本實用新型屬于油動多旋翼無人機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機。

背景技術(shù)：

一般地，無人機分為無人固定翼、無人直升機、無人多旋翼、無人飛艇、無人傘翼機和無人撲翼機，前三類最為常見，且應用最為廣泛。無人固定翼飛行效率最高，續(xù)航時間長，巡航速度高，但需要跑道，無法空中懸停，機動性最差；無人直升機可垂直起降，空中懸停，機動性最好，航時長和載重大，但結(jié)構(gòu)最復雜，成本最高；無人多旋翼結(jié)構(gòu)最簡單，操作最簡單，容錯能力強，成本低廉，可垂直起降和空中懸停。

目前，市場上所售電池的能量密度比小，電動多旋翼普遍存在航時短和載重小的缺陷。采用燃油作為動力來源是在電池技術(shù)得以突破之前克服航時和載重瓶頸的有效途徑。然而，由于發(fā)動機的非線性和慢響應，油動多旋翼無人機領(lǐng)域受關(guān)注較少。

近來，有幾個油動多旋翼方案被提出，如：單機驅(qū)動多槳方案、雙機驅(qū)動多槳方案和油電混合方案，這些方案的特點是結(jié)構(gòu)復雜，成本高，喪失了多旋翼無人機本身的優(yōu)勢，產(chǎn)品均未真正實用。目前，六臺發(fā)動機驅(qū)動六只旋翼的油動直驅(qū)定槳距變轉(zhuǎn)速方案是真正實用的方案，缺點是反應慢、機動性差、發(fā)動機磨損大和不允許大姿態(tài)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，解決現(xiàn)有多旋翼無人機技術(shù)存在的不足和問題。

本實用新型所采用的技術(shù)方案是一種直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，包括機身、動力系統(tǒng)、起落架和航電系統(tǒng)，所述的機身為全復材的一體化機身，所述的動力系統(tǒng)由發(fā)動機系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、供油系統(tǒng)和旋翼系統(tǒng)組成，所述的起落架為滑橇式起落架，其上設(shè)置有柔性的吊裝位，以固連不同的任務設(shè)備。

直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，其組成包括機身、動力系統(tǒng)、起落架和航電系統(tǒng)；所述機身為全復材的一體化機身；所述動力系統(tǒng)的組成包括發(fā)動機系統(tǒng)、變槳距系統(tǒng)、旋翼系統(tǒng)和供油系統(tǒng)；所述航電系統(tǒng)的組成包括飛控、采集模塊、供電模塊、指示模塊和接收機；所述起落架為滑橇式起落架，其上設(shè)置有柔性的吊艙位；

所述機身的組成包括主機身、加強件、發(fā)動機座、藥箱、油箱托、油箱、中心板、機罩和機臂；所述主機身采用碳纖維復合材料一體化成型，機臂設(shè)置在主機身上，優(yōu)點是無機械連接，振動小，比強度和比剛度大，結(jié)構(gòu)輕，可防水、防塵；所述加強件為碳纖維筒，與主機身鉚接在一起，一方面可以增強機身剛度，另一方面可以起限位作用，限制藥箱的水平自由度；發(fā)動機座作為埋覆件固定在主機身上的機臂末端；所述藥箱設(shè)置在主機身內(nèi)部的筒形加強件形成的腔內(nèi)，水平方向的自由度被筒形加強件限制，豎直方向的自由度被主機身限制；油箱托為碳纖維復合材料桶，上部與連接在主機身上平面的中心板連接，下部表面貼在藥箱上表面上，限制藥箱在豎直方向自由度；油箱放置在油箱托和中心板之間的空間內(nèi)；機罩為全透明塑料殼；所述機身采用嵌套式布局，供油系統(tǒng)、航電系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)均在主機身內(nèi)，避免傳統(tǒng)的單獨懸掛，有利于提高空間利用率，減小廢阻。

所述起落架通過6個管夾固定在主機身的下部，起落架采用最簡單的滑橇式結(jié)構(gòu)，具有很好的緩沖、吸振作用；起落架結(jié)構(gòu)簡單且中部空間充裕，起落架中間部位設(shè)置了一塊碳纖板，即所述的柔性吊艙位，連接不同的吊艙，通過不同的孔位固定安裝不同的任務設(shè)備，而不需要費時費力地更改機身或起落架，這是采用嵌套式布局和滑橇式起落架的結(jié)果。

所述發(fā)動機系統(tǒng)和變槳距系統(tǒng)設(shè)置于發(fā)動機座上；所述發(fā)動機系統(tǒng)由發(fā)動機、點火器、噴油器、啟動電機、啟動裝置、發(fā)動機電控單元（ECU）和油門舵機組成；所述變槳距系統(tǒng)由變距舵機、舵機搖臂、舵機連桿、H連桿、防扭臂、不動盤、動盤和旋翼夾控制臂組成；所述旋翼系統(tǒng)由旋翼軸、旋翼頭、中連塊、旋翼夾和旋翼組成；

所述旋翼軸帶法蘭盤一端與發(fā)動機輸出軸上的法蘭盤直接連接，并穿過與防扭臂、H連桿、舵機連桿和舵機搖臂連接的不動盤，以及通過旋翼夾控制臂與旋翼夾鉸接的動盤，不動盤和動盤之間有軸承，旋翼頭鉸接在旋翼軸的另一端，中連塊鉸接在旋翼頭上，中連塊兩端連接旋翼夾，旋翼螺接在旋翼夾上，實現(xiàn)發(fā)動機輸出軸帶動旋翼軸轉(zhuǎn)動，旋翼軸帶動旋翼同步轉(zhuǎn)動，即發(fā)動機直接驅(qū)動旋翼系統(tǒng)，無任何機械傳動環(huán)節(jié)，其具有精度高、效率高、噪音低、壽命長、體積小和成本低等優(yōu)點。

所述采集模塊包括由陀螺儀、加速度計、磁力計、激光測距儀、氣壓計和GPS組成，監(jiān)測機體當前的姿態(tài)和位置，并通過姿態(tài)融合算法和高度融合算法實時傳給飛控；所述供電模塊主要由電池、配電器和航空電纜組成；指示模塊包括狀態(tài)指示燈、航向指示燈。

所述的直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機其控制方法為：遙控器發(fā)射PWM信號，接收機接收到信號后經(jīng)解碼、放大等操作后再傳給飛控，飛控給配電器指令導通啟動電機的電路，啟動電路通過啟動裝置來啟動發(fā)動機；發(fā)動機啟動以后推油門桿，接收機接收到油門控制信號傳給飛控，飛控給油門舵機發(fā)送控制指令，增大油門開度，發(fā)動機轉(zhuǎn)速上升，隨著油門開度的增大，轉(zhuǎn)速也逐漸增大；這一過程中，霍爾元件監(jiān)測到轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn)速信號輸入點火器和發(fā)動機電控單元，點火器根據(jù)轉(zhuǎn)速信號調(diào)節(jié)點火時間、點火次數(shù)和點火頻率，發(fā)動機電控單元根據(jù)轉(zhuǎn)速信號調(diào)整噴油器的噴油時間和噴油頻率；當油門推到50%時，觸發(fā)發(fā)動機定速，發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速，油門通道轉(zhuǎn)為螺距通道，繼續(xù)推油門桿，接收機接收到螺距控制信號傳給飛控，飛控給變距舵機，變距舵機動作帶動舵機搖臂動作，引起舵機連桿、H連桿和防扭臂動作，從而引起不動盤上下移動，不同盤靠軸承拖動動盤上下移動，然后通過旋翼夾控制臂調(diào)整旋翼夾的安裝角即改變旋翼槳距角，采用變槳距而非變轉(zhuǎn)速的方式改變升力，優(yōu)點是升力變化響應快，升力調(diào)整范圍廣，機動性好，允許大姿態(tài)，降低發(fā)動機磨損。

所述直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，采用燃油發(fā)動機作為動力來源，在電池技術(shù)瓶頸得以突破前，這是能夠顯著提高多旋翼無人機的載重和航時的最理想的動力方案。

所述直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，采用直驅(qū)式結(jié)構(gòu)，即發(fā)動機直接驅(qū)動旋翼，無任何機械傳動環(huán)節(jié)，具有精度高、效率高、噪音低、壽命長、體積小、成本低等優(yōu)點。

所述直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，采用變槳距而非變轉(zhuǎn)速的方式改變升力，優(yōu)點是升力變化響應快，升力調(diào)整范圍廣，機動性好，允許大姿態(tài)，降低發(fā)動機磨損。

所述直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機采用電噴發(fā)動機，優(yōu)點是能規(guī)避化油器式小型航空發(fā)動機噴油精度低的問題，避免調(diào)節(jié)油針的繁瑣，簡化發(fā)動機定速過程，而且高效、省油、節(jié)能。

所述直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，采用一體化成型的全復材機身，無機械連接，振動小，比強度和比剛度大，結(jié)構(gòu)輕，可防水、防塵。

所述直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，采用嵌套式布局，供油系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、噴灑系統(tǒng)均在主機身內(nèi)，避免傳統(tǒng)的單獨懸掛，有利于提高空間利用率，減小廢阻。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果是：

1、本實用新型無需傳動機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，重量相對減輕10%~20%；

2、本實用新型靠變槳距角調(diào)節(jié)升力，對發(fā)動機的磨損小，壽命延長30%以上；

3、本裝置升力響應快，機動性強，允許大姿態(tài)，理論上可以倒飛；

4、一體化成型全復合材料機身，比強度和比模量大，結(jié)構(gòu)輕，機械連接至少減少95%，振動小；

5、機身采用嵌套式布局，供油、供電、噴灑等系統(tǒng)均置于機身內(nèi)部，提高空間利用率，減小廢阻；

6、設(shè)置柔性吊艙位，不同的安裝位置可連接不同任務設(shè)備，執(zhí)行不同任務。

附圖說明

圖1為本實用新型的總裝配示意圖；

圖2為機身結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：機身1、動力系統(tǒng)2、起落架3、航電系統(tǒng)4、發(fā)動機系統(tǒng)5、變槳距系統(tǒng)6、旋翼系統(tǒng)7、供油系統(tǒng)8、吊艙位9、主機身11、加強件12、發(fā)動機座13、藥箱14、油箱托15、油箱16、中心板17、機罩18、機臂19、飛控41、采集模塊42、供電模塊43、指示模塊44、接收機45、發(fā)動機51、點火器52、噴油器53、啟動電機54、啟動裝置55、發(fā)動機電控單元56、油門舵機57、變距舵機61、舵機搖臂62、舵機連桿63、H連桿64、防扭臂65、不動盤66、動盤67、旋翼夾控制臂68、旋翼軸71、旋翼頭72、中連塊73、旋翼夾74、旋翼75。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

一種直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機，如圖1所示，其組成包括機身1、動力系統(tǒng)2、起落架3和航電系統(tǒng)4；所述機身1為全復材的一體化機身；所述動力系統(tǒng)2的組成包括發(fā)動機系統(tǒng)5、變槳距系統(tǒng)6、旋翼系統(tǒng)7和供油系統(tǒng)8；所述航電系統(tǒng)4的組成包括飛控41、采集模塊42、供電模塊43、指示模塊44和接收機45；所述起落架3為滑橇式起落架，其上設(shè)置有柔性的吊艙位9；

如圖2所示，所述機身1的組成包括主機身11、加強件12、發(fā)動機座13、藥箱14、油箱托15、油箱16、中心板17、機罩18和機臂19；所述主機身11采用碳纖維復合材料一體化成型，機臂19設(shè)置在主機身上；所述加強件12為碳纖維筒，與主機身11鉚接在一起；發(fā)動機座13作為埋覆件固定在主機身11上的機臂19末端；所述藥箱14設(shè)置在主機身11內(nèi)部的筒形加強件12形成的腔內(nèi)，水平方向的自由度被筒形加強件12限制，豎直方向的自由度被主機身11限制；油箱托15為碳纖維復合材料桶，上部與連接在主機身11上平面的中心板17連接，下部表面貼在藥箱14上表面上，限制藥箱14在豎直方向自由度；油箱16放置在油箱托15和中心17板之間的空間內(nèi)；機罩18為全透明塑料殼；所述機身1采用嵌套式布局，供油系統(tǒng)、航電系統(tǒng)均在主機身11內(nèi)。

所述起落架3通過6個管夾固定在主機身11的下部，起落架3中間部位設(shè)置了一塊碳纖板，即所述的柔性吊艙位9，通過不同的孔位固定安裝不同的任務設(shè)備。

如圖3所示，所述發(fā)動機系統(tǒng)5和變槳距系統(tǒng)6設(shè)置于發(fā)動機座13上；所述發(fā)動機系統(tǒng)5由發(fā)動機51、點火器52、噴油器53、啟動電機54、啟動裝置55、發(fā)動機電控單元56和油門舵機57組成；所述變槳距系統(tǒng)6由變距舵機61、舵機搖臂62、舵機連桿63、H連桿64、防扭臂65、不動盤66、動盤67和旋翼夾控制臂68組成；所述旋翼系統(tǒng)7由旋翼軸71、旋翼頭72、中連塊73、旋翼夾74和旋翼75組成；

所述旋翼軸71帶法蘭盤一端與發(fā)動機51輸出軸上的法蘭盤直接連接，并穿過與防扭臂65、H連桿64、舵機連桿63和舵機搖臂62連接的不動盤66，以及通過旋翼夾控制臂68與旋翼夾74鉸接的動盤67，不動盤66和動盤67之間有軸承，旋翼頭72鉸接在旋翼軸71的另一端，中連塊73鉸接在旋翼頭72上，中連塊73兩端連接旋翼夾74，旋翼75螺接在旋翼夾74上，實現(xiàn)發(fā)動機輸出軸帶動旋翼軸轉(zhuǎn)動，旋翼軸帶動旋翼同步轉(zhuǎn)動，即發(fā)動機直接驅(qū)動旋翼系統(tǒng)；

所述采集模塊42包括由陀螺儀、加速度計、磁力計、激光測距儀、氣壓計和GPS組成，監(jiān)測機體當前的姿態(tài)和位置，并通過姿態(tài)融合算法和高度融合算法實時傳給飛控；所述供電模塊43主要由電池、配電器和航空電纜組成；指示模塊44包括狀態(tài)指示燈、航向指示燈。

所述的直驅(qū)式油動定轉(zhuǎn)速變槳距多旋翼無人機其控制方法為：遙控器發(fā)射PWM信號，接收機45接收到信號后經(jīng)解碼、放大等操作后再傳給飛控41，飛控41給配電器指令導通啟動電機54的電路，啟動電路通過啟動裝置55來啟動發(fā)動機51；發(fā)動機51啟動以后推油門桿，接收機45接收到油門控制信號傳給飛控41，飛控給油門舵機57發(fā)送控制指令，增大油門開度，發(fā)動機51轉(zhuǎn)速上升，隨著油門開度的增大，轉(zhuǎn)速也逐漸增大；這一過程中，霍爾元件監(jiān)測到轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn)速信號輸入點火器52和發(fā)動機電控單元56，點火器52根據(jù)轉(zhuǎn)速信號調(diào)節(jié)點火時間、點火次數(shù)和點火頻率，發(fā)動機電控單元56根據(jù)轉(zhuǎn)速信號調(diào)整噴油器53的噴油時間和噴油頻率；當油門推到50%時，觸發(fā)發(fā)動機51定速，發(fā)動機51轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速，油門通道轉(zhuǎn)為螺距通道，繼續(xù)推油門桿，接收機45接收到螺距控制信號傳給飛控41，飛控41給變距舵機61，變距舵機61動作帶動舵機搖臂62動作，引起舵機連桿63、H連桿64和防扭臂65動作，從而引起不動盤66上下移動，不動盤66靠軸承拖動動盤67上下移動，然后通過旋翼夾控制臂68調(diào)整旋翼夾74的安裝角即改變旋翼槳距角，采用變槳距而非變轉(zhuǎn)速的方式改變升力，優(yōu)點是升力變化響應快，升力調(diào)整范圍廣，機動性好，允許大姿態(tài)，降低發(fā)動機51磨損。