本发明属于无人机技术领域，涉及一种便携式垂直起降侦察监测无人机，尤其涉及一种执行火情侦察监测任务的便携式垂直起降固定翼无人机。
背景技术：
当森林发生火灾时其规模和范围会在短时间内快速扩散，国内很多林区都因无法在较短的时间内及时地控制森林火灾而导致该林区内受到了严重的损害，为了有效降低森林火灾发生的概率，很多林区都引进了先进的无人机技术。与传统的人工定期巡查相比，无人机技术的应用不仅能有效地降低工作人员在森林火灾巡查工作中的工作量,同时还能有效地提高巡查效果，在最大程度上降低森林火灾发生的概率，而且使用无人机技术的操作方式非常简单，巡查效率和质量都得到了显著的提高。当森林大火发生时，无人机能够到达灭火人员难以到达的位置，定位和分析火灾风险区域，可以让作业人员对森林火情有初步评估，对火势做出科学判断，这样由无人机代替消防员对火情做初步侦察，保障了消防人员的生命安全。
申请号为10760845.x的发明专利提出了一种智能定位侦察火情的消防无人机，包括机身、gps定位器、电池组，机身两侧设置机翼，机身头部设置螺旋桨，机翼中间顶部设置天线，机翼正面设置照明灯，机翼下方挂载水箱。该发明的优点是携带水箱存储一定量的水，火势不是很大时能够紧急扑灭火源，能够远程控制设备，智能化程度高；缺点是对起降场地要求高，不能实现垂直起降。
申请号为10968601.0的发明专利提出一种用于消防监控的固定翼无人机，包括固定翼无人机机体、飞行机构、飞行控制单元、遥控器接收机、传感器模块等。监测装置安装在固定翼无人机机体上,监测装置通过通信模块将红外图像信息和彩色图像信息发送给主控制器，主控制器将监测装置采集到的图像信息传输至远程监控中心。该发明的优点是采用双目视觉结构，可以解决多种场景下的清晰图像采集的问题，使用方便，成本低；缺点是无人机整体不可拆卸，携带不方便。
技术实现要素：
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种便携式垂直起降侦察监测无人机，解决了现有技术中存在使用局限、携带和使用不便的问题。
技术方案
一种便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于包括机身1、机翼2、旋翼臂13、尾翼3、前起落架4、后起落架5、四旋翼动力组件6和固定翼动力组件7；机身1为流线形，头部外形为抛物线，中后段逐渐收缩到尾部；机身两侧设有机翼2，机翼2上设有与其垂直的旋翼臂13，每个旋翼臂13上设有两个四旋翼动力组件6，分置于机翼2的两侧，四个四旋翼动力组件6相对于机身1对称安装在机翼2两侧的旋翼臂13上；尾翼3采用倒v尾布局，v字的两端的尾撑杆34与旋翼臂13连接；固定翼动力组件7采用尾推式螺旋桨布局，驱动电机11轴连接碳纤维推力桨12，位于机身1的尾部；所述机身内部分为两个舱段，由前至后依次为设备舱14和电池舱15；所述四旋翼动力组件6包括碳纤维螺旋桨8、无刷直流电机9和电机座10，碳纤维螺旋桨8与无刷直流电机9轴连接，无刷直流电机9通过电机座10连接旋翼臂13上；前起落架4和后起落架5分别设于机身1底部的前端和后端。
所述机翼2包括中段机翼24和两侧机翼25，中段机翼24与机身1融合，两侧机翼25上安装有副翼26。
所述两侧机翼25为分段式结构，按压锁扣28固定在中段机翼内靠近断面处，螺栓29固定在两侧机翼断面处，通过能够插拔的碳管27与中段机翼24连接，通过按压锁扣28与中段旋翼臂13锁紧固定；所述按压锁扣28采用弹簧按压式锁扣。
所述尾翼3包括中段尾翼30和两侧尾翼31，中段尾翼30和两侧尾翼31之间通过合页33连接，两侧尾翼能够绕合页向下旋转折叠，两侧尾翼下端与尾撑杆34通过胶粘固定；两侧尾翼上安装有舵面32。
所述v字的两端的尾撑杆34与旋翼臂13连接采用快卸接头35，包括旋翼臂接头36、尾撑杆接头37和手拧紧固套38；旋翼臂接头36一端通过螺栓与旋翼臂固定，另一端圆柱外表面有螺纹；尾撑杆接头37一端通过螺栓与尾撑杆34固定，另一端插入旋翼臂接头36；手拧紧固套38的内表面有螺纹，通过手拧紧固套的螺纹拧紧在旋翼臂接头36的外螺纹上。
所述旋翼臂13与机翼2的固定采用管夹40，管夹由两个半圆环组成，半圆环两侧的外圆周上设有连接块，连接块上有贯通的连接孔，并使分别位于两个半圆环同一侧的连接孔同心；所述管夹内孔的孔径与旋翼臂13的外径过盈配合。
所述旋翼臂13为多段碳纤维管组成，两段之间采用转轴式折叠件39连接。
所述电池舱内有碳纤维材料制成的隔板16和框架17，用于容纳和支撑电池。
有益效果
本发明提出的一种便携式垂直起降侦察监测无人机，四组四旋翼动力组件对称安装在机翼上的旋翼臂上，使得无人机能够垂直起降。尾部的尾推式螺旋桨布局可以避免螺旋桨滑流带来的机翼升阻特性下降。尾翼采用倒v尾布局，兼有垂尾和平尾的功能，可以减小飞机结构重量。而尾翼、机翼以及旋翼的多段设计，能够实现折叠功能，便于拆装。在多个部件上采用了碳纤维材料，减轻重量，使得本发明的无人机便于携带。
本发明提出的侦察监测无人机与传统侦察监测无人机相比具有以下优点：
(1)可垂直起降，无需跑道
侦察监测无人机采用垂直起降固定翼布局，将多旋翼能够垂直起降,不受起降地点限制的优势和固定翼无人机飞行速度快、长航时及长航程的优势有机的结合起来，降低了固定翼无人机起降时对场地的要求与限制,实现了无人机的垂直起降和固定翼高速巡航功能。
(2)可快速拆装，操作简单，携行方便
侦察监测无人机的机翼、尾翼均可快速拆装，旋翼臂可以折叠90°，收放至机翼两侧，尾翼也可以折叠收放，大大减小了无人机存放占用的空间，搭载的摄像机等任务设备可以根据不同的任务要求快速更换，无人机携带使用非常方便快捷。
(3)任务载荷模块化，可快速更换
任务载荷模块化设计，侦察无人机可根据不同任务需要快速更换不同任务载荷模块，比如高分辨率数码相机，五镜头倾斜相机，单镜头相机，红外扫描仪，激光扫描仪和磁测仪等设备，实现了任务能力的多元化，使用维护简单。
附图说明
图1为无人机的轴视图；
图2为无人机的俯视图；
图3为无人机的侧视图；
图4为无人机的正视图；
图5为机身内部结构示意图；
图6为机翼对接示意图；
图7为按压锁扣示意图；
图8为尾翼结构示意图；
图9为快卸接头35结构示意图；
图10为电机座示意图；
图11为折叠件39示意图；
图12为管夹40示意图；
图13为挂架41示意图。
图中：
1.机身；2.机翼；3.尾翼；4.前起落架；5.后起落架；6.四旋翼动力组件；7.固定翼动力组件；8.碳纤维螺旋桨；9.无刷直流电机；10.电机座；11.驱动电机；12.推力桨；13.旋翼臂；14.设备舱；15.电池舱；16.隔板；17.框架；18.任务载荷；19.飞行控制器；20.电池；21.设备舱盖；22.电池舱盖；23.装配口盖；24.中段机翼；25.两侧机翼；26.副翼；27.碳管；28.按压锁扣；29.螺栓；30.中段尾翼；31.两侧尾翼；32.舵面；33.合页；34.尾撑杆；35.快卸接头；36.旋翼臂接头；37.尾撑杆接头；38.手拧紧固套；39.折叠件；40.管夹；41.挂架；42.上连接块；43.下连接块；44.弹簧夹。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本实施例是一种便携式垂直起降侦察监测无人机，包括机身1、机翼2、尾翼3、前起落架4、后起落架5、四旋翼动力组件6、固定翼动力组件7。
机身1为流线形，头部外形为抛物线，中后段逐渐收缩到尾部；机身两侧设有机翼2，机翼2上设有与其垂直的旋翼臂13，每个旋翼臂13上设有两个四旋翼动力组件6，分置于机翼2的两侧，四个四旋翼动力组件6相对于机身1对称安装在机翼2两侧的旋翼臂13上；尾翼3采用倒v尾布局，v字的两端的尾撑杆34与旋翼臂13连接；固定翼动力组件7采用尾推式螺旋桨布局，驱动电机11轴连接碳纤维推力桨12，位于机身1的尾部；所述机身内部分为两个舱段，由前至后依次为设备舱14和电池舱15；所述四旋翼动力组件6包括碳纤维螺旋桨8、无刷直流电机9和电机座10，碳纤维螺旋桨8与无刷直流电机9轴连接，无刷直流电机9通过电机座10连接旋翼臂13上；前起落架4和后起落架5分别设于机身1底部的前端和后端。
所述四旋翼动力组件6包括碳纤维螺旋桨8、无刷直流电机9和电机座10，所述碳纤维螺旋桨8通过螺栓与无刷直流电机9顶部连接，无刷直流电机9下表面安装在电机座10的上表面，并用螺栓连接。
所述电机座10的上表面有电机安装孔，下面夹在旋翼臂13的碳管上，并用螺栓拧紧，防止电机座在旋翼臂上滑动。
所述固定翼动力组件7包括驱动电机11和推力桨12，推力桨12为碳纤维螺旋桨，通过螺栓与驱动电机11相连，驱动电机11通过螺栓固定在所述机身1的尾部，采用尾推式螺旋桨布局可以避免螺旋桨滑流带来的机翼升阻特性下降。
所述机身1为流线形机身，机身头部采用传统的抛物线外形，机身中后段逐渐收缩到尾部。机身内部分为两个舱段，由前至后依次为设备舱14和电池舱15，电池舱15内放置电池20，所述电池20为锂聚合物电池，主要用于提供无人机飞行所需的电能，采用的是现有的成品；电池舱内有碳纤维材料制成的隔板16和框架17，用于容纳和支撑电池。设备舱14内同样有碳纤维材料制成的隔板和框架，任务载荷18通过挂架41安装在隔板下表面，所述飞行控制器19通过螺栓固定在隔板的上表面，用于无人机飞行时的控制，采用现有的成品。
机身上表面开口由前至后依次是设备舱盖21、电池舱盖22和装配口盖23，设备舱盖21为了便于安装飞控和任务载荷，电池舱盖22为了便于电池的安放和取出，装配口盖23方便机翼和机身尾部驱动电机的安装。
所述机翼2包括中段机翼24和两侧机翼25，所述中段机翼24与机身1融合，所述两侧机翼25上安装有副翼26，所述两侧机翼25通过可插拔的碳管27与中段机翼24连接，通过按压锁扣28与中段机翼锁紧固定。按压锁扣28固定在中段机翼内靠近断面处，螺栓29固定在两侧机翼断面处。安装机翼时，先将碳管插入中段机翼，然后按压锁扣按钮，将螺栓卡入锁扣内，松开按钮，完成机翼的对接和锁紧。
所述按压锁扣28为弹簧按压式锁扣，外壳由铝合金制成，按钮下方固定连接卡槽，卡槽两侧与外壳之间固定有弹簧，按压按钮时，卡槽向下移动，对准外壳上的圆形开口，螺栓的头部伸入卡槽，然后松开按钮，弹簧的弹力使卡槽向上顶紧，卡住螺栓，达到锁紧机翼的效果。
所述尾翼3采用倒v尾布局，倒v型尾翼兼有垂尾和平尾的功能，可以减小飞机结构重量，便于拆装，减小尾翼之间及尾翼与机身之间的干扰阻力，尽量避开机翼气流的影响。尾翼3包括中段尾翼30和两侧尾翼31，两侧尾翼上安装有舵面32，中段尾翼30和两侧尾翼31之间通过合页33连接，两侧尾翼可以绕合页向下旋转折叠，两侧尾翼下端与尾撑杆34通过胶粘固定，存放时可以将尾翼折叠，减小存储空间。
所述快卸接头35包括旋翼臂接头36、尾撑杆接头37和手拧紧固套38。旋翼臂接头36一端通过螺栓与旋翼臂的碳管固定，直径较大的另一端圆柱外表面有螺纹，尾撑杆接头37一端通过螺栓与尾撑杆固定，另一端插入旋翼臂接头36，所述手拧紧固套38的内表面有螺纹，通过手拧紧固套的螺纹拧紧在旋翼臂接头上，作用是固定尾撑杆，防止接头插入之后向外滑出。拆卸尾翼时将手拧紧固套拧出，拔出尾撑杆接头即可。
所述旋翼臂13采用碳纤维管加工而成，旋翼臂碳管通过折叠件39连接，每根旋翼臂前后都装有折叠件，旋翼臂前后都可以折叠90°，收放于机翼两侧，减小存放空间。所述折叠件39为转轴式折叠件，采用现有成品，折叠件两端套筒分别与碳纤维管通过螺栓固定，通过两个套筒中间的转轴可以旋转折叠。
所述管夹40用于将旋翼臂13固定在所述机翼2的下表面。该管夹由两个半圆环组成。在各所述半圆环两侧的外圆周表面分别有连接块，各连接块上分别有贯通的连接孔，并使分别位于两个半圆环同一侧的连接孔同心。当两个半圆环对合为整圆后，形成管夹。所述管夹内孔的孔径与旋翼臂13的外径过盈配合。
无人机的起落架采用前三点式，所述前起落架4安装于所述机身前段下表面；所述后起落架5安装于所述机身后段下表面；起落架不用于滑跑起飞，仅在垂直起降阶段用于支撑飞机，前起落架和后起落架均采用铝合金材料，起落架顶部平台上设计有安装孔，通过螺栓与机身下表面连接。
所述挂架41用于将任务载荷18安装在隔板下表面，挂架由上连接块42、下连接块43和弹簧夹44组成。上连接块上部通过螺栓固定在隔板下表面，下部有滑槽；下连接块的上部为滑块，与滑槽相配合，可以在滑槽内滑动，下部与任务载荷通过螺栓连接；弹簧夹起限位的作用，当更换任务载荷时，先将弹簧夹按下，将下连接块的滑块滑入滑槽，松开弹簧夹，弹簧夹卡紧使任务载荷不会滑动。
本发明提出的侦察监测无人机的具体使用方式为：
当无人机需要执行侦察监测任务时，首先由工作人员将无人机快速安装，然后操纵无人机以四旋翼模式起飞，从四旋翼模式转换到固定翼模式飞抵任务区域，在固定翼模式下巡航执行侦察监测任务，对于侦察范围可设置定制式航线，使无人机按照预定的航线进行监测；在一些温度较高的特殊时期，无人机无间断地循环监测，可以在第一时间内发现火情，并且及时地对其进行处理，避免因部分区域范围内的火情而引发更加严重的后果，当林区内的某一处出现火灾的情况时，无人机将火灾区域视频实时传送到指挥人员的电脑，便于工作人员确定发生火灾的具体位置，在最短的时间内对森林火情进行控制。
技术特征：
1.一种便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于包括机身(1)、机翼(2)、旋翼臂(13)、尾翼(3)、前起落架(4)、后起落架(5)、四旋翼动力组件(6)和固定翼动力组件(7)；机身(1)为流线形，头部外形为抛物线，中后段逐渐收缩到尾部；机身两侧设有机翼(2)，机翼(2)上设有与其垂直的旋翼臂(13)，每个旋翼臂(13)上设有两个四旋翼动力组件(6)，分置于机翼(2)的两侧，四个四旋翼动力组件(6)相对于机身(1)对称安装在机翼(2)两侧的旋翼臂(13)上；尾翼(3)采用倒v尾布局，v字的两端的尾撑杆(34)与旋翼臂(13)连接；固定翼动力组件(7)采用尾推式螺旋桨布局，驱动电机(11)轴连接碳纤维推力桨(12)，位于机身(1)的尾部；所述机身内部分为两个舱段，由前至后依次为设备舱(14)和电池舱(15)；所述四旋翼动力组件(6)包括碳纤维螺旋桨(8)、无刷直流电机(9)和电机座(10)，碳纤维螺旋桨(8)与无刷直流电机(9)轴连接，无刷直流电机(9)通过电机座(10)连接旋翼臂(13)上；前起落架(4)和后起落架(5)分别设于机身(1)底部的前端和后端。
2.根据权利要求1所述便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于：所述机翼(2)包括中段机翼(24)和两侧机翼(25)，中段机翼(24)与机身(1)融合，两侧机翼(25)上安装有副翼(26)。
3.根据权利要求3所述便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于：所述两侧机翼(25)为分段式结构，按压锁扣(28)固定在中段机翼内靠近断面处，螺栓(29)固定在两侧机翼断面处，通过能够插拔的碳管(27)与中段机翼(24)连接，通过按压锁扣(28)与中段旋翼臂(13)锁紧固定；所述按压锁扣(28)采用弹簧按压式锁扣。
4.根据权利要求1所述便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于：所述尾翼(3)包括中段尾翼(30)和两侧尾翼(31)，中段尾翼(30)和两侧尾翼(31)之间通过合页(33)连接，两侧尾翼能够绕合页向下旋转折叠，两侧尾翼下端与尾撑杆(34)通过胶粘固定；两侧尾翼上安装有舵面(32)。
5.根据权利要求1所述便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于：所述v字的两端的尾撑杆(34)与旋翼臂(13)连接采用快卸接头(35)，包括旋翼臂接头(36)、尾撑杆接头(37)和手拧紧固套(38)；旋翼臂接头(36)一端通过螺栓与旋翼臂固定，另一端圆柱外表面有螺纹；尾撑杆接头(37)一端通过螺栓与尾撑杆(34)固定，另一端插入旋翼臂接头(36)；手拧紧固套(38)的内表面有螺纹，通过手拧紧固套的螺纹拧紧在旋翼臂接头(36)的外螺纹上。
6.根据权利要求1所述便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于：所述旋翼臂(13)与机翼(2)的固定采用管夹(40)，管夹由两个半圆环组成，半圆环两侧的外圆周上设有连接块，连接块上有贯通的连接孔，并使分别位于两个半圆环同一侧的连接孔同心；所述管夹内孔的孔径与旋翼臂(13)的外径过盈配合。
7.根据权利要求1所述便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于：所述旋翼臂(13)为多段碳纤维管组成，两段之间采用转轴式折叠件(39)连接。
8.根据权利要求1所述便携式垂直起降侦察监测无人机，其特征在于：所述电池舱内有碳纤维材料制成的隔板(16)和框架(17)，用于容纳和支撑电池。
技术总结
本发明涉及一种便携式垂直起降侦察监测无人机，四组四旋翼动力组件对称安装在机翼上的旋翼臂上，使得无人机能够垂直起降。尾部的尾推式螺旋桨布局可以避免螺旋桨滑流带来的机翼升阻特性下降。尾翼采用倒V尾布局，兼有垂尾和平尾的功能，可以减小飞机结构重量。而尾翼、机翼以及旋翼的多段设计，能够实现折叠功能，便于拆装。在多个部件上采用了碳纤维材料，减轻重量，使得本发明的无人机便于携带。优点在于：可垂直起降，无需跑道；可快速拆装，操作简单，携行方便；任务载荷模块化，可快速更换。
技术研发人员：李占科;郭佼;闫玉栋;杨影;张晓敏;吴怡;张思佳
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：.08.19
技术公布日：.11.19
