收纳。电机启动后，螺旋桨开始旋转，利用离心力使桨叶自动分离并展开，如图1所示，起飞后，正桨电机1203通过外轴1206带动正桨沿着顺时针或逆时针旋转，反桨电机1204通过内轴带动反桨逆时针或顺时针旋转；当两个电机转速相同时，两个螺旋桨的反扭力矩互相抵消，无人机可以稳定悬停；通过飞控计算机可以控制两个电机分别以不同速度转动，并保持两个电机的总拉力不变，此时无人机除稳定悬停外，还可以利用反扭力矩实现转向控制；无人机的航向控制通过动力机构12的整体倾转实现，如图3、图4所示，第一驱动电机1107或第二驱动电机1108通过齿轮传动结构带动第一丝杆1109或第二丝杆1110转动，进而驱动第一螺纹套筒1113或第二螺纹套筒1114上下移动，第一螺纹套筒1113或第二螺纹套筒1114的上下移动会推拉第一滑套1111或第二滑套1112，进而使得第一滑竿或第二滑竿带动球头外壳1103沿着球头的球心旋转，同时固连在转向球头外壳1103表面上的第一限位杆1105、第二限位杆1106可以限制球头外壳1103的横向旋转，以此改变动力舱1和能源舱2的连接角度，从而改变拉力线指向，实现矢量动力，使得无人机以设定姿态按照特定方向飞行，该矢量动力共轴双桨无人机通过矢量动力控制，且倾转机构11结构简单可靠，省去了复杂的变距机构，使得总体布局更为紧凑，可以实现在同等载重和航时条件下其他无人机无法实现的微型化尺寸，本发明所述的矢量动力共轴双桨无人机外径尺寸仅受限于正桨电机1203和反桨电机1204的外径尺寸，无人机最小外径尺寸可以做到20mm，满足某些对外形尺寸要求极为严苛的条件下的应用需要，而且相对常规共轴双桨无人机，结构更加简单，可靠性更高，重量更轻，在同等条件下提高了飞行性能，再者，本发明所述矢量动力共轴双桨无人机的动力舱1、能源舱2、载荷舱3之间均采用了可拆卸结构连接，这种分段式模块化设计，配置灵活，增加了任务适应性范围，而且无人机的动力电池和载荷配置都可以根据任务需要进行整体更换，一体化模块设计在安装和调试过程中，减少了安装步骤，减少部署时间，提高了可靠性，降低了故障率。
24.为了减小无人机在飞行时的空气阻力，所述反桨桨毂1201上设置有半球形整流罩1209，所述半球形整流罩1209的大径端向下且固定在反桨桨毂1201上。所述正桨桨毂1202
上设置有筒状整流罩1210，所述筒状整流罩1210的外径与半球形整流罩1209的大径端外径相同，所述筒状整流罩1210位于半球形整流罩1209的下方且固定在正桨桨毂1202上。
25.为了使第一限位杆1105、第二限位杆1106沿滑槽1115滑动更加顺畅，所述第一限位杆1105的末端设置有第一球形滑块1116，所述第二限位杆1106的末端设置有第二球形滑块1117，所述第一球形滑块1116的外径、第二球形滑块1117的外径均与滑槽1115的宽度相匹配。
26.进一步的是，所述正桨电机1203、反桨电机1204的型号均为2342s024cr23直流微型电机。上述型号的直流微型电机其外径尺寸为23mm，可以使得无人机的外径尺寸达到23mm。
27.另外，为了使传动更加顺畅，同时起到减速的作用，所述齿轮传动结构为蜗轮蜗杆结构。
28.最后，为了便于动力舱1、能源舱2、载荷舱3之间的快速安装拆卸，所述可拆卸结构优选为螺钉连接结构。

技术特征：
1.一种矢量动力共轴双桨无人机，包括从上向下依次设置的动力舱(1)、能源舱(2)、载荷舱(3)，其特征在于：所述能源舱(2)的上端通过可拆卸结构固定在动力舱(1)的下端，所述载荷舱(3)的上端通过可拆卸结构固定在能源舱(2)的下端；所述动力舱(1)包括倾转机构(11)、动力机构(12)；所述动力机构(12)包括转轴、反桨桨毂(1201)、正桨桨毂(1202)、正桨电机(1203)、反桨电机(1204)，所述反桨桨毂(1201)固定套设在转轴的上端，所述反桨桨毂(1201)上对称设置有两个折叠反桨(1205)，所述反桨电机(1204)固定套设在转轴的下端且反桨电机(1204)用于驱动转轴转动，所述转轴上从上到下依次套设有轴套(1206)和电机定子(1207)，所述轴套(1206)、电机定子(1207)均位于反桨桨毂(1201)与反桨电机(1204)之间，所述正桨电机(1203)固定套设在轴套(1206)的下端且正桨电机(1203)用于驱动轴套(1206)转动，所述轴套(1206)与转轴之间相对转动，所述轴套(1206)上端固定套设有正桨桨毂(1202)，所述正桨桨毂(1202)上对称设置有两个折叠正桨(1208)，所述电机定子(1207)位于正桨电机(1203)与反桨电机(1204)之间；所述倾转机构(11)包括十字盘支架(1101)、安装支架(1102)、球头外壳(1103)、拉杆、柱状壳体(1118)，所述十字盘支架(1101)设置在转轴下方，所述十字盘支架(1101)的每个自由端均固定连接有一个连接杆(1104)，所述连接杆(1104)的上端固定设置在电机定子(1207)的外侧表面，所述球头外壳(1103)固定在十字盘支架(1101)的下表面且球头外壳(1103)的开口朝下，所述安装支架(1102)位于十字盘支架(1101)的正下方，所述拉杆的下端固定在安装支架(1102)的上表面，所述拉杆的上端固定安装有与球头外壳(1103)内腔相匹配的球头，所述球头位于球头外壳(1103)内；所述球头外壳(1103)的外表面固定设置有第一限位杆(1105)、第二限位杆(1106)、第一滑杆、第二滑杆，所述第一滑杆与第一限位杆(1105)对称设置，所述第二滑杆与第二限位杆(1106)对称设置，所述第一限位杆(1105)、第二限位杆(1106)、第一滑杆、第二滑杆组成一个十字形结构，所述安装支架(1102)的下表面固定设置有第一驱动电机(1107)和第二驱动电机(1108)，还包括第一丝杆(1109)、第二丝杆(1110)、第一滑套(1111)、第二滑套(1112)、第一螺纹套筒(1113)、第二螺纹套筒(1114)，所述第一螺纹套筒(1113)套设在第一丝杆(1109)的上端且第一螺纹套筒(1113)的内螺纹与第一丝杆(1109)的外螺纹相匹配，所述第一滑套(1111)的一端通过铰接结构固定在第一螺纹套筒(1113)的外侧壁上，所述第一滑套(1111)的另外一端套设在第一滑杆的末端且第一滑杆沿第一滑套(1111)自由滑动，所述第一丝杆(1109)的下端与第一驱动电机(1107)通过齿轮传动结构相连且第一驱动电机(1107)通过齿轮传动结构带动第一丝杆(1109)转动，所述第二螺纹套筒(1114)套设在第二丝杆(1110)的上端且第二螺纹套筒(1114)的内螺纹与第二丝杆(1110)的外螺纹相匹配，所述第二滑套(1112)的一端通过铰接结构固定在第二螺纹套筒(1114)的外侧壁上，所述第二滑套(1112)的另外一端套设在第二滑杆的末端且第二滑杆沿第二滑套(1112)自由滑动，所述第二丝杆(1110)的下端与第二驱动电机(1108)通过齿轮传动结构相连且第二驱动电机(1108)通过齿轮传动结构带动第二丝杆(1110)转动；所述柱状壳体(1118)的内侧壁上设置有四个沿竖直方向延伸的滑槽(1115)，所述第一限位杆(1105)的末端、第二限位杆(1106)的末端、第一螺纹套筒(1113)、第二螺纹套筒(1114)分别位于四个滑槽(1115)内且沿滑槽(1115)自由滑动，所述柱状壳体(1118)内设置有航电设备。
2.根据权利要求1所述矢量动力共轴双桨无人机，其特征在于：所述反桨桨毂(1201)上设置有半球形整流罩(1209)，所述半球形整流罩(1209)的大径端向下且固定在反桨桨毂(1201)上。3.根据权利要求2所述矢量动力共轴双桨无人机，其特征在于：所述正桨桨毂(1202)上设置有筒状整流罩(1210)，所述筒状整流罩(1210)的外径与半球形整流罩(1209)的大径端外径相同，所述筒状整流罩(1210)位于半球形整流罩(1209)的下方且固定在正桨桨毂(1202)上。4.根据权利要求3所述矢量动力共轴双桨无人机，其特征在于：所述第一限位杆(1105)的末端设置有第一球形滑块(1116)，所述第二限位杆(1106)的末端设置有第二球形滑块(1117)，所述第一球形滑块(1116)的外径、第二球形滑块(1117)的外径均与滑槽(1115)的宽度相匹配。5.根据权利要求4所述矢量动力共轴双桨无人机，其特征在于：所述正桨电机(1203)、反桨电机(1204)均为直流微型电机。6.根据权利要求5所述矢量动力共轴双桨无人机，其特征在于：所述齿轮传动结构为蜗轮蜗杆结构。7.根据权利要求6所述矢量动力共轴双桨无人机，其特征在于：所述可拆卸结构为螺钉连接结构。

技术总结
本发明所要解决的技术问题是提供一种整机布局紧凑、整体尺寸较小、结构更为简单可靠且结构重量也较轻的矢量动力共轴双桨无人机。该无人机通过矢量动力控制，且倾转机构结构简单可靠，省去了复杂的变距机构，使得总体布局更为紧凑，可以实现在同等载重和航时条件下其他无人机无法实现的微型化尺寸，满足某些对外形尺寸要求极为严苛的条件下的应用需要，而且相对常规共轴双桨无人机，结构更加简单，可靠性更高，重量更轻，在同等条件下提高了飞行性能，再者，本发明所述矢量动力共轴双桨无人机的动力舱、能源舱、载荷舱之间均采用了可拆卸结构连接，这种分段式模块化设计，配置灵活，增加了任务适应性范围。适合在无人机技术领域推广应用。广应用。


技术研发人员：陈柽 亢暖
受保护的技术使用者：北京翊鸿科技有限公司
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/3/24