CN105480416A - 一种倾转旋翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种倾转旋翼无人机，机身上设置有机翼和机尾，所述机翼为平直上单翼，机翼中部位置设置有与机翼长度方向垂直的连杆，连杆与机翼连接处设置有舵机，分别为舵机一和舵机二，连杆两端向外延伸出机翼，连杆两端均设置有一组倾斜装置，倾斜装置上安装有可倾转90度的旋翼系统；通过舵机对倾斜装置的拉动，实现旋翼系统的90度倾转。本发明既可实现直升机的垂直起降和定点悬停功能，又可达到固定翼飞行器的巡航速度并且提高了有效载荷。

Description

一种倾转旋翼无人机

技术领域

本发明属于航空飞行器设计技术领域，尤其是涉及一种倾转旋翼无人机。

背景技术

长期以来，人们一直在寻求兼具直升机和固定翼飞机优点的飞行器。经过多年探索和实践，出现了诸如美国第一代倾转旋翼原型验证机XV-15、已经服役的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机、“鹰眼”倾转旋翼无人机等，在军用和民用领域发挥了重要作用，具有广阔的发展前景。倾转旋翼无人机具有直升机垂直起降、空中悬停性能优点的同时还具有与螺旋桨推进的固定翼飞机相当的飞行速度、航程及载荷能力，在飞行模式上有直升机飞行模式、过渡飞行模式和固定翼飞机飞行模式。直升机飞行模式下，倾转旋翼机可以垂直起降，继承了直升机对于起降场地要求低的优点；固定翼飞机飞行模式下，倾转旋翼机利用机翼产生升力，旋翼类似螺旋桨提供拉力，从而提高了倾转旋翼机的飞行速度，并且提高了有效载荷；过渡飞行模式是直升机模式和固定翼飞机模式间的过渡转换模式，倾转旋翼机经过多年的持续研究已经相对成熟。

此外，在中国专利文献CN103935510A中，公开了一种倾转四旋翼飞行器所采用的技术方案缺点是：采用两组机翼，为串列翼布局，由于旋翼系统位于机翼的翼尖上方，螺旋桨产生的下冲气流，有相当一部分会打在机翼的上表面，阻挡了滑流向下运动的气流。在需要旋翼系统产生较大动力升力的时候，这种设计布局要付出一定的负升力的代价，减小有效升力，且旋翼系统布置在机翼翼尖，机翼的翼展不能设计得太大，影响了巡航状态飞行器的升阻特性，特别是巡航升阻比，进而限制了飞行器航程和巡航经济性的提高。与之相同，中国直升机所的“蓝鲸”无人机，采用四轴螺旋桨结构，可以实现双模式飞行的目标。但由于平飞所需的拉力远小于垂直起降是所需的拉力。因此，基本无需后排螺旋桨的动力且平飞时后排螺旋桨受到前排旋翼的气流干扰，效率大大降低,甚至成为负担。

对于现阶段技术比较成熟的又可实现垂直起降的飞行器主要是四轴、六轴、八轴飞行器等。这些飞行器可以在操控和稳定性上都比较好。但大多都有航程短,不能像固定翼方式那样以较高的速度平飞、效率低等缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种倾转旋翼无人机，通过对倾转旋翼飞行器的改进布局，以便消除前后翼在飞行过程中存在的气动干扰，既可实现直升机的垂直起降和定点悬停功能，又可达到固定翼飞行器的巡航速度并且提高了有效载荷。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术手段来实现的：

一种倾转旋翼无人机，包括机身，机身上设置有机翼和机尾，所述机翼为平直上单翼，有利于飞机飞行的稳定性和飞机重心的把握，机翼中部位置设置有与机翼长度方向垂直的连杆，连杆与机翼连接处设置有舵机，连杆两端向外延伸出机翼，连杆两端均设置有一组倾斜装置，倾斜装置上安装有可倾转90度的旋翼系统；通过舵机对倾斜装置的拉动，实现旋翼系统的90度倾转。

作为本发明一个优选的方案，所述动力系统分为两组，以上所述旋翼系统共有四个，分别设置于机翼的连杆上，单个旋翼系统包括无刷电机和螺旋桨，每个无刷电机上连接一个螺旋桨，螺旋桨采用两叶浆；设置于同一个连杆上的两个螺旋桨的转动方向是相反的，呈对角线设置的螺旋桨的转动方向是相同的。直升机飞行模式下由四个旋翼系统提供升力，固定翼飞行模式下由机翼前的两个旋翼系统提供拉力，使得动力利用率高、耗油率低、航程远。

作为本发明的进一步改进，所述机身设有一对机翼，分别位于机身两侧，由于每个机翼上都安装有旋翼系统，这样在无人机处于巡航模式下时，如果有一个旋翼系统不能正常工作，关闭与其呈对角线设置的另一个旋翼系统，无人机依然能够继续飞行，提高了无人机的安全性。

一种倾转旋翼无人机，位于机身右侧且机翼前方的螺旋桨为螺旋桨一，位于机身右侧且机翼后方的螺旋桨为螺旋桨二，螺旋桨一的转动方向为逆时针，螺旋桨二的转动方向为顺时针。

本发明所述机翼后缘安装有副翼，所述机尾包括垂尾和平尾，垂尾上安装有方向舵，平尾上安装升降舵，来保持飞机在飞行中的稳定性和控制飞机的飞行姿态。

本发明所述机翼后缘安装副翼，完成滚转飞行，所述机翼与连杆连接处位于机翼中心位置，有利于飞行过程旋翼提供一个相对平衡的力，舵机安装在机翼与连杆连接处，用于旋翼系统的角度倾转，实现直升机和固定翼两种工作模式的过渡切换。

采用本发明技术方案的可倾转旋翼无人机，既可实现直升机的垂直起降和定点悬停功能，又可达到固定翼飞行器的巡航速度并且提高了有效载荷。

本发明的工作原理是：

本发明采用固定翼机型的机身，机翼是一个平直上单翼，机翼两侧的中间位置分别安装一个连杆，且相互对称，连杆的两端分别安装旋翼系统、倾斜装置和舵机。起飞时，工作在直升机飞行模式下，由相互对称的四个旋翼系统提供垂直向上升力，旋翼系统的转动面与机身平行；慢速飞行时，工作在过渡飞行模式下，由机翼前方两个相互对称的旋翼系统提供向前的升力，是受舵机控制的倾斜装置实现旋翼系统的倾转角度，旋翼系统的转动面与机身夹角45度，机翼后方的两个相互对称的旋翼系统保持垂直向上的升力，旋翼系统的转动面与机身平行；水平飞行时，工作在固定翼飞行模式下，由机翼前方两个相互对称的旋翼系统倾转90度提供拉力，旋翼系统的转动面与机身垂直，然后机翼后方的两个相互对称的旋翼系统慢慢停止工作，旋翼系统倾转90度与机身保持一致。同理，降落时，首先由固定翼飞行模式切换到过渡飞行模式下，接着从过渡飞行模式切换到直升机飞行模式下，实现垂直降落。

本发明的有益效果是：

本发明技术方案提出一种倾转旋翼飞行器的改进布局，以便消除旋翼与机翼之间存在的气动干扰机翼前后旋翼在水平飞行过程中存在的气动干扰。本方案采用连杆连接旋翼与机翼，使得旋翼与机翼之间存在一定距离，在直升机飞行模式下，螺旋桨产生的下冲气流受机翼的阻碍较小，有利于滑流向下运动的气流；在固定翼飞行模式下，采用机翼前方的一组相互对称的旋翼系统工作，提供向前的拉力，机翼后方旋翼系统停止工作，消除了前方旋翼产生向后的气流打在后方旋翼表面上产生气流旋窝的影响。本方案既可实现直升机的垂直起降和定点悬停功能，又可达到固定翼飞行器的巡航速度。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是直升机飞行模式示意图；

图3是过渡飞行模式示意图；

图4是固定翼飞行模式示意图；

图5是飞行全过程工作示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

如图1-5所示，一种倾转旋翼无人机，包括螺旋桨一1、机翼2、副翼3、连杆4、螺旋桨二5、机身6、升降舵7、平尾8、无刷电机9、倾斜装置10、垂尾11、方向舵12、舵机d1和舵机二d2等技术特征。

一种倾转旋翼无人机，包括机身，机身上设置有机翼和机尾，所述机翼为平直上单翼，机翼中部位置设置有与机翼长度方向垂直的连杆，连杆与机翼连接处设置有舵机，分别为舵机一和舵机二，连杆两端向外延伸出机翼，连杆两端均设置有一组倾斜装置，倾斜装置上安装有可倾转90度的旋翼系统；通过舵机对倾斜装置的拉动，实现旋翼系统的90度倾转。

本发明所述旋翼系统共有四个，分别设置于机翼的连杆上，单个旋翼系统包括无刷电机和螺旋桨，每个无刷电机上连接一个螺旋桨，螺旋桨采用两叶浆；设置于同一个连杆上的两个螺旋桨的转动方向是相反的，呈对角线设置的螺旋桨的转动方向是相同的。

一种倾转旋翼无人机，位于机身右侧且机翼前方的螺旋桨为螺旋桨一，位于机身右侧且机翼后方的螺旋桨为螺旋桨二，螺旋桨一的转动方向为逆时针，螺旋桨二的转动方向为顺时针。

进一步地，所述机翼后缘安装有副翼。

优选地，所述机尾包括垂尾和平尾，垂尾上安装有方向舵，平尾上安装升降舵。

本发明的工作原理是：

本发明采用固定翼机型的机身，机翼是一个平直上单翼，机翼两侧的中间位置分别安装一个连杆，且相互对称，连杆的两端分别安装旋翼系统、倾斜装置和舵机。

如图2所示，起飞时，工作在直升机飞行模式下，由呈对角线设置的四个旋翼系统提供垂直向上升力，旋翼系统的转动面与机身平行；

如图3所示，慢速飞行时，工作在过渡飞行模式下，由机翼前方两个相互对称的旋翼系统提供向前的升力，通过舵机控制倾斜装置实现旋翼系统的倾转角度，旋翼系统的转动面与机身夹角45度，机翼后方的两个相互对称的旋翼系统保持垂直向上的升力，螺旋桨的转动面与机身平行；

如图4所示，水平飞行时，工作在固定翼飞行模式下，由机翼前方两个相互对称的旋翼系统倾转90度提供拉力，螺旋桨的转动面与机身垂直，机翼后方相互对称的旋翼系统停止工作，旋翼系统倾转90度与机身保持一致，此时后方的两个旋翼系统处在90度倾转到0度位置，旋翼系统方向与机身方向平行，旋翼系统工作在停止工作状态。同理，降落时，首先由固定翼飞行模式切换到过渡飞行模式下，接着从过渡飞行模式切换到直升机飞行模式下，实现垂直降落。

本发明的技术方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种倾转旋翼无人机，包括机身，机身上设置有机翼和机尾，其特征在于：所述机翼为平直上单翼，机翼中部位置设置有与机翼长度方向垂直的连杆，连杆与机翼连接处设置有舵机，连杆两端向外延伸出机翼，连杆两端均设置有一组倾斜装置，倾斜装置与舵机连接，倾斜装置上安装有可倾转90度的旋翼系统；通过舵机对倾斜装置的拉动，实现旋翼系统的90度倾转。

2.根据权利要求1所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于：所述旋翼系统共有四个，分别设置于机翼的连杆上，单个旋翼系统包括无刷电机和螺旋桨，每个无刷电机上连接一个螺旋桨，螺旋桨采用两叶浆；设置于同一个连杆上的两个螺旋桨的转动方向是相反的，呈对角线设置的螺旋桨的转动方向是相同的。

3.根据权利要求2所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于：位于机身右侧且机翼前方的螺旋桨为螺旋桨一，位于机身右侧且机翼后方的螺旋桨为螺旋桨二，螺旋桨一的转动方向为逆时针，螺旋桨二的转动方向为顺时针。

4.根据权利要求1所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于：所述机翼后缘安装有副翼。

5.根据权利要求1所述的一种倾转旋翼无人机，其特征在于：所述机尾包括垂尾和平尾，垂尾上安装有方向舵，平尾上安装有升降舵。