一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机制造技术

一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，包括：机身及复合气动舵面，所述机身两侧设有串列式前机翼及串列式后机翼，所述机身尾部设有垂尾，所述机身上安装有发动机，所述串列式前机翼及串列式后机翼上均设有螺旋桨及短舱、复合气动舵面及机翼倾转轴，所述复合气动舵面安装于所述串列式前机翼及串列式后机翼上的后缘位置，所述复合气动舵面设置于螺旋桨及短舱的后侧，所述螺旋桨及短舱安装于所述串列式前机翼及串列式后机翼前缘，可随所述串列式前机翼及串列式后机翼倾转，所述机翼倾转轴分前后两个，分别控制串列式前机翼及串列式后机翼倾转。其结构布局简单、易于控制、可实现性高的垂直起降倾转翼无人机。

A Tilting Wing UAV with Compound Pneumatic Rudder Surface

A tilting wing UAV with a composite pneumatic rudder surface includes a fuselage and a composite pneumatic rudder surface. The two sides of the fuselage are provided with a tandem front wing and a tandem rear wing. The tail of the fuselage is provided with a vertical tail. The fuselage is equipped with an engine. The tandem front wing and the tandem rear wing are equipped with a propeller and a cabin, a composite pneumatic rudder surface and a wing tilting shaft. The composite pneumatic rudder surface is installed at the rear edge position of the tandem front wing and the tandem rear wing. The composite pneumatic rudder surface is arranged at the rear side of the propeller and the cabin. The propeller and the cabin are installed at the front edge of the tandem front wing and the tandem rear wing. The tandem front wing and the tandem rear wing can be tilted with the tandem front wing and the tandem rear wing. The wing tilt shaft can be divided into two front and rear axes. The tandem front wing and the tandem rear wing are controlled respectively. The structure of the UAV is simple, easy to control, and highly achievable.

【技术实现步骤摘要】
一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机
本技术涉及无人机设备领域，特别涉及一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机。
技术介绍
目前常见的无人机以多旋翼形式的飞行器为主。多旋翼无人机简单易操纵，可实现垂直起降与悬停作业，但续航时间短、巡航速度慢，无法实现单次大范围作业。相比于旋翼飞行器，固定翼飞机具有速度高、航时长、航程远等优点。但固定翼飞机的起降对于跑道与场地有一定要求，难以满足许多无人机应用行业对于无人机易于使用、快速升空等特点的需要。倾转旋翼飞机的发展始于上世纪40年代，由美国贝尔公司率先进行研制，以V-22鱼鹰飞机为代表为大家所熟知。倾转旋翼飞机综合了旋翼飞机与固定翼飞机的优点，但其控制系统与结构复杂，载人时的安全性备受质疑。在专利技术专利CN106516080A具有一种气动布局以及倾转机构的倾转机翼无人机及机翼是否松脱的检测方法中公开了一种倾转旋翼飞机，其采用了前后螺旋桨错开布置的方式，但并未在机翼上布置舵面，仅通过调整机翼倾角来保证垂直起降时的飞机安定性，不但操纵与控制比较复杂，其效用与可靠性也难以保证。在专利技术专利CN107600403A一种梯形布局串列式倾转机翼飞行器及其倾转机构中公开了一种梯形布局串列式倾转翼飞机，其机翼的多舵面布局不但增加了机构重量与控制难度，同时增加了失效风险。现有的无人机倾转旋翼于垂直飞行状态损失拉力较多；平飞巡航状态控制面数量多，控制复杂，实现性和实用性低。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本技术提供了一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，其结构布局简单、易于控制、可实现性高的垂直起降倾转翼无人机。为了达到上述技术目的，本技术采用的技术方案为：一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，包括：机身及复合气动舵面，所述机身两侧设有串列式前机翼及串列式后机翼，所述机身尾部设有垂尾，所述机身上安装有发动机，所述串列式前机翼及串列式后机翼上均设有螺旋桨及短舱、复合气动舵面及机翼倾转轴，所述复合气动舵面安装于所述串列式前机翼及串列式后机翼上的后缘位置，所述复合气动舵面设置于螺旋桨及短舱的后侧，所述螺旋桨及短舱安装于所述串列式前机翼及串列式后机翼前缘，可随所述串列式前机翼及串列式后机翼倾转，所述机翼倾转轴分前后两个，分别控制串列式前机翼及串列式后机翼倾转。进一步，所述垂尾为飞机提供横侧向的稳定性，而侧向机动操作可由复合气动舵面控制完成，无需设置专供侧向机动使用的方向舵。进一步，所述复合气动舵面分为上、下舵面两部分，上、下舵面既可合并绕转动轴偏转，也可分开转动，所述复合气动舵面的上、下两个舵面合并时与正常水平舵面相同，可通过控制两个舵面合并偏转角度δs改变串列式前机翼及串列式后机翼上的升力，从而控制全机的俯仰、滚转、偏航；上、下舵面分开时将改变串列式前机翼及串列式后机翼后缘构型，可通过控制两舵面夹角δk改变螺旋桨及短舱后气流的流速与流向，调整串列式前机翼及串列式后机翼上的拉力与阻力，从而控制全机的升降与悬停动作。进一步，所述螺旋桨及短舱的螺旋桨位于短舱上方，所述螺旋桨及短舱内的螺旋驱动装置由发动机提供动力，同一套机翼上两侧的螺旋桨呈反向旋转，同一侧前后两机翼上的螺旋桨旋转方向也相反。进一步，所述无人机垂直起降过程中，通过控制无人机上4个螺旋桨转速、4个复合气动舵面合并偏转角度及4个复合气动舵面开合夹角共计12个输入量使无人机完成垂直起降与悬停机动动作并保证动作精度。进一步，所述无人机巡航平飞过程中，通过控制无人机上4个螺旋桨转速及4个复合气动舵面合并偏转角度共计8个输入量使无人机完成飞行各机动动作并保证动作精度。进一步，所述机翼倾转中，通过控制无人机上串列式前机翼及串列式后机翼的倾转角度、4个复合气动舵面合并偏转角度及4个复合气动舵面开合夹角共计10个输入量使无人机完成空中机翼倾转动作并保证动作精度。本技术的有益效果为：本技术在于倾转螺旋桨可同时保证无人机具备垂直起降与高航速长航程的优点；机翼与螺旋桨同时倾转也减小了仅倾转螺旋桨时机翼的大面积对螺旋桨尾流的阻挡；复合气动舵面既可以充当普通水平舵面，又可以对螺旋桨拉力及全机阻力进行控制，既简化了飞机布局，也简化了飞机控制系统的复杂程度，易于实现。附图说明图1为本技术的全机俯视图；图2为本技术的机翼A-A剖面图；图3为本技术所述复合气动舵面的两种偏舵方式以及产生的主要气动力分量示意图；图4为本技术在垂直起降与巡航飞行时可提供的飞行控制方式示意图；图5为本技术配合具体实施方式说明的标号示意图；附图标记对照表：1-机身、2-串列式前机翼、3-串列式后机翼、4-螺旋桨及短舱、41-螺旋桨5-复合气动舵面、6-垂尾、7-机翼旋转轴。具体实施方式下面结合附图来进一步说明本技术的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。为了使本技术的内容更容易被清楚地理解，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。如图1至图5所示，一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，包括：机身1及复合气动舵面5，所述机身1两侧设有串列式前机翼2及串列式后机翼3，所述机身1尾部设有垂尾6，所述机身上安装有发动机，所述串列式前机翼2及串列式后机翼3上均设有螺旋桨及短舱4、复合气动舵面5及机翼倾转轴7，所述复合气动舵面5安装于所述串列式前机翼2及串列式后机翼3上的后缘位置，所述复合气动舵面5设置于螺旋桨及短舱4的后侧，所述螺旋桨及短舱4安装于所述串列式前机翼2及串列式后机翼3前缘，可随所述串列式前机翼2及串列式后机翼3倾转，所述机翼倾转轴7分前后两个，分别控制串列式前机翼2及串列式后机翼3倾转。所述垂尾6为飞机提供横侧向的稳定性，而侧向机动操作可由复合气动舵面5控制完成，无需设置专供侧向机动使用的方向舵。所述复合气动舵面5分为上、下舵面两部分，上、下舵面既可合并绕转动轴偏转，也可分开转动，所述复合气动舵面5的上、下两个舵面合并时与正常水平舵面相同，可通过控制两个舵面合并偏转角度δs改变串列式前机翼2及串列式后机翼3上的升力，从而控制全机的俯仰、滚转、偏航；上、下舵面分开时将改变串列式前机翼2及串列式后机翼3后缘构型，可通过控制两舵面夹角δk改变螺旋桨及短舱4后气流的流速与流向，调整串列式前机翼2及串列式后机翼3上的拉力与阻力，从而控制全机的升降与悬停动作。所述螺旋桨及短舱4的螺旋桨41位于短舱上方，所述螺旋桨及短舱4内的螺旋驱动装置由发动机提供动力，同一套机翼上两侧的螺旋桨41呈反向旋转，同一侧前后两机翼上的螺旋桨41旋转方向也相反。所述无人机垂直起降过程中，通过控制无人机上4个螺旋桨41转速、4个复合气动舵面5合并偏转角度及4个复合气动舵面5开合夹角共计12个输入量使无人机完成垂直起降与悬停机动动作并保证动作精度。所述无人机巡航平飞过程中，通过控制无人机上4个螺旋桨41转速及4个复合气动舵面5合并偏转角度共计8个输入量使无人机完成飞行各机动动作并保证动作精度。所述机翼倾转中，通过控制无人机上串列式前机翼2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，其特征在于，包括：机身(1)及复合气动舵面(5)，所述机身(1)两侧设有串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)，所述机身(1)尾部设有垂尾(6)，所述机身上安装有发动机，所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)上均设有螺旋桨及短舱(4)、复合气动舵面(5)及机翼倾转轴(7)，所述复合气动舵面(5)安装于所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)上的后缘位置，所述复合气动舵面(5)设置于螺旋桨及短舱(4)的后侧，所述螺旋桨及短舱(4)安装于所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)前缘，可随所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)倾转，所述机翼倾转轴(7)分前后两个，分别控制串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)倾转。

【技术特征摘要】
1.一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，其特征在于，包括：机身(1)及复合气动舵面(5)，所述机身(1)两侧设有串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)，所述机身(1)尾部设有垂尾(6)，所述机身上安装有发动机，所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)上均设有螺旋桨及短舱(4)、复合气动舵面(5)及机翼倾转轴(7)，所述复合气动舵面(5)安装于所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)上的后缘位置，所述复合气动舵面(5)设置于螺旋桨及短舱(4)的后侧，所述螺旋桨及短舱(4)安装于所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)前缘，可随所述串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)倾转，所述机翼倾转轴(7)分前后两个，分别控制串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)倾转。2.根据权利要求1所述的一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，其特征在于：所述垂尾(6)为飞机提供横侧向的稳定性，而侧向机动操作可由复合气动舵面(5)控制完成，无需设置专供侧向机动使用的方向舵。3.根据权利要求1所述的一种具有复合气动舵面的倾转机翼无人机，其特征在于：所述复合气动舵面(5)分为上、下舵面两部分，上、下舵面既可合并绕转动轴偏转，也可分开转动，所述复合气动舵面(5)的上、下两个舵面合并时与正常水平舵面相同，可通过控制两个舵面合并偏转角度δs改变串列式前机翼(2)及串列式后机翼(3)上的升力，从而控制全机的俯仰、滚转、偏航；上、下舵面分开时将改变串列式前机翼(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冰融，潘祈帆，陈希平，
申请(专利权)人：西安君晖航空科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61