CN109649650A - 鸭式布局尾座式垂直起降飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，包括机体，机体包括机身、一对机翼、一对鸭翼、垂尾、腹鳍、第一动力装置和第二动力装置，一对机翼安装于机身的尾端，一对鸭翼安装于机身的前端，垂尾以及腹鳍均安装于机身上；一对鸭翼上或者/和一对机翼上均安装有第一动力装置，且安装于机翼上的第一动力装置位于机翼的翼尖与机翼的翼根之间；垂尾以及腹鳍上均安装有第二动力装置；机体的尾部具备着陆支撑机构。机翼的翼展不受动力装置的限制，机翼能够采用大展现比设计，改善了飞行器的升阻特性，飞行器平飞时不需要所有动力装置均运行，减少了平飞时飞行器的能耗，飞行器续航能力强。

Description

鸭式布局尾座式垂直起降飞行器

技术领域

本发明涉及垂直起降飞行器领域，具体而言，涉及一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器。

背景技术

现有垂直起降飞行器主要有复合翼式、倾转式和尾座式等。

复合翼垂直起降飞行器是目前主要垂直起降无人机的布局形式，但该形式在固定翼平飞模态时背负死重大，同时多旋翼模态所使用动力系统在固定翼平飞时增加较多阻力。

倾转式构型在动力复用度方面高于复合翼，减小了整个飞行过程的死重，但需增加一套(或多套)旋转机构。

相对于倾转式构型的将旋翼轴转90度转平飞，尾座式垂直起降无人机将整体转动90度转平飞，既省略了旋翼的倾转机构，同时具有更高的机械可靠性。

发明人在研究中发现，传统的尾座式垂直起降飞行器至少存在如下缺点：

其一、在平飞时，飞行器的所有动力装置均需要运行，能耗高；

其二、机翼的翼展受到限制，飞行器升阻特性差，进而限制飞行器的航时和航程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，以改善传统的垂直起降飞行器能耗高以及续航能力弱的问题。

本发明的实施例是这样实现的：

基于上述目的，本发明提供了一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，包括机体，所述机体包括机身、一对机翼、一对鸭翼、垂尾、腹鳍、第一动力装置和第二动力装置，所述一对机翼安装于所述机身的尾端，所述一对鸭翼安装于所述机身的前端，所述垂尾以及所述腹鳍均安装于所述机身上；所述一对鸭翼上或者/和所述一对机翼上均安装有所述第一动力装置，且安装于所述机翼上的所述第一动力装置位于所述机翼的翼尖与所述机翼的翼根之间；所述垂尾以及所述腹鳍上均安装有所述第二动力装置；所述机体的尾部具备着陆支撑机构。

在本发明较佳的实施例中，所述机翼设置为前掠翼。

在本发明较佳的实施例中，安装于所述机翼上的所述第一动力装置位于所述机翼的长度方向的中部位置。

在本发明较佳的实施例中，所述鸭翼邻近所述机身的尾端的一侧安装有升降舵；所述机翼邻近所述机身的尾端的一侧安装有升降副翼。

在本发明较佳的实施例中，所述垂尾邻近所述机身的尾端的一侧安装有方向舵；所述腹鳍邻近所述机身的尾端的一侧安装有方向舵。

在本发明较佳的实施例中，所述第一动力装置包括第一驱动件以及第一螺旋桨，所述第一驱动件安装于所述机体上，所述第一螺旋桨安装于所述第一驱动件的输出轴上，所述第一驱动件配置成驱使所述第一螺旋桨转动。

在本发明较佳的实施例中，所述第一螺旋桨设置为定距螺旋桨。

在本发明较佳的实施例中，所述第二动力装置包括第二驱动件以及第二螺旋桨，所述第二驱动件安装于所述机体上，所述第二螺旋桨安装于所述第二驱动件的输出轴上，所述第二驱动件配置成驱使所述第二螺旋桨转动。

在本发明较佳的实施例中，所述第二螺旋桨设置为可折叠的定距螺旋桨。

在本发明较佳的实施例中，所述着陆支撑机构包括设置于所述机翼邻近所述机身的尾部的后侧的两个第一支撑部、设置于所述垂尾的后缘的第二支撑部以及设置于所述腹鳍的后缘的第三支撑部，或者，包括设置于所述机翼邻近所述机身的尾部的后侧的两个第一支撑部、设置于所述垂尾的后缘的第二支撑部、设置于所述腹鳍的后缘的第三支撑部以及设置于所述机身的尾部的第四支撑部。

本发明实施例的有益效果是：

综上所述，本发明实施例提供了一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其结构简单合理，便于制造加工，机翼的翼展不受动力装置的限制，机翼能够采用大展现比设计，改善了飞行器的升阻特性，飞行器平飞时不需要所有动力装置均运行，减少了平飞时飞行器的能耗，飞行器续航能力强。具体如下：

本实施例提供的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，通过将第一动力装置设置在鸭翼上或者设置在机翼上，且设置于机翼上的第一动力装置位于机翼的翼尖和机翼的翼根之间，无论是第一动力装置设置于鸭翼还是第一动力装置设置在机翼上，第一动力装置均没有位于机翼的翼尖上，解除了第一动力装置对机翼的翼展的限制，机翼可采用大展现比设计，改善了飞行器的升阻特性，飞行器在平飞模态下所需要的推力更小，这样，降低了飞行器平飞时的能耗，且只依靠第一动力装置工作即可满足飞行器平飞所需动力，第二动力装置在平飞时处于关闭状态，减小了能耗，飞行器拥有更长的航时以及更远的航程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器的示意图；

图2为本发明实施例的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器的俯视示意图；

图3为本发明实施例的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器的垂直状态的示意图；

图4为本发明实施例的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器的变形结构的示意图。

图标：001－机体；010－着陆支撑机构；011－第一支撑部；012－第二支撑部；013－第三支撑部；014－第四支撑部；020－动力短舱；100－机身；200－机翼；300－鸭翼；400－垂尾；500－腹鳍；600－第一动力装置；700－第二动力装置；800－方向舵；900－升降舵；901－升降副翼。

具体实施方式

目前，市面上存在的多旋翼尾座式垂直起降飞行器种类较多，机翼的翼尖部分均安装有动力装置，这样的结构设计，造成动力装置限制了飞行器的翼展，这些类型的飞行器在平飞模态下，其所有的动力装置均需要作业，增加了能耗，限制了飞行器的航时以及航程，

鉴于此，发明人设计了一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，机翼200的翼展不受动力装置的限制，机翼200能够采用大展现比设计，改善了飞行器的升阻特性，飞行器平飞时不需要所有动力装置均运行，减少了平飞时飞行器的能耗，飞行器续航能力强。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1－图4，本实施例提供了一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，包括机体001，机体001包括机身100、一对机翼200、一对鸭翼300、垂尾400、腹鳍500、第一动力装置600和第二动力装置700，一对机翼200安装于机身100的尾端，一对鸭翼300安装于机身100的前端，垂尾400以及腹鳍500均安装于机身100上；一对鸭翼300上或者/和一对机翼200上均安装有第一动力装置600，且安装于机翼200上的第一动力装置600位于机翼200的翼尖与机翼200的翼根之间；垂尾400以及腹鳍500上均安装有第二动力装置700；机体001的尾部具备着陆支撑机构010。

本实施例提供的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，通过将第一动力装置600设置在鸭翼300上或者设置在机翼200上，且设置于机翼200上的第一动力装置600位于机翼200的翼尖和机翼200的翼根之间，无论是第一动力装置600设置于鸭翼300还是第一动力装置600设置在机翼200上，第一动力装置600均没有位于机翼200的翼尖上，解除了第一动力装置600对机翼200的翼展的限制，机翼200可采用大展现比设计，改善了飞行器的升阻特性，飞行器在平飞模态下所需要的推力更小，这样，降低了飞行器平飞时的能耗，且只依靠第一动力装置600工作即可满足飞行器平飞所需动力，第二动力装置700在平飞时处于关闭状态，减小了能耗，飞行器拥有更长的航时以及更远的航程。

请参阅图1，需要说明的是，在一个实施例中，一对鸭翼300安装在机身100的前端且位于机身100的左右两侧。在一对鸭翼300上均安装有第一动力装置600，每个第一动力装置600安装在鸭翼300远离机身100的翼尖位置处，安装方便，节省制造成本。实际安装时，在每个鸭翼300远离机身100的翼尖位置处安装有动力短舱020，第一动力装置600安装在动力短舱020上。其中，机身100的左右两侧也可以理解为与机身100的宽度方向的两侧。第一动力装置600安装在鸭翼300上，也即第一动力装置600没有位于机翼200远离机身100的翼尖上，第一动力装置600的设置不会限制机翼200的翼展，使得在机身100上能够设计更大展比的机翼200，进而改善飞行器的升阻特性，从而使尾座式垂直起降飞行器拥有更长的航时和更远的航程。

请参阅图4，在另一个实施例中，一对机翼200安装在机身100的尾端且位于机身100的左右两侧，每个机翼200设置为大展比小角度前掠翼，机翼200的翼根安装于机身100上，机翼200的后缘前掠。在一对机翼200上均安装有第一动力装置600，每个第一动力装置600安装在机翼200的翼根和后缘之间，可选的，第一动力装置600安装在机翼200翼展方向的中部位置，安装在机翼200上的第一动力装置600没有位于机翼200的翼尖上，第一动力装置600的设置不会限制机翼200的翼展，使得在机身100上能够设计更大展比的机翼200，进而改善飞行器的升阻特性，从而使尾座式垂直起降飞行器拥有更长的航时和更远的航程。

本实施例中可选的，在一对机翼200上设置有升降副翼，在一对鸭翼300上安装有升降舵900，在垂尾400以及腹鳍500上均安装有方向舵800。通过升降舵900、升降副翼901、方向舵800、第一动力装置600和第二动力装置700的配合使用，可以实现飞行器不同模态之间的转换。进一步的，安装在机翼200上的升降副翼901位于机翼200邻近机身100尾端的一侧，安装在鸭翼300上的升降舵900位于鸭翼300邻近机身100尾端的一侧，安装在垂尾400上的方向舵800位于垂尾400邻近机身100尾端的一侧，安装在腹鳍500上的方向舵800位于腹鳍500邻近机身100尾端的一侧。

在其他实施例中，可以仅在一对机翼200上设置升降副翼901，鸭翼300上不设置升降舵900，垂尾400以及腹鳍500上不设置方向舵800。同样可以实现飞行器不同模态之间的转换。

本实施例中可选的，第一动力装置600包括第一驱动件以及第一螺旋桨，第一驱动件安装于机体001的动力短舱020内，第一螺旋桨安装于第一驱动件的输出轴上，第一驱动件配置成驱使第一螺旋桨转动。

可选的，第一驱动件包括电机以及控制电机的电调，电调和电机电连接，电机和电调安装在机体001上，具体的，电机和电调安装在动力短舱020内，第一螺旋桨安装于电机的输出轴上，通过电调控制电机的输出功率，进而控制第一螺旋桨的转速。

可选的，第一螺旋桨可以设置为定距螺旋桨。进一步的，第一螺旋桨选用飞行器巡航状态下拥有高效率的螺旋桨。

可选的，电机可以设置为无刷直流电机。

应当理解，在其他实施例中，第一驱动件可以包括内燃机或者其他能够提供动力的设备。

本实施例中可选的，第二动力装置700包括第二驱动件以及第二螺旋桨，第二驱动件安装于机体001的动力短舱020内，第二螺旋桨安装于第二驱动件的输出轴上，第二驱动件配置成驱使第二螺旋桨转动。

可选的，第二驱动件包括电机以及控制电机的电调，电调和电机电连接，电机和电调安装在机体001上，具体的，电机和电调安装在动力短舱020内，第二螺旋桨安装于电机的输出轴上，通过电调控制电机的输出功率，进而控制第二螺旋桨的转速。

可选的，第二螺旋桨可以设置为可折叠的定距螺旋桨。进一步的，第二螺旋桨选用悬停时具有高效能的旋翼桨。

可选的，电机可以设置为无刷直流电机。

应当理解，在其他实施例中，第二驱动件可以包括内燃机或者其他能够提供动力的设备。

本实施例中，飞行器着陆时依靠布设在飞行器尾部的着陆支撑机构010支撑定位。可选的，着陆支撑机构010包括设置于机翼200邻近机身100的尾部的后侧的两个第一支撑部011、设置于垂尾400的后缘的第二支撑部012以及设置于腹鳍500的后缘的第三支撑部013，通过两个第一支撑部011、一个第二支撑部012和一个第三支撑部013形成四个支撑点实现支撑定位。

请参阅图1，或者，在其他实施例中，着陆支撑机构010包括设置于机翼200邻近机身100的尾部的后侧的两个第一支撑部011、设置于垂尾400的后缘的第二支撑部012、设置于腹鳍500的后缘的第三支撑部013以及设置于机身100的尾部的第四支撑部014，通过两个第一支撑部011、一个第二支撑部012、一个第三支撑部013和一个第四支撑部014形成五个支撑点实现支撑定位。

进一步的，第一支撑部011可以是设置在机翼200上的支撑条，第二支撑部012可以是安装于垂尾400的翼尖上的动力短舱020的尾部，第三支撑部013可以是安装于腹鳍500的翼尖上的动力短舱020的尾部，第四支撑部014可以是机身100的尾部。

在一个可选实施例中，提供了一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，包括机身100、一对机翼200、一对鸭翼300、垂尾400、腹鳍500、两个第一动力装置600、两个第二动力装置700、两个方向舵800、两个升降舵900以及两个升降副翼901。一对机翼200安装于机身100的尾端且位于机身100宽度方向的两侧，每个机翼200邻近机身100尾端的一侧安装有一个升降副翼901。一对鸭翼300安装于机身100的前端且位于机身100宽度方向的两侧，每个鸭翼300邻近机身100尾端的一侧安装有一个升降舵900，一对鸭翼300的动力短舱020上均安装有第一动力装置600。垂尾400以及腹鳍500均安装于机身100上，垂尾400和腹鳍500所限定的平面为竖直面，垂尾400的动力短舱020和腹鳍500的动力短舱020上均安装有一个方向舵800，垂尾400以及腹鳍500上均安装有第二动力装置700。机体001的尾部具备着陆支撑机构010。第一动力装置600包括无刷直流电机、电调和定距螺旋桨。第二动力装置700包括无刷直流电机、电调和可折叠的定距螺旋桨。着陆支撑机构010包括布设在机翼200邻近机身100的尾部的后侧的两个第一支撑部011、设置于垂尾400的后缘的第二支撑部012、设置于腹鳍500的后缘的第三支撑部013以及设置于机身100的尾部的第四支撑部014。

本实施例提到的飞行器具有至少如下优点：

(1)降低了可垂直起降尾座式多旋翼布局飞行器平飞耗能：一方面在平飞时，关闭第二动力装置700，只开启鸭翼300上的第一动力装置600，直接降低了飞行器平飞时的能耗，由于第二动力装置700螺旋桨采用可折叠螺旋桨，平飞时，将第二螺旋桨折叠，降低了第二动力装置700增加的阻力；其次，将第一动力装置600布置于鸭翼300上，解除了动力装置对机翼200翼展的限制，改善了飞行器的升阻特性，进一步降低飞行器平飞时的能耗。

(2)改善了可垂直起降尾座式多旋翼布局飞行器平飞升阻特性和失速特性：将第一动力装置600布置于鸭翼300上，解除了第一动力装置600对机翼200翼展的限制，机翼200可采用大展现比设计；采用鸭翼300与小角度前掠翼的布局设计可以有效改善飞行器的失速特性。

(3)增强和增加了飞行器垂直姿态时的控制能力和手段：将第一动力装置600布置于鸭翼300顶端，鸭翼300上的升降舵900的舵面和机翼200上的升降副翼901的舵面均大部分浸没于第一螺旋桨产生的滑流区域，在飞行器垂直姿态时或空速较小时，可提供飞行器侧向、俯仰及航向的控制能力和手段，进而增加飞行器垂直起飞和着陆时的姿态控制能力和抗侧风能力。

本实施例提到的飞行器在不同模态飞行或者不同模态之间转换时操控如下：

在垂直起降模态时：第一动力装置600和第二动力装置700的拉力比小于1/2，一方面降低第一动力装置600的桨盘载荷，另一方面方便选用适合于巡航状态使用的动力装置。

在垂直起降和悬停模态时：第一动力装置600和第二动力装置700均运行，飞行器处于十字布局旋翼状态，控制方式采用十字布局旋翼类似的控制方式；此外，偏转鸭翼300上的升降舵900和机翼200上的升降副翼901平衡机翼200因滑流或侧风产生的侧向力，同时，鸭翼300上的升降舵900和机翼200上的升降副翼901可增强该模态下姿态控制能力，例如，鸭翼300上的升降舵900差动和机翼200上的升降副翼901差动实现垂直姿态的航向控制；鸭翼300上的升降舵900下偏和机翼200上的升降副翼901上偏实现垂直姿态俯仰的控制。

在垂直姿态转换为水平飞行姿态时：一方面可通过第二动力装置700实现姿态转换，同时也可通过鸭翼300和机翼200上的舵面的差动实现姿态转换。

在水平飞行姿态转换为垂直姿态时：可先不开启第二动力装置700，通过固定翼模式将飞行器姿态改为垂直然后再开第二启动力装置；另外也可先开启第二动力装置700，然后通过控制第二动力装置700两个第二螺旋桨的转速实现飞行器姿态的转换，或同时控制第二动力装置700、鸭翼300上的升降舵900和机翼200上的升降副翼901实现姿态转换。

在水平飞行时，第二动力装置700处于关闭状态，只开启第一动力装置600，飞行器处于固定翼模态，采用固定翼模态的控制方式。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，包括机体，所述机体包括机身、一对机翼、一对鸭翼、垂尾、腹鳍、第一动力装置和第二动力装置，所述一对机翼安装于所述机身的尾端，所述一对鸭翼安装于所述机身的前端，所述垂尾以及所述腹鳍均安装于所述机身上；所述一对鸭翼上或者/和所述一对机翼上均安装有所述第一动力装置，且安装于所述机翼上的所述第一动力装置位于所述机翼的翼尖与所述机翼的翼根之间；所述垂尾以及所述腹鳍上均安装有所述第二动力装置；所述机体的尾部具备着陆支撑机构。

2.根据权利要求1所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述机翼设置为前掠翼。

3.根据权利要求1所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，安装于所述机翼上的所述第一动力装置位于所述机翼的长度方向的中部位置。

4.根据权利要求1－3中任一项所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述鸭翼邻近所述机身的尾端的一侧安装有升降舵；所述机翼邻近所述机身的尾端的一侧安装有升降副翼。

5.根据权利要求1所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述垂尾邻近所述机身的尾端的一侧安装有方向舵；所述腹鳍邻近所述机身的尾端的一侧安装有方向舵。

6.根据权利要求1所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述第一动力装置包括第一驱动件以及第一螺旋桨，所述第一驱动件安装于所述机体上，所述第一螺旋桨安装于所述第一驱动件的输出轴上，所述第一驱动件配置成驱使所述第一螺旋桨转动。

7.根据权利要求6所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述第一螺旋桨设置为定距螺旋桨。

8.根据权利要求1所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述第二动力装置包括第二驱动件以及第二螺旋桨，所述第二驱动件安装于所述机体上，所述第二螺旋桨安装于所述第二驱动件的输出轴上，所述第二驱动件配置成驱使所述第二螺旋桨转动。

9.根据权利要求8所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述第二螺旋桨设置为可折叠的定距螺旋桨。

10.根据权利要求1所述的鸭式布局尾座式垂直起降飞行器，其特征在于，所述着陆支撑机构包括设置于所述机翼邻近所述机身的尾部的后侧的两个第一支撑部、设置于所述垂尾的后缘的第二支撑部以及设置于所述腹鳍的后缘的第三支撑部，或者，包括设置于所述机翼邻近所述机身的尾部的后侧的两个第一支撑部、设置于所述垂尾的后缘的第二支撑部、设置于所述腹鳍的后缘的第三支撑部以及设置于所述机身的尾部的第四支撑部。