一种能够垂直起降和空中悬停且具有较高飞行速度和较大航程的无人机；该无人机不需要滑跑，减小了对起降场地的要求，大大扩展了使用范围，且具有比无人直升机更高的速度、更远的航程，包括：机身(1)；机翼(8)；水平尾翼(2)；垂直尾翼(5)；位于所述机身(1)的前部的机头动力舱(15)；位于所述机头动力舱(15)的前部的螺旋桨动力系统(12)，其特征在于进一步包括：位于机身中上部的倾转机构(16)，所述机头动力舱(15)通过所述倾转机构(16)以可倾转的方式与机身连接，从而使所述螺旋桨动力系统(12)的螺旋桨(121和122)的轴向能够相应地进行倾转。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有垂直起降功能的小型无人机，属于航空飞行器设计领域。
技术介绍
无人驾驶飞机简称无人机，是一种有动力驱动，机上无人驾驶，可重复或一次使用 的航空器。无人机常以重量来分类，其中20kg以下的称为微型或小型无人机，一般用于执 行战场侦查、毁伤评估、目标指引等军事任务，以及作为载机平台用于飞行试验、航空测绘等非军事任务。小型固定翼无人机一般采用水平滑跑起飞、手掷起飞、弹射起飞等起飞形式，并且 通常采用滑跑降落、伞降等降落形式。手掷和弹射起飞受限于人员臂力以及火药、弹簧的推 力，飞机的重量一般较轻，限制了其任务载荷的重量以及燃料的重量，航程较小，且不利于 任务的充分实现。伞降则不易精确控制降落地点，受风的影响较大，容易造成无人机的损 毁。因此，质量较大的无人机通常采用常规滑跑起降，对于跑道要求较高，从而限制了无人 机的使用范围。无人直升机没有起飞场地及跑道要求，能够垂直起降，特别是能自由悬停，机动灵 活性好，利于完成各种任务。但是无人直升机结构复杂，使用维护要求高，故障率高，且飞行 速度低，航程较短。在很多应用场合，即使最基本的起降场地的要求也难以满足，大大限制了固定翼 无人机的使用范围。以震区灾情评估任务为例，在发生地震的初始时刻，道路损毁，外部人 员无法快速进入震区内部了解损失情况。但为了给相关部门及时提供科学决策的依据，必 须通过空中、地面等多方面对震区进行勘察，此时应用小型无人机或小型无人直升机进行 作业不失为一种经济有效的手段。而现有小型固定翼无人机采用常规起降形式，震区满目 疮痍，起降条件差，限制了其使用；小型直升机则飞行速度低，航程小，不利于深入灾区飞 行。在这种情况下，迫切需要具有垂直起降性能的无人机，且要求其可随时随地垂直起降， 利用速度高、航程远的优势，深入灾区上空，开展相关工作，这将对抗震救灾的工作提供及 时和高效的帮助。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够垂直起降和空中悬停，且具有较高飞行速度，较大 航程的无人机。本专利技术的具备垂直起降性能的无人机则不需要滑跑，可以进行垂直起飞和降落， 减小了对起降场地的要求，大大扩展了使用范围；且与无人直升机相比，本专利技术的具备垂直 起降性能的无人机飞行速度高，航程远，便于高效、高质地完成相关飞行科目。本专利技术的垂 直起降无人机兼有固定翼无人机和无人直升机的优点，取长补短，具有较好的应用前景。根据本专利技术的一个方面，提供了一种小型无人机，包括机身；机翼；水平尾翼；垂 直尾翼；位于所述机身的前部的机头动力舱；位于所述机头动力舱的前部的螺旋桨动力系统，其特征在于进一步包括位于机身中上部的倾转机构，所述机头动力舱通过所述倾转机构以可倾转的方式 与机身连接，从而使所述螺旋桨动力系统的螺旋桨的轴向能够相应地进行倾转。附图说明 图1是根据本专利技术的一个实施例的小型无人机在其水平飞行状态下的整体外形图。图2是图1所示的小型无人机在其垂直起降状态下的整体外形图。图3是适用于图1所示的小型无人机的共轴反桨动力系统的示意图。图4是适用于图1所示的小型无人机的倾转机构处于水平状态下的示意图。图5是适用于图1所示的小型无人机的倾转机构处于垂直状态下的示意图。具体实施例方式本专利技术主要是通过对可垂直起降小型无人机的总体布局、水平飞行_垂直起降转 换方式、姿态调整模式所需机构的合理设计来实现的。以下结合附图详细说明本专利技术具体实施的技术方案。1)总体布局根据如图1所示的本专利技术实施例的小型无人机采用常规式气动布局，包括双垂尾 和自行车式起落架。其中机身(1)采用盒型方舱设计，内部为一个大容量的机舱，用于安装机载设备。 机头动力舱(15)的前部安装有共轴反桨动力系统(12)，该系统包含两副同轴、转向相反的 螺旋桨(121)和(122)，为飞机提供水平飞行和垂直起降时的动力；在垂直起降和悬停时， 通过上下两副桨叶转速的差动可以提供偏航力矩，进行航向操纵。机头动力舱(15)通过位 于机身中上部的倾转机构(16)以可倾转的方式与机身连接。机身(1)前下部设有滑跑时 控制方向的前起落架(11)，机身(1)中下部设有承受飞机主要重量的主起落架(10)。如图4所示，根据本专利技术的一个实施例的倾转机构(16)包括基座(161)、连杆 (162)、舵机摇臂(163)、第一舵机(164)、第二舵机(165)、机头动力舱支座(169)、转轴 (168)等。机头动力舱支座(169)固定于机身(1)上，通过转轴(168)将整个机头动力舱 (15)与机头动力舱支座(169)相连，机头动力舱(15)可以绕转轴(168)在约0 90度间 倾转。安装于机头动力舱(15)上的基座(161)通过连杆(162)与舵机摇臂(163)相连，第 一舵机(164)和第二舵机(165)的舵盘(163)和(166)通过连杆(167)并联。在第一舵机 (164)和第二舵机(165)的作用下，通过摇臂(163)带动连杆(162)，通过基座(161)驱动 机头动力舱(15)绕转轴(168)旋转，以满足不同飞行状态对动力方向的要求。图5显示了图4所示的倾转机构(16)的各部件在机头动力舱(15)可以绕转轴 (168)倾转到约90度时的状态。机翼(8)平面形状为梯形，其前缘后掠，后缘前掠。每侧机翼内侧后缘设置有襟 翼(9)，外侧后缘设置有副翼(7)。根据一个实施例，机翼结构采用常规单梁式结构，在机翼 (8)的30%弦长处设有一根主梁。整个机翼(8)通过主梁和前缘接头与机身连接，用于传递载荷。其中主梁能够传递剪力、弯矩和一定的扭矩；前缘接头用于承受机翼主要的扭矩。 机翼翼尖安装有用于垂直起降和空中悬停时控制飞机滚转的滚转调姿系统(14)和防止飞 机倾覆的辅助起落架(13)。水平尾翼(2)位于机身(1)后部，水平尾翼(2)后缘设有升降舵(3)，翼尖设有垂 直尾翼(5)，垂直尾翼(5)的后缘设有方向舵(6)。机身(1)尾部设有垂直起降和空中悬停 时控制飞机俯仰的俯仰调姿系统G)。2)垂直起降和悬停方式当根据图1所示的实施例的小型无人机垂直起降或悬停时，机头动力舱(1 与共 轴反桨动力系统(12)共同绕倾转机构倾转为相对于机身的纵向大体垂直的状态，从而提 供向上的拉力。襟翼(9)向下偏转至大体垂直的状态，以减小对共轴反桨动力系统(12)所 产生的滑流的遮蔽，从而减小动力损耗。设置在两侧机翼翼尖的滚转调姿系统(14)启动， 对飞机的滚转进行增稳与控制；尾部俯仰调姿系统(14)启动，对飞机的俯仰进行增稳与控 制。滚转调姿系统(14)包括一台小型电机/发动机和一个变距螺旋桨系统。小型电 机/发动机带动螺旋桨定速旋转；螺旋桨的螺距通过变距系统改变，从而迅速改变螺旋桨 拉力的大小和方向，为飞机提供操纵力矩。俯仰调姿系统与滚转调姿系统(14)结构、功能基本相同。3)飞行控制如图1所示的无人机可进行常规水平飞行、垂直起降、悬停以及垂直起降-水平过 渡飞行。具体地-常规水平飞行时，如图1所示，机头动力舱(15)与共轴反桨动力系统(12)共 同倾转为水平状态，产生前飞拉力，襟翼(9)也偏转为水平状态，增加升力；此时，飞机的控 制与常规布局飞机基本相同，即，依靠副翼(7)的偏转对飞机的滚转进行控制，依靠升降舵 ⑶的偏转对飞机的俯仰进行控制，依靠方向本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种小型无人机，包括：机身（１）；机翼（８）；水平尾翼（２）；垂直尾翼（５）；位于所述机身（１）的前部的机头动力舱（１５）；位于所述机头动力舱（１５）的前部的螺旋桨动力系统（１２），其特征在于进一步包括：位于机身中上部的倾转机构（１６），所述机头动力舱（１５）通过所述倾转机构（１６）以可倾转的方式与机身连接，从而使所述螺旋桨动力系统（１２）的螺旋桨（１２１和１２２）的轴向能够相应地进行倾转。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：万志强，王耀坤，雷萤，王川，周磊，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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