本发明专利技术公开了一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机，主要涉及一种无人机。包括机身、机翼和尾翼；所述机身尾部设有推进螺旋桨；所述机身两侧对称设有前侧起升装置总成，两个所述尾翼撑杆上设有后侧起升装置总成；所述前侧起升装置总成包括减速电机、推杆、连杆、曲柄、摇臂；所述后侧起升装置总成包括第二无刷电机和后侧升力螺旋桨。本发明专利技术的有益效果在于：它实现了旋翼折叠摇臂收放的功能，实现四旋翼和固定翼模式飞行；更好的兼具固定翼和直升机的双模态飞行。
A vertical takeoff and landing fixed wing UAV with auto folding rotor
【技术实现步骤摘要】
一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机
本专利技术涉及一种无人机，具体是一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机。
技术介绍
四旋翼无人机具有可垂直起降、可悬停、灵活性好的优势，但飞行速度和续航时间却远不如固定翼，固定翼飞机具有巡航速度髙、航时长的优势，但对起飞着陆对场地要求较高且不能空中悬停执行一些特殊的任务。于是人们为了“鱼和熊掌兼得”想出了各种同时具有垂直起降和高速巡航的飞行器设计方案。按照拉力(推力)的方向和变换方式的不同，目前绝大多数能垂直起降的固定翼飞机设计方案可以分为两大类：推力定向类和推力换向类。推力定向类推力方向固定，推力用于无人机垂直起降或前飞。常规固定翼无人机、无人直升机属于推力定向无人机，二者区别是固定翼无人机推力向前，无人直升机拉力向上，而垂直起降固定翼无人机具有两套推力装置，分别用于垂直起降和前飞。常见的推力定向垂直起降固定翼无人机主要为固定翼/旋翼复合式无人机。固定翼/旋翼复合式垂直起降固定翼无人机是在固定翼无人机平台上附加安装四旋翼系统，由四旋翼系统提供垂直起降所需升力，平飞时由机翼提供升力，兼具垂直起降性能及高速飞行能力，具有转换过渡稳定平滑、可控性强的特点，技术实现性好。推力换向类无人机通常带有“倾转”机构，垂直起降时推力方向向上，由垂起向平飞过渡时推力方向向前倾转，转入平飞后推力方向向前。常见的推力换向类无人机包括倾转旋翼式、倾转涵道式和倾转机翼式。各类现有方案的实施方法和优缺点分析简述如下：方案一：四旋翼固定翼复合型飞机。这种方案直接在固定翼布局的无人机机翼下方吊装四旋翼，结构设计方面相对简单，制造加工成本低，且翼吊载荷在飞机以固定翼模式飞行时还能起到对机翼根部卸载的作用，但这种飞机在以固定翼模式飞行时四个停转的旋翼会干扰机翼上的流场，降低了升力增加了阻力，不利于高速巡航。例如四川腾盾科技公司X-swift无人机：方案二：倾转四旋翼。这种方案是通过翼尖可偏转旋翼的倾转来实现推力换向，一个典型的代表是中航工业提出的蓝鲸旋翼机。但倾转四旋翼在直升机模态和固定翼模态的空中切换过程中受气流环境影响控制复杂，事故率较高。而且倾转螺旋桨在垂直起降状态时的推重比要大于1，在桨盘面积不能像直升机那样做得很大的情况下，必须采用大功率发动机提高转速，而采用大功率发动机势必造成重量增加，加之倾转机构还要占据一定重量，飞机的有效载荷率不高。前飞时的推重比大概在0.1-0.3之间，发动机需用推力减小了很多，造成动力系统功率浪费，加之桨盘迎风面积较大造成的阻力问题使得倾转旋翼的两种模式的总体效率都不高。例如：方案三：倾转机翼。这种方案在小型无人机上应用较多，它和倾转旋翼机有着类似的缺点，而且用到大型的飞机上时，由于机翼整体倾转需要在翼根处向倾转机翼提供更大的旋转力和扭矩，因此受力情况复杂，还会出现机翼根部连接强度、刚度不够的问题。例如：方案四：尾座式飞机。这类飞机机身上没有大型的可动部件，结构没有废重且故障率较低，但其在垂直起降时和过渡过程中机头朝上，机身机翼易受到侧风干扰，而且流过无人机舵面的气流速度较小，舵面产生的控制力和控制力矩较小控制稳定性受天气影响变化较大，在平飞转悬停的过程中容易出现事故。例如中航工业的VD200无人机：方案五：分布式推进系统倾转机翼飞机。这类飞机采用分布式电推进系统，在垂直起降时由于存在射流引射作用其需用功率与平飞推进时相差不大，动力系统输出的推力范围相对较好设计。而且这种飞机由于单个涵道转速不高，总体噪音也相对较小。然而其与倾转机翼有着相同的缺点，控制系统还更加不成熟。这种类型的代表有美国极光飞行科学公司的“雷击”无人机：方案六：复合型直升机。这种设计通过在常规直升机机身两侧安装机翼，通过机翼两侧的矢量推力装置平衡反扭矩，通过特型旋翼的减速、停转与锁定，实现垂直起降模式和平飞模式的转换。但这种飞机在垂直起降模式下，机翼与旋翼发生显著气动干扰现象：机翼影响旋翼入流和尾迹，使得旋翼尾迹在机翼附近产生严重畸变，非定常气动力作用使得旋翼产生高频震荡，系统呈现出很强的非线性，控制系统较难设计。现已存在的倾转旋翼机能够实现直升机模态和固定翼模态的空中切换，但切换过程受气流环境影响控制复杂，事故率较高。VTOL型垂直起降固定翼目前有很多产品，但其在以固定翼模式飞行时四个停转的旋翼会产生较大的干扰阻力，同时也会导致机翼升力下降。现有的部分可收放桨叶无人机需要4个摇臂，固定翼模式飞行时废重较大。在2019年5月的全球无人机应用与防控大会上，专利技术人考察了9种复合旋翼固定翼无人机，它们有的采用前部螺旋桨倾转，有的采用尾部螺旋桨倾转或者机翼嵌入涵道风扇的设计，种类非常丰富，足见其市场之广。不过尚未发现任何一种具有折叠旋翼设计的无人机，询问多家公司后我发现，由于以固定翼模式飞行时停转的旋翼会产生气动干扰阻力，因而现有无人机的速度上限普遍在70km/h左右，对于地图测绘工作还能胜任，但对于军方需求在海岛作战，能高速巡航的无人机显然是不能满足要求的。综上，现有技术在解决兼具固定翼和直升机的双模态飞机的问题时都存在着一定缺陷，需要提出新的改进思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机，它实现了旋翼折叠摇臂收放的功能，实现四旋翼和固定翼模式飞行；更好的兼具固定翼和直升机的双模态飞行。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机，包括机身、机翼和尾翼；所述机身尾部设有推进螺旋桨；所述机翼与尾翼之间通过两个对称设置的尾翼撑杆连接；所述机身两侧对称设有前侧起升装置总成，两个所述尾翼撑杆上设有后侧起升装置总成；所述前侧起升装置总成包括减速电机、推杆、连杆、曲柄、摇臂；所述减速电机设置在机身上，所述减速电机通过螺纹传动方式或者丝杠丝母传动方式实现推杆的水平移动，所述连杆设置在推杆的末端，所述摇臂一端与连杆铰接，所述曲柄一端与机身铰接，所述曲柄另一端与摇臂中段铰接，所述摇臂末端设有第一无刷电机，所述第一无刷电机上连接有前侧升力螺旋桨；所述摇臂上设有螺旋桨定位传感器；所述后侧起升装置总成包括第二无刷电机和后侧升力螺旋桨，所述第二无刷电机驱动后侧升力螺旋桨的转动。所述减速电机的两侧设有与机身固定连接的侧板，所述侧板上设有前侧导向槽和后侧导向槽，所述前侧导向槽与摇臂的运动轨迹相适应，所述后侧导向槽与曲柄的运动轨迹相适应；所述前侧导向槽两端设有限位开关。所述螺旋桨定位传感器为红外测距传感器，所述红外测距传感器的感应头部朝上。所述机身两侧设有与前侧起升装置总成相对应的前侧仓和前侧整流罩舱门，所述尾翼撑杆两侧设有与后侧起升装置总成相适应的后侧仓和后侧整流罩舱门。所述尾翼包括一个水平尾翼以及水平尾翼两侧的两个垂直尾翼。所述机身前侧下方设有前起落架，所述机翼下方设有主起落架。对比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本装置设置了前侧起升装置总成、后侧起升装置总成和推进螺旋桨；垂直起降时前侧起升装置总成、后侧起升装置总成的螺旋桨工作，向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机，包括机身(1)、机翼(2)和尾翼(3)；其特征在于：所述机身(1)尾部设有推进螺旋桨(4)；所述机翼(2)与尾翼(3)之间通过两个对称设置的尾翼撑杆(5)连接；/n所述机身(1)两侧对称设有前侧起升装置总成，两个所述尾翼撑杆(5)上设有后侧起升装置总成；/n所述前侧起升装置总成包括减速电机(6)、推杆(7)、连杆(8)、曲柄(9)、摇臂(10)；所述减速电机(6)设置在机身(1)上，所述减速电机(6)通过螺纹传动方式或者丝杠丝母传动方式实现推杆(7)的水平移动，所述连杆(8)设置在推杆(7)的末端，所述摇臂(10)一端与连杆(8)铰接，所述曲柄(9)一端与机身(1)铰接，所述曲柄(9)另一端与摇臂(10)中段铰接，所述摇臂(10)末端设有第一无刷电机(11)，所述第一无刷电机(11)上连接有前侧升力螺旋桨(12)；所述摇臂(10)上设有螺旋桨定位传感器(13)；/n所述后侧起升装置总成包括第二无刷电机(14)和后侧升力螺旋桨(15)，所述第二无刷电机(14)驱动后侧升力螺旋桨(15)的转动。/n
【技术特征摘要】
1.一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机，包括机身(1)、机翼(2)和尾翼(3)；其特征在于：所述机身(1)尾部设有推进螺旋桨(4)；所述机翼(2)与尾翼(3)之间通过两个对称设置的尾翼撑杆(5)连接；
所述机身(1)两侧对称设有前侧起升装置总成，两个所述尾翼撑杆(5)上设有后侧起升装置总成；
所述前侧起升装置总成包括减速电机(6)、推杆(7)、连杆(8)、曲柄(9)、摇臂(10)；所述减速电机(6)设置在机身(1)上，所述减速电机(6)通过螺纹传动方式或者丝杠丝母传动方式实现推杆(7)的水平移动，所述连杆(8)设置在推杆(7)的末端，所述摇臂(10)一端与连杆(8)铰接，所述曲柄(9)一端与机身(1)铰接，所述曲柄(9)另一端与摇臂(10)中段铰接，所述摇臂(10)末端设有第一无刷电机(11)，所述第一无刷电机(11)上连接有前侧升力螺旋桨(12)；所述摇臂(10)上设有螺旋桨定位传感器(13)；
所述后侧起升装置总成包括第二无刷电机(14)和后侧升力螺旋桨(15)，所述第二无刷电机(14)驱动后侧升力螺旋桨(15)的转动。
2.根据权利要求1所述一种自动折叠旋翼的垂直起降固定翼无人机，其特征在于：所述减速电机(6)...
【专利技术属性】
技术研发人员：熊子见，尚彬彬，
申请(专利权)人：熊子见，
类型：发明
国别省市：北京;11
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