一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机制造技术

本发明专利技术公开一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机，包括：机体、螺旋桨推进装置、涵道风扇、倾转机构和串联式混合动力系统；机体具有前机翼和后机翼，前机翼和后机翼构成串列翼布局；螺旋桨推进装置配置在前机翼的前缘；涵道风扇配置在后机翼的后缘；倾转机构用于驱动螺旋桨推进装置和涵道风扇倾转进而调节机体飞行姿态；螺旋桨推进装置、涵道风扇和倾转机构均与串联式混合动力系统电性连接；该串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机采用油电混合动力系统，具有高速长航的能力。具有高速长航的能力。具有高速长航的能力。

【技术实现步骤摘要】
一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机


[0001]本专利技术涉及无人机
，具体涉及一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机。

技术介绍

[0002]现有的分布式倾转旋翼机大多数都是采用全电动力，且巡航速度较低，飞行航程较短，无法满足一些长距离飞行需求。例如如GL
‑
10，采用10个分布式螺旋桨作为动力系统，主翼两侧分别布置4个电机带动螺旋桨，尾翼两侧分别安置1个螺旋桨，可实现垂直起降转平飞过程。但鉴于螺旋桨在高速巡航状态下效率会降低的缺点，这种方案只适用于低速飞行，同时因为电池的能量密度原因，续航能力不足，导致飞行器可持续飞行时间不足。采用涵道风扇的无人机，可实现城市内载客垂起转平飞功能，但涵道风扇自身存在高速巡航下效率高、低速起飞情况下效率降低的缺点，同时垂起时涵道风扇需要大量功率才能正常工作，非常耗能，而由于其采用全电动力，导致飞行航时有限，无法实现长距离的跨城市飞行。

技术实现思路

[0003]本专利技术为解决上述技术问题而提供一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机，采用串联式机翼布局，前翼前缘布置分布式螺旋桨，后翼布置涵道风扇的方式，将螺旋桨低速起飞时效率高的优势与巡航阶段涵道风扇高速飞行效率高的优势相结合；采用油电混合动力系统，具有高速长航的能力；采用推力矢量无舵面的飞行控制方式，取消气动舵面与垂直尾翼，进一步提高飞行器气动效能。
[0004]为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机，包括：机体、螺旋桨推进装置、涵道风扇、倾转机构和串联式混合动力系统；机体具有前机翼和后机翼，前机翼和后机翼构成串列翼布局；螺旋桨推进装置配置在前机翼的前缘；涵道风扇配置在后机翼的后缘；倾转机构用于驱动螺旋桨推进装置和涵道风扇倾转进而调节机体飞行姿态；螺旋桨推进装置、涵道风扇和倾转机构均与串联式混合动力系统电性连接。
[0006]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，前机翼的面积小于后机翼的面积，前机翼位于后机翼的前下方。
[0007]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，串联式混合动力系统包含有：第一电调、第二电调、发电机、发动机、第一蓄电池、第二蓄电池、第一AC/DC模块、第二AC/DC模块和供油机构；第一电调配置为与螺旋桨推进装置连接；第二电调配置为与涵道风扇连接；发动机配置为与发电机连接；第一蓄电池用于至少为螺旋桨推进装置供电；第二蓄电池用于至少为涵道风扇供电；第一电调、发电机和第一蓄电池均与第一AC/DC模块连接；第二电调、发电机和第二蓄电池均与第二AC/DC模块连接；供油机构用于储存燃油并为发动机提供燃油；
[0008]其中，发动机、第一蓄电池和第二蓄电池均配在机体内。
[0009]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，供油机构包含有：主燃油箱、副燃油箱和连接管路；主燃油箱配置在机体内；副燃油箱配置在前机翼和/或后机翼内；
[0010]其中，主燃油箱和副燃油箱均与连接管路连通。
[0011]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，还包括：飞行控制系统；飞行控制系统配置在机体内；
[0012]其中，第一蓄电池和/或第二蓄电池还被配置为用于为飞行控制系统供电；
[0013]其中，倾转机构、第一电调、第二电调和发动机均与飞行控制系统电性连接。
[0014]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，供油机构还包含有：油泵和抽油管；其中，油泵与飞行控制系统电性连接，抽油管一端与油泵的抽油口连接，抽油管的另一端与主燃油箱连接，抽油泵的排油口连有输油管，输油管与发动机连接。
[0015]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，后机翼具有翼尖小翼。
[0016]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，前机翼和后机翼均为后掠翼。
[0017]本公开的至少一实施例提供的串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机中，倾转机构还被配置为驱动螺旋桨推进装置远离前机翼前缘，致使螺旋桨推进装置的螺旋桨盘后部的尾迹不会直接打到前翼翼面上。
[0018]本专利技术的有益效果为：
[0019]1)采用混合动力，实现长航时飞行；
[0020]起降和悬停时可由蓄电池与发动机一起螺旋桨推进装置和涵道风扇，而巡航时仅由发动机提供能源。同时可借助能量管理系统进行能量调度，大幅降低发动机负担，且发动机无需过大调整功率，可长期运行在最佳工作点，效率更高。
[0021]2)采用串列翼布局，减小结构重量同时利于长航时飞行；
[0022]由于采用串列翼布局，前机翼和后机翼都提供正升力，可有效减小前机翼和后机翼的翼展，降低无人机的强度需求，减小结构重量。同时，也因为其前机翼和后机翼都提供正升力，故串列翼布局前后翼翼展都是有效翼展，可以实现大展弦比长航时的优势。此外，鉴于前后翼均为正升力，重心在前后升力之间，相对于常规型布局而言，重心位置较为灵活，因此，串列翼布局机身内部布置相对更灵活多变。
[0023]3)采用可倾转的分布式动力系统，提高气动性能；
[0024]采用倾转机构实现垂直起降功能。同时采用分布式的驱动系统，将多个螺旋桨推进装置分布式布置在前机翼前缘，可利用螺旋桨的尾流流经前机翼，加速当地气流，有效地增加前翼的升力。将多个涵道风扇分布式布置在后机翼后缘处，当涵道风扇运行时，可在后机翼上表面涵道入口处形成“吸气”效益，提高升力系数。
[0025]4)采用推力矢量控制，取消舵面与垂尾；
[0026]普通固定翼飞行器巡航阶段采用气动舵进行姿态控制，利用垂尾稳定航向。本公开充分利用分布式动力总成及倾转装置，实现对无人机全模态的姿态控制。利用左右推力差保持航向稳定，取消垂直尾翼。通过前后推力方向差进行俯仰及滚转控制，取消副翼及升
降舵。最大程度的保持了机翼的完整性，降低阻力。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]图1为本公开中前机翼和后机翼的分布示意图。
[0029]图2为本公开中部件的连接框架图。
[0030]图3为本公开中串列翼布局气动特性曲线图；其中，(a)为俯仰力矩系数与升力系数曲线，(b)为升阻比与俯仰力矩系数曲线。
[0031]图4为本公开中前置螺旋桨滑流示意图。
[0032]图5为本公开中涵道风扇入口处流场图；其中(a)为涵道风扇未正常运转时的流场图，(b)为涵道风扇正常运转时的流场图。
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机，其特征在于，包括：机体，具有前机翼和后机翼，所述前机翼和后机翼构成串列翼布局；螺旋桨推进装置，配置在所述前机翼的前缘；涵道风扇，配置在所述后机翼的后缘；倾转机构，用于驱动所述螺旋桨推进装置和涵道风扇倾转进而调节所述机体飞行姿态；以及串联式混合动力系统，所述螺旋桨推进装置、涵道风扇和倾转机构均与串联式混合动力系统电性连接。2.根据权利要求1的一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机，其特征在于，所述前机翼的面积小于所述后机翼的面积，所述前机翼位于所述后机翼的前下方。3.根据权利要求1的一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机，其特征在于，所述串联式混合动力系统包含有：第一电调，配置为与所述螺旋桨推进装置连接；第二电调，配置为与所述涵道风扇连接；发电机；发动机，配置为与所述发电机连接；第一蓄电池，用于至少为所述螺旋桨推进装置供电；第二蓄电池，用于至少为所述涵道风扇供电；第一AC/DC模块，所述第一电调、发电机和第一蓄电池均与所述第一AC/DC模块连接；第二AC/DC模块，所述第二电调、发电机和第二蓄电池均与所述第二AC/DC模块连接；以及供油机构，用于储存燃油并为所述发动机提供燃油；其中，所述发动机、第一蓄电池和第二蓄电池均配在所述机体内。4.根据权利要求3的一种串联式布局的分布式动力倾转旋翼垂起无人机，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昆，曹明志，陈百辉，秦梓杰，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：