本實用新型屬于無人機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種燃油動力多旋翼無人機飛行平臺。

背景技術(shù)：

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，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，飛機的潛能也得到了釋放。

按照氣動布局方式的不同，無人機可劃分為無人固定翼、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，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)航時間長，巡航速度高，但需要跑道，無法定點懸停，機動性最差；無人直升機垂直起降，定點懸停，機動性最好，航時和載重較大，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，容錯能力強，成本低廉，垂直起降，定點懸停，但目前航時和載重較小；

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

然而，美中不足的是市場上的多旋翼無人機，普遍存在航時短和載重小的缺陷，這是因為目前多旋翼無人機均采用電動方案，而電池的能量密度比太小，嚴重阻礙著它的發(fā)展和應(yīng)用。

近年來，有許多油動多旋翼方案曾被提出，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(fù)雜，喪失了多旋翼飛機本身的優(yōu)勢。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型旨在提出一種本實用新型提供了一種采用燃油動力的大載重、長航時多旋翼無人機飛行平臺。

本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種燃油動力多旋翼無人機飛行平臺，其組成包括機身、動力系統(tǒng)、導航與控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和多任務(wù)平臺，所述機身的組成包括主梁、主梁套、上中心板、下中心板、上墊板、下墊板、立柱、機臂、管夾、起落架、臂架接頭、拉桿、臂桿接頭、桿梁接頭、發(fā)動機座、卡扣和機罩；所述動力系統(tǒng)包括發(fā)動機系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和螺旋槳；所述導航與控制系統(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)平臺是一個柔性安裝平臺，其位于起落架中心部位，多任務(wù)平臺的結(jié)構(gòu)包括平臺框架和平臺中間板；所述平臺中間板上設(shè)置有多個螺栓連接孔，通過平臺上不同的螺栓連接孔可以安裝多種任務(wù)設(shè)備；

所述機身采用水平構(gòu)架式布局，主梁處于機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，搭建出整機結(jié)構(gòu)框架；所述機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臂桿接頭之間，斜拉桿一般不承受任何作用力，只有在機臂有豎向和軸向變形時承受拉力或壓力，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，只不過它只在機臂有水平變形時起作用；所述桿梁接頭是用來連接主梁和斜拉桿的轉(zhuǎn)接件，它實際上就是一個法蘭盤；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臂上，下半部分連接起落架，事實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體上，并保證拆連接強度和剛度，起到緩沖吸振的作用，另外，使機臂和起落架拆卸方便；所述發(fā)動機座是管夾結(jié)構(gòu)的變形體，其由兩個對開的非標準半圓形管夾和4根支柱組成，發(fā)動機座連接發(fā)動機系統(tǒng)和桿梁接頭；所述臂桿接頭連接發(fā)動機座和機臂、水平拉桿和機臂、斜拉桿和主梁，臂桿接頭是一個獨特的法蘭盤結(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，用來固定和連接機罩；所述上墊板、下墊板分別對應(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)動機系統(tǒng)包括氣濾、活塞發(fā)動機和排氣筒；所述啟動系統(tǒng)包括啟動電機和啟動器；所述點火系統(tǒng)包括進角點火器CDI、點火線圈和火花塞；所述燃油系統(tǒng)包括油箱、油管、油濾、油泵；所述活塞發(fā)動機采用雙缸兩沖程汽油發(fā)動機；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)動機功率；所述啟動電機采用直流電機，所述啟動器為二級齒輪減速器結(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、三軸磁力計、氣壓計、測距傳感器和機載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、電噴和設(shè)備驅(qū)動組成；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的航空鋁管；所述立柱就是航空鋁柱；所述機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，緩沖墊是一種高強度耐磨性橡膠墊。

所述機罩是一種對稱的復(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、高強度、耐高溫、耐腐蝕、高彈性等優(yōu)點。

所述油箱采用對合設(shè)計，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)計方法進行螺旋槳設(shè)計，首先歸納螺旋槳設(shè)計中涉及的各個環(huán)節(jié)，使用MATLAB的插值法計算出螺旋槳的詳細設(shè)計值，并將結(jié)果輸出到Catia讀出螺旋槳的模型，實現(xiàn)參數(shù)化建模，然后將模型網(wǎng)格化，并在Fluent中計算出螺旋槳的性能參數(shù)，在專家系統(tǒng)中將整個設(shè)計過程集成起來，實現(xiàn)了設(shè)計流程的自動化，經(jīng)試驗臺測試，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，左右兩個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，讓無人機執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的有益效果是：

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

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

3、 易操控：該飛行平臺的發(fā)動機直接驅(qū)動螺旋槳，不存在任何復(fù)雜的機械機構(gòu)，依靠MEMS傳感器和控制算法可以實現(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)計的螺旋槳，相比市場上同型號槳，升力提升明顯。

附圖說明

圖1為本實用新型的機身結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2位本實用新型的動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為多任務(wù)平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為多任務(wù)平臺安裝噴灑吊艙；

圖6為多任務(wù)平臺安裝光電吊艙；

圖7為多任務(wù)平臺安裝滅火彈吊艙；

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)動機座15、卡扣16、機罩17、水平拉桿18、氣濾19、活塞發(fā)動機20、排氣筒21、啟動電機22、啟動器23、進角點火器CDI24、點火線圈25、火花塞26、油箱27、油管28、油濾29、油泵30、螺旋槳34、平臺框架35、平臺中間板36、螺栓連接孔37、噴灑吊艙38、光電吊艙39、滅火彈40。

具體實施方式

本實用新型采用的技術(shù)方案是：一種燃油動力多旋翼無人機飛行平臺，其組成包括機身、動力系統(tǒng)、導航與控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和多任務(wù)平臺，如圖1所示，所述機身的組成包括主梁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)動機座15、卡扣16和機罩17；所述動力系統(tǒng)包括發(fā)動機系統(tǒng)、啟動系統(tǒng)、點火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)和螺旋槳34；所述導航與控制系統(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)平臺是一個柔性安裝平臺，其位于起落架10中心部位，多任務(wù)平臺的結(jié)構(gòu)包括平臺框架35和平臺中間板36；所述平臺中間板36上設(shè)置有多個螺栓連接孔37，如圖4所示；通過平臺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；

所述機身采用水平構(gòu)架式布局，主梁1處于機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，搭建出整機結(jié)構(gòu)框架；所述機臂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，只有在機臂8有豎向和軸向變形時承受拉力或壓力，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，只不過它只在機臂8有水平變形時起作用；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，它實際上就是一個法蘭盤；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臂8上，下半部分連接起落架10，事實上下兩部分都是管夾9結(jié)構(gòu)，它的作用是將起落架10吊掛在機身上，并保證拆連接強度和剛度，起到緩沖吸振的作用，另外，使機臂8和起落架10拆卸方便；所述發(fā)動機座15是管夾9結(jié)構(gòu)的變形體，其由兩個對開的非標準半圓形管夾9和4根支柱組成，發(fā)動機座15連接發(fā)動機系統(tǒng)和桿梁接頭14；所述臂桿接頭13連接發(fā)動機座15和機臂8、水平拉桿18和機臂8、斜拉桿12和主梁1，臂桿接頭13是一個獨特的法蘭盤結(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，用來固定和連接機罩17；所述上墊板5、下墊板6分別對應(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)動機系統(tǒng)包括氣濾19、活塞發(fā)動機20和排氣筒21；所述啟動系統(tǒng)包括啟動電機22和啟動器23；所述點火系統(tǒng)包括進角點火器CDI24、點火線圈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)動機20采用雙缸兩沖程汽油發(fā)動機；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)動機功率；所述啟動電機22采用直流電機，所述啟動器23為二級齒輪減速器結(jié)構(gòu)。

所述采集系統(tǒng)由先進傳感器或設(shè)備組成，包括三軸MEMS陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計、氣壓計、測距傳感器和機載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、電噴和設(shè)備驅(qū)動組成；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是兩端帶法蘭盤點的航空鋁管；所述立柱7就是航空鋁柱；所述機臂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，緩沖墊是一種高強度耐磨性橡膠墊。

所述機罩17是一種對稱的復(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、高強度、耐高溫、耐腐蝕、高彈性等優(yōu)點。

所述油箱27采用對合設(shè)計，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)計方法進行螺旋槳34設(shè)計，首先歸納螺旋槳34設(shè)計中涉及的各個環(huán)節(jié)，使用MATLAB的插值法計算出螺旋槳34的詳細設(shè)計值，并將結(jié)果輸出到Catia讀出螺旋槳34的模型，實現(xiàn)參數(shù)化建模，然后將模型網(wǎng)格化，并在Fluent中計算出螺旋槳34的性能參數(shù)，在專家系統(tǒng)中將整個設(shè)計過程集成起來，實現(xiàn)了設(shè)計流程的自動化，經(jīng)試驗臺測試，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的螺旋槳34高。

本實用新型中發(fā)動機采用電子調(diào)速技術(shù)，而非化油器調(diào)速技術(shù)，螺旋槳34采用發(fā)動機直接調(diào)速，而不采用任何中間傳動機構(gòu)。如前所述，通過多傳感器的信息融合，飛控可以得到飛機機體目前的位置、航速和航姿信息，通過與期望值對比，決定是否調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速。如果需要則發(fā)送控制指令，一路給舵機控制風門，調(diào)節(jié)進氣量，一路給ECU控制電磁繼電器和油壓調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)進油量。進氣量和進油量的改變導致燃油混合比改變，從而改變發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。螺旋槳34直接連在發(fā)動機主軸上，發(fā)動機轉(zhuǎn)速的改變，直接引起螺旋槳34轉(zhuǎn)速的改變，調(diào)節(jié)每個螺旋槳34的拉力值，獲得不同的角速度和加速度，進而調(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、ECU、油泵30和接收機等電氣設(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，左右兩個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，讓無人機執(zhí)行不同的作業(yè)任務(wù)。

以上所述僅為說明本實用新型的技術(shù)思想，不能以此限定本實用新型的保護范圍，凡是按照本實用新型提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。