CN105083551B - 一种可倾转旋翼机及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可倾转旋翼机及其控制方法，该旋翼机包括四组可倾转的旋翼，两个可偏转的机翼，垂尾，发动机，倾转机构和变距机构以及飞行控制系统，垂尾、机翼分别安装在机身上并受操纵系统控制，四组旋翼分别连接有发动机、倾转机构和变距机构；每组所述可倾转的旋翼包括若干桨叶、桨毂、变距拉杆和倾转短舱，各桨叶分别通过桨毂和变距拉杆与所述倾转短舱连接，所述倾转短舱内设有倾转机构，所述倾转机构通过倾转铰连接在机翼大梁上，机翼另有一套独立的偏转机构可实现机翼的上下偏转。本发明的效果在于结合了旋翼机和固定翼飞机的优点，既可垂直起降又能实现长航程、快速度的水平飞行，增大了飞行包线，克服了两种传统飞行器的各自缺点。
Description
技术领域
本发明属于无人机及其控制技术领域，具体涉及一种可倾转旋翼机及其控制方法。
背景技术
市场上现有的无人机主要分为两大类：固定翼无人机和旋翼无人机。前者航程远、水平飞行速度快，但是需要起降跑道。后者不需要起降跑道，但是因为其推力是靠旋翼升力的水平方向分量实现的，故水平方向速度没有固定翼飞机快，且因为其升力的产生是靠发动机驱动主旋翼产生而不是气流经过固定翼产生，故耗油率或同样飞行距离的耗电量比固定翼飞机多。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种既可垂直起降又能实现长航程、快速度的水平飞行，增大了飞行包线的可倾转旋翼机及其控制方法。
技术方案：本发明所述的一种可倾转旋翼机，包括四组可倾转的旋翼，两个可偏转的机翼，垂尾，发动机，倾转机构和变距机构以及飞行控制系统，所述垂尾、机翼分别安装在机身上并受飞行控制系统控制，所述四组可倾转的旋翼分别连接有发动机、倾转机构和变距机构；每组所述可倾转的旋翼包括若干桨叶、桨毂、变距拉杆和倾转短舱，各桨叶分别通过桨毂和变距拉杆与所述倾转短舱连接，所述桨毂包括摆震铰、挥舞铰和变距铰，所述倾转短舱内设有机翼倾转机构，所述机翼倾转机构通过倾转铰连接在机翼大梁上，所述机翼上还设有偏转机构，实现机翼的上下偏转。
进一步的，所述四组可倾转的旋翼中的其中两组旋翼与机翼连接。
进一步的，所述四组可倾转的旋翼中的其中一组旋翼连接有垂尾。
进一步的，所述四组可倾转的旋翼中的后旋翼高度大于前旋翼的高度。
进一步的，所述变距铰与所述万向铰之间还设有柔性片。
本发明还公开了上述一种可倾转旋翼机的控制方法，包括如下飞行模式：
（1）垂直起降：通过四组变距机构采用变总距的办法增加或减少升力；
（2）低速飞行：通过四组变距机构采用周期变距的办法由升力在水平方向的分量提供推力；
（3）高速飞行：将其中两个对称的旋翼向前倾转至垂直于飞行方向以提供更大的推力，该推力的变化可由两组变距机构采用变总距的办法实现，同时将左右两机翼偏转至水平方向以补偿两个旋翼向前倾转后造成的升力损失；随着飞行速度的增加，通过两组变距机构将飞行器顶部的其他两个旋翼调成顺桨状态，在高速的相对气流的作用下这两个旋翼仍然旋转并提供一定升力，不需要发动机对这两个旋翼进行功率输入；
（4）偏航转弯：低速飞行时，依靠左右两旋翼的总距变化实现滚转，依靠四旋翼的周期变距实现偏航；高速飞行时，转弯动作依靠机翼和垂尾的偏转实现。
有益效果：本发明的效果在于结合了旋翼机和固定翼飞机的优点，既可垂直起降又能实现长航程、快速度的水平飞行，增大了飞行包线，克服了两种传统飞行器的各自缺点。相比于美国的V-22鱼鹰式倾转旋翼机，本发明的偏转机翼不存在对旋翼下洗流的阻塞影响；由于倾转过程中仍有前后两个旋翼提供升力，故垂直起降模式和前飞模式之间转换的速度范围也更宽；此外提供相同升力四个旋翼的直径要比两个旋翼的直径小，使得本飞行器亦可通过将左右两个旋翼作为螺旋桨以滑跑的姿态实现起降。另外本发明的四组旋翼可以共用两台发动机的动力，这样当其中一台发动机失效后，整架飞行器仍能够有效运行不致于坠机，只是分配到各个旋翼上的功率会有所减少。
目前本发明拟用于无人机领域，经实践检验可行后亦能用于载人飞行器。如果用于民航运输，本飞行器可以不受地理条件限制实现起降，同时能实现比直升机更远距离的航行。如果用于军事领域，本飞行器既能像螺旋桨飞机一样快速抵达目的地，又能像直升机一样在目的地上空长时间的滞留以便侦察或打击。
附图说明
图1为本发明旋翼机的整体结构示意图；
图2为本发明的一组可倾转的旋翼结构示意图；
图3为本发明旋翼机高速飞行时的状态示意图；
图4为本发明旋翼机高速飞行偏航时的状态示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示的一种可倾转旋翼机，包括四组可倾转的旋翼，分别是前旋翼1、后旋翼3、左旋翼2和右旋翼4，两个可偏转的机翼5,6，垂尾7，发动机，倾转机构和变距机构以及飞行控制系统，所述垂尾7、机翼5,6分别与所述旋翼连接，所述旋翼分别连接有发动机、倾转机构和变距机构；如图2所示，每组所述可倾转的旋翼包括三片桨叶11,12,13、桨毂16（包含变距铰14、摆振铰17、挥舞铰18）、变距拉杆19和倾转短舱20，各桨叶分别通过桨毂16和变距拉杆19与所述倾转短舱20连接，所述倾转短舱20内设有机翼倾转机构21，所述机翼倾转机构21通过倾转铰22连接有机翼，所述机翼由机翼大梁23和机翼外壳24构成。
作为上述技术方案的进一步优化，所述四组可倾转的旋翼中的其中两组旋翼连接有机翼。所述四组可倾转的旋翼中的其中一组旋翼连接有垂尾。所述桨叶的数量为2片、3片或更多片。所述桨叶采用弹性桨叶或刚性桨叶。所述桨叶与所述桨毂之间还设有柔性片15。为减少高速水平飞行时前旋翼1尾涡对后旋翼3的气动干扰，把后旋翼3装得高一些，同时也给垂尾的安装预留了位置。
本发明的旋翼机的控制过程包括垂直起降、低速飞行、高速飞行以及偏航转弯几个模式：
需要垂直起降时，通过四组变距机构采用变总距的办法增加或减少升力。需要低速飞行时，通过四组变距机构采用周期变距的办法由升力在水平方向的分量提供推力。需要高速飞行时，如图3所示，将其中两个旋翼（2、4）向前倾转至垂直于飞行方向以提供更大的推力，该推力的变化可由两组变距机构采用变总距的办法实现，同时将左右两机翼（5、6）偏转至水平方向以补偿两个旋翼向前倾转后造成的升力损失。随着飞行速度的增加，通过两组变距机构将飞行器顶部的两个旋翼（1、3）调成顺桨状态，在高速的相对气流的作用下这两个旋翼仍然旋转并提供一定升力，不需要发动机对这两个旋翼进行功率输入。
低速飞行时，该飞行器依靠左右两旋翼的总距变化实现滚转，依靠四旋翼的周期变距实现偏航。高速飞行时，该飞行器的转弯动作依靠机翼和垂尾的偏转实现。如图4所示，处于水平位置的左机翼5抬头偏转、右机翼6低头偏转，就实现了左右机翼的升力不对称，飞行器向右横滚；同时将垂尾向左偏转，就实现了飞行器向右偏航；向右横滚和向右偏航结合起来即实现了右转弯。
本发明的效果在于结合了旋翼机和固定翼飞机的优点，既可垂直起降又能实现长航程、快速度的水平飞行，增大了飞行包线，克服了两种传统飞行器的各自缺点。相比于美国的V-22鱼鹰式倾转旋翼机，本发明的偏转机翼不存在对旋翼下洗流的阻塞影响；由于倾转过程中仍有前后两个旋翼提供升力，故垂直起降模式和前飞模式之间转换的速度范围也更宽；此外提供相同升力四个旋翼的直径要比两个旋翼的直径小，使得本飞行器亦可通过将左右两个旋翼作为螺旋桨以滑跑的姿态实现起降。另外本发明的四组旋翼可以共用两台发动机的动力，这样当其中一台发动机失效后，整架飞行器仍能够有效运行不致于坠机，只是分配到各个旋翼上的功率会有所减少。
目前本发明拟用于无人机领域，经实践检验可行后亦能用于载人飞行器。如果用于民航运输，本飞行器可以不受地理条件限制实现起降，同时能实现比直升机更远距离的航行。如果用于军事领域，本飞行器既能像螺旋桨飞机一样快速抵达目的地，又能像直升机一样在目的地上空长时间的滞留以便侦察或打击。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (2)
1.一种可倾转旋翼机的控制方法，其特征在于：该可倾转旋翼机包括四组可倾转的旋翼，两个可偏转的机翼，垂尾，发动机，倾转机构和变距机构以及飞行控制系统，所述垂尾、机翼分别安装在机身上并受飞行控制系统控制，所述四组可倾转的旋翼分别连接有发动机、倾转机构和变距机构；每组所述可倾转的旋翼包括若干桨叶、桨毂、变距拉杆和倾转短舱，各桨叶分别通过桨毂和变距拉杆与所述倾转短舱连接，所述桨毂包括摆震铰、挥舞铰和变距铰，所述倾转短舱内设有倾转机构，所述倾转机构通过倾转铰连接在机翼大梁上，所述机翼上还设有偏转机构，实现机翼的上下偏转；
所述四组可倾转的旋翼中的其中一组旋翼连接有垂尾，所述四组可倾转的旋翼中的后旋翼高度大于前旋翼的高度；
该可倾转旋翼机的控制方法包括如下飞行模式：
(1)垂直起降：通过四组变距机构采用变总距的办法增加或减少升力；
(2)低速飞行：通过四组变距机构采用周期变距的办法由升力在水平方向的分量提供推力；
(3)高速飞行：将其中两个对称的旋翼向前倾转至垂直于飞行方向以提供更大的推力，该推力的变化可由两组变距机构采用变总距的办法实现，同时将左右两机翼偏转至水平方向以补偿两个旋翼向前倾转后造成的升力损失；随着飞行速度的增加，通过两组变距机构将飞行器顶部的其他两个旋翼调成顺桨状态，在高速的相对气流的作用下这两个旋翼仍然旋转并提供一定升力，不需要发动机对这两个旋翼进行功率输入；
(4)偏航转弯：低速飞行时，依靠左右两旋翼的总距变化实现滚转，依靠四旋翼的周期变距实现偏航；高速飞行时，转弯动作依靠机翼和垂尾的偏转实现。
2.根据权利要求1所述的一种可倾转旋翼机的控制方法，其特征在于：所述四组可倾转的旋翼中的其中两组旋翼与机翼连接。
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