CN105905295A - 垂直起降固定翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，提供一种垂直起降固定翼无人飞行器，基础型方案，包括机体，所述机体后侧设有主机翼，机翼中部的前方设有螺旋桨，后方设有副翼，机体前方设有鸭翼，机体的上方和下方分别垂直设置有垂尾；延伸型方案，为了实现冗余控制，提高飞行可靠性，位于所述机身上方的垂直尾翼后方设有垂直舵；主机翼的末端设有反角翼尖，下垂尾的数量2个。本发明基础型的设计方案，利用两只螺旋桨及两侧副翼提供四个自由度全姿态油门控制，控制简单；延伸型可以实现水平起降，主机翼上设有反角翼尖和立体视觉避障传感器，实现飞行避障及垂直自主精准降落；机械结构相对简单，制作成本低。

Description

垂直起降固定翼飞行器

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种垂直起降固定翼无人飞行器。

背景技术

固定翼无人机具有续航时间长、巡航半径大、飞行效率高等优势。利用固定翼无人机作为任务平台搭载各种负载设备进行飞行作业，可广泛应用于地理测绘、地质勘探等领域。

然而相比于旋翼式无人机，普通固定翼无人机的起飞和降落存在一定难度。就起飞方式而言，大型固定翼飞行器需要一定的起飞速度，一般利用弹射架提供一定的初始速度，降落时也需要较大面积的开阔场地。前拉单桨飞机前方视野受阻，发生故障降落时前端螺旋桨可能构成安全隐患；后推单桨飞机手抛或弹射起飞时快速转动的螺旋桨也构成安全隐患。

固定翼无人机实现垂直起飞并以多种形式灵活降落，能够有效降低无人机在起降时对场地的限制。解决固定翼起降受限的难题将对固定翼无人机的应用和推广起着极为关键的推动作用。事实上，部分无人机公司通过在固定翼机翼上安装四个电动机的方式已经初步实现了固定翼垂直起飞转平飞的功能，但是这种实现方式造成飞行姿态不稳定，导致飞行效率大打折扣。飞行器在水平飞行阶段，四个电动机都处于关闭状态，不仅增加整个飞行系统的阻力，还增加了负载的重量。

因此，让固定翼飞行器实现垂直起飞，并选择跑道和垂直的方式降落，成为需要攻克的难点。

发明内容

解决现有技术中固定翼无人机起飞距离长，降落方式单一的问题，为各类复杂的行业应用提供一种既能垂直起降也能跑道起降、控制精度高且可搭载多种设备的垂直起降固定翼无人飞行器。

本发明采用以下技术方案实现，

一种垂直起降固定翼无人飞行器，基础型方案，包括机体，所述机体后侧设有主机翼，机翼中部的前方设有螺旋桨，后方设有副翼，机体前方设有鸭翼，机体的上方和下方分别垂直设置有垂尾。

为了实现垂直起降，所述下方的垂尾位于机体中部，所述垂尾的后翼面与机体尾部、机翼的末端位于同一平面。

为了提高升力，所述螺旋桨与机翼紧贴设置。

延伸型方案，为了实现冗余控制，提高飞行可靠性，位于所述机身上方的垂直尾翼后方设有垂直舵。

为了增加翼面积以提高载荷，同时增加横滚安定性帮助实现无降落伞失速迫降，在主机翼的末端设有反角翼尖。

为了实现跑道起降，所述机体的前方设有起落架，垂尾的结构为分别位于机翼下方的下垂尾，下垂尾的数量2个，下垂尾的下方设有滑轮。

进一步的，所述机体前方的前轮架可折叠设置。

为提高飞行的精度，所述鸭翼前缘两侧及机翼后缘两侧安装立体视觉避障传感器，机身上设有超声波模块。

本发明的有益之处在于，

1.基础型的设计方案，利用两只螺旋桨及两侧副翼提供四个自由度全姿态油门控制，控制简单；螺旋桨强大的后洗气流提高副翼舵面控制效能，有助于水平短距起降；采用前置鸭翼向机头方向移动升力中心及重心，增加与副翼控制面的距离，有效提高姿态控制效率及水平飞行时纵向安定性。

2.延伸型的方案可以安装起落架，可以实现水平起降；主机翼上设有反角翼尖，既增加翼面积以提高载荷，又增加横滚安定性帮助实现无降落伞失速迫降；立体视觉避障传感器，实现飞行避障及垂直自主精准降落；机械结构相对简单，制作成本低。

附图说明

图1 本发明实施例一立体结构示意图；

图2 本发明实施例一俯视结构示意图；

图3 本发明实施例一侧视结构示意图；

图4 本发明实施例二立体结构示意图；

图5 本发明实施例二后视结构示意图；

图6 本发明实施例二侧视结构示意图；

图中1.螺旋桨，10.起落架，11.滑轮，12.下垂尾，2.电机，3.舵机，4.副翼，5.垂尾，51.垂直舵，6.鸭翼，7.反角翼尖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1所示，本发明提供一种垂直起降固定翼飞行器，包括机体，所述机体后侧设有主机翼，位于机翼中部的前方设有连接电机2的螺旋桨1，机翼后方设有副翼4，副翼4连接机体内部的舵机3。机体前方设有鸭翼6，位于机体的上方和下方分别垂直设置有垂尾5。

为了便于控制，所述垂尾5位于机体中部，所述垂尾5的后翼面与机体尾部、机翼的末端位于同一平面。

为了提高升力，利用强大的后洗气流提高副翼4舵面控制效能，所述螺旋桨1与机翼紧贴设置。

本实施例实施时，机头向上机尾向下设置，利用螺旋桨强大的后洗气流提高副翼舵面控制效能，使飞行器以竖直的姿态起飞。水平飞行时，前置鸭翼向机头方向移动升力中心及重心，增加与副翼控制面的距离，有效提高姿态控制效率及水平飞行时纵向安定性。降落时依靠螺旋桨实现机身竖直方向的垂直降落。

本实施例中仅利用两只螺旋桨及两侧副翼提供四个自由度全姿态油门控制；与单桨垂直起降飞机不同，两只螺旋桨装在两侧机翼前端，利用螺旋桨强大的后洗气流提高副翼舵面控制效能，并提高水平飞行时的机翼升力，有助于水平短距起降；采用前置鸭翼向机头方向移动升力中心及重心，增加与副翼控制面的距离，有效提高姿态控制效率及水平飞行时纵向安定性。

仅有两只螺旋桨，采用燃油发动机时机械结构相对简单，并能大大提高航程与载荷能力。此外与单桨固定翼飞机相比，本设计起降安全、操控实用性好，避免了前拉单桨飞机前方视野受阻、发生故障降落时前端螺旋桨构成安全隐患以及后推单桨飞机手抛或弹射起飞时快速转动的螺旋桨构成安全隐患的问题。

实施例二

如图2所示，本实施例为了进一步提高控制精度，实现多种方式起降，与实施例一相比区别之处在于采用的技术方案是机身上方的垂直尾翼后方设有垂直舵51。水平舵51在水平飞行时提供指向冗余控制，即使一侧螺旋桨失去动力，飞行器也能安全平飞返航。

同时为了实现跑道降落，机体的前方设有可折叠的起落架10，相应的后方下垂尾12数量为2个，分别位于两侧机翼的下方，垂尾的下方前部设有滑轮11，在水平起降时充当滑行机构，大大提高载荷能力。

为了增加翼面积从而提高载荷和横滚安定性，帮助实现无降落伞失速迫降，主机翼的末端设有反角翼尖。

为实现飞行避障及垂直自主精准降落，鸭翼前缘两侧及机翼后缘两侧安装立体视觉避障传感器，机身上还设有超声波模块，有效减小视觉盲区，扩大定位和避障感知的范围。

本发明具体实施时，可以依靠起落架和机身后方的2组垂尾和滑轮组合实现水平跑道起降，也可以如实施例一一样实现垂直起降，而且加上垂直尾翼控制面，水平飞行时提供指向冗余控制，即使出现一侧动力缺失的情况飞行器也能安全平飞返航。

垂直起降受风力影响较大，大风天气时可以采用水平起降；由于燃油消耗或空投负载等原因返航降落时飞机可能较轻，有利于采用垂直降落，大大降低降落难度。鸭翼前缘两侧及主机翼后缘两侧可以安装立体视觉避障传感器，实现飞行避障及垂直自主精准降落。

Claims (8)

1.一种垂直起降固定翼飞行器，包括机体，其特征在于，所述机体后侧设有主机翼，机翼中部的前方设有螺旋桨，后方设有副翼，机体前方设有鸭翼，机体的上方和下方分别垂直设置有垂尾。

2.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述下方的垂尾位于机体中部，所述垂尾的后翼面与机体尾部、机翼的末端位于同一平面。

3.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述螺旋桨与机翼紧贴设置。

4.根据权利要求1或3所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，位于所述机身上方的垂直尾翼后方设有垂直舵。

5.根据权利要求4所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述机体的前方设有起落架，垂尾的结构为分别位于机翼下方的下垂尾，下垂尾的数量2个，下垂尾的下方设有滑轮。

6.根据权利要求5所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述机体前方的前轮架可折叠设置。

7.根据权利要求6所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述主机翼的末端设有向上倾斜的反角翼尖。

8.根据权利要求1至7任一权利要求所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述鸭翼前缘两侧及机翼后缘两侧安装立体视觉避障传感器，机身上设有超声波模块。