一种新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机制造技术

本发明专利技术公开了一种新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机。方案中包括：机身组件，头罩，尾罩组件，动力螺旋桨组件，对称机翼组件。其特点是，四个机翼相对于机身呈十字对称布局，其四个机翼上分别包含一个动力螺旋桨组件，在其机翼的下部使用带有减震装置的起落架；另外头罩尾罩组件位于机身两端用于减少巡航平飞过程的空气阻力。该无人机在垂直起降或者悬停阶段通过对四个螺旋桨推力的差动控制来保证其姿态稳定，在水平飞行时，通过后缘襟翼和副翼来控制无人机滚转，偏航等机动动作；本发明专利技术特别适合应用于舰载无人机，电力线巡检等领域或对机动性要求较高，速度较快，安全性较高的场合。

A new type of axisymmetric multi propeller propeller vertical take-off and landing UAV

The invention discloses a new type of axisymmetric multi propeller vertical take-off and landing UAV. The scheme includes: fuselage assembly, hood, tail hood assembly, power propeller assembly, symmetrical wing assembly. It is characterized by a cross-symmetrical arrangement of the four wings relative to the fuselage. Each of the four wings contains a power propeller assembly and a landing gear with shock absorber at the lower part of the wing. The head cover and tail cover assembly is located at both ends of the fuselage to reduce the air drag during cruise leveling. The attitude stability of the UAV is guaranteed by the differential control of the thrust of four propellers during the vertical takeoff and landing or hovering stages, and the maneuvering actions of the UAV such as rolling and yawing are controlled by the trailing flaps and ailerons during the horizontal flight; the invention is especially suitable for the application of the UAV on board, the power line inspection and other fields or for the aircraft. High mobility, fast speed and high safety.

【技术实现步骤摘要】
一种新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机
本专利技术涉及航空
，特别是涉及一种尾座式垂直起降无人机。
技术介绍
目前国内主流的无人机包含两大类，一类靠螺旋桨直接提供升力的旋翼机，另一类靠机翼产生升力的固定翼机。这两类无人机各有其优缺点，旋翼机最大的优点是可以实现垂直起降，空中悬停等操作，其缺点为巡航速度较低，能量效率低，巡航时间短等；固定翼无人机具有速度快，巡航时间长，能量效率高的优点，但其无法实现垂直起降并且依赖一定距离的飞行跑道，无法悬停；因此近年来有学者将固定翼无人机飞行效率高和旋翼机可实现垂直起降和悬停的优点结合一起设计出很多类型新颖的垂直起降无人机。例如申请号为CN201510492472.8所述方案，当无人机起飞或者需要空中悬停时，机身下部的可收放多旋翼组件展开，来提供垂直起降与悬停能力；在无人机巡航时多旋翼组件收入机身内部，靠尾部动力机构来提供无人机向前飞行所需的推力，这种方案仅是实现固定翼无人机与旋翼无人机的简单组合，该方案的无人机悬停时其尾部的推力发动机变为多余的组件，增加悬停时的额外负重，在水平飞行时，收入舱内的固定翼组件则变为多余组件，同样增加了平飞时的额外负重，均不能够充分发挥无人机各个组件的功能。再如申请号为201710178417.0的倾转旋翼无人机，在起飞与悬停时旋翼平面垂直于飞行器重力方向，在水平飞行时，旋翼平面与大地水平面垂直，这类无人机在飞行姿态切换的过程中需要变化自身结构，对于结构发生变化的系统在进行控制律设计时更为复杂，另外可变的旋翼结构同样会影响其平飞时的空气动力性能，增加额外的空气阻力。另外，常规的垂直起降固定翼无人机在悬停与水平飞行时有效操作机构是彼此独立的，当该类型无人机出现异常状况，例如在平飞时出现某一个控制舵面失效，无人机就需要被迫降落无法继续执行任务，因此其容错性较低；其次，该类型无人机仅关于通过机身的竖直平面对称，在平飞时有上下左右之分，并且难以实现高机动性和复杂的机动动作，因此如何实现高机动性和复杂的机动动作成为无人机广泛应用的关键。本专利技术轴对称结构的机翼解决方案，实现了无人机的高机动性和复杂的机动动作并且增强其容错性。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有垂直起降无人机其结构布局在水平飞行时气动阻力较大，巡航速度较低，机动灵活性与安全性无法满足特殊场合需求的缺陷，例如在舰载无人侦察机中需要一款安全性高，机动性强，巡航速度高可垂直起降的无人机。为了实现上述目的，本专利技术采用一种十字轴对称结构的机翼气动布局来提高其机动灵活性，采用流线型机身来降低水平飞行时的空气阻力，采用四个对称分布的动力螺旋桨来实现垂直起降和提供平飞的前进动力，方案中包括机身组件，头罩，尾罩组件，动力螺旋桨组件，对称机翼组件，这里对称有两层含义，其一为机翼相对机身的安装位置为对称方式安装，其二为机翼所用翼型为对称翼型。进一步的，所述无人机在垂直起降和空中悬停阶段，由四个类似四旋翼的螺旋桨提供静态推力，保持无人机的稳定；在由悬停飞行状态转为巡航平飞的过程直接通过机身的倾转来实现，轴对称的气动布局设计使其能够向任意方向倾转实现巡航平飞；在巡航平飞过程中由四个螺旋桨提供前飞动力。所述机身组件，采用圆柱形结构，对机身内部可有效增加载荷仓容积，对于机身外部，可降低气动阻力，并在其外侧对称布置四个机翼安装座，机身是无人机主要承力及载荷部件，另外机身组件还起到连接机翼组件，头罩，尾罩组件的作用。所述头罩组件，包含无人机头罩与空速计传感器，头罩与无人机机身具有相同的最大半径，安装于机身前端，用来减少迎面的空气阻力，并提供空速计传感器安装孔座。所述尾罩组件，与无人机机身具有相同的最大半径，安装于机身后端，用来减弱机身尾部的空气分离效应，进而降低水平飞行时的空气阻力，另外尾罩组件还包含近地传感器探测孔位。所述动力螺旋桨组件，包含四个无刷直流电机，四个电调，四个电机安装支架与四个螺旋桨，每个无刷电机配置一个螺旋桨并安装在U型电机支架上，四个电调分别通过魔术粘将其贴在U型支架一侧，U型电机支架上侧用来固定无刷电机；支架通过安装螺丝将其固定在机翼上。所述对称机翼组件，安装在机身的相应机翼安装座上，并采用对称翼型后掠角的方式，在机翼中段位置设置有U型电机支架安装孔，与安装孔位于同一直线上在机翼的下端安装具有缓冲作用的无人机起落支架，四个起落支架分别安装在四个机翼的中段位置，为无人机在地面停靠时提供稳定的支撑，另外机翼组件还包含一个靠近机身一侧的后缘襟翼和靠近翼尖一侧的副翼，以及负责驱动副翼与襟翼偏转的舵机，为了减少气动阻力，每个对称翼上的两个舵机通过舵机安装槽嵌装在机翼内部。通过上述的设计组织方式，此无人机在起飞前机头指向地面上方，并依靠安装于机翼中断的起落架来提供停靠时的稳定支撑力，在起飞后，无人机首先像四旋翼一样可以实现悬停，然后通过倾转机身来实现水平飞行；呈十字对称结构的气动外形与对称翼型的选取，可使其无人机在水平飞行时不用区分上下左右面，另外假设某一时刻无人机正在朝某一方向水平飞行，若此时无人机需要向后方调头，此无人机可以通过半个筋斗动作来实现，即无人机首先抬头90度，此时机头指向天空，紧接着无人机继续后仰90度即可实现调头机动飞行；由于轴对称的气动外形设计，使其没有上下之分，此时只需通过合适的舵面操作便可以实现继续水平飞行，而不需要像常规气动布局飞机一样再进行180度滚转改平动作；采用后缘襟翼可以有效增加无人机在姿态切换过程中的失速迎角，从而降低姿态切换过程的难度并增加姿态切换的安全性，另外，本专利技术在保证无人机超灵活特性的同时，采用使其空气阻力降到最低的气动结构布局。附图说明下面通过附图对本专利技术进行说明图1新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机整体示意图图2新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机机身组件示意图图3新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机头罩组件示意图图4新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机尾罩组件示意图图5新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机动力螺旋桨组件示意图图6新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机机翼组件示意图图7新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机悬停姿态示意图具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机，包含机身组件102、头罩组件101、尾罩组件104、动力螺旋桨组件103、对称机翼组件105。机翼组件呈十字对称结构均匀安装在机身四周，这种对称结构的气动布局可以使得此无人机具有很强的机动性能，头罩和尾罩组件分别安装在机身的前后两端，动力螺旋桨组件通过位于机翼上的安装槽位601固定在机翼中段位置，对称机翼和动力螺旋桨组件的这种安装方式使得动力螺旋桨组件相对于机身同样呈十字对称布局。如图2所示为机身组件，其四周分别有四个完全一样的对称机翼安装座201，其每个安装座上包含三个定位孔用于对称机翼与机身的骨架进行连接，为了更方便布置载荷和增加机身的结构强度机身的内部采用立方体空间布置。为了减少无人机在平飞过程的气动阻力需要为无人机机身配置合适的头罩和尾罩组件，如图3、图4所示，分别为无人机的头罩和尾罩组件，头罩和尾罩均通过胶粘合方式与机身组件相连接。头罩组件中包含的空速计传感器301位于头罩中心前端位置，从头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机，其特征在于，包括机身组件，头罩、尾罩组件，动力螺旋桨组件，对称机翼组件；无人机在由悬停状态转为水平飞行状态直接通过倾转机身实现，在悬停和垂直起降阶段依靠动力螺旋桨输出的静态推力保持姿态稳定，在平飞阶段依靠后缘襟翼和副翼实现滚转偏航等机动动作。

【技术特征摘要】
1.一种新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机，其特征在于，包括机身组件，头罩、尾罩组件，动力螺旋桨组件，对称机翼组件；无人机在由悬停状态转为水平飞行状态直接通过倾转机身实现，在悬停和垂直起降阶段依靠动力螺旋桨输出的静态推力保持姿态稳定，在平飞阶段依靠后缘襟翼和副翼实现滚转偏航等机动动作。2.根据权利要求1所述无人机，其特征在于，机翼组件相对于机身呈十字对称结构的气动布局，无鸭翼和尾翼机构，其动力螺旋桨安装在机翼上同样呈十字对称布局结构。3.根据权利要求2所述机翼组件，其特征在于，采用对称翼型后掠角的布局形式，并且机翼上设置有靠近机身侧的后缘襟翼和靠近翼...

【专利技术属性】
技术研发人员：王安，宋燕随，彭晨帆，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61