CN109094776A - 一种静稳定的四倾转翼无人机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静稳定的四倾转翼无人机，包括机身、前串列式双前机翼、串列式双后机翼、平尾、垂尾、螺旋桨及短舱、水平气动舵面、倾转装置，所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼上均设有所述水平气动舵面与所述螺旋桨及短舱，所述垂尾与平尾均位于所述机身尾部，所述水平气动舵面置于所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼后缘，所述螺旋桨及短舱设于所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼前缘，所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼由位于所述机身内的所述倾转装置上倾转轴控制倾转角度。本发明保证无人机在高速巡航下的静稳定性，使无人机在垂直起降或高速巡航下都有较好的安定性。

Description

一种静稳定的四倾转翼无人机

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种静稳定的四倾转翼无人机。

背景技术

倾转翼或倾转旋翼无人机兼具固定翼的高速巡航及多旋翼的垂直起降与悬停这两者的优势，成为当下无人机研发的热点之一。

但倾转翼的两种飞行模式即固定翼模式与多旋翼模式是两种完全不同的飞行形式，其平衡与控制的要求是不同的，同时在两种模式之间的过渡模式需求更为复杂，因此其控制与操纵相较而言更为困难。

在发明专利CN 206087301 U中提供了一种具有变距螺旋桨的四倾转旋翼无人机，通过控制螺旋桨桨距来调整飞行中的姿态。

在发明专利CN 107600403 A中提供了一种四倾转翼无人机，通过机翼的倾转角度与8个水平舵面复合控制无人机的飞行。

现有的倾转翼无人机主要通过复杂的控制方法来解决倾转翼不同飞行模式下的控制需求，设计难度大，对飞控系统的要求高，且飞机本身的静不稳定会占用大量的控制。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种静稳定的四倾转翼无人机，其采用了四轴旋翼、串列式机翼、水平尾翼及垂直尾翼的布局形式，旋翼可倾转，而通过旋翼的倾转角度可以改变旋翼产生的拉力方向，完成无人机的垂直起降与高速巡航。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种静稳定的四倾转翼无人机，包括机身、前串列式双前机翼、串列式双后机翼、平尾、垂尾、螺旋桨及短舱、水平气动舵面、倾转装置，所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼上均设有所述水平气动舵面与所述螺旋桨及短舱，所述垂尾与平尾均位于所述机身尾部，所述机身两侧连接所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼，所述水平气动舵面置于所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼后缘，所述螺旋桨及短舱设于所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼前缘，所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼由位于所述机身内的所述倾转装置上倾转轴控制倾转角度。

对本发明进一步的描述，所述倾转装置可以控制旋翼倾转或控制整个机翼倾转。

对本发明进一步的描述，所述水平气动舵面可差动控制，控制无人机完成俯仰、偏航与滚转姿态的动作。

对本发明进一步的描述，所述螺旋桨及短舱采用邻近螺旋桨转动方向相反、对角线螺旋桨转动方向相同的布置。

与现有技术相比，本发明的优点：无人机的重心位于前后四个旋翼拉力作用点的中心位置，保证了四个旋翼在悬停与垂直起降状态下可以平均分配拉力与转速，易于控制；无人机的气动中心因平尾的存在而位于无人机重心之后且具有足够的稳定裕度，保证无人机在高速巡航下的静稳定性；以合理的气动布局使四倾转翼无人机增加静稳定性，使无人机在垂直起降或高速巡航下都有较好的安定性，降低了飞行控制的难度以及平衡飞行状态下的控制量，从而获得一种易控制易实现的倾转翼无人机。

附图说明

图1为本发明各组成部件构成的全机俯视图。

图2为本发明在本实施例中机翼不同倾转状态示意图。

图3为本发明在旋翼倾转至垂直状态下重心位置示意图。

图4为本发明在无平尾时旋翼倾转至水平状态下重心与气动中心位置示意图。

图5为本发明在有平尾时旋翼倾转至水平状态下重心与气动中心位置示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，如图1至图5所示：

一种静稳定的四倾转翼无人机，包括机身1、前串列式双前机翼2、串列式双后机翼3、平尾4、垂尾5、螺旋桨及短舱6、水平气动舵面7、倾转装置8，串列式双前机翼2与串列式双后机翼3上均设有水平气动舵面7与螺旋桨及短舱6，垂尾5与平尾4均位于机身1尾部，机身1两侧连接串列式双前机翼2与串列式双后机翼3，水平气动舵面7置于串列式双前机翼2与串列式双后机翼3后缘，螺旋桨及短舱6设于串列式双前机翼2与串列式双后机翼3前缘，串列式双前机翼2与串列式双后机翼3由位于机身1内的倾转装置8上倾转轴控制倾转角度。

本实施例的一种优选技术方案，倾转装置8可以控制旋翼倾转或控制整个机翼倾转。

本实施例的一种优选技术方案，水平气动舵面7可差动控制，控制无人机完成俯仰、偏航与滚转姿态的动作。

本实施例的一种优选技术方案，螺旋桨及短舱6采用邻近螺旋桨转动方向相反、对角线螺旋桨转动方向相同的布置。

在本实施例中，无人机起飞时通过倾转机构8调整串列式双前机翼2与串列式双后机翼3的角度，使螺旋桨的拉力方向垂直全机xy平面。此时无人机与四旋翼无人机类似，可通过螺旋桨拉力垂直起降与悬停。

无人机的重心调整至位于四旋翼形式下的螺旋桨拉力的中心(如图3)。根据计算，本实施例的Xcg位于全机长度的40.7％。此时垂直起降与悬停时4套螺旋桨可平均分配拉力，即前翼2与后翼3上T1＝T2，而各螺旋桨旋转产生的扭矩因为相邻螺旋桨反转的原因被抵消。无人机仅通过同时增加或减小T1与T2即可完成垂直起降与悬停的飞行，而不需要考虑因为距离重心位置不同而需要配平前后拉力产生的不平衡的力矩。

无人机的重心Xcg位于全机长度40.7％的情况下，除去平尾外的全机气动中心Xf根据计算，位于全机长度的39.5％(如图4)。

全机气动中心是指全机升力增量所在的位置。即无人机在平衡飞行状态下即L1+L2＝G时，升力发生改变，其改变量L的作用点即是全机气动中心。当全机气动中心位于重心之前时，当无人机遇到外界干扰导致升力增加，则增加的升力会在全机重心处产生一个抬头力矩，而无人机抬头之后，飞行迎角的增加会进一步增加全机升力增量L，从而使无人机进入不断增升不断抬头的状态，即无人机是静不稳定的。反之亦然。

无人机加入平尾4后，全机气动中心Xf根据计算，位于全机长度的44.1％(如图5)。无人机在平衡飞行状态下有L1+L2+L3＝G，此时如无人机受到外界干扰导致升力增加L，则增加的升力会在重心处产生一个低头力矩，飞行迎角减小会降低全机升力，则L会减小至消失，无人机从干扰中恢复平衡状态，即无人机是静稳定的。反之亦然。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种静稳定的四倾转翼无人机，包括机身、前串列式双前机翼、串列式双后机翼、平尾、垂尾、螺旋桨及短舱、水平气动舵面、倾转装置，其特征在于，所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼上均设有所述水平气动舵面与所述螺旋桨及短舱，所述垂尾与平尾均位于所述机身尾部，所述机身两侧连接所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼，所述水平气动舵面置于所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼后缘，所述螺旋桨及短舱设于所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼前缘，所述串列式双前机翼与所述串列式双后机翼由位于所述机身内的所述倾转装置上倾转轴控制倾转角度。

2.根据权利要求1所述的一种静稳定的四倾转翼无人机，其特征在于，所述倾转装置可以控制旋翼倾转或控制整个机翼倾转。

3.根据权利要求1所述的一种静稳定的四倾转翼无人机，其特征在于，所述水平气动舵面可差动控制，控制无人机完成俯仰、偏航与滚转姿态的动作。

4.根据权利要求1所述的一种静稳定的四倾转翼无人机，其特征在于，所述螺旋桨及短舱采用邻近螺旋桨转动方向相反、对角线螺旋桨转动方向相同的布置。