一种高效垂直起降飞行器制造技术

本发明专利技术为一种高效垂直起降飞行器，公开了一种高效的可垂直起降固定翼无人机，包括机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、控制舵面、动力装置、倾转机构和起落架组成。倾转机构控制机翼和水平尾翼的倾转角度，实现飞机垂直起降状态和平飞状态的相互转变，机翼和水平尾翼上均安装有螺旋桨动力装置，垂直起降阶段飞机大部分升力由机翼螺旋桨动力装置提供，尾翼螺旋桨动力装置负责飞机俯仰平衡调节，平飞状态下机翼上安装的动力装置关闭，由尾翼螺旋桨动力装置提供前进推力，以提高飞机在平飞巡航状态下的效率。相比现有垂直起降固定翼无人机设计方案，本发明专利技术在简化布局的同时兼顾了飞机在固定翼平飞状态下的飞行气动效率，可靠性与实用性更高。

High efficiency vertical takeoff and landing aircraft

The invention relates to a high-efficiency vertical landing aircraft, discloses a high-efficiency vertical takeoff and landing fixed wing UAVs, including the fuselage, wings, horizontal fin, rudder control, power device, tilting mechanism and landing gear. Tilt tilt angle rotating mechanism to control the wing and tailplane, realize mutual change of aircraft VTOL flight state of peace, wings and tailplane are installed on the propeller device, vertical lift aircraft taking off and landing phases mostly provided by the wing propeller device, tail propeller device for aircraft pitch adjustment, flying power plant under the condition of installing on the wings off, provided by the tail propeller device forward thrust, in order to improve the efficiency of aircraft flying under cruise state in the flat. Compared with the existing vertical landing fixed wing UAV design proposal, the invention simplifies the layout while taking into account the flying aerodynamic efficiency of the plane in the fixed wing flat flight state, and has higher reliability and practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种高效垂直起降飞行器
本专利技术属于航空飞行器设计领域，特别涉及一种高效多用途，同时又能够达到固定翼巡航飞行效率的垂直起降无人飞行器。
技术介绍
目前最常见的无人飞行器主要有多旋翼和固定翼两种形式，多旋翼飞行器构造简单，单纯依靠旋翼提供升力，控制响应较为灵敏，能够做到垂直起降和定点悬停，但此类飞行器由于没有推进动力，同时气动效率低，导致其前飞速度慢，抗风能力弱，续航能力较差；固定翼无人机采用已经经过广泛验证的飞行布局，气动效率较高，能够实现较长时间的巡航飞行和较高的飞行速度，但是此类飞行器在起飞和降落过程中要达到一定的速度，对起降场地有一定要求，同时无法进行定点悬停和低速飞行，使得其适用范围受到了很大的限制。为了综合这两种飞行器的优点，开发一种既能实现垂直起降和定点悬停又能进行长时间的高速巡航飞行的飞行器，人们进行了广泛的尝试，其中最早进入实用阶段的是美国研制的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机，之后还出现了XV-15、“鹰眼”以及V-44等一系列倾转旋翼验证机型和概念机型，我国也曾展示了“蓝鲸”倾转旋翼概念飞行器。以上飞行器大都采用倾转旋翼的方式来实现垂直起降和高速固定翼巡航两种模式的转换，飞行器螺旋桨在垂直起降阶段其功能类似于直升机旋翼，在提供垂直向上的升力的同时通过周期变距对飞行器的姿态进行调整，在固定翼需向前倾转九十度为飞行器提供推进动力，这使得此类飞行器螺旋桨必须满足直升机旋翼和固定翼推进桨两种特性，这样不仅无法兼顾两种状态下的桨叶气动效率，而且还造成旋翼控制机构和控制方法十分复杂，同时由于机翼并不随螺旋桨一同倾转，造成垂直起降阶段机翼对螺旋桨下洗气流产生干扰，进一步降低了飞行器的气动效率和控制稳定性。以上不足导致了此类飞行器安全性和可靠性要远低于一般飞行器，在实际使用过程中事故频发。中国专利公开号CN203332392U可倾转固定翼无人机提出了一种倾转机翼无人机，采用串列式机翼布局，在机身两侧设置前后两对可倾转机翼，并在每个机翼中部设置螺旋桨推进机构，飞机的垂直起降和固定翼巡航两种模式的转换通过两对机翼的倾转来实现，机身尾部额外安装了垂尾和平尾。中国专利公开号205440867U提出的可倾转机翼飞机也采用的是串列式机翼布局，每个机翼中部布置螺旋桨驱动机构，后机翼螺旋桨后方设置垂直舵面。从目前已经投入广泛使用的飞行器上可以看出，用于不同飞行状态的螺旋桨，其构型有很大的区别，特别是用于提供直升机垂直向上升力的直升机旋翼桨和用于提供固定翼飞机前进推力的高速螺旋桨，这两者无论是从形态尺寸上还是机械结构上都存在显著差异，这是由于不同飞行状态下螺旋桨的气动条件差别较大，螺旋桨必须从气动外形和内部结构上适应这种气动条件才能维持较高的气动效率，进而满足日常使用要求，因此作为同时要兼顾垂直起降状态和高速固定翼巡航状态的垂直起降飞行器，必须考虑这两种状态气动条件的不同对飞行器螺旋桨气动效率的影响。作为唯一投入实用的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机就采用了类似于直升机旋翼的螺旋桨来维持直升机状态(垂直飞行状态)下的气动效率，但同时也带来了其前飞速度和航程要远低于相同量级的固定翼飞行器的固有缺陷。以上述专利为代表的现有技术在垂直起降状态和高速固定翼巡航状态也均采用相同的螺旋桨来提供升力和推进力，未考虑螺旋桨在这两种模式下的气动效率的差异，造成螺旋桨至少在其中一种模式下处于低效率状态，无法提高飞行器的整体使用效能，特别是随着飞行器的大型化，对于其航程和飞行速度等指标要求的不断提高，这种影响会愈专利技术显。同时，以上述专利为代表的现有技术绝大部分方案均采用串列式机翼，前飞过程中前机翼下洗流对后机翼及螺旋桨的干扰会造成飞行器整体气动效率和控制稳定性的下降。此外，倾转机翼飞行器机翼承受的载荷要远比普通固定翼飞行器和多旋翼飞行器要复杂，既要承受垂直状态下螺旋桨的拉力和振动载荷，又要承受水平状态下的气动弯矩、扭矩和剪切力，且这些载荷均通过机翼根部连接点传递至机身，因此机翼根部与机身的连接部位的结构形式直接决定了这个机翼的承载刚度和强度。以上述专利为代表的现有技术中机翼均采用主梁式结构，机翼根部通过一根圆管与机身连接，机翼载荷通过这根圆管传递到机身，由于形状限制，连接圆管的截面积要远小于机翼翼根处的横截面积，这相当于机翼结构在连接点处产生了一个截面突变，造成局部结构出现显著的应力集中现象，极大的降低了机翼结构的承载效率。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种既能同时垂直起降和高速固定翼巡航要求，又能在这两个飞行模式下保证较高的气动效率的飞行器，与已有方案相比布局更加简洁合理，气动效率和可靠性更高。本专利技术的技术目的通过如下任一技术方案实现。一种垂直起降无人机，包括机身1、可倾转机翼2、设置于机翼上的机翼动力装置3、可倾转水平尾翼5和设置于水平尾翼上的尾翼动力装置6，其特征在于，所述机翼动力装置3和尾翼动力装置6具有不同的转速和/或升力。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼动力装置3包括低速升力桨。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述尾翼动力装置6包括高速推进桨。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述低速升力桨的桨叶在所述无人机进入固定翼巡航状态后折叠收起。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼动力装置3在所述无人机进入固定翼巡航状态后关闭。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述无人机还包括固定于机身的垂直尾翼4，所述垂直尾翼不可倾转。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼设置于所述机身上方。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼的倾转转轴设置于靠近机翼后缘的位置。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼2左右均置至少2台使用低速升力桨的螺旋桨动力装置，所述水平尾翼5设置至少1台使用高速推进桨的螺旋桨动力装置。根据上述技术方案之一所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述无人机还包括前起落架8和后起落架9，两者均采用轮式结构。在一个更为具体的技术方案中，为了达到上述目的本专利技术采用一种倾转机翼飞行器，包括主机身，可倾转机翼、可倾转水平尾翼、翼面倾转机构、垂直尾翼和螺旋桨动力装置。所述螺旋桨动力装置分别安装在机翼和水平尾翼上，在飞行器飞行模式转换过程中随翼面共同倾转，其中机翼螺旋桨动力装置主要负责提供垂直起降状态下飞行器的升力和部分姿态控制，水平尾翼螺旋桨动力装置主要负责垂直起降状态下飞行器俯仰姿态控制力以及前飞状态下推进动力。所述翼面倾转机构负责在飞行器垂直起降和固定翼巡航模式之间的转换过程中机翼和水平尾翼相对于机身转角的调整。在另一个更为具体的技术方案中，所述机翼螺旋桨动力装置和水平尾翼螺旋桨动力装置分别采用不同形式的螺旋桨，其中机翼螺旋桨动力装置采用类似于直升机升力旋翼的低速升力桨，在飞行器垂直起降阶段提供高效升力，在飞机进入固定翼巡航状态之后桨叶向后折叠收起以降低飞行阻力；水平尾翼螺旋桨动力装置采用高速推进螺旋桨，在飞行器固定翼巡航模式下维持较高的气动效率，降低功率消耗，延长飞行时间。在另一个更为具体的技术方案中，所述水平尾翼在固定巡航模式下转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直起降无人机，包括机身(1)、可倾转机翼(2)、设置于机翼上的机翼动力装置(3)、可倾转水平尾翼(5)和设置于水平尾翼上的尾翼动力装置(6)，其特征在于，所述机翼动力装置(3)和尾翼动力装置(6)具有不同的转速和/或升力。

【技术特征摘要】
1.一种垂直起降无人机，包括机身(1)、可倾转机翼(2)、设置于机翼上的机翼动力装置(3)、可倾转水平尾翼(5)和设置于水平尾翼上的尾翼动力装置(6)，其特征在于，所述机翼动力装置(3)和尾翼动力装置(6)具有不同的转速和/或升力。2.根据权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼动力装置(3)包括低速升力桨。3.根据权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述尾翼动力装置(6)包括高速推进桨。4.根据权利要求2所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述低速升力桨的桨叶在所述无人机进入固定翼巡航状态后折叠收起。5.根据权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼动力装置(3)在所述无人机进...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡龙，王一博，
申请(专利权)人：北京天宇新超航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11