CN109250101A - 一种四轴垂直起降固定翼飞机 - Google Patents

一种四轴垂直起降固定翼飞机 Download PDF

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    • B64C27/28Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft with forward-propulsion propellers pivotable to act as lifting rotors
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Abstract

一种四轴垂直起降固定翼飞机,属于飞行器技术领域,包括机身、机翼、尾翼、左旋翼推力装置、右旋翼推力装置、倾转机构、飞控装置、活动销;垂直起降及悬停飞行姿态时,左旋翼推力装置、右旋翼推力装置锁定在水平位置,从悬停飞行模式到固定翼飞行模式时,先解锁左旋翼推力装置、右旋翼推力装置的水平位置,加快位于机翼后排的电机转速,使得左旋翼推力装置和右旋翼推力装置往前倾斜,在左旋翼推力装置、右旋翼推力装置处于竖立状态后,将左旋翼推力装置、右旋翼推力装置锁定,通过控制副翼及尾翼来控制飞机的飞行姿态。本发明能够进行垂直升降,飞行过程平稳,安全系数高,适用于物流运输、空中灭火、灾后救援等工作。

Description

一种四轴垂直起降固定翼飞机
技术领域
一种四轴垂直起降固定翼飞机,属于飞行器技术领域,尤其涉及一种垂直起降固定翼飞机。
背景技术
飞机虽然飞行速度快且航行时间长,但其不能够进行定点悬停;多旋翼飞行器虽然能够在空中进行悬停,但其航行时间短,飞行速度慢。虽然目前也有一些通过多旋翼飞行器和飞机结合起来的飞机,但它们都有一定的缺陷,在使用固定翼模式飞行时必须停掉多旋翼部分的动力,而这一部分就成为了飞机负担,无形中增加了飞机的负担。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种四轴垂直起降固定翼飞机,其能够进行垂直升降,空中悬停,长时间、长距离巡航。
一种四轴垂直起降固定翼飞机,包括机身、机翼、尾翼、左旋翼推力装置、右旋翼推力装置、倾转机构、飞控装置、活动销;机翼布置在机身的左右两侧,尾翼布置在机身的后端;在机翼上设有副翼,通过控制副翼偏转来控制飞机进行侧向滚转;左旋翼推力装置和右旋翼推力装置通过倾转机构分别活动连接在机身两侧机翼的中部;倾转机构通过轴承结构活动连接在机翼上,倾转机构能够进行转动,转动角度在0-90度之间;左旋翼推力装置和右旋翼推力装置处在水平位置时为飞机提供垂直向上升力,使得飞机能够进行垂直起降及空中悬停;左旋翼推力装置和右旋翼推力装置处在垂直位置时为飞机提供前进的拉力,使得飞机能够以固定翼飞机模式进行飞行;左旋翼推力装置和右旋翼推力装置均采用发动机带动螺旋桨转动的形式提供推力;左旋翼推力装置和右旋翼推力装置结构相同;它们均设有两个带桨叶的发动机;两个发动机前后对称布置在倾转机构上,它们的转向相反,相互抵消扭矩;左旋翼推力装置的发动机转向和右旋翼推力装置的发动机转向对应相反;飞控装置与左旋翼推力装置和右旋翼推力装置上的发动机通过电信号相连接,通过飞控装置能够同步控制左旋翼推力装置和右旋翼推力装置上的发动机的转速;倾转机构在左旋翼推力装置和右旋翼推力装置所产生的作用力下进行转动;活动销至少有两个,它们左右对称布置在机身两侧的机翼上,活动销运动后能够连接到倾转机构上,限制倾转机构的转动,达到在左旋翼推力装置和右旋翼推力装置处在水平位置或垂直位置时活动销将倾转机构锁死的效果;左旋翼推力装置和右旋翼推力装置处于水平位置时,左旋翼推力装置和右旋翼推力装置的发动机前后分布在机翼的前缘和后缘上;左旋翼推力装置和右旋翼推力装置处于垂直位置时,左旋翼推力装置和右旋翼推力装置的发动机上下分布在机翼上方及下方。
垂直起降及悬停飞行姿态时,活动销与将倾转机构相连将左旋翼推力装置、右旋翼推力装置锁定在水平位置,左旋翼推力装置、右旋翼推力装置同时为飞机提供向上的升力;从悬停飞行模式到固定翼飞行模式时,加快左旋翼推力装置、右旋翼推力装置上的位于机翼后排的发动机转速,飞机整体向前倾斜飞行;待飞机获得一定的飞行速度后,控制副翼及尾翼偏转来调整飞机保持机身水平,活动销与倾转机构分离,解锁左旋翼推力装置、右旋翼推力装置的水平位置,加快左旋翼推力装置、右旋翼推力装置上的位于机翼后排的发动机转速,左旋翼推力装置和右旋翼推力装置上后排的发动机产生作用力使得左旋翼推力装置和右旋翼推力装置往前倾斜;在左旋翼推力装置、右旋翼推力装置处于竖立状态后,活动销将倾转机构锁死,此时飞机可以全速前进,飞机完全进入固定翼飞行模式,通过控制副翼及尾翼偏转来控制飞机的飞行姿态;从固定翼飞行模式变换到垂直起降及悬停飞行姿态时,活动销与倾转机构分离,解锁左旋翼推力装置、右旋翼推力装置的垂直位置,控制副翼及尾翼偏转来调整飞机保持机身水平,加快左旋翼推力装置、右旋翼推力装置上前排的发动机转速,左旋翼推力装置和右旋翼推力装置上的发动机产生作用力使得左旋翼推力装置和右旋翼推力装置进行逆时针转动,在左旋翼推力装置和右旋翼推力装置转动到水平状态后,活动销与将倾转机构相连并将倾转机构锁定。
优选地,发动机采用电机,电机通过电信号与飞控装置相连。
优选地,尾翼采用H形尾翼,尾翼的活动舵面与舵机相连接,舵机与飞控装置通过电信号相连接,通过控制舵机来带动尾翼的平尾和垂尾运动进而控制飞机的俯仰及转向;尾翼的两个垂尾分别布置在左旋翼推力装置和右旋翼推力装置后方,在飞机进入固定翼飞行模式时,左旋翼推力装置和右旋翼推力装置所产生的高速气流能够作用在两个垂尾,提高垂尾的效率。
优选地,通过舵机来带动副翼偏转进而控制飞机进行侧向滚转,舵机与飞控装置通过电信号相连接。
优选地,活动销包括舵机和插销,舵机布置在机翼内,舵机通过电信号与飞控装置相连,插销连接在舵机上,通过控制舵机运动来带动插销活动,使得插销插入到倾转机构的圆孔上。
由于倾转机构通过轴承结构活动连接在机翼上,活动销能够将倾转机构锁死,避免在飞机飞行过程中倾转机构与机翼自由转动。
优选地,倾转机构中间为盘形结构,在盘形结构的前后两端对称连接有支撑杆,支撑杆用于安装发动机;在盘形结构上设有多个圆孔,在活动销穿过圆孔后,活动销限制了倾转机构的转动,达到锁死效果;倾转机构的盘形结构超出机翼的上翼面和下翼面,在飞机飞行过程中还能充当垂直稳定面,提高飞行飞稳定性。
优选地,倾转机构的支撑杆能够伸缩,在左旋翼推力装置和右旋翼推力装置处于垂直位置时,左旋翼推力装置和右旋翼推力装置的发动机上下分布在机翼上方及下方,通过缩短倾转机构使得机翼上方的螺旋桨靠近机翼的上翼面,机翼下方的螺旋桨靠近机翼的下翼面,整体上降低飞机高度,使得飞机结构紧凑。
机身两侧的两块机翼均分成内翼和外翼两端,内翼固定在机身上,内翼和外翼之间通过连接杆相固定,倾转机构通过轴承结构活动连接在连接杆上,活动销的舵机置于内翼上,副翼置于外翼上。
飞控装置布置在倾转机构上,飞控装置拥有两种模式,分别为垂直起降及悬停飞行模式和固定翼飞行模式;在垂直起降及悬停飞行模式时,飞机以类似多旋翼飞行器一样进行自稳飞行;在固定翼飞行模式时飞控装置取消自稳,飞控装置控制发动机的转速。
本发明的一种四轴垂直起降固定翼飞机,结合多旋翼装置和固定翼的飞机的优点,能够进行垂直升降,空中悬停,航行时间长,飞行过程平稳,安全系数高,适用于物流运输、空中灭火、灾后救援等工作。
附图说明
图1是本发明结构示意图;图2是倾转机构部位连接示意图。
图中,1-机身,2-机翼,21-内翼,22-外翼,23-连接杆,24-副翼,3-尾翼,4-左旋翼推力装置,41-电机,42-螺旋桨,5-右旋翼推力装置,6-倾转机构,61-盘形结构,62-支撑杆,63-圆孔,7-飞控装置,8-活动销,81-舵机,82-插销。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作具体说明:一种四轴垂直起降固定翼飞机,包括机身1、机翼2、尾翼3、左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5、倾转机构6、飞控装置7、活动销8;
机翼2布置在机身1的左右两侧,尾翼3布置在机身1的后端;机身1两侧的两块机翼2均分成内翼21和外翼22两端,内翼21固定在机身1上,内翼21和外翼22之间通过连接杆23相固定;副翼24置于外翼22上,通过控制副翼24偏转来控制飞机进行侧向滚转;左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5通过倾转机构6分别活动连接在机身1两侧连接杆23;倾转机构6中间为盘形结构61,在盘形结构61的前后两端对称连接有支撑杆62,支撑杆62用于安装电机41;倾转机构6的盘形结构61通过轴承结构活动连接在机翼2的连接杆23上,倾转机构6能够进行转动,转动角度在0-90度之间;在盘形结构61上设有两个圆孔63,这两个圆孔63的位置同一圆弧上且两个圆孔相邻90度,在活动销8穿过圆孔63后,活动销8限制了倾转机构6的转动,达到锁死效果;倾转机构6的盘形结构61超出机翼2的上翼面和下翼面,在飞机飞行过程中还能充当垂直稳定面,提高飞行飞稳定性;左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5处在水平位置时为飞机提供垂直向上升力,使得飞机能够进行垂直起降及空中悬停;左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5处在垂直位置时为飞机提供前进的拉力,使得飞机能够以固定翼飞机模式进行飞行;左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5均采用电机41带动螺旋桨42转动的形式提供推力;左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5结构相同;它们均设有两个带桨叶的电机41;两个电机41前后对称布置在倾转机构6上,它们的转向相反,相互抵消扭矩;左旋翼推力装置4的电机41转向和右旋翼推力装置5的电机41转向对应相反;飞控装置7与左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5上的电机41通过电信号相连接,通过飞控装置7能够控制左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5上的电机41的转速;倾转机构6在左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5所产生的作用力下进行转动;活动销8有两个,它们左右对称布置在机身1两侧的机翼2的内翼21上;活动销8包括舵机81和插销82,舵机81布置在机翼2内连接杆23后方,舵机81通过电信号与飞控装置7相连,插销82连接在舵机81上,通过控制舵机81运动来带动插销82活动,使得插销82插入到倾转机构6的圆孔63上。左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5处于水平位置时,左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5的电机41前后分布在机翼2的前缘和后缘上;左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5处于垂直位置时,左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5的电机41上下分布在机翼2上方及下方。
垂直起降及悬停飞行姿态时,舵机81带动插销82插入到倾转机构6的圆孔63中,将倾转机构6锁死,使得左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5锁定在水平位置,通过左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5同时为飞机提供向上的升力;从悬停飞行模式到固定翼飞行模式时,加快左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5上的位于机翼2后排的电机41转速,飞机整体向前倾斜飞行;待飞机获得一定的飞行速度后,控制副翼24及尾翼3偏转来调整飞机保持机身1水平,舵机81带动插销82脱离倾转机构6,解锁左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5的水平位置,加快左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5上的位于机翼2后排的电机41转速,左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5上后排的电机41产生作用力使得左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5往前倾斜;在左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5处于竖立状态后,活动销8将倾转机构6锁死,此时飞机可以全速前进,飞机完全进入固定翼飞行模式,通过控制副翼24及尾翼3偏转来控制飞机的飞行姿态;从固定翼飞行模式变换到垂直起降及悬停飞行姿态时,活动销8与倾转机构6分离,解锁左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5的垂直位置,控制副翼24及尾翼3偏转来调整飞机保持机身1水平,加快左旋翼推力装置4、右旋翼推力装置5上前排的电机41转速,左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5上的电机41产生作用力使得左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5进行逆时针转动,在左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5转动到水平状态后,舵机81带动插销82插入到倾转机构6的圆孔63中,将倾转机构6锁死。
尾翼3采用H形尾翼3,尾翼3的活动舵面与舵机81相连接,舵机81与飞控装置7通过电信号相连接,通过控制舵机81来带动尾翼3的平尾和垂尾运动进而控制飞机的俯仰及转向;尾翼3的两个垂尾分别布置在左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5后方,在飞机进入固定翼飞行模式时,左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5所产生的高速气流能够作用在两个垂尾,提高垂尾的效率。
通过舵机81来带动副翼24偏转进而控制飞机进行侧向滚转,舵机81与飞控装置7通过电信号相连接。
倾转机构6的支撑杆62能够伸缩,在左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5处于垂直位置时,左旋翼推力装置4和右旋翼推力装置5的电机41上下分布在机翼2上方及下方,通过缩短倾转机构6使得机翼2上方的螺旋桨42靠近机翼2的上翼面,机翼2下方的螺旋桨42靠近机翼2的下翼面,整体上降低飞机高度,使得飞机结构紧凑。

Claims (10)

1.一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:包括机身(1)、机翼(2)、尾翼(3)、左旋翼推力装置(4)、右旋翼推力装置(5)、倾转机构(6)、飞控装置(7)、活动销(8);机翼(2)布置在机身(1)的左右两侧,尾翼(3)布置在机身(1)的后端;在机翼(2)上设有副翼(24);左旋翼推力装置(4)和右旋翼推力装置(5)通过倾转机构(6)分别活动连接在机身(1)两侧机翼(2)的中部;倾转机构(6)通过轴承结构活动连接在机翼(2)上;
左旋翼推力装置(4)和右旋翼推力装置(5)结构相同;它们均设有两个带桨叶的发动机;两个发动机前后对称布置在倾转机构(6)上,它们的转向相反;飞控装置(7)与左旋翼推力装置(4)和右旋翼推力装置(5)上的发动机通过电信号相连接;活动销(8)至少有两个,它们左右对称布置在机身(1)两侧的机翼(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:发动机采用电机(41),电机(41)通过电信号与飞控装置(7)相连。
3.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:通过舵机(81)来带动副翼(24)偏转进而控制飞机进行侧向滚转,舵机(81)与飞控装置(7)通过电信号相连接。
4.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:尾翼(3)采用H形尾翼(3),尾翼(3)的活动舵面与舵机(81)相连接,舵机(81)与飞控装置(7)通过电信号相连接;尾翼(3)的两个垂尾分别布置在左旋翼推力装置(4)和右旋翼推力装置(5)后方。
5.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:活动销(8)包括舵机(81)和插销(82),舵机(81)布置在机翼(2)内,舵机(81)通过电信号与飞控装置(7)相连,插销(82)连接在舵机(81)上。
6.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:倾转机构(6)中间为盘形结构(61),在盘形结构(61)的前后两端对称连接有支撑杆(62),支撑杆(62)用于安装发动机;在盘形结构(61)上设有多个圆孔(63),在活动销(8)穿过圆孔(63)后,活动销(8)限制了倾转机构(6)的转动,达到锁死效果;倾转机构(6)的盘形结构(61)超出机翼(2)的上翼面和下翼面,在飞机飞行过程中还能充当垂直稳定面,提高飞行飞稳定性。
7.根据权利要求6所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:倾转机构(6)的支撑杆(62)能够伸缩,在左旋翼推力装置(4)和右旋翼推力装置(5)处于垂直位置时,左旋翼推力装置(4)和右旋翼推力装置(5)的发动机上下分布在机翼(2)上方及下方,通过缩短倾转机构(6)使得机翼(2)上方的螺旋桨(42)靠近机翼(2)的上翼面,机翼(2)下方的螺旋桨(42)靠近机翼(2)的下翼面,整体上降低飞机高度,使得飞机结构紧凑。
8.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:机身(1)两侧的两块机翼(2)均分成内翼(21)和外翼(22)两端,内翼(21)固定在机身(1)上,内翼(21)和外翼(22)之间通过连接杆(23)相固定,倾转机构(6)通过轴承结构活动连接在连接杆(23)上,活动销(8)的舵机(81)置于内翼(21)上,副翼(24)置于外翼(22)上。
9.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:飞控装置(7)布置在倾转机构(6)上,飞控装置(7)拥有两种模式,分别为垂直起降及悬停飞行模式和固定翼飞行模式;在垂直起降及悬停飞行模式时,飞机以类似多旋翼飞行器进行自稳飞行;在固定翼飞行模式时,飞控装置(7)取消自稳,飞控装置(7)控制发动机的转速。
10.根据权利要求1所述的一种四轴垂直起降固定翼飞机,其特征在于:倾转机构(6)的转动角度在0-90度之间。
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WO2020151608A1 (zh) * 2019-01-25 2020-07-30 深圳市旗客智能技术有限公司 旋转翼无人机
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CN113022848A (zh) * 2021-04-18 2021-06-25 上海尚实能源科技有限公司 一种翼载人客机

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