一种混合式倾转旋翼无人机制造技术

本发明专利技术是一种采用摆线桨尾翼的倾转旋翼无人机，其主要特征是利用摆线桨和螺旋桨组合提供动力。动力部分由机翼翼稍处两个螺旋桨动力舱和尾部的摆线桨推进器构成，两个螺旋桨动力舱可以进行大角度倾转，实现推力方向的转变，摆线桨推进器由摆线桨叶片，支架、调节杆，摆线桨转轴、驱动装置、偏心圆环和偏心圆环控制器构成，通过对偏心圆环位置的变动改变尾部推力的方向。当无人机处于多旋翼机状态，可以垂直起降及空中悬停；当无人机处于固定翼机状态，飞行速度较快，效率较高。本发明专利技术融合了多旋翼与固定翼的优点，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种混合式倾转旋翼无人机
本专利技术属于航空飞行器设计
，具体涉及一种采用摆线桨与螺旋桨混合的倾转旋翼无人机。
技术介绍
长期以来，人们一直在寻求兼具多旋翼机和固定翼机优点的飞行器。经过多年探索和实践，出现了诸如美国第一代倾转旋翼原型验证机XV-15、已经服役的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机、“鹰眼”倾转旋翼无人机等，在军用和民用领域发挥了重要作用，具有广阔的发展前景。倾转旋翼无人机不仅具有多旋翼无人机垂直起降、空中悬停等优点，同时还具有与固定翼飞机相当的飞行速度、航程及载荷能力。但由于鱼鹰为双旋翼的倾转旋翼机，飞行控制系统较为复杂，在垂飞以及在倾转垂飞平飞过渡的飞行状态时，存在纵向稳定性差，操作困难等问题。此外，针对摆线桨技术的研究已经持续了较长的时间，通过现有的理论分析和实验可知，摆线桨桨叶的展向与桨盘转轴的轴线平行，通过轴线与桨盘转轴轴线平行的枢轴安装在桨盘上，桨叶可绕着枢轴摆动。桨叶作为升力面，在绕桨盘转轴转动过程中，其攻角经历从零攻角到最大攻角，再从最大攻角到零攻角的连续周期变化，桨叶的这种俯仰运动带来的非定常气动效应可以大大提高摆线桨的气动效率。另外，通过控制机构调节桨叶的最大攻角大小，可以改变摆线桨的拉力大小；而通过调节桨叶攻角最大时在桨盘上的方位角，则可以产生垂直于桨盘转轴的平面内任一方向的拉力，摆线桨对推力大小和方向的控制简单且高效。
技术实现思路
针对上述鱼鹰倾转旋翼机存在的不足，以及摆线桨具有的特性，本专利技术旨在提供一种控制简单，稳定性强，可靠性高，便于操作的新型倾转旋翼无人机。为实现本专利技术的技术目的，本专利技术提供如下多种技术方案：一种混合式倾转旋翼无人机，包括机身，固定机翼和固定尾翼，其特征在于，所述无人机还包括位于机翼的可倾转螺旋桨动力舱和位于尾翼的摆线桨推进器。根据上述任一技术方案所述的无人机，其特征在于，所述可倾转螺旋桨位于机翼的两端。根据上述任一技术方案所述的无人机，其特征在于，位于两翼的螺旋桨的旋转方向相反。根据上述任一技术方案所述的无人机，其特征在于，所述固定尾翼包括水平部分和竖直部分，每边呈“L”形。根据上述任一技术方案所述的无人机，其特征在于，所述摆线桨推进器包括摆线桨叶片，摆线桨支架，调节杆，摆线桨转轴，驱动装置，偏心圆环和偏心圆环控制器，所述摆线桨推进器通过所述偏心圆环控制器对偏心圆环位置的控制来改变尾部推力的方向。根据上述任一技术方案所述的无人机，其特征在于，所述螺旋桨动力舱和所述摆线桨推进器的动力类型可以是电动、油动或油电混合。根据上述任一技术方案所述的无人机，其特征在于，所述摆线桨推进器包括四个摆线桨叶片。根据上述任一技术方案所述的无人机，其特征在于，当飞行器平飞时，其中两个相对的摆线桨叶片和飞行器机身轴线所在的水平面大致共面。在一个更为具体的技术方案中，本专利技术提供一种采用摆线桨尾翼的倾转旋翼无人机，其主要特征是利用摆线桨和螺旋桨组合提供动力，相比与鱼鹰的双旋翼布局，本专利技术动力系统由机翼两端的两个螺旋桨动力舱和尾部的摆线桨推进器三部分构成，呈等腰三角形分布。两个螺旋桨动力舱通过舵机和连杆可以实现大角度倾转；摆线桨推进器由摆线桨叶片，支架、调节杆，摆线桨转轴、驱动装置，偏心圆环和偏心圆环控制器构成，通过对偏心圆环位置的变动改变尾部推力的方向，实现全矢量推力，并且响应较快。三个动力端推力方向的转变可以让无人机实现多旋翼和固定翼两种模式的转换；当机翼两端螺旋桨动力舱向上倾转，摆线桨推进器推力向下时，无人机处于多旋翼机模式，可以垂直起降及空中悬停；当机翼两端螺旋桨动力舱向后倾转，摆线桨推力关闭，4片摆线桨桨叶与飞机平飞方向平行，无人机处于固定翼模式。在一个更为具体的技术方案中，本专利技术采用摆线桨推进器作为尾部的动力端，摆线桨转轴固定于机身上，支架由四根绕着摆线桨转轴均布的外延杆组成，并且可以绕着摆线桨转轴旋转；摆线桨由4片对称翼型的叶片构成，他们的前缘分别与4根外延杆的外端铰接；调节杆为4根，它们的一端分别与摆线桨叶片后缘处铰接，另一端可以在偏心圆环上滑动；偏心圆环有两个自由度，可以在平行于飞机对称面的平面内平移运动，偏心圆环控制器固定在机身上，控制偏心圆环的运动。本专利技术的有益效果包括以下任意一项：本专利技术是一种新型的由三个动力端(机翼两端各一个，尾翼一个)组成的倾转旋翼飞机，兼有多旋翼和固定翼两种模式。多旋翼模式下可以进行垂直起落以及空中悬停，使其无需跑道或者其他装置即可起飞降落，固定翼模式下可以进行高速的飞行作业，飞行效率较高。三个动力端相比两个动力端的倾转旋翼机(如鱼鹰)在尾部多出一个摆线桨推进器，在垂飞时，飞机增加了一个可以控制俯仰操作的力矩，这使得飞机纵向操作上更加简单，稳定性更强，可靠性更高。摆线桨推进器作为尾部的动力端，相比于螺旋桨推力装置或者涵道风扇装置具有很大的优势：首先，摆线桨结构简单，重量小，且省去了繁重的倾转机构，大大减小了飞机的重量，有利于飞机航程的提升和机动性的提高；其次，摆线桨推进器通过控制桨叶的攻角来控制推力的大小和方向，且推力的大小和方向都可以瞬时变化，控制简单且高效，作为尾部的动力端，有利于提高飞机垂飞时的稳定性和机动性；而且，摆线桨不管以多大功率转动，噪音都非常低；最后，作为尾部的动力端，在飞机垂飞时，摆线桨不会产生额外的偏航力矩。当飞机平飞时，摆线桨支架以及摆线桨叶片固定于特定位置，支架上相对的两个桨叶所在的平面以及机身轴线所在的水平面三面共面，另外两个相对的桨叶平面平行于上述三面共面的平面，此时，飞机尾部迎风面积达到最小，平飞时，产生的阻力较小。而且，与机身轴线所在的水平面共面的那两片桨叶可作为飞机平飞时的水平安定面，另外两个桨叶可以沿着前缘处与支架的铰接点旋转，可作为平飞时的升降舵。附图说明图1为本专利技术混合式倾转旋翼无人机平飞状态总体图；图2为本专利技术混合式倾转旋翼无人机垂飞状态总体图；图3为本专利技术混合式倾转旋翼无人机摆线桨推进器细节图；图4为本专利技术混合式倾转旋翼无人机平飞时尾部细节图；图中1尾翼舵面，2尾翼，3摆线桨推进器，4机翼，5机身，6副翼，7螺旋桨，8螺旋桨动力舱，9摆线桨转轴，10偏心圆环，11驱动装置，12摆线桨叶片，13调节杆，14支架，15偏心圆环控制器具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在一个具体的实施例中，螺旋桨动力舱8可以绕转轴旋转，摆线桨推进器3可以任意迅速地改变在飞机对称面内推力地大小和方向，实现多旋翼模式与固定翼模式之间的切换。无人机处于多旋翼模式时，螺旋桨动力舱8向上倾转至与机身5轴线垂直，摆线桨推进器3通过偏心圆环控制器改变偏心圆环的位置，来调节摆线桨产生的推力的方向和大小，使产生的推力向下，大小适中，并依靠飞控保持飞机的稳定性。飞机前进后退时，螺旋桨动力舱8和摆线桨推进器3差动控制；飞机侧飞时，左右螺旋桨动力舱8差动控制；偏航飞行时，依靠机翼左右舵机调整端头两个螺旋桨动力舱8的倾转角度进行控制。因此，无人机在垂飞时，能够实现垂直起降、悬停、前飞、后飞、侧飞等动作。无人机处于固定翼模式时，螺旋桨动力舱8向前倾转，摆线桨支架以及摆线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合式倾转旋翼无人机，包括机身，固定机翼和固定尾翼，其特征在于，所述无人机还包括位于机翼的可倾转螺旋桨动力舱和位于尾翼的摆线桨推进器。

【技术特征摘要】
1.一种混合式倾转旋翼无人机，包括机身，固定机翼和固定尾翼，其特征在于，所述无人机还包括位于机翼的可倾转螺旋桨动力舱和位于尾翼的摆线桨推进器。2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述可倾转螺旋桨动力舱位于机翼的两端。3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，位于两翼螺旋桨的旋转方向相反。4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述固定尾翼包括水平部分和竖直部分，每边呈“L”形。5.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述摆线桨推进器包括摆线桨叶片...

【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