一种可倾转多旋翼双机身鸭式布局无人飞行器制造技术

本发明专利技术涉及一种垂直起降的无人飞行器，该飞行器采用双机身远距鸭翼的气动布局，动力系统由“Y”型布局的4个带倾转机构的螺旋桨构成，机翼采用基于柔顺结构的可变机翼，舵面采用柔性无缝舵面结构。本发明专利技术的有益效果在于：采用可倾转多旋翼系统实现垂直起降，避免平飞时存在无用动力系统而产生“废重”；在两机身之间布置动力系统可避免螺旋桨与机身间的气流干扰；双机身可提高机体刚度从而减小机体重量；远距鸭翼可提高全机升力系数、调节气动中心位置、增加机体的刚性从而减小机体重量；采用基于柔顺结构的自适应机翼,使得机翼气动外形时刻处于最优状态；采用柔性无缝舵面,无缝连接机翼与舵面，从而减小干扰阻力。

A tilting rotor double canard aircraft fuselage

The invention relates to a vertical take-off and landing unmanned aircraft, the aircraft fuselage with double distance canard aerodynamic layout, power system consists of \4 belt tilting mechanism of propeller type Y layout structure, using variable wing wing compliance based on the structure of the flexible joint without rudder rudder structure. The invention has the advantages that: the use of tilting system to realize multi rotor VTOL flight, to avoid useless power system and lead to \waste\; arrangement of power system in two body can avoid interference between propeller and air between the twin fuselage fuselage; can improve the body stiffness and decrease body weight; distance duck the wing can increase the lift coefficient, adjusting the aerodynamic center position, increase the body's rigidity so as to reduce body weight; the adaptive wing compliance structure based on the wing aerodynamic optimal state at the moment; adopt flexible seamless seamless connection of rudder, wing and rudder, thereby reducing the interference resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种可倾转多旋翼双机身鸭式布局无人飞行器
本专利技术涉及航空器
，特别涉及一种垂直起降的无人飞行器，该飞行器采用双机身远距鸭翼的气动布局，一对共轴双桨系统和两个单一螺旋桨构成的动力系统，并设计了基于柔顺结构的可变机翼，以及柔性无缝舵面结构，可以具备悬停效率高、可高速前飞、能够垂直起降等特点。
技术介绍
垂直起降飞行器是一个重要的飞行器门类。尽管垂直起降飞机早已获得广泛应用，然而长期以来，可垂直起降飞机的新设计总是无法保证在不牺牲航程、效率和作业能力的条件下提高飞行速度。随着技术的发展，关于新型垂直起降飞行器的研究再次成为热点。近年来，美国国防部预先研究计划局(DARPA)提出了“垂直起降试验飞机计划”(X-Plane)，希望能够创造性得将旋翼技术与固定翼技术相结合，研发出新一代垂直起降飞行器。与目前的垂直起降飞行器相比，本垂直起降飞行器采用可倾转多旋翼系统实现垂直起降；采用双机身布局使得机身间有足够的空间布置共轴双桨动力系统，避免了螺旋桨动力系统与机身间的气流干扰，还使得机身中有足够的空间装载设备；采用远距鸭翼可以提高全机升力系数，调节全机气动焦点的位置，同时远距鸭翼与双机身、主机翼构成封闭整体，提高了全机刚度，从而使得机体结构重量得以减轻；采用倾转旋翼机构避免动力系统闲置，使得动力系统在垂直起降和平飞状态下都得到有效应用；采用基于柔顺结构的自适应机翼，使得飞行工况改变时，机翼随之调整形状，达到该工况下较优的气动外形，取得更好的升阻特性；采用柔性无缝舵面，舵面与翼面之间用柔性材料连接，保证舵面前缘与翼面之间没有缝隙、舵面的边界与翼面之间没有断隔，达到机翼与舵面无缝平滑过渡、减小干扰阻力的效果。舵面采用记忆金属驱动，柔性材料弹性模量适中，从而使得记忆金属足以驱动舵面，。
技术实现思路
本专利技术目的在于提高垂直起降无人飞行器的飞行性能。为提高垂直起降无人飞行器的飞行性能，本专利技术通过以下技术方案实现：一种垂直起降无人飞行器，包括“Y”型布局可倾转多旋翼垂直起降系统、双机身布局、远距鸭翼、基于柔顺结构的可变机翼、柔性无缝舵面结构等。本专利技术所述“Y”型布局可倾转多旋翼动力系统，靠近机头方向一点，布置共轴双桨螺旋桨，机身尾部两点，布置一对单桨。螺旋桨都安装在倾转结构上，垂直起降时，桨盘中心轴线竖直，平飞时，桨盘中心轴线转为水平。该系统具有如下优势特点：(1)控制简单。(2)悬停效率高。(3)“废重”小，“空机重量系数”低。不使部分动力系统处于“闲置”状态，有效增加任务载荷，延长航时、航程。(4)平飞速度高。本专利技术所述双机身布局，基于如下两个原因：(1)提高旋翼的悬停效率和平飞推进效率：采用双机身布局，可将垂直起降动力系统中间的“旋翼系统”布置在两个机身之间。垂直起降阶段，机身、机翼不会对旋翼气流形成阻挡，从而提高悬停效率，平飞阶段，机身之间形成了通畅的通道，与单机身飞行器在机身中安装倾转旋翼的飞行器相比，平飞极端旋翼来流路径没有遮挡，进气效率高，从而可以提高平飞推进效率。(2)双机身布局可以提高机体刚度，从而可以减轻结构重量，提高飞行器的航程与航时。本专利技术所述远距鸭翼，将鸭翼布置在机身靠近头部的位置，通过鸭翼将两个机身相连。鸭翼在满足俯仰力矩配平需要的同时，可以增加整个飞行器的刚度，提高两个双机身结构的抗扭能力，减轻机身结构重量；在鸭翼的布置方面，由于鸭翼会产生尾流，如果主机翼位于鸭翼的尾流之中，势必会受到下洗作用的影响，降低效率。因此，鸭翼采用下单翼，主机翼采用中单翼，使主机翼避开鸭翼的下洗气流。这样的布置可以壁面鸭翼尾流对主机翼造成干扰。本专利技术所述基于柔顺结构的可变机翼，不像传统刚性机构那样靠运动副来实现全部运动和功能，而主要靠机构中的柔性构件的变形来实现机构的主要运动和功能，同时也能实现运动、力和能量的传递和转换，有效实现自适应机翼的变弯度功能，可以在飞行器外部飞行环境，尤其是飞行速度改变的情况下，改变翼型形状、机翼形状，以更好得适应飞行对升阻比的要求。本专利技术所述柔性无缝舵面结构，指的是舵面与机翼面之间采用柔性无缝连接。舵面与机翼翼面之间没有缝隙，舵面边缘与机翼柔性连接，不形成断裂。这样的柔性无缝舵面结构，可以在使用舵面时，提高气动效率，减小干扰阻力。另外，柔性无缝舵面由记忆金属驱动。附图说明图1为本专利技术一种图(无人机垂直起飞俯视图)。图2为本专利技术一种图(无人机垂直起飞侧视图)。图3为本专利技术一种图(无人机平飞俯视图)。图4为本专利技术一种图(无人机平飞侧视图)。图5为本专利技术一种图(无人机尾部推进装置图)。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。本专利最关键的构思在于，引入双机身和远距鸭翼的气动布局，引入“Y”型布局的可倾转多旋翼动力系统。请参阅图1、图2和图5，一种垂直起降无人飞行器，包括空速管1，光电摄像探头2，鸭翼3，鸭翼偏转舵4、5，雷达5，起落架6，左右机身8、9，飞控计算机10，主推进螺旋桨倾转装置11，共轴双桨推进器12，主机翼13，垂尾偏转舵14，主机翼偏转舵15，尾推进器进气道16，尾部螺旋桨17，尾部推进器18，左右垂尾19、20，尾部推进倾转机构21。从上述描述可知，本专利技术采用“Y”型布局垂直起降动力系统，共轴双桨推进器12布置在靠近机头方向，两机身8、9之间，其上有安装共轴双桨，通过主推进螺旋桨倾转装置11控制其转动到当前飞行状态所需的角度，两机身8、9尾部各自安装有尾部推进器18，其上安装一个尾部螺旋桨17，也通过尾部倾转机构21改变推进器转动角度，尾部进气道呈流线型，当无人飞行器平飞时，和机身流线贴合，减小飞行阻力。从上述描述可知，本专利技术采用双机身布局，空速管1、光电摄像探头2和雷达5位于机身头部，飞控计算机10位于机身内部，左右机身8、9主要通过前置鸭翼3和主机翼13连接，双机身的布局给主推进螺旋桨倾转装置11提供了足够的安装空间，在起飞状态下，左右机身8、9、主机翼13不会对旋翼气流形成阻挡，减小了干扰阻力，在平飞状态下，左右机身8、9之间形成了通畅的通道，与单机身飞行器在机身中安装倾转旋翼的飞行器相比，平飞阶段旋翼来流路径没有遮挡，使共轴双桨推进器12进气效率提高。动力系统在垂直起降阶段均提供升力，在平飞时，均转向水平提供推力。平飞阶段没有无用的动力系统。平飞阶段动力系统提供推力、主机翼与鸭翼提供升力。这一设计可以提高飞行器空机重量系数，提高飞行的效率，从而延长航时、航程。从上述描述可知，本专利技术采用远距鸭翼布局，将鸭翼3布置在左右机身8、9头部，通过鸭翼3将左右机身8、9相连。鸭翼3在满足俯仰力矩配平需要的同时，可以增加整个飞行器的刚度，提高双机身结构的抗扭能力，减轻机身结构重量；另外由于鸭翼3会产生尾流，如果主机翼13位于鸭翼3的尾流之中，势必会受到下洗作用的影响，降低效率。因此，鸭翼3采用下单翼，主机翼13采用中单翼，使主机翼13避开鸭翼的下洗气流。远距鸭翼安装角大于主机翼，大迎角工况下，远距鸭翼首先失速，避免迎角进一步扩大引起主机翼失速。此外，远距鸭翼可以提供升力，从而可以增加全机升力系数。从上述描述可知，本专利技术采用基于柔顺结构的可变机翼13，不像传统刚性机构那样靠运动副来实现机翼的变形，而主要靠机翼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可倾转多旋翼双机身鸭式布局无人飞行器，其特征在于，飞行器采用双机身远距鸭翼的气动布局，动力系统采用“Y”型布局的4个螺旋桨构成，机翼采用柔顺结构设计，襟翼采用无缝襟翼结构。

【技术特征摘要】
1.一种可倾转多旋翼双机身鸭式布局无人飞行器，其特征在于，飞行器采用双机身远距鸭翼的气动布局，动力系统采用“Y”型布局的4个螺旋桨构成，机翼采用柔顺结构设计，襟翼采用无缝襟翼结构。2.根据权利要求1所述的可倾转多旋翼双机身鸭式布局无人飞行器，其特征在于，动力系统布局采用“Y”型布局。两机身之间的机体中部位置布置共轴双桨，两机身尾部各布置一个螺旋桨。所述螺旋桨系统都安装有倾转机构，垂直起降时，桨盘中心轴线竖直，平飞时，桨盘中心轴线转为水平。该系统具有如下特点：控制简单；悬停效率高；“废重”小，“空机重量系数”低；在平飞时没有动力系统处于“闲置”状态，可以有效增加任务载荷，延长航时、航程；平飞速度高。3.根据权利要求1所述的可倾转多旋翼双机身鸭式布局无人飞行器，其特征在于，采用双机身布局，两机身之间有足够的空间可以布置共轴双桨系统。同时，双机身布局可以增加机体的刚度，有利于降低结构重量，增加翼展，从而延长航时、航程。4.根据权利要求1所述的可倾转多旋翼双机身鸭式布局无人飞...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秦阳，田申，吴颂平，王杰，陈垚，廖东平，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11