本發(fā)明屬于無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及燃油動(dòng)力多旋翼無人機(jī)飛行平臺(tái)。

背景技術(shù)：

無人駕駛飛機(jī)簡稱“無人機(jī)”，是利用無線電遙控設(shè)備或自身程序來控制操縱裝置的無駕駛員航空器。無人機(jī)不僅把人從飛行器上解放出來，而且由于不再受人的生理限制，飛機(jī)的潛能也得到了釋放。

按照氣動(dòng)布局方式的不同，無人機(jī)可劃分為無人固定翼、無人直升機(jī)、無人多旋翼、無人飛艇、無人傘翼機(jī)和無人撲翼機(jī)，其中前三類最為常見，而且應(yīng)用最為廣泛。無人固定翼飛行效率最高，續(xù)航時(shí)間長，巡航速度高，但需要跑道，無法定點(diǎn)懸停，機(jī)動(dòng)性最差；無人直升機(jī)垂直起降，定點(diǎn)懸停，機(jī)動(dòng)性最好，航時(shí)和載重較大，但結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，成本最高；無人多旋翼結(jié)構(gòu)最簡單，操作簡單，容錯(cuò)能力強(qiáng)，成本低廉，垂直起降，定點(diǎn)懸停，但目前航時(shí)和載重較?。?/p>

與無人固定翼相比，無人旋翼機(jī)普遍具有垂直起降、定點(diǎn)懸停和機(jī)動(dòng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)；與無人直升機(jī)相比，無人多旋翼又具有結(jié)構(gòu)簡單、容錯(cuò)能力強(qiáng)和成本低廉等優(yōu)勢(shì)，不斷地挑戰(zhàn)無人固定翼和無人直升機(jī)，以及各種有人駕駛飛機(jī)。

然而，美中不足的是市場上的多旋翼無人機(jī)，普遍存在航時(shí)短和載重小的缺陷，這是因?yàn)槟壳岸嘈頍o人機(jī)均采用電動(dòng)方案，而電池的能量密度比太小，嚴(yán)重阻礙著它的發(fā)展和應(yīng)用。

近年來，有許多油動(dòng)多旋翼方案曾被提出，如：單機(jī)驅(qū)動(dòng)多槳方案、雙機(jī)驅(qū)動(dòng)多槳方案和油電混合方案，這些方案的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，喪失了多旋翼飛機(jī)本身的優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明旨在提出一種采用燃油動(dòng)力的大載重、長航時(shí)多旋翼無人機(jī)飛行平臺(tái)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：燃油動(dòng)力多旋翼無人機(jī)飛行平臺(tái)，其組成包括機(jī)身、動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和多任務(wù)平臺(tái)，所述機(jī)身的組成包括主梁、主梁套、上中心板、下中心板、上墊板、下墊板、立柱、機(jī)臂、管夾、起落架、臂架接頭、拉桿、臂桿接頭、桿梁接頭、發(fā)動(dòng)機(jī)座、卡扣和機(jī)罩；所述動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和螺旋槳；所述導(dǎo)航與控制系統(tǒng)包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和回傳系統(tǒng)；所述供電系統(tǒng)包括電源、電線、數(shù)據(jù)線、開關(guān)和調(diào)壓器；所述多任務(wù)平臺(tái)是一個(gè)柔性安裝平臺(tái)，其位于起落架中心部位，多任務(wù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)包括平臺(tái)框架和平臺(tái)中間板；所述平臺(tái)中間板上設(shè)置有多個(gè)螺栓連接孔，通過平臺(tái)上不同的螺栓連接孔可以安裝多種任務(wù)設(shè)備；

所述機(jī)身采用水平構(gòu)架式布局，主梁處于機(jī)身中心位置且豎直放置，主梁套套在主梁上端，上下中心板固定在主梁套的上下端面，并輔以立柱支撐，搭建出整機(jī)結(jié)構(gòu)框架；所述機(jī)臂通過管夾固定在上下中心板之間；所述拉桿分為水平拉桿和斜拉桿，斜拉桿連接在桿梁接頭和臂桿接頭之間，水平拉桿連接在相鄰兩個(gè)臂桿接頭之間，斜拉桿一般不承受任何作用力，只有在機(jī)臂有豎向和軸向變形時(shí)承受拉力或壓力，其主要用來增加整體結(jié)構(gòu)的剛度；水平拉桿與斜拉桿結(jié)構(gòu)完全相同，只不過它只在機(jī)臂有水平變形時(shí)起作用；所述桿梁接頭是用來連接主梁和斜拉桿的轉(zhuǎn)接件，它實(shí)際上就是一個(gè)法蘭盤；所述臂架接頭是一種立體式復(fù)合轉(zhuǎn)接頭，接頭上半部分固定在機(jī)臂上，下半部分連接起落架，事實(shí)上下兩部分都是管夾結(jié)構(gòu)，它的作用是將起落架吊掛在機(jī)體上，并保證拆連接強(qiáng)度和剛度，起到緩沖吸振的作用，另外，使機(jī)臂和起落架拆卸方便；所述發(fā)動(dòng)機(jī)座是管夾結(jié)構(gòu)的變形體，其由兩個(gè)對(duì)開的非標(biāo)準(zhǔn)半圓形管夾和4根支柱組成，發(fā)動(dòng)機(jī)座連接發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和桿梁接頭；所述臂桿接頭連接發(fā)動(dòng)機(jī)座和機(jī)臂、水平拉桿和機(jī)臂、斜拉桿和主梁，臂桿接頭是一個(gè)獨(dú)特的法蘭盤結(jié)構(gòu)，但比普通法蘭盤多了連接水平拉桿和機(jī)臂，以及連接斜拉桿和主梁的筋形結(jié)構(gòu)；所述卡扣設(shè)置在上下中心板之間，用來固定和連接機(jī)罩；所述上墊板、下墊板分別對(duì)應(yīng)上中心板和下中心板上，上墊板、下墊板是碳纖維板，是一種局部加厚措施（見專利201610215792.3）。

所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括氣濾、活塞發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣筒；所述啟動(dòng)系統(tǒng)包括啟動(dòng)電機(jī)和啟動(dòng)器；所述點(diǎn)火系統(tǒng)包括進(jìn)角點(diǎn)火器CDI、點(diǎn)火線圈和火花塞；所述燃油系統(tǒng)包括油箱、油管、油濾、油泵；所述活塞發(fā)動(dòng)機(jī)采用雙缸兩沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；所述排氣筒采用等直徑管和變直徑管結(jié)合的諧振管，能減少能量損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率；所述啟動(dòng)電機(jī)采用直流電機(jī)，所述啟動(dòng)器為二級(jí)齒輪減速器結(jié)構(gòu)。

所述采集系統(tǒng)是一種多傳感器的控制系統(tǒng)，其組成包括三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)、氣壓計(jì)、測(cè)距傳感器和機(jī)載GPS；所述控制系統(tǒng)由飛控板和ECU組成，主要包括處理器、二次電源和通信接口等硬件部分，以及姿態(tài)融合與控制算法、燃油噴射控制算法等軟件部分；所述執(zhí)行系統(tǒng)由舵機(jī)、電噴和設(shè)備驅(qū)動(dòng)組成；所述回傳系統(tǒng)由數(shù)傳和圖傳組成。

所述主梁是一根大直徑且厚度較大的航空鋁管，且主梁上開設(shè)有若干孔槽；所述主梁套是兩端帶法蘭盤點(diǎn)的航空鋁管；所述立柱就是航空鋁柱；所述機(jī)臂是厚度和直徑較大的航空鋁管。

所述起落架采用傳統(tǒng)的滑橇式起落架結(jié)構(gòu)；起落架下設(shè)置緩沖墊，緩沖墊是一種高強(qiáng)度耐磨性橡膠墊。

所述機(jī)罩是一種對(duì)稱的復(fù)雜的多曲率薄壁復(fù)合材料件，整體呈現(xiàn)“凸”字型，具有輕質(zhì)量、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、高彈性等優(yōu)點(diǎn)。

所述油箱采用對(duì)合設(shè)計(jì)，油泵采用噴油器外置燃油泵，油濾采用外置燃油濾清器。

采用基于專家系統(tǒng)的螺旋槳優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行螺旋槳設(shè)計(jì)，首先歸納螺旋槳設(shè)計(jì)中涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)，使用MATLAB的插值法計(jì)算出螺旋槳的詳細(xì)設(shè)計(jì)值，并將結(jié)果輸出到Catia讀出螺旋槳的模型，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，然后將模型網(wǎng)格化，并在Fluent中計(jì)算出螺旋槳的性能參數(shù)，在專家系統(tǒng)中將整個(gè)設(shè)計(jì)過程集成起來，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)流程的自動(dòng)化，經(jīng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試，該種方法優(yōu)化的螺旋槳的升力和扭矩比市場上同型號(hào)的螺旋槳高。

所述起落架中間鋁管構(gòu)成的框架即是多任務(wù)平臺(tái)，左右兩個(gè)框是用來固定水箱的，中間鋼板是用來固定光電吊艙、投彈吊艙等任務(wù)設(shè)備的，通過不同的螺栓連接孔掛載不同的任務(wù)設(shè)計(jì)，讓無人機(jī)執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

1、 大載重：普通多旋翼的商業(yè)載重一般為10kg，該飛行平臺(tái)的商業(yè)載重為60kg；

2、長航時(shí)：普通多旋翼的續(xù)航時(shí)間一般為10~15min，該飛行平臺(tái)的續(xù)航時(shí)間為空載4h，滿載1h；

3、易操控：該飛行平臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)螺旋槳，不存在任何復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)，依靠MEMS傳感器和控制算法可以實(shí)現(xiàn)自主飛行，不需要或者很少需要人工干預(yù)；

4、采用自主設(shè)計(jì)的螺旋槳，相比市場上同型號(hào)槳，升力提升明顯。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的機(jī)身結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為多任務(wù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為多任務(wù)平臺(tái)安裝噴灑吊艙；

圖6為多任務(wù)平臺(tái)安裝光電吊艙；

圖7為多任務(wù)平臺(tái)安裝滅火彈吊艙；

其中：主梁1、主梁套2、上中心板3、下中心板4、上墊板5、下墊板6、立柱7、機(jī)臂8、管夾9、起落架10、臂架接頭11、斜拉桿12、臂桿接頭13、桿梁接頭14、發(fā)動(dòng)機(jī)座15、卡扣16、機(jī)罩17、水平拉桿18、氣濾19、活塞發(fā)動(dòng)機(jī)20、排氣筒21、啟動(dòng)電機(jī)22、啟動(dòng)器23、進(jìn)角點(diǎn)火器CDI24、點(diǎn)火線圈25、火花塞26、油箱27、油管28、油濾29、油泵30、螺旋槳34、平臺(tái)框架35、平臺(tái)中間板36、螺栓連接孔37、噴灑吊艙38、光電吊艙39、滅火彈40。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種燃油動(dòng)力多旋翼無人機(jī)飛行平臺(tái)，其組成包括機(jī)身、動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)航與控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和多任務(wù)平臺(tái)，如圖1所示，所述機(jī)身的組成包括主梁1、主梁套2、上中心板3、下中心板4、上墊板5、下墊板6、立柱7、機(jī)臂8、管夾9、起落架10、臂架接頭11、拉桿、臂桿接頭13、桿梁接頭14、發(fā)動(dòng)機(jī)座15、卡扣16和機(jī)罩17；所述動(dòng)力系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、啟動(dòng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和螺旋槳34；所述導(dǎo)航與控制系統(tǒng)包括采集系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和回傳系統(tǒng)；所述供電系統(tǒng)包括電源、電線、數(shù)據(jù)線、開關(guān)和調(diào)壓器；所述多任務(wù)平臺(tái)是一個(gè)柔性安裝平臺(tái)，其位于起落架10中心部位，多任務(wù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)包括平臺(tái)框架35和平臺(tái)中間板36；所述平臺(tái)中間板36上設(shè)置有多個(gè)螺栓連接孔37，如圖4所示；通過平臺(tái)上不同的螺栓連接孔可以安裝多種任務(wù)設(shè)備，例如噴灑吊艙38、光電吊艙39、滅火彈40，如圖5-圖7所示；

所述機(jī)身采用水平構(gòu)架式布局，主梁1處于機(jī)身中心位置且豎直放置，主梁套2在主梁1上端，上下中心板固定在主梁套2的上下端面，并輔以立柱7支撐，搭建出整機(jī)結(jié)構(gòu)框架；所述機(jī)臂8通過管夾9固定在上下中心板之間；所述拉桿分為水平拉桿18和斜拉桿12，斜拉桿12連接在桿梁接頭14和臂桿接頭13之間，水平拉桿18連接在相鄰兩個(gè)臂桿接頭13之間，斜拉桿12一般不承受任何作用力，只有在機(jī)臂8有豎向和軸向變形時(shí)承受拉力或壓力，其主要用來增加整體結(jié)構(gòu)的剛度；水平拉桿18與斜拉桿12結(jié)構(gòu)完全相同，只不過它只在機(jī)臂8有水平變形時(shí)起作用；所述桿梁接頭14是用來連接主梁1和斜拉桿12的轉(zhuǎn)接件，它實(shí)際上就是一個(gè)法蘭盤；所述臂架接頭11是一種立體式復(fù)合轉(zhuǎn)接頭，接頭上半部分固定在機(jī)臂8上，下半部分連接起落架10，事實(shí)上下兩部分都是管夾9結(jié)構(gòu)，它的作用是將起落架10吊掛在機(jī)身上，并保證拆連接強(qiáng)度和剛度，起到緩沖吸振的作用，另外，使機(jī)臂8和起落架10拆卸方便；所述發(fā)動(dòng)機(jī)座15是管夾9結(jié)構(gòu)的變形體，其由兩個(gè)對(duì)開的非標(biāo)準(zhǔn)半圓形管夾9和4根支柱組成，發(fā)動(dòng)機(jī)座15連接發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和桿梁接頭14；所述臂桿接頭13連接發(fā)動(dòng)機(jī)座15和機(jī)臂8、水平拉桿18和機(jī)臂8、斜拉桿12和主梁1，臂桿接頭13是一個(gè)獨(dú)特的法蘭盤結(jié)構(gòu)，但比普通法蘭盤多了連接水平拉桿18和機(jī)臂8，以及連接斜拉桿12和主梁1的筋形結(jié)構(gòu)；所述卡扣16設(shè)置在上下中心板之間，用來固定和連接機(jī)罩17；所述上墊板5、下墊板6分別對(duì)應(yīng)上中心板3和下中心板4上，上墊板5、下墊板6是碳纖維板，是一種局部加厚措施（見專利201610215792.3）。

如圖2所示，所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括氣濾19、活塞發(fā)動(dòng)機(jī)20和排氣筒21；所述啟動(dòng)系統(tǒng)包括啟動(dòng)電機(jī)22和啟動(dòng)器23；所述點(diǎn)火系統(tǒng)包括進(jìn)角點(diǎn)火器CDI24、點(diǎn)火線圈25和火花塞26；所述燃油系統(tǒng)包括油箱27、油管28、油濾29、油泵30；所述活塞發(fā)動(dòng)機(jī)20采用雙缸兩沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)；所述排氣筒21采用等直徑管和變直徑管結(jié)合的諧振管，能減少能量損失，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率；所述啟動(dòng)電機(jī)22采用直流電機(jī)，所述啟動(dòng)器23為二級(jí)齒輪減速器結(jié)構(gòu)。

所述采集系統(tǒng)由先進(jìn)傳感器或設(shè)備組成，包括三軸MEMS陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸磁力計(jì)、氣壓計(jì)、測(cè)距傳感器和機(jī)載GPS，是一種多傳感器的控制系統(tǒng)。所述控制系統(tǒng)由飛控板和ECU組成，主要包括處理器、二次電源和通信接口等硬件部分，以及姿態(tài)融合與控制算法、燃油噴射控制算法等軟件部分；所述執(zhí)行系統(tǒng)由舵機(jī)、電噴和設(shè)備驅(qū)動(dòng)組成；所述回傳系統(tǒng)由數(shù)傳和圖傳組成。

所述主梁1是一根大直徑且厚度較大的航空鋁管，且主梁1上開設(shè)有若干孔槽；所述主梁套2是兩端帶法蘭盤點(diǎn)的航空鋁管；所述立柱7就是航空鋁柱；所述機(jī)臂8是厚度和直徑較大的航空鋁管。

所述起落架10采用傳統(tǒng)的滑橇式起落架10結(jié)構(gòu)；起落架10下設(shè)置緩沖墊，緩沖墊是一種高強(qiáng)度耐磨性橡膠墊。

所述機(jī)罩17是一種對(duì)稱的復(fù)雜的多曲率薄壁復(fù)合材料件，整體呈現(xiàn)“凸”字型，具有輕質(zhì)量、高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕、高彈性等優(yōu)點(diǎn)。

所述油箱27采用對(duì)合設(shè)計(jì)，油泵30采用噴油器外置燃油泵30，油濾29采用外置燃油濾清器。

采用基于專家系統(tǒng)的螺旋槳34優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行螺旋槳34設(shè)計(jì)，首先歸納螺旋槳34設(shè)計(jì)中涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)，使用MATLAB的插值法計(jì)算出螺旋槳34的詳細(xì)設(shè)計(jì)值，并將結(jié)果輸出到Catia讀出螺旋槳34的模型，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，然后將模型網(wǎng)格化，并在Fluent中計(jì)算出螺旋槳34的性能參數(shù)，在專家系統(tǒng)中將整個(gè)設(shè)計(jì)過程集成起來，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)流程的自動(dòng)化，經(jīng)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試，該種方法優(yōu)化的螺旋槳34的升力和扭矩比市場上同型號(hào)的螺旋槳34高。

本發(fā)明中發(fā)動(dòng)機(jī)采用電子調(diào)速技術(shù)，而非化油器調(diào)速技術(shù)，螺旋槳34采用發(fā)動(dòng)機(jī)直接調(diào)速，而不采用任何中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。如前所述，通過多傳感器的信息融合，飛控可以得到飛機(jī)機(jī)體目前的位置、航速和航姿信息，通過與期望值對(duì)比，決定是否調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。如果需要?jiǎng)t發(fā)送控制指令，一路給舵機(jī)控制風(fēng)門，調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，一路給ECU控制電磁繼電器和油壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)進(jìn)油量。進(jìn)氣量和進(jìn)油量的改變導(dǎo)致燃油混合比改變，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。螺旋槳34直接連在發(fā)動(dòng)機(jī)主軸上，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的改變，直接引起螺旋槳34轉(zhuǎn)速的改變，調(diào)節(jié)每個(gè)螺旋槳34的拉力值，獲得不同的角速度和加速度，進(jìn)而調(diào)節(jié)位置、航速和航姿。

如圖3所示，供電系統(tǒng)由電源、電線、數(shù)據(jù)線、開關(guān)、調(diào)壓器和接頭組成，電源通過調(diào)壓器調(diào)壓后直接給飛控板、GPS、激光傳感器、數(shù)傳和圖傳直接供電，舵機(jī)、ECU、油泵30和接收機(jī)等電氣設(shè)備供電。

起落架10中間鋁管構(gòu)成的框架即是多任務(wù)平臺(tái)，左右兩個(gè)框是用來固定水箱的，中間鋼板是用來固定光電吊艙、投彈吊艙等任務(wù)設(shè)備的，通過不同的螺栓連接孔掛載不同的任務(wù)設(shè)計(jì)，讓無人機(jī)執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

以上所述僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。