双尾撑式共轴倾转旋翼无人机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，属于飞行器领域。该无人机包括旋翼、桨毂、机翼、机身、尾撑、尾翼和旋翼轴，所述的桨毂通过旋翼轴安装在机身的头部，所述的旋翼安装于桨毂上；旋翼为共轴式的上下旋翼，上下旋翼分别有若干片桨叶，且上旋翼与下旋翼的旋转方向相反；两侧机翼与机身固联，机翼上有副翼；尾翼为H型布局，包括垂尾和平尾，两片垂尾通过尾撑固定于机翼主梁上，且尾撑与机翼主梁之间具有转动自由度，使旋翼轴与尾撑之间的夹角变化范围为0～90°；平尾水平安装于两片垂尾之间，且垂尾上安装方向舵用于航向操纵，平尾上安装升降舵用于俯仰操纵。该无人机具有结构重量轻、成本低、环境适应性强、高速性能好且巡航时间长的特点。

Twin tail supported coaxial tilt rotor UAV

The utility model discloses a double tail supporting common axis tilting rotor UAV, belonging to the field of aircraft. The UAV comprises a rotor, a hub, a wing, a fuselage, a tail brace, a tail rotor and a rotor shaft. The hub is mounted at the head of the fuselage through the rotor shaft, and the rotor is mounted on the hub. The rotor is a coaxial upper and lower rotor, and the upper and lower rotor have several blades respectively, and the rotation direction of the upper rotor is opposite to that of the lower rotor. The wing is fixed to the fuselage with ailerons; the tail is H-shaped, including vertical tail and flat tail. The two vertical tails are fixed on the main girder of the wing through the tail brace, and the rotation freedom between the tail brace and the main girder of the wing enables the angle between the rotor shaft and the tail brace to vary from 0 to 90 degrees; the flat tail is horizontally mounted on the two vertical tails. Between the tails, rudder is installed on the vertical tail for course control, elevator is installed on the flat tail for pitching control. The UAV has the characteristics of light weight, low cost, strong environmental adaptability, high speed performance and long cruise time.

【技术实现步骤摘要】
双尾撑式共轴倾转旋翼无人机
本技术属于飞行器领域，特别涉及一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机。
技术介绍
倾转旋翼机是一类组合直升机与固定翼飞机的复合型飞行器，它兼备直升机和固定翼飞机的优点，近年来受到越来越广泛的关注。直升机具有悬停和垂直起降的功能，对机场的依赖性和要求很低，灵活性较高，在军民两方面有极其广泛的应用价值，但直升机存在旋翼前行桨叶激波失速和后行桨叶气流分离的问题，这就限制了直升机最大前飞速度的提高；而固定翼飞机能达到跨音速甚至超音速，但是飞机对机场的依赖性较强，机场的建设和维护成本较高，因此组合直升机和固定翼飞行器的复合型飞行器成为研究的一大热点。其中最典型的复合型飞行器是倾转旋翼机，倾转旋翼机的螺旋桨既能作为直升机模式时的旋翼产生升力，又能作为飞机的螺旋桨产生推力来提高飞行速度。倾转旋翼机具有直升机垂直起飞和悬停性能，同时还具备固定翼飞行器的高速巡航性能。世界上第一款成熟的倾转旋翼机是鱼鹰(V-22)，V-22是一款横列式的倾转旋翼，但横列式的倾转旋翼机迎风面积较大，废阻功率较大；其次V-22的横向尺寸较大，需要占据较大的空间；再次，旋翼在直升机模式下与机翼产生较强的气动干扰，影响整架飞行器的气动性能；V-22的整机的结构重量太重，严重的限制了其飞行性能；最后，V-22的整机成本太高，灵活性与适应性受到限制。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，结合共轴倾转双旋翼及固定翼等技术，提出了一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机。与传统共轴倾转旋翼机相比，该无人机具有结构重量轻、成本低、环境适应性强、高速性能好且巡航时间长的特点。为实现上述专利技术目的，本技术采用的技术方案如下：双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，其包括旋翼、桨毂、机翼、机身、尾撑、尾翼和旋翼轴，所述的桨毂通过旋翼轴安装在机身的头部，所述的旋翼安装于桨毂上；旋翼为共轴式的上下旋翼，上下旋翼分别有若干片桨叶，且上旋翼与下旋翼的旋转方向相反；两侧机翼与机身固联，机翼上有副翼；尾翼为H型布局，包括垂尾和平尾，两片垂尾通过尾撑固定于机翼主梁上，且尾撑与机翼主梁之间具有转动自由度，使旋翼轴与尾撑之间的夹角变化范围为0～90°；平尾水平安装于两片垂尾之间，且垂尾上安装方向舵用于航向操纵，平尾上安装升降舵用于俯仰操纵。该无人机具有两种工作模式：直升机模式和飞机模式：直升机模式时，共轴双旋翼在无人机的上方，产生升力；飞机模式时，共轴双旋翼在整机的前方，产生拉力，此时机翼产生所需升力。机身、旋翼以及机翼可绕机翼主梁在0～90°范围内倾转，从而实现飞机模式与直升机模式的转换。作为优选，所述的上下旋翼上的桨叶数量均为3片。作为优选，所述的旋翼中，桨叶翼型采用Clark-Y翼型，桨叶的安装角根部比尖部大4°。作为优选，所述的上下旋翼的旋转方向为：从机头往后看，上旋翼逆时针旋转，下旋翼顺时针旋转。作为优选，所述的机身采用梭形设计，上下左右均对称。作为优选，所述的机翼为梯形机翼，前缘后掠角为15°，后缘与机身垂直，机翼翼型为NACA64A010。作为优选，所述的尾撑前设有整流罩。进一步的，所述的整流罩中放置有任务设备与配重块。作为优选，所述的垂尾和平尾的翼型均为NACA0010翼型。本技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：1)本技术提出的双尾撑式共轴倾转旋翼无人机能同时兼备直升机的和固定翼飞机的优点，具有优异的高速与巡航性能，在直升机模式下，不需机场或跑道即可进行垂直起降，安全性和适应性较强；在飞机模式下能既能满足高亚音速要求，又具备较强的巡航能力，因此具有广泛的应用前景。2)本技术提出的双尾撑式共轴倾转旋翼无人机在气动方面具有优异的性能，机身机翼一体化设计、机身、尾撑前部采用流线型外形整形设计，共轴倾转双旋翼相比其他的双旋翼构型，如纵列式、横列式等，迎风面积大大减小，降低废阻。3)本技术提出的双尾撑式共轴倾转旋翼无人机结构重量小，结构布局合理，共轴双旋翼共用一个桨毂，避免双桨毂带来的结构重量。本技术提出的无人机的倾转机构采用简单的涡轮机构，降低复杂度，4)专利技术提出的双尾撑式共轴倾转旋翼无人机易于操纵，直升机模式下通过控制共轴双旋翼的总距、横向操纵力矩、纵向操纵力矩进行操纵，飞机模式下，通过控制副翼、方向舵、升降舵进行姿态角控制，两种模式下的操纵易于转换，操纵效率高。5)本技术提出的双尾撑式共轴倾转旋翼无人机成本低，性能好，灵活性高，适应性强。附图说明图1双尾撑式共轴倾转旋翼无人机结构组成轴测图；图2双尾撑式共轴倾转旋翼无人机结构组成主视图；图3双尾撑式共轴倾转旋翼无人机直升机模式下的示意图；图4双尾撑式共轴倾转旋翼无人机飞机模式下的示意图；图5双尾撑式共轴倾转旋翼无人机从直升机模式向飞机模式转换时的示意图；图中：旋翼1、桨毂2、机翼3、机身4、尾撑5、垂尾6、方向舵7、平尾8、升降舵9、副翼10、整流罩11、旋翼轴12。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做进一步阐述和说明。本技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。如图1和2所示，为一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机的结构示意图。该无人机包括旋翼1、桨毂2、机翼3、机身4、尾撑5、垂尾6、方向舵7、平尾8、升降舵9、副翼10、整流罩11、旋翼轴12。机身是整架无人机的主体部分，桨毂2通过旋翼轴12安装在机身4的头部，机身4采用梭形设计，降低全机阻力，上下左右都对称，旋翼轴12位于机身4的中轴线上，从而保证无人机在直升机模式和飞机模式都具有较好的气动特性，且避免产生额外的配平力矩。桨毂2上安装有旋翼1，旋翼1为共轴式的上下旋翼(共轴双旋翼)。上下旋翼分别有三片桨叶，桨叶翼型采用Clark-Y翼型，桨叶的安装角根部比尖部大4°。上下旋翼的旋转方向，从机头往后看，上旋翼逆时针旋转，下旋翼顺时针旋转，以平衡反扭矩。共轴双旋翼可通过桨毂对上下旋翼进行总距操纵以及纵、横向操纵。两侧机翼3为固定翼，分别与机身4固联，并进行一体化设计，具有优良的气动性能。机翼3为梯形中单翼，前缘后掠角为15°，后缘与机身垂直，机翼翼型为NACA64A010。机翼3上有副翼10，用于飞机模式下的滚转操纵。尾翼为H型布局，包括垂尾6和平尾8，翼型均为NACA0010翼型。平尾8水平安装于两片垂尾6之间，且垂尾6上安装方向舵7用于实现飞机模式下航向操纵，平尾8上安装升降舵9用于实现飞机模式下俯仰操纵。两片垂尾6分别通过尾撑5固定于机翼主梁上，进而连接于机身4上。且无人机中，尾撑5与机翼主梁之间并非是固定的，而是以铰接等方式连接，使其具有转动自由度。该转动自由度的范围是使旋翼轴12与尾撑5之间的夹角变化范围为0～90°，由此机身4可带动旋翼1、桨毂2以及机翼3绕机翼主梁进行0～90°范围内的倾转，从而实现飞机模式与直升机模式的转换。尾撑5前有整流罩11，整流罩外形为纺锤体，可放置配重、轴承座、机载设备、任务载荷等，大小可根据实际需要进行调整。基于上述双尾撑式共轴倾转旋翼无人机的控制方法如下：无人机飞行过程中具有直升机模式和飞机模式两种工作模式。飞行过程中，无人机可以根据飞行任务，通过调整控制旋翼轴12与尾撑5之间的夹角，在直升机模式和飞机模式之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，其特征在于，包括旋翼(1)、桨毂(2)、机翼(3)、机身(4)、尾撑(5)、尾翼和旋翼轴(12)，所述的桨毂(2)通过旋翼轴(12)安装在机身(4)的头部，所述的旋翼(1)安装于桨毂(2)上；旋翼(1)为共轴式的上下旋翼，上下旋翼分别有若干片桨叶，且上旋翼与下旋翼的旋转方向相反；两侧机翼(3)与机身(4)固联，机翼(3)上有副翼(10)；尾翼为H型布局，包括垂尾(6)和平尾(8)，两片垂尾(6)通过尾撑(5)固定于机翼主梁上，且尾撑(5)与机翼主梁之间具有转动自由度，使旋翼轴(12)与尾撑(5)之间的夹角变化范围为0～90°；平尾(8)水平安装于两片垂尾(6)之间，且垂尾(6)上安装方向舵(7)用于航向操纵，平尾(8)上安装升降舵(9)用于俯仰操纵。

【技术特征摘要】
1.一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，其特征在于，包括旋翼(1)、桨毂(2)、机翼(3)、机身(4)、尾撑(5)、尾翼和旋翼轴(12)，所述的桨毂(2)通过旋翼轴(12)安装在机身(4)的头部，所述的旋翼(1)安装于桨毂(2)上；旋翼(1)为共轴式的上下旋翼，上下旋翼分别有若干片桨叶，且上旋翼与下旋翼的旋转方向相反；两侧机翼(3)与机身(4)固联，机翼(3)上有副翼(10)；尾翼为H型布局，包括垂尾(6)和平尾(8)，两片垂尾(6)通过尾撑(5)固定于机翼主梁上，且尾撑(5)与机翼主梁之间具有转动自由度，使旋翼轴(12)与尾撑(5)之间的夹角变化范围为0～90°；平尾(8)水平安装于两片垂尾(6)之间，且垂尾(6)上安装方向舵(7)用于航向操纵，平尾(8)上安装升降舵(9)用于俯仰操纵。2.如权利要求1所述的双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，其特征在于，所述的上下旋翼上的桨叶数量均为3片。3.如权利要求1所述的双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾丽芳，邵雪明，叶尚军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33