无尾桨倾转翼高速无人直升机制造技术

本发明专利技术提出了无尾桨倾转翼高速无人直升机，属于无人机技术领域范畴。本发明专利技术的技术方案包括：提供一种倾转机构设计方案，包括固定翼、固定翼动力组件、倾转组件、连接与固定组件；提供两种去尾桨方案，包括垂直起飞过程中通过机翼差动使主螺旋桨的下洗气流对两侧机翼产生水平方向大小不同的力从而抵消反扭距，平飞过程中通过机翼上的电机差速运动，使得两侧螺旋桨转速不同产生推理差从而抵消反扭距；提供一种高速飞行方案，在平飞过程中增大机翼螺旋桨转速以增大前飞推力。本发明专利技术具有去尾桨、高速、高载重、高续航、低平飞阻力等优势，有利于该种无人机在长航时、高航速、载有负重等任务场景中投入使用。任务场景中投入使用。任务场景中投入使用。

【技术实现步骤摘要】
无尾桨倾转翼高速无人直升机


[0001]本专利技术属于无人机
，尤其涉及一种无尾桨倾转翼高速无人直升机。

技术介绍

[0002]直升机是20世纪航空领域的一大创新性成果，因为其具有机动性较高、小面积场地垂直起降垂直起降的优势，直升机的出现大大拓宽飞行器的应用场景，可以同时运用在军事领域和民生领域。在中高空悬停、低空低速飞行和灵活转弯等领域，直升机有其突出的优势。但是为提供直升机的前飞推力，直升机螺旋桨在前飞过程中呈前倾状，这一姿势增大桨叶迎风面积，导致桨盘升力下降、阻力激增。同时，在前飞时由于螺旋桨高速旋转导致左右两侧气动环境不同，在桨叶前端产生较大激波阻力，桨叶后端产生气流分离，两种效果叠加使其升力和推力受到限制。常规构型直升机具有的飞行速度低、航程短的劣势，这成为了进一步提升直升机前飞性能提升的阻碍。
[0003]针对直升机飞行速度提升，世界范围内目前有以下几种解决方案：
[0004]一、采用共轴刚性旋翼直升机，其主要优势在于飞行速度较快、机动灵活，但有效载荷低，不利于直升机运输等活动开展；
[0005]二、采用常规旋翼构型复合式直升机，其主要改进方式是保留了直升机原有的旋翼系统，并在直升机两侧机身安装机翼，并在机翼上添加动力推进装置。该种形式的直升机飞行速度较快、同时保留了常规构型直升机垂直起降的优点，但是其改动较小，在气动性能上的突破具有局限性。
[0006]三、倾转旋翼机，在平飞阶段，倾转旋翼机两侧机翼及其上发动机可向前倾转90
°
角，呈水平状态，旋翼朝向飞行方向，当作拉力螺旋桨使用，此时旋翼机的飞行方式类似于机翼飞机，可以以较高的速度作远程飞行。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种新构型的无尾桨倾转翼高速无人直升机，通过在传统构型无人机上安装倾转机构同时除去尾桨以组成该专利技术基本结构，并提供两种去尾桨、抵消主旋翼反扭距的方案，最后提出一种实现本专利技术高速飞行的方案。为达到以上目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]本专利技术在为了改进常规旋翼构型复合式机翼在悬停状态下会产生较大的下洗载荷这个缺点。我们考虑采用倾旋翼与常规复合式结合，倾转旋翼可以减少对于下洗流的影响，常规复合式又可以提供长时间的悬停和高机动性、高速度。专利技术中采用无尾桨设计，在研究国内外利用康达效应或副翼、尾翼差动的基础上，同时创新性地提出了悬停时机翼差动的新思路。
[0009]根据本专利技术的第一个方面，提供一种倾转机构，包括机翼、机翼动力组件、倾转组件、连接与固定组件。该倾转机构与无人直升机固连从而组成复合式无人直升机机体。
[0010]直升机主体上装有连接与固定组件，包括舵机、轴承座、锥齿轮，用于将包含机翼
在内的完整倾转机构与无人直升机主体连接为一个整体。
[0011]所述机翼及动力组件由机翼和旋翼组件构成。旋翼组件与机翼连接，由直流电机带动，高速旋转产生推力，沿机翼纵向固定碳管，通过碳管将机翼与固定组件相连。
[0012]所述倾转组件由舵机上安装的锥齿轮与机翼碳管上安装的锥齿轮配合组成，同时将两侧机翼的碳管以套筒连接。
[0013]根据本专利技术的第一个实施方式，由连接与固定组件将无人机主体与倾转机构主体连接，并分散受力保证结构的可靠性；由舵机提供扭力，锥齿轮传力并改变运动方向，从而实现倾转翼的可控转动；两侧机翼之间通过套筒相连，可以实现两侧机翼的差速运动，保证专利技术下一步运动设计的可行性。
[0014]根据本专利技术的第二个方面，提供两种种去尾桨方案，用于无人机空中飞行的航向锁定及控制。所述去尾桨方案包含：垂直起飞过程中，通过机翼差动使主螺旋桨的下洗气流对两侧机翼产生水平方向大小不同的力从而抵消反扭距；平飞过程中，通过机翼上的电机差速运动，使得两侧螺旋桨转速不同产生推理差从而抵消反扭距。两种去尾桨方案，保证了在本专利技术飞行的全过程中可以在不使用尾桨的同时抵消主桨产生的反扭距。
[0015]根据本专利技术的第三个方面，提供一种无人机高速飞行方案。传统直升机前飞加速的方式主要是通过增大主旋翼对地倾角，从而增加向前的分力以加速运动。本专利技术的复合型无人直升机可以在平飞阶段控制主桨对地倾角较小，且只需提供与无人机重力平衡的方向力，前飞的水平方向力由机翼上的螺旋桨提供。由于机翼上可提供的前向推力大于传统直升机主桨倾斜产生的前向分力，且主桨迎风面小，阻力更小，综合这两点优势可以使无人机平飞速度得到显著提升，实现高速飞行。
[0016]采用上述技术方案，本专利技术的优点在于：
[0017](1)通过机翼电机提供平飞动力，减少阻力造成的无意义损耗，在提高无人机效率的同时显著提高飞行速度。
[0018](2)平飞过程中主桨和机翼都可以为无人机提供升力，可以提高无人机最大载重，可应用于高负重应用场景。
[0019](3)采用两种方式抵消了主旋翼扭矩，从而去除尾桨，可以精简无人机结构，使本项目直升机结构较为紧凑，重心处于平衡位置。
[0020](4)由于平飞阻力降低，同时主桨转速无需过高，因此可以提高无人机续航。
附图说明
[0021]图1：本专利技术三视图
[0022]图2：本专利技术倾转翼处于水平姿态及其去尾桨方案的示意图；
[0023]图3：本专利技术倾转翼处于垂直姿态及其去尾桨方案的示意图；
[0024]图4：本专利技术倾转机构的部分示意图；
[0025]图5：本专利技术所述完整飞行过程的示意图；
[0026]图中：
[0027]1.主螺旋桨；2.机翼；3.螺旋桨及电机；4.该处去尾桨；
[0028]5.倾转机构；6.套筒；7.锥齿轮；8.舵机；
[0029]9.连接碳管；10.轴承座；
具体实施方式
[0030]本专利技术提供一种新构型的可倾转无尾桨无人直升机。本专利技术三视图如图1；如图2所示为本专利技术平飞状态，无人机倾转翼保持水平姿态；如图3所示为本专利技术垂直起飞状态，无人机倾转翼在竖直范围内差动，本专利技术倾转机构概念图如图4，该无尾桨倾转翼高速无人直升机的完整飞行过程示意图如图5。下面将结合以上附图对本实施例进行详细说明。
[0031]如图2和图3所示，表示了无人机的两个飞行状态。在如图2平飞过程中，无人机的机翼2保持水平状态，此时由于4位置去尾桨，则由主螺旋桨1转动产生的反扭距由两侧电机带动螺旋桨3差速转动，使两边产生推力差从而抵消。在如图3垂直起飞过程中，无人机倾转机构带动两侧机翼2差动，保持两侧转角不同，由主螺旋桨1的下洗气流对两侧机翼产生水平方向大小不同的力从而抵消反扭距。
[0032]如图4所示，为倾转机构的具体图示。由连接与固定组件10将无人机主体与倾转机构主体连接，并分散受力保证结构的可靠性；由舵机8提供扭力，锥齿轮7传力并改变运动方向，从而实现倾转翼的可控转动；两侧机翼之间通过套筒6相连，可以实现两侧机翼的差速运动
[0033]通过上述设计，该无人机可以在去除尾桨的情况下锁定、控制航向，该功能在垂直起飞与平飞两个阶段均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无尾桨倾转翼高速无人直升机，其特征在于包括机翼、机翼动力组件、倾转组件、连接与固定组件；该倾转机构与无人直升机固连从而组成复合式无人直升机机体；直升机主体上装有连接与固定组件，包括舵机、轴承座、锥齿轮，用于将包含机翼在内的完整倾转机构与无人直升机主体连接为一个整体。2.如权利要求1所述一种无尾桨倾转翼高速无人直升机，所述机翼及动力组件由机翼和旋翼组件构成；旋翼组件与机翼连接，由直流电机带动，高速旋转产生推力，沿机翼纵向固定碳管，通过碳管将机翼与固定组件相连。3.如权利要求1所述一种无尾桨倾转翼高速无人直升机，所述倾转组件由舵机上安装的锥齿轮与机翼碳管上安装的锥齿轮配合组成，同时将两侧机翼的碳管以套筒连接。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁嘉轩，王松，郭尔健，尹思源，李德浩，姜雨菲，赵一鸣，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：