CN107985589B - 带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机 - Google Patents

带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机，包括机身，所述机身中部和尾部分别固装有机翼和垂直尾翼，所述机翼末端有翼尖小翼，所述机翼下方安装有矢量推力涵道发动机，所述垂直尾翼与所述翼尖小翼均设置有起降缓冲机构；所述无人机通过起降缓冲机构进行垂直起降、停放，一方面使其具备了固定翼无人机的飞行速度，另一方面可以像旋翼无人机一样进行垂直起降、悬停，大幅度降低了无人机对场地跑道的依赖。

Description

带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机
技术领域
本发明涉及无人机制造领域，具体涉及一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机。
背景技术
有人驾驶飞行器不仅造价昂贵，而且还需要长期训练飞行员，使得成本经费大大提高。无人机是一种无人驾驶的飞行器，相比于有人驾驶飞行器，无人机有着不可比拟、不可替代的优点。无人机造价成本低，因为无人驾驶，可以做更危险的机动，更不会飞行员的伤亡。
现有的无人机也存在如下问题：1、固定翼无人机一般受到起降场地的限制；2、多旋翼无人机虽对起降场地限制较低，但是在飞行速度上，不能够满足无人机快速飞行的条件且机动性较差。
因此，继续开发一种无人机，以解决上述问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种具备了较高飞行速度、灵活的姿态，可以设计成较大的尺寸，大幅度降低了无人机对场地跑道的依赖飞行姿态具有更好的稳定性的带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机。
本发明采取的技术方案是：
一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机，包括机身、机翼、垂直尾翼、滚轮、矢量推力涵道发动机、翼尖小翼、副翼、尾舵、铰接机构、连杆以及起降缓冲机构；机身为类锥形结构，垂直设置，机身的下部左右两侧分别水平设有一机翼；所述机翼的下方至少对称竖直装有一组矢量推力涵道发动机；所述机翼的最外端水平设有翼尖小翼，翼尖小翼末端内部设有起降缓冲机构，起降缓冲机构通过铰接机构竖直铰接有连杆，连杆底部设有滚轮，连杆在翼尖小翼所在平面内倾斜摆动；所述机翼的中部下侧铰接有副翼；所述机身的下部前方垂直机翼方向上设有垂直尾翼，垂直尾翼末端内部设有起降缓冲机构，起降缓冲机构通过铰接机构竖直铰接有连杆，连杆底部设有滚轮，连杆在垂直尾翼所在平面内倾斜摆动；所述垂直尾翼的后部铰接有尾舵；
所述的机身内设有飞控装置，机身外置有遥控设备与飞控装置配合；
所述的起降缓冲机构包括连杆、滚轮、缓冲装置以及角度传感器；缓冲装置以及角度传感器均与连杆通过传动机构连接。
带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机的工作方法，包括如下工作步骤
步骤1：在地面站进行无人机飞行任务规划并发送到无人机、飞行初始数据注入飞控装置内、进行导航初始对准；
步骤2：启动起飞程序，矢量推力涵道发动机逐渐增大矢量推力控制并保持稳定飞行；
步骤3：无人机由垂直起飞状态改为平飞状态，无人机执行偏航、俯仰以及滚转飞行任务，并进行姿态更新；
步骤4：结束飞行任务，启动降落程序，矢量推力涵道发动机控制保持稳定降落。
作为一种优选的技术方案：所述的连杆与机身中心轴之间呈0°-30°夹角，使起降时连杆随所述的滚轮滑动。
作为一种优选的技术方案：所述的矢量推力涵道发动机为高效矢量推力涵道风扇发动机。
本发明的有益效果是：(1)通过起降缓冲机构进行垂直起降、停放，一方面矢量推力涵道发动机可以使无人机具备了较高飞行速度、灵活的姿态；(2)所述无人机可以设计成较大的尺寸，另一方面可以进行垂直起降、悬停，大幅度降低了无人机对场地跑道的依赖；(3)起降缓冲机构上的滚轮在飞行过程中，被气流带动高速转动，从而使无人机在飞行过程中的姿态具有更好的稳定性。
附图说明
图1为本发明一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机的结构示意图；
图2为本发明一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机的侧视停放示意图；
图3为本发明一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机的俯视示意图；
图中：1机身、2机翼、3垂直尾翼、4滚轮、5矢量推力涵道发动机、6翼尖小翼、7副翼、8尾舵、9铰接机构、10连杆、11起降缓冲机构。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是：本发明采用的带矢量推力涵道发动机为大连大学邢毓鑫、蓝健等发明的一种高效矢量推力涵道风扇发动机，参考专利2016203119750。
参考附图，一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机，包括机身1、机翼2、垂直尾翼3、滚轮4、矢量推力涵道发动机5、翼尖小翼6、副翼7、尾舵8、铰接机构9、连杆10以及起降缓冲机构11；机身1为类锥形结构，垂直设置，机身1的下部左右两侧分别水平设有一机翼2；所述机翼2的下方至少对称竖直装有一组矢量推力涵道发动机5；所述机翼2的最外端水平设有翼尖小翼6，翼尖小翼6末端内部设有起降缓冲机构11，起降缓冲机构11通过铰接机构9竖直铰接有连杆10，连杆10底部设有滚轮4，连杆10在翼尖小翼6所在平面内倾斜摆动；所述机翼2的中部下侧铰接有副翼7；所述机身1的下部前方垂直机翼3方向上设有垂直尾翼3，垂直尾翼3末端内部设有起降缓冲机构11，起降缓冲机构11通过铰接机构竖直铰接有连杆10，连杆10底部设有滚轮4，连杆10在垂直尾翼2所在平面内倾斜摆动；所述垂直尾翼3的后部铰接有尾舵8；在飞行过程中，遥控器通过飞控装置进行信号控制调整所述副翼7控制无人机的滚转和俯仰姿态，并通过控制所述的垂直尾舵8实现无人机的偏航姿态；
所述的机身1内设有飞控装置，机身1外置有遥控设备与飞控装置配合进行信号传输；
所述的起降缓冲机构11包括连杆10、滚轮4、缓冲装置以及角度传感器；缓冲装置以及角度传感器均与连杆10通过传动机构连接。
所述的连杆10与机身1中心轴之间呈0°-30°夹角，使得无人机在降落时连杆10能够随所述滚轮4滑动，在无人机起降时，无人机机身轴垂直于地面，倾角可以让连杆10带动滚轮4在地面上滑动，进而减小降落时无人机的颠簸。
下面结合附图对本发明的具体操作方法进行详细说明：在无人机起飞时：启动矢量推力涵道发动机5，矢量推力涵道发动机5转动，产生强劲的向下气流，逐渐使无人机的升力大于重力，同时，连杆10通过缓冲装置11的牵引，在滚轮4的滚动下，慢慢向垂直尾翼3和翼尖小翼6方向靠近，直至缓冲装置11收缩至最小拉力状态；同时，通过角度传感器实时测量连杆10与机身轴线之间的角度并传输给飞控装置，进而传输至矢量推力涵道发动机5，矢量推力涵道发动机5通过测得的角度信息调整矢量推力以稳定无人机的姿态，进而使得无人机在起降时具有更高的稳定性；
在起飞至平飞阶段：通过矢量推力涵道发动机5产生矢量推力，使得无人机由垂直起飞状态转变为平行飞行状态，飞控装置操纵副翼7控制无人机的滚转与俯仰姿态，操纵尾舵8控制无人机的偏航姿态，同时，滚轮4在气流的作用下转动，使得无人机飞行更加的稳定；同时，通过飞机内部的GPS/气压计等传感器对飞机的位置进行更新，通过惯性器件进行姿态更新；
在着陆阶段：通过矢量推力涵道发动机5控制无人机，使升力和重力平衡，令其悬停在空中，逐渐减小无人机的升力，直至无人机的升力小于重力，无人机的滚轮4与地面接触，在滚轮4受到的摩擦力的作用下，滚轮4带动拉杆10向远离尾翼3和翼尖小翼6的方向运动，同时在起降缓冲机构11的作用下，使得滚轮4的运动强度减弱，进而减小降落时无人机的颠簸，关闭矢量推力涵道发动机5，完成整个着陆过程。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以补充阐释本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的广大技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机，其特征在于：包括机身(1)、机翼(2)、垂直尾翼(3)、滚轮(4)、矢量推力涵道发动机(5)、翼尖小翼(6)、副翼(7)、尾舵(8)、铰接机构(9)、连杆(10)以及起降缓冲机构(11)；机身(1)为类锥形结构，垂直设置，机身(1)的下部左右两侧分别水平设有一机翼(2)；所述机翼(2)的下方至少对称竖直装有一组矢量推力涵道发动机(5)；所述机翼(2)的最外端水平设有翼尖小翼(6)，翼尖小翼(6)末端内部设有起降缓冲机构(11)，起降缓冲机构(11)通过铰接机构(9)竖直铰接有连杆(10)，连杆(10)底部设有滚轮(4)，连杆(10)在翼尖小翼(6)所在平面内倾斜摆动；所述机翼(2)的中部下侧铰接有副翼(7)；所述机身(1)的下部前方垂直机翼(2)方向上设有垂直尾翼(3)，垂直尾翼(3)末端内部设有起降缓冲机构(11)，起降缓冲机构(11)通过铰接机构竖直铰接有连杆(10)，连杆(10)底部设有滚轮(4)，连杆(10)在垂直尾翼(3)所在平面内倾斜摆动；所述垂直尾翼(3)的后部铰接有尾舵(8)；
所述的机身(1)内设有飞控装置，机身(1)外置有遥控设备与飞控装置配合；
所述的起降缓冲机构(11)包括连杆(10)、滚轮(4)、缓冲装置以及角度传感器；缓冲装置以及角度传感器均与连杆(10)通过传动机构连接；
所述的连杆(10)与机身(1)中心轴之间呈0°-30°夹角，使起降时连杆(10)随所述的滚轮(4)滑动；
所述的矢量推力涵道发动机(5)为高效矢量推力涵道风扇发动机。
2.权利要求1所述的带矢量推力涵道发动机的垂直起降无人机的工作方法，其特征在于：包括如下工作步骤
步骤1：在地面站进行无人机飞行任务规划并发送到无人机、飞行初始数据注入飞控装置内、进行导航初始对准；
步骤2：启动起飞程序，矢量推力涵道发动机逐渐增大矢量推力控制并保持稳定飞行；
步骤3：无人机由垂直起飞状态改为平飞状态，无人机执行偏航、俯仰以及滚转飞行任务，并进行姿态更新；
步骤4：结束飞行任务，启动降落程序，矢量推力涵道发动机控制保持稳定降落。
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