一种垂起固定翼可变翼型结构及其变换方法与流程

本发明涉及无人机领域，更具体地，涉及一种垂起固定翼可变翼型结构及其变换方法。

背景技术：

1、目前无人机有固定翼、多旋翼、垂起固定翼多种类型，其中，固定翼无人机的飞行稳定且飞行速度快，但其无法定点悬停，成为固定翼无人机的应用缺陷；多旋翼无人机可以克服固定翼无人机的悬停缺陷，但其无法达到固定翼的飞行速度；垂起固定翼无人机则兼具前两者的优点，既可以满足悬停需要，还能维持高速飞行和稳定飞行。

2、现有技术中，垂起固定翼无人机是采用多旋翼结构直接加在固定翼上，通过两套动力系统分别控制多旋翼结构和固定翼，并在两个动力控制系统中来回切换，实际应用时不仅结构复杂而且效率低下，无法达成快速响应、便捷操作的效果，使得垂起固定翼无人机的应用灵活性不足。

3、如何解决垂起固定翼无人机无法在固定翼和多旋翼结构中快速来回切换，使得无人机响应迟缓、便捷复杂，导致垂起固定翼无人机的应用灵活性不足的问题，成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种垂起固定翼可变翼型结构及其变换方法，用于解决垂起固定翼无人机无法在固定翼和多旋翼结构中快速来回切换，使得无人机响应迟缓、便捷复杂，导致垂起固定翼无人机的应用灵活性不足问题。

2、本发明采取的技术方案是，一种垂起固定翼可变翼型结构，其中，包括机身、固定翼组件、折叠组件和旋翼组件，所述机身包括主体、位于其头部的平衡板和位于其尾部的尾板，所述固定翼组件包括两个固定翼板，所述旋翼组件均匀分布于每个固定翼板上；两个固定翼板通过折叠组件水平对称展开于所述机身上方为展开状态，所述展开状态下，所述旋翼组件位于固定翼板前方，推进机身在前后方向移动；两个固定翼板通过折叠组件竖直对称折叠于所述机身两侧为折叠状态，所述折叠状态下，所述旋翼组件位于固定翼板上方，推进机身在上下方向移动。

3、有利于通过固定翼组件实现无人机高速飞行和稳定飞行的效果；通过旋翼组件实现无人机定点悬停的效果；通过折叠组件实现固定翼组件在折叠状态或展开状态之间来回切换，以及旋翼组件在垂直方向或水平方向提供动力之间来回切换，从而实现无人机变翼型的快速、简捷切换，缩短无人机变翼型的响应时间，使得无人机的应用场景更为灵活。

4、进一步的，所述固定翼板包括凹陷位，所述平衡板包括对称设置的凸起部，所述固定翼板为展开状态下，所述凹陷位与所述凸起部相互水平嵌合，所述固定翼板为折叠状态下，所述凹陷位与所述凸起部相互垂直。

5、有利于通过平衡板和尾板克服无人机飞行过程中的抖动，通过限制滑块的移动范围使得固定翼板的完全折叠和完全展开状态之间的变换稳定，不易发生晃动影响无人机的飞行稳定性；有利于通过固定翼板上的凹陷位，使得推杆在推动固定翼板折叠时更易发力；通过凹陷位和凸起部的水平嵌合实现固定翼板在完全展开状态时的表面平滑，避免影响飞行稳定性；通过凹陷位和凸起部的垂直实现四个旋翼组件均匀分布在机身上方的同一平面，从而使得无人机实现稳定的定点悬停效果。

6、进一步的，所述折叠组件包括两个推杆和设于平衡板和尾板之间的电机、丝杆、滑块和滑轨，所述固定翼板与所述推杆的连接处设有万向节，所述固定翼板上设有第一万向节，所述推杆端部设有第二万向节，第一万向节与第二万向节活动连接；两个推杆的一端同时连接于所述滑块，另一端分别通过第二万向节连接于两个固定翼板上的第一万向节，所述滑块设于上下平行的滑轨和丝杆之间，所述电机驱动丝杆转动，所述丝杆带动滑块在滑轨上移动；所述滑块在尾板与平衡板之间移动时，所述推杆受倾斜向下或倾斜向上的力将凹陷位与凸起部脱离嵌合或水平嵌合。

7、有利于通过滑块同时连接于两个推杆实现移动一个滑块带动两个固定翼板的快速、稳定折叠的效果；有利于通过电机、丝杆、滑轨和滑块的配合，实现滑块的精准移动并保证传递至推杆的拉力或推力稳定，从而实现变翼型过程的平滑过渡；通过两个万向节的连接，实现推杆在对固定翼板传递拉力或推力时，能随着翼型的变换而改变方向，从而实现固定翼板在变换过程中始终受推杆力的作用直至为完全折叠状态或完全展开状态。

8、进一步的，两个固定翼板通过铰接件分别连接于所述平衡板的两侧，所述铰接件包括第一铰接件和第二铰接件，所述第一铰接件、第二铰接件均包括安装部和扭转部，第一、第二铰接件的安装部分别连接于所述凸起部与所述凹陷位，第一、第二铰接件的扭转部之间为两个接触面的转动连接。

9、有利于通过铰接件实现固定翼板的折叠或展开，通过第一铰接件的安装部和第二铰接件的安装部分别连接在平衡板和固定翼板上，以及第一铰接件的扭转部和第二铰接件的扭转部之间的接触面的扭转配合，实现固定翼板在横滚角方向及俯仰角方向上变换倾斜角度，从而实现无人机的翼型变换。

10、进一步的，所述固定翼板为展开状态时，第一铰接件的安装部与第二铰接件的安装部之间夹角呈180°，第一铰接件的扭转部与第二铰接件的扭转部之间两个接触面平行贴合；所述固定翼板为折叠状态时，第一铰接件的安装部与第二铰接件的安装部之间夹角呈90°，第一铰接件的扭转部与第二铰接件的扭转部之间两个接触面相对扭转夹角呈90°。

11、有利于通过两个铰接件的安装部之间的夹角变化实现固定翼板的完全展开或完全折叠的精准性；通过两个铰接件的扭转部之间的贴合面的扭转实现固定翼板在俯仰角方向和横滚角方向上发生倾斜，从而实现变换翼型的快速执行。

12、进一步的，所述第一铰接件的安装部与扭转部之间形成的夹角为a1，所述第二铰接件的安装部与扭转部之间形成的夹角为a2，a1的角度范围为110°-135°，a2的角度范围为45°-75°，a1+a2＝180°。

13、有利于通过第一铰接件上安装部和扭转部之间的特定角度，以及第二铰接件上安装部和扭转部之间的特定角度，实现平衡板的凸起部和固定翼板的凹陷位之间相互嵌合或相互垂直的效果。

14、进一步的，所述连接处距离所述固定翼板内侧边缘的长宽比值范围为1-1.5，所述固定翼板的宽度与所述连接处的宽度比值范围为4-6，所述固定翼板的长度与所述连接处的长度比值范围为20-25。

15、有利于通过连接处在固定翼板上的特定位置，连接处与固定翼板的特定比例值，使得固定翼板的受力位置始终位于内侧靠下，从而实现节省推杆在固定翼板上作用力大小的效果。

16、进一步的，两个推杆在展开状态至折叠状态变化过程中的俯视夹角b1变化范围在10°～60°，所述推杆相对机身侧面的倾斜角度变化范围在10°-30°。

17、有利于通过推杆的特定夹角范围以及滑块的特定移动范围限制固定翼板的折叠或展开状态在特定位置，使得在切换固定翼板的状态过程中旋翼组件能稳定运行，避免影响固定翼板的来回稳定、迅速切换。

18、本发明采取的方法，一种垂起固定翼可变翼型结构的变换方法，其中，包括所述的垂起固定翼可变翼型结构，具体包括以下步骤：

19、s1.无人机起飞前，所述固定翼板为折叠状态，两个固定翼板通过折叠组件竖直对称展开于所述机身侧方，均匀分布于两个固定翼板上的旋翼组件此时位于固定翼板的上方，推进无人机在上下方向移动；无人机起飞后，所述固定翼板由折叠状态变换为展开状态；

20、s2.无人机巡航时，所述固定翼板为展开状态，两个固定翼板通过折叠组件水平对称展开于所述机身上方，均匀分布于两个固定翼板上的旋翼组件此时位于固定翼板的前方，推进无人机在前后方向移动；

21、s3.无人机降落前，所述固定翼板由展开状态变换为折叠状态；无人机降落后，所述固定翼板为折叠状态，两个固定翼板通过折叠组件竖直对称展开于所述机身侧方，均匀分布于两个固定翼板上的旋翼组件此时位于固定翼板的上方，推进无人机在上下方向移动。

22、进一步的，s1具体包括以下步骤：

23、s11.机身预备垂直起飞时，所述固定翼板为折叠状态，两个固定翼板竖直对称折叠于机身两侧，所述旋翼组件位于机身上方，且四个旋翼组件位于同一水平面上；

24、s12.启动旋翼组件为机身提供垂起动力，所述旋翼组件旋转产生的旋转面平面与平衡板平行；

25、s13.机身完成垂起到一定高度，所述折叠组件中的电机启动，所述电机驱动丝杆转动，所述丝杆带动连接于丝杆和滑轨之间的滑块在滑轨上由机身头部往机身尾部方向移动，由于滑块上同时连接两个推杆的端部，所述滑块移动后，连接于两个推杆另一端部的固定翼板受推杆倾斜向上的作用力，两个固定翼板的凹陷位逐渐与所述平衡板的凸起部形成嵌合，直至所述滑块移动至机身尾部，两个固定翼板的凹陷位与平衡板的凸起部完全形成水平嵌合状态；

26、s14.机身完成变换翼型后，所述固定翼板为展开状态，两个固定翼板由竖直对称于机身两侧变换为水平对称于机身上方，所述旋翼组件位于机身前方，且四个旋翼组件位于同一垂直面上；

27、s15.旋翼组件为机身提供前进动力，所述旋翼组件旋转产生的旋转面平面与平衡板垂直。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过可变翼型结构实现固定翼板状态的快速来回切换，使其兼具固定翼无人机高速飞行、稳定飞行以及旋翼无人机定点悬停的效果；通过折叠组件实现无人机在固定翼板不同状态之间的便捷、快速、稳定切换，缩短飞行模式切换响应时间，使得无人机的应用场景更为灵活。