兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器及模式切换方法技术

本发明专利技术涉及飞行器技术领域的兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞机器及模式切换方法，通过翼端喷气孔可控组合喷气流，可实现无人机减速、增速以及机翼旋转增速和减速，自主切换旋翼—垂直升降、固定翼—高速巡航模式，降低飞行过程中的能源消耗；在驱使机翼旋转时，涡喷发动机形成的高压气流流经主轴的空腔并通到翼端喷气孔，主轴通过旋转接头与接气管路连通，使其中两个呈对角线排布的翼端喷气孔喷排高速气流，形成反向扭距驱动机翼绕主轴旋转；机翼旋转仅施加机身提升力，可实现旋翼垂直起降功能；主轴配置有不完全齿轮定位机构和刹车机构，实现旋翼、固定翼模式快速切换以及精确定位功能且互相独立；在调节机翼攻角时供气管路可进行适应性变形。

【技术实现步骤摘要】
兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器及模式切换方法
本专利技术涉及飞行器
，具体来说，是一种可切换飞行模式的无人飞行器。
技术介绍
无人飞行器机翼类型大体可分为固定翼、旋翼、扑翼、伞翼等几类；无人飞行器按机翼数量还可分为单翼飞行器和复合翼飞行器。目前，常见复合翼飞行器大多是旋翼和固定翼的组合，旋翼既可实现飞行器垂直起降功能，也可实现巡航功能；固定翼大多实现巡航功能。专利CN107719659A公开了一种可以垂直起降固定翼飞行器，使该飞行器综合了多旋翼飞行器可以垂直起降以及悬停的优势和固定翼飞行器巡航速度快的优势；专利CN108045576A公开了一种可变形仿生旋翼扑翼固定翼一体飞行器，机身能通过变形或复位的方式切换飞行器工作状态。复合翼飞行器通常以冗余多机翼或可变结构机翼来实现配合垂直起降(包括空中悬停)及固定翼巡航模式飞行，其控制系统较复杂。单翼飞行器通常结构简单，重量轻能耗低，所公开的翼端对置式喷气，以翼端喷口喷气作为飞行器单机翼旋转动力，以及单机翼结构、攻角调节机构、主轴结构配置、动力切换机理将是单机翼飞行器设计的关键问题，该解决方案也是单机翼飞行器实现垂直起降(包括空中悬停)、固定翼巡航多飞行模式及其切换的前提。其垂直起降、停泊空间小、巡航能耗低的优势将使其具有广阔应用领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器及模式切换方法，能够灵活切换飞行模式，飞行的平稳性和切换效率很高。本专利技术的目的是这样实现的：兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，包括机身、尾翼、轮组、带有电源的可接收远程控制信号的控制箱，以及设置在机身上的燃油动力系统、旋转主轴系统，以及与旋转主轴系统相结合的机翼系统，所述旋转主轴系统包括用于制动主轴的刹车机构、固定在机身上的轴基座以及可转动地安装在轴基座上的主轴，所述主轴向上穿过机身且可相对机身转动；所述机翼系统包括一固定在主轴上端的翼根座，以及一对攻角可调地安装在翼根座两相反侧的机翼；所述燃油动力系统配套设有接气管路、供气管路，所述燃油动力系统包括一对分别安装在机身两侧的涡喷发动机，所述涡喷发动机排气端设有与控制箱控制连接的尾喷光圈阀，所述接气管路进气侧与涡喷发动机排气端相接通且接通位置处于尾喷光圈阀密封侧，所述主轴为空心结构且其空腔同时接通接气管路排气侧和供气管路进气侧，并且接气管路排气侧与主轴通过旋转接头连接，所述供气管路穿装机翼，每个机翼的翼端设有两个排气方向相反的、与供气管路排气侧相接的翼端喷气孔，其中两个呈对角线排布的翼端喷气孔在垂直升降时与供气管路排气侧形成通路关系。进一步地，所述机翼纵向转动连接翼根座，所述机翼的旋转轴线与其延伸方向平行，所述机翼系统包括用于调整机翼攻角的攻角调节机构。进一步地，所述主轴配置有切换机构，所述切换机构包括伺服电机、不完全齿轮、定位齿轮，所述伺服电机通过信号线与控制箱连接且安装在机身内，所述定位齿轮同轴套装在主轴上，所述不完全齿轮同轴套装在伺服电机的输排主轴上，所述不完全齿轮上设有齿面、非齿面，所述不完全齿轮的齿面在主轴停转时与定位齿轮形成啮合关系，所述不完全齿轮的非齿面始终与定位齿轮分离且在主轴正常旋转时正对定位齿轮。进一步地，所述供气管路包括安装在主轴上端的三通转换管，以及一对分别相对活动地穿装在两个机翼内部的通气管，所述三通转换管具有一与主轴空腔相接通的进气端，所述三通转换管还具有两个分别接通两个通气管进气端的排气端，每个通气管排气端均旁通有两个分别插配两个翼端喷气孔的、可柔性变形的旁通管路，每个旁通管路均设有通过信号线与控制箱连接的通断阀。进一步地，所述机翼系统包括一对分别作为两个机翼纵转支承的旋转支承筒，所述旋转支承筒为圆筒状结构，所述旋转支承筒轴线与机翼纵转轴线重合，所述旋转支承筒一端固定在三通转换管上，所述通气管穿过旋转支承筒并与旋转支承筒内壁之间保持间隙。进一步地，所述接气管路包括三通接头组件、一对接气管，所述三通接头组件包括一个输排主管、两个进气支管,两个进气支管分别接通两个接气管，两个接气管分别接通两个涡喷发动机排气端，所述输排主管通过旋转接头与主轴形成相对转动配合关系且与主轴空腔相接通。进一步地，上述用于调整机翼攻角的攻角调节机构包括调节平台、基于电驱动方式的调节伸缩杆，所述调节平台固定装配在主轴上侧位置，所述调节伸缩杆设有两组并分别对应两个机翼，每组包含多个调节伸缩杆，所述调节伸缩杆两端分别活动连接调节平台、机翼。进一步地，所述燃油动力系统包括设置在机身上的储油箱，以及两个发动机输油管，所述发动机输油管进油端接通储油箱，所述发动机输油管排油端接通涡喷发动机的进油端。进一步地，所述三通接头组件的每个进气支管均配套设有启闭单元，所述启闭单元包括球形阀门、球阀控制杆、球阀控制器，所述球形阀门可活动地设置在进气支管内且用于启闭进气支管，所述球形阀门与球阀控制杆固定连接，所述球阀控制器与球阀控制杆配套安装且用于驱使球阀控制杆进行旋转。进一步地，每个可柔性变形的旁通管路均包括旁通支管、翼端软管、翼端喷气管，所述旁通支管、翼端软管、翼端喷气管依次接通，所述翼端喷气管插装在翼端喷气孔中，所述通断阀设置在旁通支管上。兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器的模式切换方法,包括如下步骤：(a)从停泊状态切换到垂直上升状态，燃油动力系统不运行，利用飞行器自带的电驱动系统作为驱动源驱使飞行器移动到起飞位置，利用两组调节伸缩杆同时调节两个机翼的攻角，解除刹车机构对主轴的锁定，伺服电机驱使不完全齿轮旋转，使得不完全齿轮的非齿面正对定位齿轮，完成停泊状态到垂直上升状态的切换准备工作；然后启动燃油动力系统，尾喷光圈阀处于关闭状态，涡喷发动机排气端产生的高压气流依次经过接气管、三通接头组件、主轴的空腔、三通转接管、通气管，同时打开两个旁通支管的通断阀，且两个机翼各有一个旁通管路处于通气状态，两个机翼各有一个翼端喷气孔排气，两个翼端喷气孔呈对角线排列，且两个翼端喷气孔的排气方向相反，两个机翼围绕主轴进行旋转，以使得飞行器处于垂直上升状态；(b)从垂直上升状态切换到巡航状态，在飞行器处于预定高度时，另外两个呈对角线排列的翼端喷气孔排气，使得两个机翼逐步降速，两个机翼的转速接近为零时，利用两组调节伸缩杆同时调节两个机翼的攻角至水平状态或基本相等，让两个机翼与机身处于平行状态，利用刹车机构制动主轴，在主轴停止转动之时，启动伺服电机使得不完全齿轮与定位齿轮的齿面啮合，关闭所有的球形阀门，打开尾喷光圈阀，两个涡喷发动机向后喷射高压气流以切换到巡航状态；(c)从巡航状态切换到垂直降落状态，先降低涡喷发动机的喷气压力，飞行器巡航速度逐渐减小至满足机翼可旋转的条件时，尾喷光圈阀关闭，所有球形阀门打开，刹车机构解除对主轴的制动，使得涡喷发动机排气端产生的高压气流依次经过接气管路、主轴空腔、供气管路，选择性地开启通断阀，使得两个机翼各有一个翼端喷气孔向前喷气以辅助加快降速，直至接近零速；然后利用攻角调节机构调整两个机翼，使得两个机翼的攻角恰好相反，然后选择性地开启通断阀使得对角线方向的两个翼端喷气孔以相反的方向喷气，使得两个机翼围绕主轴进行旋转以控制飞行器的垂直降落过程；(d)从垂直降落状态切换到停泊状态，在飞行器接近地面时，另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，包括机身(6)、尾翼(7)、轮组(8)、带有电源的可接收远程控制信号的控制箱(9)，以及设置在机身(6)上的燃油动力系统(3)、旋转主轴系统(1)，以及与旋转主轴系统(1)相结合的机翼系统(2)，其特征在于：所述旋转主轴系统(1)包括用于制动主轴(102)的刹车机构(10)、固定在机身(6)上的轴基座(101)以及可转动地安装在轴基座(101)上的主轴(102)，所述主轴(102)向上穿过机身(6)且可相对机身(6)转动；所述机翼系统(2)包括一固定在主轴(102)上端的翼根座(201)，以及一对攻角可调安装在翼根座(201)两相反侧的机翼(202)；所述燃油动力系统(3)配套设有接气管路(4)、供气管路(5)，所述燃油动力系统(3)包括一对分别安装在机身(6)两侧的涡喷发动机(301)，所述涡喷发动机(301)排气端设有与控制箱(9)控制连接的尾喷光圈阀(301a)，所述接气管路(4)进气侧与涡喷发动机(301)排气端相接通且接通位置处于尾喷光圈阀(301a)密封侧，所述主轴(102)为空心结构且其空腔同时接通接气管路(4)排气侧和供气管路(5)进气侧，并且接气管路(4)排气侧与主轴(102)通过旋转接头(403)连接，所述供气管路(5)穿装机翼(202)，每个机翼(202)的翼端设有两个排气方向相反的、与供气管路(5)排气侧相接的翼端喷气孔(202a)，其中两个呈对角线排布的翼端喷气孔(202a)在垂直升降时与供气管路(5)排气侧形成通路关系。...

【技术特征摘要】
1.兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，包括机身(6)、尾翼(7)、轮组(8)、带有电源的可接收远程控制信号的控制箱(9)，以及设置在机身(6)上的燃油动力系统(3)、旋转主轴系统(1)，以及与旋转主轴系统(1)相结合的机翼系统(2)，其特征在于：所述旋转主轴系统(1)包括用于制动主轴(102)的刹车机构(10)、固定在机身(6)上的轴基座(101)以及可转动地安装在轴基座(101)上的主轴(102)，所述主轴(102)向上穿过机身(6)且可相对机身(6)转动；所述机翼系统(2)包括一固定在主轴(102)上端的翼根座(201)，以及一对攻角可调安装在翼根座(201)两相反侧的机翼(202)；所述燃油动力系统(3)配套设有接气管路(4)、供气管路(5)，所述燃油动力系统(3)包括一对分别安装在机身(6)两侧的涡喷发动机(301)，所述涡喷发动机(301)排气端设有与控制箱(9)控制连接的尾喷光圈阀(301a)，所述接气管路(4)进气侧与涡喷发动机(301)排气端相接通且接通位置处于尾喷光圈阀(301a)密封侧，所述主轴(102)为空心结构且其空腔同时接通接气管路(4)排气侧和供气管路(5)进气侧，并且接气管路(4)排气侧与主轴(102)通过旋转接头(403)连接，所述供气管路(5)穿装机翼(202)，每个机翼(202)的翼端设有两个排气方向相反的、与供气管路(5)排气侧相接的翼端喷气孔(202a)，其中两个呈对角线排布的翼端喷气孔(202a)在垂直升降时与供气管路(5)排气侧形成通路关系。2.根据权利要求1所述的兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，其特征在于：所述机翼(202)纵向转动连接翼根座(201)，所述机翼(202)的旋转轴线与其延伸方向平行，所述机翼系统(2)包括用于调整机翼(202)攻角的攻角调节机构。3.根据权利要求1所述的兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，其特征在于：所述主轴(102)配置有切换机构，所述切换机构包括伺服电机(104)、不完全齿轮(105)、定位齿轮(106)，所述伺服电机(104)通过信号线与控制箱(9)连接且安装在机身(6)内，所述定位齿轮(106)同轴套装在主轴(102)上，所述不完全齿轮(105)同轴套装在伺服电机(104)的输排主轴上，所述不完全齿轮(105)上设有齿面(105a)、非齿面(105b)，所述不完全齿轮(105)的齿面(105a)在主轴(102)停转时与定位齿轮(106)形成啮合关系，所述不完全齿轮(105)的非齿面(105b)始终与定位齿轮(106)分离且在主轴(102)正常旋转时正对定位齿轮(106)。4.根据权利要求1所述的兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，其特征在于：所述供气管路(5)包括安装在主轴(102)上端的三通转换管(506)，以及一对分别相对活动地穿装在两个机翼(202)内部的通气管(501)，所述三通转换管(506)具有一与主轴(102)空腔相接通的进气端，所述三通转换管(506)还具有两个分别接通两个通气管(501)进气端的排气端，每个通气管(501)排气端均旁通有两个分别插配两个翼端喷气孔(202a)的、可柔性变形的旁通管路，每个旁通管路均设有通过信号线与控制箱(9)连接的通断阀(503)。5.根据权利要求4所述的兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，其特征在于：所述机翼系统(2)包括一对分别作为两个机翼(202)纵转支承的旋转支承筒(203)，所述旋转支承筒(203)为圆筒状结构，所述旋转支承筒(203)轴线与机翼(202)纵转轴线重合，所述旋转支承筒(203)一端固定在三通转换管(506)上，所述通气管(501)穿过旋转支承筒(203)并与旋转支承筒(203)内壁之间保持间隙。6.根据权利要求1所述的兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，其特征在于：所述接气管路(4)包括三通接头组件(401)、一对接气管(402)，所述三通接头组件(401)包括一个输排主管(401a)、两个进气支管(401b),两个进气支管(401b)分别接通两个接气管(402)，两个接气管(402)分别接通两个涡喷发动机(301)排气端，所述输排主管(401a)通过旋转接头(403)与主轴(102)形成相对转动配合关系且与主轴(102)空腔相接通。7.根据权利要求2所述的兼具旋翼、固定翼飞行模式单机翼飞行器，其特征在于：上述用于调整机翼(202)攻角的攻角调节机构包括调节平台(204)、基于电驱动方式的调节伸缩杆(205)，所述调节平台(204)固定装配在主轴(102)上侧位置，所述调节伸缩杆(205)设有两组并分别对应两个机翼(202)，每组包含多个调节伸缩杆(205)，所述调节伸缩杆(205)两端分别活动连接调节平台(204)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭皓天，李超群，王今，宋文滨，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31