CN107985587A - 一种垂直起降固定翼无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种垂直起降固定翼无人机，包括机身、位于机身中部的机翼以及其位于机身尾部的尾翼，还包括动力装置、两个对称设置的主螺旋桨、尾部螺旋桨和旋转轴；尾翼包括垂直尾翼和水平尾翼，水平尾翼能够在无人机垂直起飞时向下旋转；动力装置连接主螺旋桨和尾部螺旋桨，为主螺旋桨和尾部螺旋桨提供动力；主螺旋桨设于机翼的后部，两个主螺旋桨之间由旋转轴连接，旋转轴带动主螺旋桨旋转；机身的尾部设有容纳尾部螺旋桨的空间，尾部螺旋桨可以收纳至空间内。通过将主螺旋桨的位置调整到机翼的后部，设置可旋转的主螺旋桨、可收缩的尾部螺旋桨以及可偏转的尾翼，从而减小飞行阻力，增加无人机的低速操纵安全性，提高无人机的飞行效能。

Description

一种垂直起降固定翼无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，更具体地说，涉及一种垂直起降固定翼无人机。
背景技术
无人机因其独特的应用近年来在军民领域都获得广泛应用和飞速发展，也代表着未来航空的一个重要发展方向。在各种无人机方案中，飞行的稳定性以及飞行的动力消耗问题是困扰该行业研发人员的难题。现有的无人机动力结构设计不利于融入空气动力学，其行进阻力大，不能合理的借助风力产生的浮力及推力，故存在动力浪费大、能耗高、飞行效率低、飞行速度慢及续航里程短等不足，基于存在的上述缺陷，制约了无人机应用范围的拓展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种垂直起降固定翼无人机，调整了螺旋桨的位置，同时可以根据垂直起飞和向前飞这两种飞行状态改变螺旋桨的方向，从而调整气流方向，减小飞行阻力，飞行效率高。
本发明的技术解决方案是：本发明提供一种垂直起降固定翼无人机，包括机身、位于所述机身中部的机翼以及其位于所述机身尾部的尾翼，还包括动力装置、两个对称设置的主螺旋桨、尾部螺旋桨和旋转轴；
所述尾翼包括垂直尾翼和水平尾翼，所述水平尾翼能够在无人机垂直起飞时向下旋转；
所述动力装置连接所述主螺旋桨和尾部螺旋桨，为所述主螺旋桨和尾部螺旋桨提供动力；
所述主螺旋桨设于所述机翼的后部，两个所述主螺旋桨之间由旋转轴连接，所述旋转轴带动所述主螺旋桨旋转；
所述机身的尾部设有容纳所述尾部螺旋桨的空间，所述尾部螺旋桨可以收纳至所述空间内。
进一步的，所述动力装置包括第一电机和第二电机；所述第一电机连接所述主螺旋桨；所述第二电机连接所述尾部螺旋桨。
进一步的，所述第二电机设置于所述机身内部。
进一步的，所述尾部螺旋桨的直径小于所述主螺旋桨的直径。
进一步的，所述旋转轴穿过所述机体，与所述第一电机的输出端相连接，所述第一电机带动所述旋转轴旋转。
进一步的，还包括减速箱，所述减速箱设置于所述机身中部。
实施本发明的垂直起降固定翼无人机，具有以下有益效果：通过将主螺旋桨的位置调整到机翼的后部，增加机翼的最大升力和减小飞机的飞行阻力，增加无人机的低速操纵安全性；设置可旋转的主螺旋桨、可收缩的尾部螺旋桨以及可偏转的尾翼，根据垂直起飞和向前飞这两种飞行状态改变主螺旋桨的方向，从而调整气流方向，减小飞行阻力，飞行效率高；尾部螺旋桨在无人机完成垂直起飞之后收回到机身内部，带动尾部螺旋桨旋转的电机也安装在尾部机身内部，这样能减小无人机在前飞时的飞行阻力，增加无人机的飞行效能；尾翼在垂直起飞状态向下偏转能够在垂直尾翼上产生升力，起到增加起飞升力的作用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明垂直起降固定翼无人机的结构示意图；
图2为本发明垂直起降固定翼无人机在垂直起飞前的侧面示意图；
图3为本发明垂直起降固定翼无人机在垂直飞行时的侧面示意图；
图4为本发明垂直起降固定翼无人机在垂直起飞时的俯视图；
图5为本发明垂直起降固定翼无人机水平向前飞行时的俯视图。
具体实施方式
图1至图5示出本发明垂直起降固定翼无人机的一个优选实施例，其包括机身1、位于机身1中部的机翼2以及其位于机身1尾部的尾翼3，还包括动力装置4、两个对称设置的主螺旋桨5、尾部螺旋桨6和旋转轴7；尾翼3包括垂直尾翼31和水平尾翼32，水平尾翼32能够在无人机垂直起飞时向下旋转；动力装置4连接主螺旋桨5和尾部螺旋桨6，为主螺旋桨5和尾部螺旋桨6提供动力；主螺旋桨5设于机翼2的后部，两个主螺旋桨5之间由旋转轴7连接，旋转轴7带动主螺旋桨5旋转；机身1的尾部设有容纳尾部螺旋桨6的空间，尾部螺旋桨6可以收纳至空间内。主螺旋桨5在垂直起飞的情况下提供垂直起飞升力，在前飞情况下提供前飞的动力，同时主螺旋桨5的转速改变控制无人机的航向姿态和滚转姿态。通常无人机的主螺旋桨安装设置于机翼的前方，但本实施例中主螺旋桨5安装在机翼2的后部，相较于安装在前方的好处是在飞行的时候不会增加无人机的飞行阻力，反而会减小无人机的飞行阻力。本实施例中主螺旋桨5在垂直起飞状态如图4所示，主螺旋桨5水平设置，能够吸引无人机机翼2上的气流，使得机翼2产生升力。主螺旋桨5在前飞状态如图5所示，在无人机从垂直起飞状态转变为前飞状态后，主螺旋桨5在旋转轴7的带动下旋转90度，能够对机翼2上的后缘气流起到吸气的作用，增加机翼2上的气流流动的能量，避免机翼2后缘气流分离，增加机翼2的最大升力和减小无人机的飞行阻力。主螺旋桨5在前飞状态向后排出的气流能够增加水平尾翼32上的气流流动速度，这有利于减小水平尾翼32的面积，降低水平尾翼32的结构重量，从而提高无人机的飞行效能。同时，主螺旋桨5在前飞状态，向后排出的气流能够增加水平尾翼32在低速情况下的效率，增加无人机在低速情况下的操纵效能，增加无人机的低速操纵安全性。尾部螺旋桨6在垂直飞行的时候控制无人机的俯仰飞行姿态，同时提供一部分升力。水平尾翼32在垂直起飞状态时向下偏转能够在垂直尾翼31上产生升力，起到增加起飞升力的作用。尾部螺旋桨6在无人机起飞时起飞时从机身1的安装空间内伸出，在无人机完成垂直起飞后开始水平飞行时收回到机身1尾部内，以此减小无人机在前飞时的飞行阻力，增加无人机的飞行效能。
本实施例中动力装置4包括第一电机41和第二电机42；第一电机41连接主螺旋桨5；第二电机42连接尾部螺旋桨6。第一电机41和第二电机42为无人机提供动力，尾部螺旋桨6的直径小于主螺旋桨5的直径。尾部螺旋桨6的直径较小，小直径的螺旋桨转速高，就可以使用大功率值的电机，大功率的电机转速高，在同等的输出功率情况下，其重量远小于小功率的电机，有利于无人机的全机重量配平。主螺旋桨5的电机为小功率的电机，小功率值的电机扭矩大，转速低，有利于驱动直径较大的螺旋桨，同时还靠近无人机的重心位置，有利于无人机的重心配平。由于主螺旋桨5的功率值较小，其自身的转速低，扭矩大，提取其自身的功率带动主螺旋桨旋5转轴旋转所需的减速比较小，有利于减小减速箱的重量，从而减少飞行能耗。
本实施例中第二电机42设置于机身1内部。带动尾部螺旋桨6旋转的第二电机42安装在机身1尾部的内部，这样能减小无人机在前飞时的飞行阻力，增加无人机的飞行效能。
本实施例中旋转轴7穿过机体1，与第一电机41的输出端相连接，第一电机41带动旋转轴7旋转。旋转轴7固定于机体1上，两端分别与两侧的主螺旋桨5固定，第一电机41的输出端与旋转轴7连接带动旋转轴7旋转，从而带动主螺旋桨5旋转，根据无人机的飞行状态调整主螺旋桨5的方向，从而达到最优的朝向，减小无人机的飞行阻力，提高飞行效率。
本实施例中还包括减速箱，减速箱设置于机身1中部。减速箱作用为增大转矩降低转速，设置在机身1中部，控制第一电机41和第二电机42的转速，同时便于无人机机身重量的平衡控制。
使用本发明的垂直起降固定翼无人机，通过将主螺旋桨的位置调整到机翼的后部，增加机翼的最大升力和减小飞机的飞行阻力，增加无人机的低速操纵安全性；设置可旋转的主螺旋桨、可收缩的尾部螺旋桨以及可偏转的尾翼，根据垂直起飞和向前飞这两种飞行状态改变主螺旋桨的方向，从而调整气流方向，减小飞行阻力，飞行效率高；尾部螺旋桨在无人机完成垂直起飞之后收回到机身内部，带动尾部螺旋桨旋转的电机也安装在尾部机身内部，这样能减小无人机在前飞时的飞行阻力，增加无人机的飞行效能；尾翼在垂直起飞状态向下偏转能够在垂直尾翼上产生升力，起到增加起飞升力的作用。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种垂直起降固定翼无人机，包括机身(1)、位于所述机身(1)中部的机翼(2)以及其位于所述机身(1)尾部的尾翼(3)，其特征在于，还包括动力装置(4)、两个对称设置的主螺旋桨(5)、尾部螺旋桨(6)和旋转轴(7)；
所述尾翼(3)包括垂直尾翼(31)和水平尾翼(32)，所述水平尾翼(32)能够在无人机垂直起飞时向下旋转；
所述动力装置(4)连接所述主螺旋桨(5)和尾部螺旋桨(6)，为所述主螺旋桨(5)和尾部螺旋桨(6)提供动力；
所述主螺旋桨(5)设于所述机翼(2)的后部，两个所述主螺旋桨(5)之间由旋转轴(7)连接，所述旋转轴(7)带动所述主螺旋桨(5)旋转；
所述机身(1)的尾部设有容纳所述尾部螺旋桨(6)的空间，所述尾部螺旋桨(6)可以收纳至所述空间内。
2.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述动力装置(4)包括第一电机(41)和第二电机(42)；所述第一电机(41)连接所述主螺旋桨(5)；所述第二电机(42)连接所述尾部螺旋桨(6)。
3.根据权利要求2所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述第二电机(42)设置于所述机身(1)内部。
4.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述尾部螺旋桨(6)的直径小于所述主螺旋桨(5)的直径。
5.根据权利要求2所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，所述旋转轴(7)穿过所述机体(1)，与所述第一电机(41)的输出端相连接，所述第一电机(41)带动所述旋转轴(7)旋转。
6.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼无人机，其特征在于，还包括减速箱，所述减速箱设置于所述机身(1)中部。
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