CN107878747A - 一种垂直起降的固定翼飞行器 - Google Patents

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殷兰兰
鲍静云
范晋红
王威
胡蒋东
郑万福
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Abstract

本发明涉及一种垂直起降的固定翼飞行器，其包括机身，相对所述机身左右对称分布的半环形翼，所述半环形翼中设置绕所述半环形翼的轴向转动的螺旋桨。本发明通过在机身左右两侧对称地设置半环形翼，在半环形翼中设置绕半环形翼的轴向转动的螺旋桨，并且使半环形翼螺旋桨绕垂直于机身的轴线一体转动，通过调整半环形翼以及螺旋桨的姿态，实现无人机的垂直起降、悬停以及巡航，延长了无人机的续航时间，以半环形翼代替传统固定翼，减小了无人机的体积与重量，提高了无人机的载荷能力和灵活性，无人机运行平稳，气动性能好。

Description

一种垂直起降的固定翼飞行器
技术领域
本发明涉及飞行器领域，尤其涉及一种垂直起降的固定翼飞行器。
背景技术
随着无人机在各个领域的快速发展，现有的无人机机型主要有直升机与固定翼飞行器。其中，直升机可垂直起降，机动性强，但续航能力弱，载荷小；固定翼飞行器的续航能力强，但需要特定跑道起降，对起降环境有特殊要求。
另外，现有技术还记载有多旋翼无人机，多旋翼无人机通常是在固定翼机身上安装多个旋翼，利用旋翼实现垂直起降，操作灵活，机动性强，但续航时间短，载荷能力弱。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种垂直起降的固定翼飞行器，利用本发明的装置，可以将固定翼飞行器长续航、大载荷的特点与多旋翼垂直起降、机动性强的特点结合起来，同时相较于常规的固定翼飞行器，本发明提供的垂直起降的固定翼飞行器体积减小，重量减轻，灵活性、载荷能力以及续航能力提升。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种垂直起降的固定翼飞行器，包括：机身，相对所述机身左右对称分布的半环形翼，所述半环形翼中设置绕所述半环形翼的轴向转动的螺旋桨；所述半环形翼与所述螺旋桨可绕垂直于所述机身的轴线一体转动；所述半环形翼与所述螺旋桨转动至水平位置时，无人机垂直起降；所述半环形翼与所述螺旋桨转动至竖直位置时，无人机水平巡航。
在一种优选的实施方式中，还包括两根垂直于所述机身的转轴，两根所述转轴有四个轴端，每个所述轴端分别固定连接一个所述半环形翼；所述转轴可绕自身的轴向旋转。
在一种优选的实施方式中，四个所述半环形翼处于同一水平面内，所述机身同一侧的半环形翼前后正对。
在一种优选的实施方式中，所述转轴的中间部分通过连接块与所述机身连接，所述连接块的固定部分与所述机身固定连接，所述连接块的转动部分可相对所述机身抬起或放下。
在一种优选的实施方式中，所述连接块的转动部分抬起时，所述半环形翼水平设置，其环面沿所述机身朝前。
在一种优选的实施方式中，所述连接块的转动部分放下时，所述半环形翼竖直设置，所述半环形翼的环面相对所述机身朝下。
在一种优选的实施方式中，所述半环形翼水平设置时，所述螺旋桨靠近所述半环形翼的下方边缘。
在一种优选的实施方式中，还包括尾翼，所述尾翼位于所述机身尾部，所述尾翼包括相互连接的垂直尾翼与水平尾翼。
在一种优选的实施方式中，还包括支撑架，所述支撑架相对所述机身左右对称地分布在所述机身下方。
本发明的有益效果是：
本发明通过在机身左右两侧对称地设置半环形翼，在半环形翼中设置绕半环形翼的轴向转动的螺旋桨，并且使半环形翼螺旋桨绕垂直于机身的轴线一体转动，通过调整半环形翼以及螺旋桨的姿态，实现无人机的垂直起降、悬停以及巡航，延长了无人机的续航时间，以半环形翼代替传统固定翼，减小了无人机的体积与重量，提高了无人机的载荷能力和灵活性，无人机运行平稳，气动性能好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明一个实施例的组成结构示意图；
图2是本发明一个实施例的部分结构示意图；
图3是本发明一个实施例水平巡航的姿态示意图；
图4是本发明一个实施例垂直起降的姿态示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。
此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
图1是本发明一个实施例的组成结构示意图，参照图1，该垂直起降的固定翼飞行器包括：
机身1，半环形翼2，螺旋桨3，转轴4，连接块的转动部分5，垂直尾翼6，水平尾翼7，支撑架8以及连接块的固定部分9。
本发明中的半环形翼并不是精确指圆形环面的一半，而是指圆形环面其中的一部分。
本发明中，无人机机身1的左右两侧对称设置有半环形翼2，半环形翼2中设置有可绕半环形翼2的轴向转动的螺旋桨3，半环形翼2与螺旋桨3可绕垂直于机身1的轴线一体转动，根据无人机的飞行阶段，调整半环形翼2以及螺旋桨3相对机身1的姿态。
当无人机在垂直起降的过程中，半环形翼2水平设置，半环形翼2中的螺旋桨3也成水平姿态，电机驱动螺旋桨3转动使无人机上下表面存在压差，增加电机输出功率，使无人机最终获得向上的升力，当升力大于无人机的重力时即可实现无人机的垂直起飞；减小电机的输出功率，无人机获得的升力减小，逐渐垂直下降。
当拉力与无人机重力相抵时，无人机处于悬停状态。
当无人机在巡航过程中，有控制系统(图中未标示)使半环形翼2与半环形翼2中的螺旋桨3绕垂直于机身1的轴线转动，直到半环形翼2与螺旋桨3呈竖直方向，此时电机带动螺旋桨3转动，机翼前方来的气流经过螺旋桨3的加速快速通过半环形翼2，在半环形翼2形成一个负压区；而传统的固定翼飞行器，是通过翼面弧度使气流在穿过机翼时在机翼上下表面产生压差将机翼托起，所以半环形翼相较于传统机翼能够获得更大的升力，从而提高无人机的续航时间；同时，半环形翼的设计增大了无人机最大速度与最小速度的差异，使无人机在空中有良好的气动特性。
以上结构通过调整半环形翼2以及螺旋桨3的姿态，实现无人机的垂直起降、悬停以及巡航，延长了无人机的续航时间，以半环形翼2代替传统固定翼，减小了无人机的体积与重量，增大了无人机的载荷能力，无人机运行平稳，气动性能好。
本实施例中，优选地，如图1所示，设置两根垂直于机身1的转轴4，转轴4的中间部分与机身1连接，两根转轴4的四个轴端分别固定连接一个半环形翼2，为无人机的飞行提供足够动力，转轴4可绕自身的轴向旋转，带动半环形翼2以及螺旋桨3旋转，结构简单，操作方便。
本实施例中，优选地，如图1所示，四个半环形翼2处于同一水平面内，无人机的重心平稳，机身1同一侧的半环形翼2前后正对，如此，在无人机水平巡航的过程中，机身1同侧的半环形翼2形成串翼，经过位于无人机前方的螺旋桨加速的气流，以较高速度到达正后方的螺旋桨，可以在后方螺旋桨所在的半环形翼中形成更大的负压，进一步增大无人机获得的升力。
本实施例中，优选地，如图3、图4所示，两根转轴4的中间部分各自通过一个连接块与机身1连接，连接块的固定部分9与机身1固定连接，连接块的转动部分5相对机身1可抬起或放下。连接块的转动部分5抬起时，无人机处于垂直起降的状态，此时无人机的重心随着连接块的转动部分5的抬起而下沉，无人机的稳定性提升，机身1平稳升降；连接块的转动部分5放下时，无人机处于水平巡航的状态，此时无人机的重心随着连接块的转动部分5的放下而提高，无人机的灵活性增强，有利于实现转弯、速度变化等运动状态的改变。
本实施例中，优选地，如图3、图4所示，连接块的转动部分5抬起时，半环形翼2的环面沿机身1朝前设置，连接块的转动部分5放下时，半环形翼2的环面相对机身1朝下设置，能有效减少无人机在运动中受到的风阻。
本实施例中，优选地，如图4所示，连接块的转动部分5抬起时，半环形翼2呈水平设置，此时螺旋桨3靠近半环形翼2的下方边缘，减小无人机在垂直起降过程中所受到的风阻。
本实施例中，优选地，机身1尾部设置有相互连接的垂直尾翼6与水平尾翼7，用于灵活调节无人机在飞行过程中的姿态。
本实施例中，优选地，在机身1下方设置有相对机身1左右对称分布的支撑架8，支撑架8在无人机垂直起降的过程中起支撑保护机身1的作用。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于，包括：机身，相对所述机身左右对称分布的半环形翼，所述半环形翼中设置绕所述半环形翼的轴向转动的螺旋桨；所述半环形翼与所述螺旋桨可绕垂直于所述机身的轴线一体转动；所述半环形翼与所述螺旋桨转动至水平位置时，无人机垂直起降；所述半环形翼与所述螺旋桨转动至竖直位置时，无人机水平巡航。
2.根据权利要求1所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：还包括两根垂直于所述机身的转轴，两根所述转轴有四个轴端，每个所述轴端分别固定连接一个所述半环形翼；所述转轴可绕自身的轴向旋转。
3.根据权利要求2所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：四个所述半环形翼处于同一水平面内，所述机身同一侧的半环形翼前后正对。
4.根据权利要求3所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：所述转轴的中间部分通过连接块与所述机身连接，所述连接块的固定部分与所述机身固定连接，所述连接块的转动部分可相对所述机身抬起或放下。
5.根据权利要求4所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：所述连接块的转动部分抬起时，所述半环形翼水平设置，其环面沿所述机身朝前。
6.根据权利要求5所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：所述连接块的转动部分放下时，所述半环形翼竖直设置，所述半环形翼的环面相对所述机身朝下。
7.根据权利要求1所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：所述半环形翼水平设置时，所述螺旋桨靠近所述半环形翼的下方边缘。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：还包括尾翼，所述尾翼位于所述机身尾部，所述尾翼包括相互连接的垂直尾翼与水平尾翼。
9.根据权利要求8所述的垂直起降的固定翼飞行器，其特征在于：还包括支撑架，所述支撑架相对所述机身左右对称地分布在所述机身下方。
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