本发明专利技术公开了一种新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机。此无人机有上下错位布置的两副机翼，上下翼撑板支撑机翼，在撑板尾部布置尾舵面。中机身由两根碳纤维管与在其左右的上下翼撑板连接。双发矢量动力系统固定在前碳纤维管上。本发明专利技术在有效控制了尾座式无人机占地面积与迎风面积的情况下，提高了有效升力面积，提高了载重性能，短尾全动舵面设计提高了操纵性能。本无人机特别适用于短距离高灵活性侦查使用如公安部门应用于高速路逃犯追踪。
A new type of vertical takeoff and landing UAV with two wings and tailstock with vector thrust dislocation
【技术实现步骤摘要】
一种新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机
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
目前世界上主流垂直起降无人机包含两大类：一类为常规固定翼外加旋翼组件组成复合翼无人机，如专利号CN110116802A所述方案，另一种为飞翼式无尾布局，如专利号CN207580149U所述方案。这两类无人机各有优缺点，第一种复合翼无人机起降过程中使用多旋翼组件提供升力与操纵力矩，优点是起降与转换过程中机体平稳，相对载重量较大，缺点是四个外加的旋翼及动力系统仅在起降过程中发挥作用，而在平飞过程中不提供动力，而是作为多余组件，增加平飞的额外负重，也造成一定的空气阻力，整体效率较低。再者为飞翼无尾布局的尾坐式无人机，在垂直起降过程中机身直立，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倾转整体机身90度，在进行控制律设计时更为复杂。另外由于此种无人机的布局所限，采用反弯度翼型，缺点是造成整体升力较低，载重量有限，平飞速度较快。其优点是垂直起降过程中没有使用多余的动力，是通过机身倾转来实现平飞与垂直起降的转换，空气动力效率与结构使用效率更高。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有尾座式无人机升力系数小，载重量小，平飞速度下限高，抗风能力较差的问题，提高任务载荷多样性，环境适应性，与倾转灵活性，拓展任务适用范围。为了实现上述目的，本专利技术采用错位上下双翼带短尾布局的尾座式无人机，双翼翼型采用大弯度高升力翼型，短尾布置全动升降副翼以替代常规机翼后缘操纵面。进一步的，所述无人机在垂直起降与悬停悬停的过程中，使用左右双发螺旋桨提供静态推力，位置高度。利用矢量动力机构与尾部舵面偏转提供力矩进行姿态控制与抗风操作。所述矢量动力机构由矢量电机座，电机，螺旋桨，矢量倾转舵机，电调构成。矢量电机座安装在支撑碳纤维管上所述机身组件由航空层板制成，与飞机通过前后两根贯穿机身的碳纤维管固定。由于本无人机采用模块化设计，机身可以根据不同的任务载荷可以通过抽出两根碳纤维管进行简单方便的替换。通过上述的设计组织方式，本无人机在起飞着陆时机头竖直向上，由上下翼撑板延伸出的脚架提供支撑。起飞时，无人机通过两发矢量动力系统提供动力，向平飞转换的时候矢量电机机构偏转，同时短尾上全动升降舵偏转，提供足够的力矩带动无人机倾转，进入平飞。平飞过程中，上下翼提供绝大部分的升力，其中，相比于常规飞翼无尾布局设计，本无人机的上下平直翼错位设计还能够使得机翼力矩部分互相平衡，依赖在平尾上的力矩减少，减少配平升力损失的同时提高了机动性。此设计提高了整机升力系数，有效降低平飞速度下限，增加了有效载荷，提高了机动性能。进一步的，由于错位双翼设计，所述无人机在增大了约两倍有效机翼面积的同时，机翼投影面积约为单翼的1.3倍，没有显著提高机翼投影面积，在垂直起降状态下有效提高了抗风性能。采用矢量推力系统能够改变拉力线方向，有效提高了机动性操纵性与垂直起降状态下抗风稳定性。进一步的，所述无人机设计紧凑，机身，机翼模块化设计容易更换，其中，上下翼撑板起到结构复用设计，能支撑上下机翼，作为起落支撑架，连接全动升降副翼。附图说明下面通过附图对本专利技术进行说明图1新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机整体示意图图2新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机上下翼撑板与舵面组件示意图图3新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机机身组件示意图图4新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机双发矢量动力组件示意图图5新型矢量推力错位双翼尾座式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，本专利技术新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机，包含上翼面102，下翼面101，右副翼升降舵面103，左副翼升降面104，上下翼撑板105，右矢量动力系统107，左矢量动力系统108，机身组件109。上下翼以上下，前后错位安装，上翼前缘较下翼前缘靠前，这种安排能最大化双翼布局的气动优势。上下翼撑板连接上下机身的同时，也通过两根碳纤维管固定了机身，结构效率高。左右双发矢量动力系统安装在最前部，垂直位置在上下翼中间，提供了垂直起降的动力与控制能力。如图2所示为上下翼撑板组件，具有连接上翼面的安装孔202与下翼面安装孔201，具有固定机身碳纤维管的安装孔203与204，无人机的升降副翼206固定在上下翼撑板尾部，控制副翼的舵机207在上下撑板组件的安装孔内，舵机转动臂通过导杆与升降副翼舵面连接，从而实现通过控制舵机的转动来操纵舵面的偏转。上下翼撑板向后延伸，形成直立起落架205。如图3所示为机身组件，其主体由前盖板303，侧板301，中央板302，上盖板307组成，带有前后两根碳纤维固定管305，306。机身上安装全动方向舵304。机身上搭载所有航电设备如飞控，电池，摄像头与图像传输系统等。如图4所示为矢量动力系统，包含螺旋桨401，电机402，矢量电机座403，支撑杆404与转接安装件405组成。螺旋桨采用双叶片直接与电机相连，电机通过其底部螺丝孔安装在矢量电机座上。矢量电机座与支撑杆与转接安装件为固连。矢量电机座能够偏转电机拉力方向，提高无人机灵活性能与抗风性能。最后需要说明的是:以上的专利技术实施方式仅用于说明本专利技术的技术方案，而非对其限制。凡在本专利技术方案的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术方案的保护范围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机，其特征在于，包括中机身组件，上下翼撑板，上机翼组件，下机翼组件，全动升降副翼，矢量动力组件；无人机在由悬停状态转为水平飞行状态直接通过倾转矢量动力与升降舵偏转带动机身倾转实现，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，水平飞行阶段依靠升降副翼实现滚转偏航等机动动作。/n
【技术特征摘要】
1.一种新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机，其特征在于，包括中机身组件，上下翼撑板，上机翼组件，下机翼组件，全动升降副翼，矢量动力组件；无人机在由悬停状态转为水平飞行状态直接通过倾转矢量动力与升降舵偏转带动机身倾转实现，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，水平飞行阶段依靠升降副翼实现滚转偏航等机动动作。
2.根据权利要求1所述的一种新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机，其特征在于，上下翼组件固定在上下翼撑板上，有固定在上下翼撑板后部的尾翼机构，中机身与上下翼撑板用圆管梁连接，动力装置固定在圆管梁上。
【专利技术属性】
技术研发人员：朱恩桐，陈泽峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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