一种双模式四旋翼飞行器

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体提供一种双模式四旋翼飞行器。

背景技术

现有主流无人机的升力构型还是采用较为传统的固定翼式和多旋翼式，固定翼式同比水平速度更快、能耗更低，但操作上手难度较大、缺乏悬停能力、起降条件相对苛刻；多旋翼式能垂直起降、可定点悬停、相对易于操作，但同比速度水平较慢且能耗更高。为集成两种升力构型的优点，实现固定翼与旋翼模式之间的切换，当前已有一些较成熟的兼容性构型，如鱼鹰直升机的倾转旋翼构型、JUMP－20无人机的复合四旋翼构型，前者通过倾转螺旋桨，改变螺旋桨轴线于水平面的夹角，实现垂直起降和水平飞行模式的切换，需要复杂的伺服系统时刻调节螺旋桨轴线夹角来满足飞行需要，构型与飞行器控制高度耦合；后者则在固定翼布局上直接添加了用于垂直起降的旋翼布局，无需机械变构形，但在一个模式启用时，另一个模式的功能结构就是无用死重，占用有效载荷重量。

发明内容

本发明的目的是：针对中小型无人机的垂直起降和水平飞行切换需要，以及对复杂结构和无用死重的低容忍度，采用单翼旋转变构型设计，将一对常规固定翼拆分设计为两组镜像对称的长短半翼，其既能以180°夹角组合成常规固定翼构型，又能在其中一组绕机身背面旋转90°后，以90度夹角形成四旋翼构型，并设计与之配套的构型切换结构和螺旋桨动力装置排列变化形式。

①通过单翼旋转变构型，使飞行器能完全转换到四旋翼或固定翼构型，采用各自成熟的飞控模式，而不用一直保持在需要复杂机械、动力伺服系统维持的折中构型。

②通过单翼旋转变构型，在四旋翼或固定翼两种构型下，四套螺旋桨动力装置都能始终能发挥推进作用，不存在分时段不做工的情况，保证了动力系统载荷的有效利用。

本发明的技术方案是：

针对传统四旋翼和四桨固定翼都具有四套螺旋桨动力系统的共性，以及四套螺旋桨“X”型排布和“一”型并列的相对位置差异，设计出两组镜像对称的长半翼和短半翼，采用单翼旋转切换方式，主要满足四旋翼和四桨固定翼的翼型和螺旋桨相对位置。

提供一种双模式四旋翼飞行器，包括机身1、圆弧壳体2、圆弧壳体的短翼3、圆弧壳体的长翼4、机身的短翼5和机身的长翼6；

机身1上形成有圆弧滑槽103，所述圆弧滑槽的转动轴线与机身纵向轴线110平行；

所述圆弧壳体2与所述圆弧滑槽滑动配合，且所述机身两侧横向延伸有左右翼5，6，所述圆弧壳体两端形成有左右翼3，4；所述圆弧壳体相对于所述机身具有两个位置，且通过所述滑动能够在两个位置之间切换并形成两种翼型；所述机身的左右翼各有一个螺旋桨，所述螺旋桨的中心轴线与机身纵向轴线平行；所述圆弧壳体的左右翼各有一个螺旋桨，所述螺旋桨的中心轴线与机身纵向轴线平行；

当所述圆弧壳体相对于所述机身在第一位置时，所述圆弧壳体嵌入在所述机身的背部，所述圆弧壳体与所述机身组合为整体机体，所述圆弧壳体的左翼与所述机身的左翼拼合为左机翼，所述圆弧壳体的右翼与所述机身的右翼拼合为右机翼，四个螺旋桨一字排布，飞行器呈现四桨固定翼构型；

当所述圆弧壳体相对于所述机身在第二位置时，所述圆弧壳体相对于所述机身环向滑动90度，使得所述圆弧壳体的左右翼与所述机身的左右翼垂直，四个螺旋桨矩形排布，飞行器呈现四旋翼构型。

进一步的，所述圆弧壳体与所述机身之间在第一位置和第二位置均能够锁定，使得在第一位置和第二位置时，所述圆弧壳体与所述机身均固定为一体。

进一步的，所述机身的左右翼为一长一短，所述圆弧壳体的左右翼为一长一短，所述机身的长翼与所述圆弧壳体的短翼为一组，所述机身的短翼与所述圆弧壳体的长翼为另一组，在第一位置时，每组拼合为所述左右机翼。

更进一步的，短翼的翼面为矩形，长翼的翼面为L形板，所述短翼的翼面能将长翼的翼面拼接为完整的矩形。

更进一步的，所述长翼的螺旋桨106比短翼的螺旋桨105更远离机身纵向轴线。

更进一步的，所述机身的尾部形成起落支撑座，所述起落支撑座能够支撑机身使得机身纵向轴线垂直于地面放置，且在第一位置时，所述起落支撑座还作为尾翼。

更进一步的，所述起落支撑座包括底环8和梁架9，所述底环通过梁架固定连接机身的后端，所述底环的中心轴线与机身纵向轴线平行，所述梁架形成有纵向延伸的翼面，起到尾翼的作用。

进一步的，圆弧壳体的前后边缘102设置有滚轮或滑块，所述滚轮或滑块限位在圆弧滑槽中滑动配合。

进一步的，所述圆弧壳体和机身的长翼形成有保护罩，在所述圆弧壳体和机身的短翼上，螺旋桨通过短翼前缘的前伸板104固定，在第一位置时，所述保护罩盖住所述前伸板形成保护。

更进一步的，所述圆弧壳体具有中间开口窗，所述机身的长翼贯穿所述开口窗。所述开口窗使得圆弧壳体能够在第一位置与第二位置之间滑动时形成避让。

本发明的优点是：本发明在固定翼和四旋翼两种构型间自主反复切换，相较于倾转旋翼飞行器构型切换机构更加简单可靠、控制更加稳定；相较于复合四旋翼飞行器不用设置专门升降动力装置、载荷利用率更高。能较好满足中小型无人机垂直起降、悬停凝视、平飞巡航等功能需求。

附图说明

图1飞行器的四旋翼示意图；

图2飞行器的四旋翼示意图；

图3a飞行器的四桨固定翼构型俯视图；

图3b飞行器的四桨固定翼构型仰视图；

图3c飞行器的四桨固定翼构型等轴示意图；

图3d飞行器的四桨固定翼构型正视图；

图4a飞行器的四旋翼构型俯视图；

图4b飞行器的四旋翼构型仰视图；

图4c飞行器的四旋翼构型等轴示意图；

图4d飞行器的四旋翼构型正视图；

图5飞行器从四旋翼构型向四桨固定翼构型旋转切换的示意图；

其中：1、机身，2、圆弧壳体，3、圆弧壳体的短翼，4、圆弧壳体的长翼，5、机身的短翼，6、机身的长翼，7、保护罩，8、底环，9、梁架，101、中间开口窗，102、圆弧壳体的前后边缘，103、圆弧滑槽，104、前伸板，105、短翼螺旋桨，106、长翼螺旋桨，107、前伸板定位槽，108、短半翼前缘上表面，109、长半翼内侧后缘下表面，110、旋转中心轴。

具体实施方式

将参照附图更充分地描述所公开的示例，在附图中示出了所公开示例中的一些(但并非全部)。事实上，可描述许多不同的示例并且这些示例不应该被解释为限于本文中阐述的示例。相反，描述这些示例，使得本公开将是彻底和完全的，并且将把本公开的范围充分传达给本领域的技术人员。

提供一种双模式四旋翼飞行器，包括机身1、圆弧壳体2、圆弧壳体的短翼3、圆弧壳体的长翼4、机身的短翼5和机身的长翼6；

机身1上形成有圆弧滑槽103，所述圆弧滑槽的转动轴线与机身纵向轴线110平行；

所述圆弧壳体2与所述圆弧滑槽滑动配合，且所述机身两侧横向延伸有左右翼5，6，所述圆弧壳体两端形成有左右翼3，4；所述圆弧壳体相对于所述机身具有两个位置，且通过所述滑动能够在两个位置之间切换并形成两种翼型；所述机身的左右翼各有一个螺旋桨，所述螺旋桨的中心轴线与机身纵向轴线平行；所述圆弧壳体的左右翼各有一个螺旋桨，所述螺旋桨的中心轴线与机身纵向轴线平行；所述圆弧壳体2的前后缘设置有圆弧导轨承导件(滚轮或滑块)；

当所述圆弧壳体相对于所述机身在第一位置时，所述圆弧壳体嵌入在所述机身的背部，所述圆弧壳体与所述机身组合为整体机体，所述圆弧壳体的左翼与所述机身的左翼拼合为左机翼，所述圆弧壳体的右翼与所述机身的右翼拼合为右机翼，四个螺旋桨一字排布，飞行器呈现四桨固定翼构型；

当所述圆弧壳体相对于所述机身在第二位置时，所述圆弧壳体相对于所述机身环向滑动90度，使得所述圆弧壳体的左右翼与所述机身的左右翼垂直，四个螺旋桨矩形排布，飞行器呈现四旋翼构型。

所述圆弧壳体与所述机身之间在第一位置和第二位置均能够锁定，使得在第一位置和第二位置时，所述圆弧壳体与所述机身均固定为一体。

所述机身的左右翼为一长一短，所述圆弧壳体的左右翼为一长一短，所述机身的长翼与所述圆弧壳体的短翼为一组，所述机身的短翼与所述圆弧壳体的长翼为另一组，在第一位置时，每组拼合为所述左右机翼。

短翼的翼面为矩形，长翼的翼面为L形板，所述短翼的翼面能将长翼的翼面拼接为完整的矩形。

所述长翼的螺旋桨106比短翼的螺旋桨105更远离机身纵向轴线。

所述机身的尾部形成起落支撑座，所述起落支撑座能够支撑机身使得机身纵向轴线垂直于地面放置，且在第一位置时，所述起落支撑座还作为尾翼。

所述起落支撑座包括底环8和梁架9，所述底环通过梁架固定连接机身的后端，所述底环的中心轴线与机身纵向轴线平行，所述梁架形成有纵向延伸的翼面，起到尾翼的作用。

所述圆弧壳体和机身的长翼形成有保护罩，在所述圆弧壳体和机身的短翼上，螺旋桨通过短翼前缘的前伸板104固定，在第一位置时，所述保护罩盖住所述前伸板形成保护。

所述圆弧壳体具有中间开口窗，所述机身的长翼贯穿所述开口窗。

已出于例示和描述的目的展示了对不同有利布置的描述，但是该描述并不旨在是排他性的或限于所公开形式的示例。许多修改形式和变化形式对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。另外，不同的有利示例可描述与其他有利示例相比不同的优点。选择和描述所选择的一个示例或多个示例，以便最佳地说明示例的原理、实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开有进行了适于所料想特定使用的各种修改的各种示例。