一种新型高效倾转旋翼无人飞行器制造技术

本发明专利技术公开了一种新型高效倾转旋翼无人飞行器，该飞行器布局具有更高的气动效率和更好的平飞纵向和航向控制性能，在保证垂直起降的前提下，能够实现高速高效飞行。飞行器包括：倾转旋翼、垂飞机构、固定机翼、固定垂尾、全动平尾、机身结构和起落架。飞行器从起飞到平飞需经历垂飞状态、过渡飞行状态和平飞状态。倾转旋翼和垂飞机构可通过作动机构旋转，使该飞行器能够实现垂直起降和高速平飞。倾转旋翼可变距，兼顾垂飞状态和平飞状态的旋翼效率，可驱动飞行器高速飞行；垂飞机构在垂飞状态时，与倾转旋翼共同提供垂直起降的升力和控制力，在平飞状态收至机身两侧，保持飞行器良好的气动外形。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高效倾转旋翼无人飞行器
本专利技术涉及一种倾转旋翼垂直起降飞行器，属于航空产品

技术介绍
倾转旋翼无人飞行器兼具直升机的垂直起降能力和螺旋桨固定翼飞机的高速飞行性能，属于垂直起降飞行器。倾转旋翼无人飞行器动力作用力方向可倾转，具有广泛的应用前景，主要应用包括物流、巡线、森林防火、环境监测等。虽然倾转旋翼无人飞行器能够满足一些特殊场景的应用需求，但实际应用中还存在垂飞旋翼效率低、控制性能差和气动效率低等问题。例如：1.现有倾转旋翼无人飞行器垂飞与平飞采用同一套动力系统，且多为定距螺旋桨，而实际上，多旋翼与固定翼飞行器的旋翼无论从形态尺寸上还是机械机构上都存在显著差异，这是由不同飞行状态下螺旋桨的气动条件不同所决定的，因此现有倾转旋翼无人飞行器动力系统很难同时高效兼容垂飞和平飞状态，平飞速度较低，控制性能差；2.现有倾转旋翼无人飞行器方案多采用多旋翼方式垂直起降，通过增加多组旋翼来实现垂直起降功能，而这些旋翼在平飞过程中，只能提供较少的动力，而且复杂的倾转机构降低飞行器平飞时的气动效率，增大气动阻力。
技术实现思路
本专利技术提供了一种新型高效倾转旋翼无人飞行器方案，该飞行器布局具有更高的气动效率和更好的航向控制性能，在保证垂直起降的前提下，能够实现高速高效飞行。一种倾转旋翼无人飞行器包括：倾转旋翼、垂飞机构、固定机翼、固定垂尾、全动平尾、机身结构和起落架，且至少包含1个倾转旋翼和由2个垂飞旋翼和可折叠支撑杆组成的垂飞机构。根据上述技术方案之一所述的倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述倾转旋翼可绕垂直于垂尾对称面方向的转轴纵向倾转，也可绕在垂尾对称面内的另一个转轴横向倾转。根据上述技术方案之一所述的倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，旋翼兼顾垂直起降和高速平飞时的旋翼效率。根据上述技术方案之一所述的倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述倾转旋翼垂飞时为飞行器提供垂飞升力，前飞时为飞行器提供前飞拉力，垂飞与前飞采用同一套旋翼动力系统。根据上述技术方案之一所述的倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述倾转旋翼平飞时气流作用于垂尾方向舵，提高航向控制性能。根据上述技术方案之一所述的倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，垂飞机构在垂飞状态时提供升力，使飞行器能够垂直起飞和降落；在平飞状态时收至机身两侧，保持飞行器良好的气动外形。根据上述技术方案之一所述的倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，全动平尾在平飞时整体作为俯仰控制舵面，相比正常布局固定翼飞行器增大了控制面，提高了俯仰控制性能。在一个更为具体的技术方案中，为了达到上述目的的本专利技术采用一种倾转旋翼无人飞行器，包括倾转旋翼、垂飞机构、固定机翼、固定垂尾、全动平尾、机身结构和起落架。飞行器从起飞到平飞需经历垂飞状态(垂飞状态)、垂直转平飞的过渡飞行状态(过渡状态)和转平飞后的平飞状态(平飞状态)。采用的控制方法如下：在垂飞状态时，倾转旋翼和垂飞机构为飞行器提供升力，通过改变3个旋翼的升力差，实现飞行器俯仰和滚转控制，通过倾转旋翼横向偏转，实现飞行器航向控制。在过渡状态时，倾转旋翼纵向倾转，此时倾转旋翼升力在前飞方向上的分量会驱动飞行器前飞，在垂直于前飞方向上的分量与垂飞机构共同作用，为飞行器提供部分升力和姿态控制力。平飞状态时，倾转旋翼完全倾转至与飞行方向平行，此时倾转旋翼提供拉力驱动飞行器前飞，在机翼可以提供足够的升力后，垂飞机构收至机身两侧，保持飞行器的良好气动外形，通过改变副翼、方向舵和全动平尾偏角实现对飞行器的姿态控制。本专利技术带来的有益效果：(1)本专利技术飞行器倾转旋翼采用了变距螺旋桨，兼顾垂飞状态和平飞状态的旋翼效率，可实现高速飞行，同时提高了飞行器续航时间。(2)本专利技术飞行器的垂飞机构在平飞状态时收至机身两侧，保持飞行器良好的气动外形，减少气动阻力。(3)本专利技术飞行器的方向舵面位于倾转旋翼气流区域，舵面效率提高，航向控制性能增强。(4)本专利技术飞行器的平尾整体偏转作为俯仰控制舵面，俯仰控制性能增强。附图说明图1是本专利技术倾转旋翼飞行器垂飞状态示意图；图2是本专利技术倾转旋翼飞行器垂飞状态俯视图；图3是本专利技术倾转旋翼飞行器平飞状态示意图；图4是本专利技术倾转旋翼飞行器平飞状态俯视图；图5是本专利技术倾转旋翼飞行器的倾转旋翼机构示意图。图1中：1.倾转旋翼；2.垂飞机构；21.垂飞旋翼；22.可折叠支撑杆；3.固定机翼；31.副翼舵面；4.固定垂尾；5.全动平尾；6.机身结构；7.起落架。图2中：1.倾转旋翼；2.垂飞机构；21.垂飞旋翼；22.可折叠支撑杆；3.固定机翼；31.副翼舵面；4.固定垂尾；5.全动平尾；6.机身结构；7.起落架。图3中：1.倾转旋翼；2.垂飞机构；21.垂飞旋翼；22.可折叠支撑杆；3.固定机翼；31.副翼舵面；4.固定垂尾；41.方向舵5.全动平尾；6.机身结构；7.起落架。图4中：1.倾转旋翼；2.垂飞机构；21.垂飞旋翼；22.可折叠支撑杆；3.固定机翼；31.副翼舵面；4.固定垂尾；5.全动平尾；6.机身结构；7.起落架。图5中：8.纵向偏转控制舵机；9.横向偏转控制舵机。具体实施方式图1～5所示为本专利技术的一种新型高效倾转旋翼无人飞行器的基本结构布局及运行方式。飞行器包括：倾转旋翼(1)、垂飞机构(2)、固定机翼(3)、固定垂尾(4)、全动平尾(5)、机身结构(6)和起落架(7)，其特征在于，倾转旋翼位于垂尾顶端位置，可以沿横纵两个方向倾转；垂飞机构可折叠至机身两侧。飞行器能够进行三种飞行状态的飞行，包括：垂飞状态、过渡状态和平飞状态。图1、图2示出了本实施例垂飞状态倾转旋翼(1)和垂飞机构(2)与机身结构(6)的相对位置；图3、图4示出了本实施例平飞状态时，垂飞机构(2)与机身结构(6)的相对位置；图5示出了本实施例倾转旋翼的倾转结构；实施例过渡状态各倾转部件旋转位置介于垂飞状态和平飞状态之间。本实施例中2个垂飞旋翼和1个倾转旋翼的布局不应限制本专利技术的内容，垂飞旋翼和倾转旋翼的数量与布局应根据本专利技术所述内容视具体总体设计方案而定。如图1，所述实施例的倾转旋翼(1)固定在垂直尾翼(4)上，倾转旋翼(1)可绕垂直于垂尾对称面方向的转轴纵向倾转，也可绕在对称面内的另一个转轴横向倾转。垂飞状态时，倾转旋翼(1)提供升力使得飞行器可垂直起降。平飞状态时，倾转旋翼(1)转至与飞行方向平行，为飞行器提供主要拉力。倾转旋翼(1)应为可变距旋翼，以兼顾垂飞和前飞旋翼效率，倾转旋翼(1)可采用电机或燃油发动机驱动。优选的，倾转旋翼(1)采用电机驱动，变距采用电驱动，且在飞行过程中能够根据来流速度自动改变旋翼桨距。如图1，所述实施例的垂飞机构(2)固定在机身结构(6)前端，垂飞旋翼(21)应具有高的垂飞效率。在垂飞状态时，垂飞旋翼(21)与倾转旋翼(1)共同作用，通过转速的变化及倾转旋翼(1)的横向倾转为飞行器提供横侧向控制力。在平飞状态时，垂飞机构(2)通过折叠支撑杆(22)收至机身两侧，保持飞行器良好的气动外形。如图3，所述实施例的固定机翼(3)，在平飞状态时，为飞行器提供主要升力。固定机翼(3)应包括副翼舵面(31)，在平飞状态时，副翼舵面(31)差动偏转为飞行器提供横向控制力。如图3，所述实施例的垂直尾翼(4)不偏转，为飞行器平飞时的横向安定面。垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型高效倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，机体结构包括：倾转旋翼(1)、垂飞机构(2)、固定机翼(3)、固定垂尾(4)、全动平尾(5)、机身结构(6)和起落架(7)。飞行器同时包含具有倾转功能的倾转旋翼(1)和能够提供垂直起降升力的垂飞机构(2)。

【技术特征摘要】
1.一种新型高效倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，机体结构包括：倾转旋翼(1)、垂飞机构(2)、固定机翼(3)、固定垂尾(4)、全动平尾(5)、机身结构(6)和起落架(7)。飞行器同时包含具有倾转功能的倾转旋翼(1)和能够提供垂直起降升力的垂飞机构(2)。2.根据权利要求1所述的一种新型高效倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，机体至少包含1个倾转旋翼(1)和由2个垂飞旋翼和可折叠支撑杆组成的垂飞机构(2)。3.根据权利要求1所述的倾转旋翼(1)，其特征在于，可绕垂直于垂尾对称面方向的转轴纵向旋转和在垂尾对称面内的另一个转轴横向旋转。4.根据权利要求1所述的倾转旋翼(1)，其特征在于，旋翼可变距，兼顾垂直起降和高速平飞时的旋翼效率。5.根据权利要求1所述的倾...

【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