CN106275416A - 固定翼与多旋翼组成的复合飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，属于飞行器领域。它解决了现有的飞行器受起降场地限制及水平飞行速度慢的问题，它包括机身、机翼、第一推进装置和第二推进装置，机翼活动固定在机身上，第一推进装置耦接在机身上，第一推进装置用以对飞行器产生水平拉力或水平推力，第二推进装置耦接在机身或所述机翼上，第二推进装置用以对飞行器产生纵向升力。

Description

固定翼与多旋翼组成的复合飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器领域，特别涉及一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器。

背景技术

在航空领域常见的飞行器有固定翼和多旋翼，其中，固定翼依靠引擎推动，引擎驱动产生平行于机身轴线的水平推力，使固定翼可以在空中高速飞行。但是由于引擎不能产生垂直于机身轴线的升力，所以固定翼只能通过固定翼与空气间的相对运动来获得升力，以克服固定翼的重力，升力的大小和固定翼与空气间的相对运动速度存在正相关关系，相对运动速度越大，固定翼所获得的升力也越大。然而，现有技术中的固定翼存在着两个缺点：第一，起飞时需要较长的跑道才能使固定翼获得足够的水平速度，以使固定翼获得足够的升力起飞；第二，固定翼在起飞后需要保持足够的飞行速度才能获得足够的升力以克服自身的重力。

多旋翼依靠引擎使多旋翼的螺旋桨绕自身轴线自转，多旋翼通过螺旋桨自转时与空气产生相对运动获得升力。由于多旋翼产生的升力直接由引擎驱动螺旋桨自转而产生，因此多旋翼起飞无需具有水平飞行速度，即不再依赖跑道，克服了固定翼依赖较长跑道的缺点。同时，多旋翼也克服了固定翼起飞后需要保持足够的飞行速度的缺点，多旋翼可以垂直升降、空中悬停、向前后左右飞行，具有飞行姿态多样化的优点。但是由于多旋翼提供的主要是升力，多旋翼无人机获得的平行于机身轴线的水平推力较小，所以水平飞行速度较慢。

综上所述，现有技术中，飞行器要么需要依赖长跑道，且起飞后需要保持足够的飞行速度；要么水平飞行速度较慢。

发明内容

本发明的主要目的是提供了一种结合固定翼与多旋翼的结构的复合飞行器，它解决了现有飞行器受起降场地限制及水平飞行速度缓慢的缺陷。

为达到以上目的，本发明提供了一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，包括：

机身；

机翼，所述机翼活动固定在所述机身上；

第一推进装置，所述第一推进装置耦接在所述机身上，所述第一推进装置用以对飞行器产生水平拉力或水平推力；

第二推进装置，所述第二推进装置耦接在所述机身或所述机翼上，所述第二推进装置用以对飞行器产生纵向升力。

在一个实施例中，所述机身和所述机翼均为左右对称结构，且所述机身的对称面和所述机翼的对称面重合。

在一个实施例中，所述飞行器的重心位于所述机身的对称面上。

在一个实施例中，所述机身上设置有插槽，所述机翼嵌入插槽内与所述机身连接。

在一个实施例中，所述机翼呈一字型。

在一个实施例中，所述第一推进装置包括一个第一电机和一个第一螺旋桨，所述第一电机的输出轴耦接所述第一螺旋桨；

所述第二推进装置包括至少一个第二电机和至少一个第二螺旋桨，所述第二电机的数量和所述第二螺旋桨的数量相等，且每个所述第二电机的输出轴均耦接有一个所述第二螺旋桨。

在一个实施例中，所述第一电机的输出轴轴线位于所述机身的对称面上，且所述第一电机的输出轴轴线与所述机身轴线相互平行或重合。

在一个实施例中，所述第一电机嵌入所述机身头部内，且所述第一电机的输出轴轴线与所述机身轴线重合，所述第一电机的输出轴穿出所述机身头部外，并与所述第一螺旋桨耦接，所述第一电机驱动所述第一螺旋桨自转，并产生对所述飞行器向前的水平拉力。

在一个实施例中，所述机身的尾部设置有尾翼，所述尾翼呈V型，且开口向上。

在一个实施例中，所述第一电机与所述机身尾部连接，且所述第一螺旋桨位于所述第一电机的后侧，所述第一电机驱动所述第一螺旋桨自转，产生对所述飞行器向前的水平推力。

在一个实施例中，所述第二电机的输出轴轴线与所述机身轴线相互垂直，且所述第二电机的输出轴轴线与所述机身对称面相互平行或重合。

在一个实施例中，所述第二电机的数量为一个，且所述第二电机与所述机身连接，所述第二电机的输出轴轴线与所述机身对称面重合，且所述第二电机的输出轴轴线通过所述飞行器的重心。

在一个实施例中，所述第二电机的输出轴轴线与所述机身轴线相互垂直，且所述第二电机的输出轴轴线与所述机身对称面的夹角大于0°。

在一个实施例中，所述第二电机的输出轴轴线与所述机身对称面之间朝上的夹角为8°，或者所述第二电机的输出轴轴线与所述机身对称面之间朝下的夹角为8°。

在一个实施例中，所述第二电机通过支架与所述机身或所述机翼连接，所述支架包括横杆和纵杆，所述横杆第一端与所述机身或所述机翼连接，所述横杆第二端与所述纵杆第一端连接，所述纵杆第二端与所述第二电机连接。

在一个实施例中，所述横杆和纵杆为组装结构或一体式结构。

在一个实施例中，所述第二电机嵌入所述纵杆第二端内部，所述第二电机的输出轴穿出所述纵杆第二端外，并与所述第二螺旋桨耦接。

在一个实施例中，所述横杆的第一端与所述机翼连接，所述横杆轴线与所述机身轴线相互平行，且所述横杆轴线与所述纵杆轴线相互垂直。

在一个实施例中，所述第二电机的数量为四个，其中两个所述第二电机设置在所述机翼对称面的第一侧，另两个所述第二电机设置在所述机翼对称面的第二侧，且设置在所述机翼对称面第一侧的两个所述第二电机与设置在所述机翼对称面第二侧的两个所述第二电机沿所述机翼对称面对称设置，其中位于所述机翼对称面第一侧的两个所述第二电机或位于所述机翼对称面第二侧的两个所述第二电机分别位于所述机翼的两侧。

在一个实施例中，位于所述机翼对称面同一侧的两个所述横杆的第一端相连接，或者位于所述机翼对称面同一侧的两个所述横杆为一体式结构。

在一个实施例中，所述横杆位于所述机翼的上侧或下侧。

在一个实施例中，四个所述第二电机中的至少两者，用以调整所述飞行器俯仰、滚转和偏航中的至少一者。

在一个实施例中，所述横杆的第一端与所述机身连接，所述横杆轴线与所述机身轴线相互垂直，且所述横杆轴线与所述纵杆轴线相互垂直设置。

根据优选实施例，本发明提供了如下优点：

(1)本发明的飞行器结合了固定翼和多旋翼的结构，包括对飞行器产生水平拉力或水平推力的第一推进装置，以及多飞行器产生纵向升力和纵向推力的第二推进装置；

(2)本发明的飞行器具有像固定翼一样的具有悬停能力，对跑道无依赖，以及零速度起飞着陆等优点，且具有像多旋翼一样具有较高的水平飞行速度，以及具有更大的航程等优点。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为本发明所述固定翼与多旋翼组成的复合飞行器的结构示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

参阅附图1，示出了根据本发明优选实施例所述的一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器(以下简称飞行器)，其中所述飞行器可为有人驾驶飞行器、无人驾驶航空器或遥控式飞行器。特别地，所述飞行器是一个结合了固定翼和多旋翼结构，且分别具备固定翼和多旋翼优点的飞行器，比如，所述飞行器能够以多旋翼飞行的方式纵向起飞，具有对跑道无依赖，具备悬停能力以及零速度起飞着陆等优点，并能以固定翼飞行的方式水平飞行，具有较高的水平飞行速度，并具有更大的航程。

在本实施例中，所述飞行器为组装式结构，包括机身1和机翼2，机翼2呈一字型，机身1与机翼2为活动连接，例如机身1上设置有插槽，机翼2嵌入插槽内与机身1连接，便于机翼2的安装和拆卸。其中，机身1和机翼2均为左右对称结构，使飞行器在飞行过程中保持平衡，机翼2固定在机身1上后，机翼2的对称面和机身1的对称面相互重合，此时，飞行器的重心位于机身1的对称面上。

所述飞行器还包括第一推进装置，第一推进装置包括一个第一电机和一个第一螺旋桨3，第一螺旋桨3耦接在第一电机的输出轴4上，第一电机的输出轴4轴线位于机身1对称面上，且第一电机的输出轴4轴线与机身1轴线平行或重合，进而使飞行器在飞行过程中保持平衡。

在本实施例中，第一电机嵌入机身1头部内，且第一电机的输出轴4轴线与机身1轴线重合，第一电机的输出轴4穿出机身1头部外，并与第一螺旋桨3耦接，第一电机驱动第一螺旋桨3自转，并产生对飞行器向前的水平拉力，因此，该飞行器像固定翼一样具有高速度向前水平飞行的优点，另外，机身1的尾部可设置有尾翼7，尾翼7呈V型，且开口向上。

在其它实施例中，第一电机与机身1尾部连接，且与第一电机的输出轴4耦接的第一螺旋桨3位于第一电机的后侧，第一电机驱动第一螺旋桨3自转，产生对飞行器向前的水平推力。

所述飞行器包括第二推进装置，第二推进装置包括至少一个第二电机和至少一个第二螺旋桨5，第二电机的数量和第二螺旋桨5的数量相等，每个第二电机的输出轴6均耦接有一个第二螺旋桨5，因此，多个第二螺旋桨5中的每一个可独立于其它第二螺旋桨5进行转速调整，从而实现飞行器的俯仰、滚转和偏航等。其中，第二电机的输出轴6轴线与机身1轴线相互垂直，且第二电机的输出轴6轴线与机身1对称面夹角为0°～10°，因此，第二电机驱动第二螺旋桨5自转，产生对飞行器向上的纵向升力，使飞行器像多旋翼一样具有对跑道无依赖，具备悬停能力以及零速度起飞着陆等优点，作为优选地，第二电机的输出轴6轴线与机身1对称面的夹角为0°，即第二电机的输出轴6轴线与机身1对称面相互平行或重合。更优选地，第二电机的输出轴6轴线与机身1对称面之间朝上的夹角为8°，或者第二电机的输出轴6轴线与机身1对称面之间朝下的夹角为8°。

在本实施例中，机身1的下侧设置有控制舱10，控制舱10和机身1可为一体式结构或组装结构，控制舱10内设置有飞行控制系统和电源等，飞行控制系统分别与第一电机和第二电机电连接，通过遥控器分别控制第一电机和第二电机工作，电源可为锂电池，且电源分别为第一电机和第二电机工作提供电能。除此之外，飞行器还包含副翼、升降舵和方向舵等常用部件。

在本实施例中，第二电机和第二螺旋桨5的数量均为一个，且第二电机与机身1连接，第二电机的输出轴6轴线位于机身1对称面上，第二电机的输出轴6轴线与机身1轴线相互垂直，且第二电机的输出轴6轴线通过飞行器的重心。

在其他实施例中，第二电机和第二螺旋桨5的数量均为一个以上，其中，第二电机通过支架连接机身1或机翼2，支架包括横杆8和纵杆9，横杆8和纵杆9可为组装式结构或一体式结构，横杆8第一端与机身1或机翼2连接，横杆8第二端与纵杆9第一端连接，纵杆9第二端与第二电机连接。第二电机嵌入到纵杆9第二端内部，第二电机的输出轴6穿出纵杆9第二端外，并与第二螺旋桨5耦接，第二螺旋桨5可以位于横杆8的上侧或下侧。

作为优选地，第二电机和第二螺旋桨5的数量均为四个，其中，两个第二电机设置在机翼2对称面的第一侧，另两个第二电机设置在机翼2对称面的第二侧，且设置在机翼2对称面第一侧的两个第二电机与设置在机翼2对称面第二侧的两个第二电机沿机翼2对称面对称设置，其中位于机翼2对称面第一侧的两个第二电机或位于机翼2对称面第二侧的两个第二电机分别位于机翼2的两侧。

在本实施例中，横杆8的第一端与机翼2连接，横杆8轴线与机身1轴线相互平行，且横杆8轴线与纵杆9轴线相互垂直，第二螺旋桨5位于横杆8的上侧。并且，位于机身1对称面同一侧的两个横杆8的第一端相连接，或者位于机身1对称面同一侧的两个横杆8为一体式结构。

在其它实施例中，横杆8的第一端与机身1连接，横杆8轴线与机身1轴线相互垂直，且横杆8轴线与纵杆9轴线相互垂直设置。

下面介绍本实施例中的飞行器的操纵方法：

起飞时，第一电机不启动，第二电机启动，且第二电机带动第二螺旋桨5自转，为飞行器提供向上的纵向升力，当第二螺旋桨5产生的纵向升力大于起飞器的重力时，起飞器开始起飞。

起飞后，飞行器飞行到一定高度后，第二电机带动第二螺旋桨5转速保持不变，使飞行器保持平衡，然后启动第一电机，第一电机带动第一螺旋桨3自转，产生对飞行器的水平推力或水平拉力，此时起飞器的水平飞行速度开始加速，起飞器进入起飞状态至水平飞行状态的过渡阶段，当起飞器达到一定的水平飞行速度后，关闭第二电机，起飞器进入水平飞行状态。当起飞器需要悬停时，关闭第一电机，使第一螺旋桨3产生的水平拉力或水平推力为零，然后启动第二电机，第二电机带动第二螺旋桨5自转产生对飞行器的纵向升力，当升力等于飞行器重力时，飞行器处于悬停状态。在这之后，可通过至少两个第二电机配合，使起飞器实现俯仰、滚转或偏航等动作。

降落时，第一电机关闭，第二电机降低第二螺旋桨5的转速，使对飞行器向上的纵向升力减小，当升力小于飞行器的重力时，飞行器开始降落。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围采用，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (23)

1.一种固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，包括：

机身(1)；

机翼(2)，所述机翼(2)活动固定在所述机身(1)上；

第一推进装置，所述第一推进装置耦接在所述机身(1)上，所述第一推进装置用以对飞行器产生水平拉力或水平推力；

第二推进装置，所述第二推进装置耦接在所述机身(1)或所述机翼(2)上，所述第二推进装置用以对飞行器产生纵向升力。

2.如权利要求1所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述机身(1)和所述机翼(2)均为左右对称结构，且所述机身(1)的对称面和所述机翼(2)的对称面重合。

3.如权利要求2所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述飞行器的重心位于所述机身(1)的对称面上。

4.如权利要求2所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述机身(1)上设置有插槽，所述机翼(2)嵌入插槽内与所述机身(1)连接。

5.如权利要求2所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述机翼(2)呈一字型。

6.如权利要求2所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第一推进装置包括一个第一电机和一个第一螺旋桨(3)，所述第一电机的输出轴(4)耦接所述第一螺旋桨(3)；

所述第二推进装置包括至少一个第二电机和至少一个第二螺旋桨(5)，所述第二电机的数量和所述第二螺旋桨(5)的数量相等，且每个所述第二电机的输出轴(6)均耦接有一个所述第二螺旋桨(5)。

7.如权利要求6所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第一电机的输出轴(4)轴线位于所述机身(1)的对称面上，且所述第一电机的输出轴(4)轴线与所述机身(1)轴线相互平行或重合。

8.如权利要求7所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第一电机嵌入所述机身(1)头部内，且所述第一电机的输出轴(4)轴线与所述机身(1)轴线重合，所述第一电机的输出轴(4)穿出所述机身(1)头部外，并与所述第一螺旋桨(3)耦接，所述第一电机驱动所述第一螺旋桨(3)自转，并产生对所述飞行器向前的水平拉力。

9.如权利要求8所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述机身(1)的尾部设置有尾翼(7)，所述尾翼(7)呈V型，且开口向上。

10.如权利要求7所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第一电机与所述机身(1)尾部连接，且所述第一螺旋桨(3)位于所述第一电机的后侧，所述第一电机驱动所述第一螺旋桨(3)自转，产生对所述飞行器向前的水平推力。

11.如权利要求6所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第二电机的输出轴(6)轴线与所述机身(1)轴线相互垂直，且所述第二电机的输出轴(6)轴线与所述机身(1)对称面相互平行或重合。

12.如权利要求11所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第二电机的数量为一个，且所述第二电机与所述机身(1)连接，所述第二电机的输出轴(6)轴线与所述机身(1)对称面重合，且所述第二电机的输出轴(6)轴线通过所述飞行器的重心。

13.如权利要求6所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第二电机的输出轴(6)轴线与所述机身(1)轴线相互垂直，且所述第二电机的输出轴(6)轴线与所述机身(1)对称面的夹角大于0°。

14.如权利要求13所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第二电机的输出轴(6)轴线与所述机身(1)对称面之间朝上的夹角为8°，或者所述第二电机的输出轴(6)轴线与所述机身(1)对称面之间朝下的夹角为8°。

15.如权利要求11、13或14任一所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第二电机通过支架与所述机身(1)或所述机翼(2)连接，所述支架包括横杆(8)和纵杆(9)，所述横杆(8)第一端与所述机身(1)或所述机翼(2)连接，所述横杆(8)第二端与所述纵杆(9)第一端连接，所述纵杆(9)第二端与所述第二电机连接。

16.如权利要求15所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述横杆(8)和纵杆(9)为组装结构或一体式结构。

17.如权利要求15所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第二电机嵌入所述纵杆(9)第二端内部，所述第二电机的输出轴(6)穿出所述纵杆(9)第二端外，并与所述第二螺旋桨(5)耦接。

18.如权利要求17所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述横杆(8)的第一端与所述机翼(2)连接，所述横杆(8)轴线与所述机身(1)轴线相互平行，且所述横杆(8)轴线与所述纵杆(9)轴线相互垂直。

19.如权利要求18所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述第二电机的数量为四个，其中两个所述第二电机设置在所述机翼(2)对称面的第一侧，另两个所述第二电机设置在所述机翼(2)对称面的第二侧，且设置在所述机翼(2)对称面第一侧的两个所述第二电机与设置在所述机翼(2)对称面第二侧的两个所述第二电机沿所述机翼(2)对称面对称设置，其中位于所述机翼(2)对称面第一侧的两个所述第二电机或位于所述机翼(2)对称面第二侧的两个所述第二电机分别位于所述机翼(2)的两侧。

20.如权利要求19所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，位于所述机翼(2)对称面同一侧的两个所述横杆(8)的第一端相连接，或者位于所述机翼(2)对称面同一侧的两个所述横杆(8)为一体式结构。

21.如权利要求20所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述横杆(8)位于所述机翼(2)的上侧或下侧。

22.如权利要求19所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，四个所述第二电机中的至少两者，用以调整所述飞行器俯仰、滚转和偏航中的至少一者。

23.如权利要求17所述的固定翼与多旋翼组成的复合飞行器，其特征在于，所述横杆(8)的第一端与所述机身(1)连接，所述横杆(8)轴线与所述机身(1)轴线相互垂直，且所述横杆(8)轴线与所述纵杆(9)轴线相互垂直设置。