CN106628162A - 一种复合无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空技术领域，涉及一种复合无人飞行器，其特征在于：包括机翼、副翼、垂尾、螺旋桨、动力装置、支架。所述无人飞行器有一个或者一个以上垂尾，可以有一个或者一个以上平尾，也可以没有平尾；所述无人机飞行器有四个或者四个以上螺旋桨，螺旋桨由动力装置驱动；所述无人飞行器的尾部安装有支架。采用多个机翼同时可以没有传统的机身和平尾，有效减小了迎风面积，从而增强了抗风能力，并避免了因横轴转动惯量过大造成的空中姿态转换困难。该无人飞行器既具有多旋翼飞行器的垂直起降和空中悬停能力，又具有固定翼飞行器的高效巡航性能，对复杂环境适应能力强，适用任务范围广。

Description

一种复合无人飞行器

技术领域

本发明涉及一种复合无人飞行器，属于航空科学技术领域。

背景技术

无人飞行器按功能一般可以分为固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器。固定翼无人飞行器通过机翼和舵面产生升力和操纵力矩，具有飞行时间长、飞行距离远、飞行速度快、抗风能力强等优点。但固定翼无人飞行器也有先天的局限：需要较长的起降跑道，就算是采用弹射起飞、伞降回收的方式也需要较大的操作空间，上述缺点极大地限制了固定翼无人飞行器的使用场合。旋翼无人飞行器通过旋翼产生升力和操纵力矩，具有垂直起降、空中悬停、飞行灵活等优点，因此旋翼无人飞行器不需要专门的起降跑道，对复杂场地具有更好的适应性。但旋翼无人飞行器的缺点也很明显：飞行时间短、飞行距离近、飞行速度慢、抗风能力差，上述缺点也大大限制了旋翼无人飞行器的任务范围。

从飞行器诞生之日起，人们就一直在努力尝试研制将固定翼和旋翼结合起来的飞行器，使其既具有固定翼飞行器的高效巡航能力，又具有旋翼飞行器的垂直起降能力。常见的方案有以下几种：倾转旋翼机，通过横向布置的两个螺旋桨进行垂直和水平状态的切换来实现垂直起降和水平前飞，但在飞行中将高速旋转的螺旋桨在竖直状态和水平状态之间进行转换，极大地增加了控制难度和机械复杂度，飞机失事风险也大为增加；尾座式固定翼飞行器，将飞机尾部支撑、机头朝上进行垂直起降，通过常规舵面操纵飞机在垂直起降状态和水平飞行状态进行转换，由于在起降时飞行速度很低，飞机的舵面仅在螺旋桨滑流作用下产生的操纵力矩有限，飞机的稳定性和操纵性很差。随着近年来多旋翼飞行器的兴起和技术的成熟，人们开始将常规固定翼飞行器和多旋翼进行结合。一种方案是将多个旋翼布置在与飞行器纵轴平行的平面上，飞行器采用水平姿态进行垂直起降，垂直起降时通过多旋翼产生升力和操纵力矩，在空中使用专用的推进动力系统进行平飞，通过常规的固定翼部分如机翼、副翼、垂尾、平尾等产生平飞时的升力和操纵力矩，因此多旋翼和相配的电池、机械结构等在平飞时完全没用，造成飞行器的“死重”过大，而且整个飞行器的质量受限，很难做大。另一种方案是将多个旋翼布置在与飞行器纵轴垂直的平面上，飞行器采用竖直姿态进行垂直起降，在空中由竖直姿态转换为水平状态进行平飞，这样多旋翼既是垂直起降时的动力，也是水平飞行时的动力，解决了“死重”过大的问题，但是常规布局的飞行器在竖立时其机身、机翼和平尾的迎风面积很大，造成飞行器在垂直起降时抗风能力严重不足。

发明内容

为克服上述技术不足，本发明的目的是提供一种结合固定翼与旋翼飞行器的优点，结构简单，操纵性好，既避免“死重”过大又有足够抗风能力的复合无人飞行器。

本发明的一种复合无人飞行器，包括机翼、副翼、垂尾、螺旋桨、动力装置、支架。所述无人飞行器有两个或者两个以上机翼，机翼间隔一定距离上下布置，机翼后缘安装有副翼；所述无人飞行器有一个或者一个以上垂尾；所述无人飞行器可以有一个或者一个以上平尾，也可以没有平尾；所述无人机飞行器有四个或者四个以上螺旋桨，螺旋桨由动力装置驱动；所述无人飞行器的尾部安装有支架。

所述的动力装置可以是电机，也可以是燃油发动机，还可以是油电混合发动机。

所述的螺旋桨可以是定距螺旋桨，也可以是变距螺旋桨；螺旋桨旋转轴线可以沿飞行器纵轴方向，也可以与飞行器纵轴方向成一个大于0度小于90度的夹角；多个螺旋桨可以布置在与飞行器纵轴垂直的同一个平面上，也可以不在一个平面上；螺旋桨可以是单层桨形式，任意相邻两个螺旋桨的旋转方向相反；螺旋桨也可以是共轴双桨形式，每组共轴双桨中的上、下两个螺旋桨的旋转方向可以相反也可以相同，任意相邻两组共轴双桨中的上螺旋桨旋转方向相反，任意相邻两组共轴双桨中的下螺旋桨旋转方向也相反。

所述的两个或两个以上机翼之间，可以布置垂尾对机翼进行连接，也可以安装其他用于连接或者装载的结构；机翼后缘两侧副翼可以通过差动对飞行器进行滚转操纵；如果飞行器没有平尾，可以通过两侧副翼的上下同向运动对飞行器进行俯仰操纵；如果飞行器有平尾，可以通过平尾对飞行器进行俯仰操纵；通过垂尾对飞行器进行偏航操纵。

所述无人飞行器以竖直向上的姿态进行垂直起降，安装在飞行器尾部的支架用于起飞和着陆时支撑飞行器。飞行器在垂直起降和悬停时，动力装置驱动四个或者四个以上螺旋桨旋转产生克服飞行器重力的升力。通过改变螺旋桨的转速或者桨距，使不同螺旋桨产生不同的升力及反扭力矩，从而对飞行器产生操纵力和操纵力矩。当飞行器起飞时，机翼、副翼、垂尾、平尾以及多个螺旋桨产生的操纵力和操纵力矩联合控制飞行器由垂直起飞状态逐渐转入水平飞行状态；随着飞行器姿态转为水平和飞行速度增加，主要由机翼、副翼、垂尾和平尾提供飞行器的升力、操纵力和操纵力矩，飞行器进入固定翼飞行模式。当飞行器降落时，机翼、副翼、垂尾、平尾以及多个螺旋桨产生的操纵力和操纵力矩，联合控制飞行器由水平飞行状态逐渐转为垂直降落状态；随着飞行器姿态转为竖直和飞行速度减小，主要由多个螺旋桨提供飞行器的升力、操纵力和操纵力矩，飞行器进入多旋翼飞行模式。飞行器在平飞时可以使用全部的螺旋桨作为动力，也可以仅使用其中的一个或者几个螺旋桨作为动力。

本发明提供的一种复合无人飞行器，采用多个机翼上下布置，可以减小单个机翼面积，可以没有传统的机身和平尾，避免了垂直起降时飞行器迎风面积过大，从而增强了抗风能力，并避免了因横轴转动惯量过大造成的空中姿态转换困难；飞行器以竖直向上的姿态进行垂直起降，上下机翼可以间隔较远距离布置，避免了传统多机翼飞机因上下机翼距离过近造成的严重气动效率损失，并且便于安装布置多个螺旋桨；飞行器在垂直起降状态和水平飞行状态转换过程中，机翼、副翼、垂尾、平尾以及多个螺旋桨可以联合控制飞行器改变姿态，飞行器操纵性好，转换安全性高；该无人飞行器既具有多旋翼飞行器的垂直起降和空中悬停能力，又具有固定翼飞行器的高效巡航性能，对复杂环境适应能力强，适用任务范围广。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例2的结构示意图；

图3是本发明实施例3的结构示意图；

图4是本发明实施例4的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种复合无人飞行器，包括机翼1、副翼2、垂尾3、螺旋桨4、动力装置5、支架6。两个机翼1间隔一定距离布置，每个机翼1的后缘安装有两个副翼2；两个垂尾3布置在两个机翼1的翼尖处，将两个机翼1连接起来；在机翼1和垂尾3的交叉连接处，上方安装四个螺旋桨4及四个动力装置5，下方安装四个支架6。

所述四个动力装置5可以是电机，也可以是燃油发动机或者油电混合发动机。

所述的螺旋桨4采用单层桨形式，为定距螺旋桨或者变距螺旋桨；螺旋桨4旋转轴线沿飞行器纵轴方向，或者与飞行器纵轴方向成一个大于0度小于90度的角度(螺旋桨4的倾转方向使螺旋桨4升力的水平分量对飞行器纵轴产生的力矩方向与螺旋桨4对飞行器反扭力矩的方向一致)；四个螺旋桨4布置在与飞行器纵轴垂直的同一个平面上，或者不在一个平面上；任意相邻两个螺旋桨的旋转方向相反。

所述的机翼1后缘两侧的副翼2通过差动对飞行器进行滚转操纵；所述的机翼1后缘两侧的副翼2通过上下同向运动对飞行器进行俯仰操纵；所述的垂尾3对飞行器进行偏航操纵。

所述的两个垂尾3布置在两个机翼1的翼尖处，将两个机翼1连接起来，组成一个矩形框架，既加强了结构稳定性，又减小了机翼2的翼尖涡，改善了气动性能。

所述无人飞行器以竖直向上的姿态进行垂直起降，安装在飞行器尾部的四个支架6用于起飞和着陆时支撑飞行器。飞行器在垂直起降和悬停时，四个动力装置5驱动四个螺旋桨4旋转产生克服飞行器重力的升力。通过改变螺旋桨4的转速或者螺距，使不同螺旋桨4产生不同的升力及反扭力矩，从而对飞行器产生操纵力和操纵力矩。当飞行器起飞时，机翼1、副翼2、垂尾3以及四个螺旋桨4产生的操纵力和操纵力矩联合控制飞行器由垂直起飞状态逐渐转入水平飞行状态；随着飞行器姿态转为水平和飞行速度增加，主要由机翼1、副翼2、垂尾3提供飞行器的升力、操纵力和操纵力矩，飞行器进入固定翼飞行模式。当飞行器降落时，机翼1、副翼2、垂尾3以及四个螺旋桨4产生的操纵力和操纵力矩联合控制飞行器由水平飞行状态逐渐转为垂直降落状态；随着飞行器姿态转为竖直和飞行速度减小，主要由四个螺旋桨4提供飞行器的升力、操纵力和操纵力矩，飞行器进入多旋翼飞行模式。飞行器在平飞时可以同时使用全部的螺旋桨4作为动力，也可以仅使用其中的一个或者几个螺旋桨4作为动力。

实施例2

如图2所示，本实施例的一种复合无人飞行器，其工作原理与实施例1相同，区别在于：所述的飞行器有两个平尾7，平尾7对飞行器进行俯仰操纵；两个平尾7与两个垂尾3连接在四个支架6上，四个支架6与两个机翼1相连接；两个机翼1之间有两个连接杆8对飞行器结构进行加强和稳定，四个螺旋桨4和四个动力装置5布置在机翼1的中间位置。

实施例3

如图3所示，本实施例的一种复合无人飞行器，其工作原理与实施例1相同，区别在于：所述的飞行器有三个机翼1、六个螺旋桨4和六个动力装置5，六个螺旋桨4和六个动力装置5分别布置在三个机翼1与两个垂尾3的交叉连接处，四个支架6分别布置在最上和最下两个机翼1与两个垂尾3的交叉连接处。

实施例4

如图4所示，本实施例的一种复合无人飞行器，其工作原理与实施例1相同，区别在于：所述的飞行器的螺旋桨4采用共轴双桨形式，每组共轴双桨中的上、下两个螺旋桨4的旋转方向相反；上、下两个螺旋桨4可以由同一个动力装置5驱动，也可以由两个动力装置5分别驱动；任意相邻两组共轴双桨中的上螺旋桨4旋转方向相反，任意相邻两组共轴双桨中的下螺旋桨4旋转方向也相反。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案和构思做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种复合无人飞行器，其特征在于：包括机翼、副翼、垂尾、螺旋桨、动力装置、支架；所述无人飞行器有两个或者两个以上机翼，机翼间隔一定距离上下布置，机翼后缘安装有副翼；所述无人飞行器有一个或者一个以上垂尾；所述无人飞行器可以有一个或者一个以上平尾，也可以没有平尾；所述无人机飞行器有四个或者四个以上螺旋桨，螺旋桨由动力装置驱动；所述无人飞行器的尾部安装有支架；所述的两个或两个以上机翼之间，可以布置垂尾对机翼进行连接，也可以安装其他用于连接或者装载的结构；机翼后缘两侧副翼可以通过差动对飞行器进行滚转操纵；如果飞行器没有平尾，可以通过两侧副翼的上下同向运动对飞行器进行俯仰操纵；如果飞行器有平尾，可以通过平尾对飞行器进行俯仰操纵；通过垂尾对飞行器进行偏航操纵。

2.如权利要求1所述的一种复合无人飞行器，其特征在于：所述的动力装置可以是电机，也可以是燃油发动机，还可以是油电混合发动机。

3.如权利要求1所述的一种复合无人飞行器，其特征在于：所述的螺旋桨可以是定距螺旋桨，也可以是变距螺旋桨；螺旋桨旋转轴线可以沿飞行器纵轴方向，也可以与飞行器纵轴方向成一个大于0度小于90度的夹角；多个螺旋桨可以布置在与飞行器纵轴垂直的同一个平面上，也可以不在一个平面上；螺旋桨可以是单层桨形式，任意相邻两个螺旋桨的旋转方向相反；螺旋桨也可以是共轴双桨形式，每组共轴双桨中的上、下两个螺旋桨的旋转方向可以相反也可以相同，任意相邻两组共轴双桨中的上螺旋桨旋转方向相反，任意相邻两组共轴双桨中的下螺旋桨旋转方向也相反。