CN105000174A - 带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，所述飞行器包括机身，所述机身包括平行对称放置的两固定机翼及中间的支撑架，两固定机翼上共安装有四套旋翼；两固定机翼上安装有操作舵面，通过舵机控制舵面的旋转，实现俯仰、横滚、调整航向角动作。它集成了多旋翼飞行器和固定翼飞行器的优点，在多个固定翼上安装有多旋翼和操作舵面。在其所有部件中，除了螺旋桨和电机的转轴、舵机、舵机操作杆和舵面可以正常旋转外，其他组成部分的相对位置是不发生变化的。尤其是机身、电机、螺旋桨的安装位置相对固定，共有三种飞行状态：垂直起降或定点悬停状态、巡航飞行状态、过渡状态。

Description

带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器

技术领域

本发明涉及一种多态飞行器，具体地，涉及一种带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，机身、电机、螺旋桨相对固定，机身整体倾转。

背景技术

传统的固定翼飞行器对起降场地有限制，大部份固定翼机都需要机场升降，需要有较长的跑道供起降，对起降的条件要求比较苛刻。

传统的多旋翼飞行器的依靠多个旋翼产生的力来克服重力并提供前进的动力。在水平前飞的过程中，多个旋翼产生的力只有一部分用来提供前进的动力，其余的力要提供向上的升力以克服重力保持高度，所以功耗大，效率低，续航能力不足。

传统的倾转旋翼飞行器采用的是相对于机身可旋转的动力装置，比如安装的机翼上的可旋转短舱、可旋转的旋翼吊架等。这些设计对于载人飞行器有一定的优势，但是对于无人机，机身的倾转并不影响其性能。此外，相对于机身可旋转的动力装置通常需要更多的维护和更加复杂的机械结构，而后者通常会限制维护和安全检查。再者，这些设计中基本采用的是无操作舵面的固定翼，这样的设计不仅增加了旋翼电机的控制难度，而且耗能较大，因为在实现俯仰、横滚、调整航向角等动作时，旋翼电机频繁改变转速，其耗能一般大于舵机的耗能。

如专利公布号为102627146A的中国发明，该发明提供一种具有固定发动机布置的倾转旋翼飞行器，其系统包括用于倾转旋翼飞行器的发动机和吊架结构，其中，发动机相对于飞行器的机翼部分固定，而吊架是可旋转的。吊架支撑具有多个旋翼叶片的旋翼桨载。吊架的旋转允许飞行器选择性地在直升机模式、飞机模式及其组合模式下飞行。

又如专利公布号为103072688A的中国发明，该发明名称为“可倾转四旋翼飞行器”，其公开了一种可倾转四旋翼飞行器，包括机身，机身的前端对称安装有第一、第二固定机翼，机身的后端对称安装有第二、第四固定机翼，其中，第一、第二、第二、第四固定机翼的端部分别对应安装有第一、第二、第二、第四旋翼转向装置，第一、第二、第二、第四旋翼转向装置上各安装有一套旋翼。本发明通过在四个固定机翼土安装携带有旋翼的旋翼转向装置，当旋翼转向装置倾转时，带动旋翼转动，进而实现了飞行器的水平前飞与垂直升降飞行模式的转换:此外，由于旋翼转向装置工作可靠性高，旋翼的空间位置布置合理，使得飞行器巡航升力大，飞行平稳，机械结构简单，工作可靠性提高。

以上现有技术一个是采用的可旋转吊架，另一个是采用的旋翼转向装置，虽然旋转或倾转的部位不一样，但是思路却差不多，即维持机身不倾转，将动力装置旋转，使动力装置产生的力的方向在近似垂直方向与近似水平方向之间倾转，这种思路在英国的鹞式战机、美国的F35B战机上都有体现；这些设计一般都要求复杂的机械结构，更多的零件，对这些机械结构和零件的保养要求也更高，其可靠性必然降低，维护难度与成本必然增加。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，机械结构简单，既能垂直起降和定点悬停，又可以高速远距离巡航，并能在这两种飞行状态自由切换。

为实现上述目的，本发明提供一种带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，所述飞行器包括机身，所述机身包括平行对称放置的两固定机翼及中间的支撑架，两固定机翼上共安装有四套旋翼；两固定机翼上安装有操作舵面，通过舵机控制舵面的旋转，实现俯仰、横滚、调整航向角动作。

所述第一、第二固定机翼在中部对称的位置上各安装两套电机，电机上安装螺旋桨。

所述相邻螺旋桨的旋转方向相反。

所述第一、第二固定机翼上安装有操作舵面的副翼。

本发明多态飞行器在垂直起降或定点悬停的飞行状态时，四个旋翼组成的平面近似水平；多态飞行器在巡航飞行状态时，四个电机组成的平面与水平面近似垂直；多态飞行器处于过渡状态时，机身处于倾转状态，四个电机组成的平面与水平面有夹角。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供的倾转机身式混合多态飞行器，通过在两个固定机翼上安装旋翼，当处于垂直升降定点悬停、过渡飞行状态时，利用飞行控制系统程控制四个旋翼电机的转速差，实现飞行姿态的控制；当处于巡航飞行状态时，固定机翼可以提供升力，四个旋翼电机的转速基本相同，利用飞行控制系统程控制四个舵机，使操作舵面旋转，实现俯仰、横滚、调整航向角等动作，使得多态飞行器效率高，续航能力出色，机械结构简单，工作可靠性提高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本申请的多态飞行器的结构示意图；

图2是本申请的多态飞行器在垂直起降或定点悬停的飞行状态时的立体图；

图3是本申请的多态飞行器处于过渡状态时的立体图；

图4是本申请的多态飞行器在巡航飞行状态时的立体图；

图中：第一固定机翼1，第二固定机翼2，第一-第四螺旋桨3、7、9、11，第一-第四电机4、8、10、12，第一-第四起落架5、25、26、27，支撑架6，第一-第四舵机14、17、20、23，第一-第四拉杆13、16、19、22，第一-第四舵面15、18、21、24。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参考图1所示，本发明提供了一种倾转机身式混合多态飞行器，包括机身，机身上设有平行对称放置的两固定机翼及中间的支撑架6，两固定机翼中，位于上方的称为第一固定机翼1，位于下方的称为第二固定机翼2；在所述第一、第二固定机翼1、2上安装有操作舵面，通过舵机控制舵面的旋转，实现俯仰、横滚、调整航向角动作。

在第一固定机翼1上端对称的位置安装第一电机4和第二电机8、第二起落架25和第三起落架26、第一舵机14和第二舵机17，第一电机4上安装第一螺旋桨3、第二电机8上安装第二螺旋桨7，第一舵机14通过第一拉杆13控制第一舵面15、第二舵机17通过第二拉杆16控制第二舵面18；

在第二固定机翼2上端对称的位置安装第三电机10和第四电机12、第一起落架5和第四起落架27、第三舵机20和第四舵机23，第三电机10上安装第三螺旋桨9、第四电机12上安装第四螺旋桨11，第三舵机20通过第三拉杆19控制第三舵面21、第四舵机23通过第四拉杆22控制第四舵面24；支撑架6将第一固定机翼1与第二固定机翼2连接并固定在一起。

本发明中所有组成部分，除了螺旋桨和电机的转轴、舵机、舵机操作杆和舵面可以正常旋转外，其他组成部分的相对位置是不发生变化的。

本发明的工作原理为：

当本发明在垂直起降或定点悬停的飞行状态时，第一-第四电机4、8、10、12组成的平面近似水平，如图2中所处的位置，为飞行器提供上升的动力。在垂直起降过程中，需要调整航向角时，同时增加(或减小)第四电机12、第一电机4的转速，并减小(或增加)第二电机8、第三电机10的转速；在垂直起降过程中，当需要机体产生俯仰动作时，则同时增加(或减小)第三电机10、第四电机12的转速，并减小(或增加)第一电机4、第二电机8的转速；在垂直起降过程中，当需要机体产生横滚动作时，则同时增加(或减小)第三电机10、第一电机4的转速，并减小(或增加)第二电机8、第四电机12的转速。

当本发明处于过渡状态时，机身处于倾转状态，第一-第四电机4、8、10、12组成的平面与水平面有夹角，如图3中所处的位置。在过渡状态中，当需要机体产生俯仰动作时，则同时增加(或减小)第三电机10、第四电机12的转速，并减小(或增加)第一电机4、第二电机8的转速。

当本发明飞行器巡航飞行状态时，第一-第四电机4、8、10、12组成的平面与水平面近似垂直，如图4中所处的位置，依靠第一、第二固定机翼1、2提供向上的升力克服重力，第一-第四电机4、8、10、12的转速基本相同，为多态飞行器提供前进的动力，当需要调整航向角时，同时控制第三、第一舵面21、15使向上(下)偏，并控制第四、第二舵面24、18使向下(上)偏。

本发明提供的倾转机身式混合多态飞行器，通过在第一、第二固定机翼1、2上安装旋翼，当处于垂直升降定点悬停(如图2)、过渡飞行状态(如图3)时，利用飞行控制系统程控制第一-第四电机4、8、10、12的转速差，实现飞行姿态的控制；当处于巡航飞行状态(如图4)时，固定机翼可以提供升力，第一-第四电机4、8、10、12的转速基本相同，利用飞行控制系统程控制第一-第四舵机14、17、20、23，使操作舵面旋转，实现俯仰、横滚、调整航向角等动作，使得多态飞行器效率高，续航能力出色，机械结构简单，工作可靠性提高。

本发明集成了多旋翼飞行器和固定翼飞行器的优点，在多个固定翼上安装有多旋翼和操作舵面。在其所有部件中，除了螺旋桨和电机的转轴、舵机、舵机操作杆和舵面可以正常旋转外，其他组成部分的相对位置是不发生变化的。尤其是机身、电机、螺旋桨的安装位置相对固定，共有三种飞行状态：垂直起降或定点悬停状态、巡航飞行状态、过渡状态。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，所述飞行器包括机身，所述机身包括平行对称放置的两固定机翼及中间的支撑架，两固定机翼上共安装有四套旋翼；两固定机翼上安装有操作舵面，通过舵机控制舵面的旋转，实现俯仰、横滚、调整航向角动作。

2.根据权利要求1所述的带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，两固定机翼在中部对称的位置上各安装两套电机，电机上安装螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，两固定机翼上安装有操作舵面的副翼。

4.根据权利要求2所述的带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，相邻所述螺旋桨的旋转方向相反。

5.根据权利要求1-4任一项所述的带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，所述飞行器共有三种飞行状态：

在垂直起降或定点悬停的飞行状态时，四个旋翼组成的平面近似水平；

在巡航飞行状态时，四个旋翼组成的平面与水平面近似垂直；

处于过渡状态时，机身处于倾转状态，四个旋翼组成的平面与水平面有一夹角。

6.根据权利要求5所述的带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，两固定机翼中位于上方的称为第一固定机翼(1)，位于下方的称为第二固定机翼(2)；

在第一固定机翼(1)上端对称的位置安装第一电机(4)和第二电机(8)、第二起落架(25)和第三起落架(26)、第一舵机(14)和第二舵机(17)，第一电机(4)上安装第一螺旋桨(3)、第二电机(8)上安装第二螺旋桨(7)，第一舵机(14)通过第一拉杆(13)控制第一舵面(15)、第二舵机(17)通过第二拉杆(16)控制第二舵面(18)；

在第二固定机翼(2)上端对称的位置安装第三电机(10)和第四电机(12)、第一起落架(5)和第四起落架(27)、第三舵机(20)和第四舵机(23)，第三电机(10)上安装第三螺旋桨(9)、第四电机(12)上安装第四螺旋桨(11)，第三舵机(20)通过第三拉杆(19)控制第三舵面(21)、第四舵机(23)通过第四拉杆(22)控制第四舵面(24)；支撑架(6)将第一固定机翼(1)与第二固定机翼(2)连接并固定在一起。

7.根据权利要求6所述的带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，所述第一-第四电机(4、8、10、12)的型号相同且在一个平面上，所述第一-第四螺旋桨(3、7、9、11)的型号相同且在一个平面上。

8.根据权利要求7所述的带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器，其特征在于，所有组成部分中，除了螺旋桨和电机的转轴、舵机、舵机操作杆和舵面能正常旋转外，其他组成部分的相对位置是不发生变化的；尤其是机身、电机、螺旋桨的安装位置相对固定。