CN109353505A - 一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机 - Google Patents

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王吴凡
朱纪洪
匡敏驰
史恒
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00—Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/02—Aircraft not otherwise provided for characterised by special use
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

本发明公开了一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机，其特征在于含有：机身、旋翼发动机、升降副翼、舵机、起落架。所述旋翼发动机安装在所述机身尾部，所述舵机安装在所述旋翼发动机内侧，所述舵机通过舵机摇臂驱动拉杆操纵所述升降副翼，所述升降副翼安装在所述旋翼发动机正下方，所述起落架安装在所述机身两侧。本发明的无人机在过失速飞行状态下，通过所述升降副翼偏转所述旋翼发动机产生的高速滑流实现推力矢量控制，提高所述升降副翼的操控能力；在高速平飞状态下，主要通过所述升降副翼偏转来流实现气动力控制，提升巡航飞行效率。本发明的无人机构型简单、使用安全、姿态控制能力强，兼具垂直起降与高效巡航能力，适用于推广应用。

Description

一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机
技术领域
本发明属于飞行器设计领域，涉及飞行器构型设计、气动效率分析以及安全性设计。
背景技术
尾座式无人机因兼具旋翼无人机的垂直起降功能与固定翼无人机的高速巡航能力，近年来受到广泛研究。目前国内外研究较多的尾座式无人机构型有：
1.单旋翼(舵面控制)
该类尾座式无人机一般是在已有固定翼无人机的基础上改进而来(如加装起落架、增大发动机功率等)，缺点是由于单旋翼提供的动力有限导致飞行续航能力弱；悬停时由于螺旋桨滑流损失和抵消反扭矩后副翼剩余舵偏有限易造成滚转控制力矩不足。
2.多旋翼(推力差动控制)
该类尾坐式无人机的设计思路是通过在传统多旋翼无人机上加装固定翼机身为飞机在巡航飞行模式中提供升力。由于该无人机在所有飞行模式中均通过螺旋桨推力差动进行姿态控制，存在操纵力矩不足的问题。在巡航飞行模式中，四个旋翼会产生较大阻力，大大降低了巡航飞行效率。
3.涵道风扇(推力矢量控制)
由于涵道风扇气流直接作用在栅格舵上，达到类似推力矢量发动机的效果，舵面控制效率极高。缺点是大量有效舵偏被用来抵消反扭矩，导致滚转控制力矩不足。
4.双/多旋翼(推力差动和舵面控制)
该类尾座式无人机螺旋桨发动机通常安装在机身前部，螺旋桨气流作用在机身上会引起一部分的推力损失。悬停时螺旋桨距离舵面较远，滑流损失大，易导致控制力矩不足。
发明内容
为了克服上述尾座式无人机姿态控制能力弱、构型复杂、安全性低等问题，本发明提供一种姿态控制能力强、构型简单、使用安全的气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机。
一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机属于飞行器设计技术领域，其特征在于(如图1所示)，含有：机身(1)、旋翼发动机(2)、舵机(3)、舵机摇臂(31)、拉杆(32)、升降副翼(4)、起落架(5)。
旋翼发动机(2)安装在机身(1)尾部，舵机(3)安装在旋翼发动机(2)内侧，舵机(3)上装有舵机摇臂(31)，舵机摇臂(31)通过拉杆(32)操纵升降副翼(4)，升降副翼(4)安装在旋翼发动机(2)正下方，起落架(5)固定在机身(1)两侧。
如图2所示，起落架(5)能够保证机身(1)倾倒时旋翼发动机(2)不接触地面。
如图3所示，一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机具有七种基本飞行模式：垂直起飞、过渡过程1、水平飞行、过渡过程2、垂直降落、垂直前后向飞行、垂直侧向飞行。本发明的无人机在过失速飞行状态下，通过升降副翼偏转所述旋翼发动机产生的高速滑流实现推力矢量控制；在高速平飞状态下，主要通过升降副翼偏转来流实现气动力控制。
本发明的优点在于：本发明的无人机能够利用最少数量的动力和作动装置实现全飞行包线的高效控制。起落架安装在机身两侧，不仅能够增加无人机平飞过程中横侧向稳定性，也能在无人机发生侧翻时对螺旋桨和发动机提供保护。通过将旋翼发动机安装在机身尾部，并将升降副翼安装在旋翼发动机正下方，能够实现升降副翼对所述旋翼发动机滑流的高效利用，提升无人机过失速飞行状态下的姿态控制能力。在高速平飞时，通过升降副翼偏转来流实现气动力的高效控制。
附图说明
图1：一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机构型示意图。
图2：一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机侧翻保护示意图。
图3：一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机飞行模式示意图。
具体实施方式
下面采用附图和实施例对本发明做进一步说明，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。
如图1所示的一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机构型示意图，机身1采用平直翼面一体化设计，两个旋翼发动机2左右对称安装在机身1尾部，旋翼发动机螺旋桨分别为正桨和反桨，使得反扭矩相互抵消；舵机3安装在旋翼发动机2内侧，舵机3上装有舵机摇臂31，舵机摇臂31通过舵机拉杆32操纵升降副翼4，升降副翼4采用平板翼形安装在旋翼发动机2正下方，起落架5固定在机身1两侧。在整个飞行包线中，无人机通过旋翼发动机2的推力差动和升降副翼4的偏转实现姿态控制。
如图2所示，当无人机发生侧翻时，由于旋翼发动机安装在机身尾部，并且有起落架的支撑保护，无人机并不会对周围环境造成安全威胁，同时也对旋翼发动机也起到了一定保护作用。
如图3所示，一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机具有七种基本飞行模式：垂直起飞、过渡过程1、水平飞行、过渡过程2、垂直降落、垂直前后向飞行、垂直侧向飞行。本发明的无人机在过失速飞行状态下，通过升降副翼偏转旋翼发动机产生的高速滑流实现推力矢量控制；在高速平飞状态下，主要通过升降副翼偏转来流实现高效气动力控制。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机，其特征在于，包括(如图1所示)机身(1)、旋翼发动机(2)、舵机(3)、升降副翼(4)、起落架(5)。
2.权利要求1所述一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机，其特征在于所述旋翼发动机(2)安装在所述机身(1)尾部，所述舵机(3)安装在所述旋翼发动机(2)内侧，所述舵机(3)上装有舵机摇臂(31)，所述舵机摇臂(31)通过拉杆(32)操纵所述升降副翼(4)，所述升降副翼(4)安装在所述旋翼发动机(2)正下方，所述起落架(5)固定在所述机身(1)两侧。
3.权利要求1所述一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机，其特征在于(如图2所示)，所述起落架(5)能够保证所述机身(1)倾倒时所述旋翼发动机(2)不接触地面。
4.权利要求1所述一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机，其特征在于(如图3所示)具有七种基本飞行模式：垂直起飞、垂飞转平飞、水平飞行、平飞转垂飞、垂直降落、垂直前后向飞行、垂直侧向飞行。权利要求1所述一种气动力/推力矢量复合控制的尾座式无人机在过失速飞行状态下，通过所述升降副翼(4)偏转所述旋翼发动机(2)产生的高速滑流实现推力矢量控制；在高速平飞状态下，主要通过所述升降副翼(4)偏转来流实现气动力控制。
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