CN110733637A - 一种三轴倾斜旋翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三轴倾斜旋翼飞行器，包括机架(1)、机架(1)两侧的机翼(2)以及机架(1)尾部的尾翼(3)，两个机翼(2)中部分别设有一个前部倾斜旋翼(4)，所述的尾翼(3)上方设有一个尾部倾斜旋翼(5)，所述的前部倾斜旋翼(4)可在垂直面上做90°倾斜旋转，所述的尾部倾斜旋翼(5)可在水平面和垂直面两个面上分别做180°倾斜旋转。与现有技术相比，本发明飞行器动力系统的利用率，在相同的动力情况，提高飞行有效载荷、空速和可靠性。

Description

一种三轴倾斜旋翼飞行器
技术领域
本发明涉及一种飞行器，尤其是涉及一种三轴倾斜旋翼飞行器。
背景技术
现有的倾转旋翼飞行器比如美国V-22运输机，其在构型上有一个明显的问题，即旋翼尺寸不能太大，这是为了保证两个旋翼在打平的时候不会把夹在中间的机身给切断，又为了保证升力，V-22运输机的螺旋桨转速得比其它的直升机快很多。过快的下洗气流对作业和安全都有不利影响。不过V-22运输机最大的缺点还是在于其操控性能的问题，由于升力来源远远地被挑在机身两边的缘故，一旦飞行器的左右升力失衡就会使飞机侧翻。通过训练和升级设备可以缓解这个问题，但布局自带的这个不足之处目前尚未有彻底解决的办法。
现有普通VLOT无人机(垂直起降)，具有2套动力系统，根据其设计，总有一套动力系统处于待机状态，大大地浪费了航空载荷，待机的动力系统还会在空气动力学上影响飞行状态。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种三轴倾斜旋翼飞行器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种三轴倾斜旋翼飞行器，包括机架、机架两侧的机翼以及机架尾部的尾翼，两个机翼中部分别设有一个前部倾斜旋翼，所述的尾翼上方设有一个尾部倾斜旋翼，所述的前部倾斜旋翼可在垂直面上做90°倾斜旋转，所述的尾部倾斜旋翼可在水平面和垂直面两个面上分别做180°倾斜旋转。
所述的前部倾斜旋翼分别通过一支撑杆向机翼前方伸出。
所述的前部倾斜旋翼包括前部螺旋桨、前部电机以及用于提供前部电机在垂直面上做90°倾斜旋转的前部舵机，所述的前部螺旋桨安装在前部电机转轴上，所述的前部舵机连接所述的前部电机，所述的前部舵机驱动前部电机倾斜旋转并带动前部螺旋桨位于不同位置，当前部倾斜旋翼旋转至0°时，前部倾斜旋翼提供向垂直方向的推力，当前部倾斜旋翼旋转至90°时，前部倾斜旋翼提供向水平方向的推力。
所述的尾部倾斜旋翼包括尾部螺旋桨、尾部电机、用于提供尾部电机在垂直面上做180°倾斜旋转的尾部第一舵机以及用于提供尾部电机在水平面上做180°倾斜旋转的尾部第二舵机，所述的尾部螺旋桨安装在尾部电机转轴上，所述的第一尾部舵机和第二尾部舵机分别连接所述的尾部电机，所述的第一尾部舵机和第二尾部舵机驱动尾部电机倾斜旋转并带动尾部螺旋桨位于不同位置，从而提供尾部矢量推力。
所述的支撑杆距离机架侧面的垂直距离为机翼长度的1/3～2/5。
所述的机翼为折叠式机翼，所述的折叠处位于安装前部倾斜旋翼的支撑杆外侧。
所述的支撑杆包括一体式碳纤维杆。
所述的飞行器包括两种飞行模式：
固定翼模式：前部倾斜旋翼和尾部倾斜旋翼旋转至相应位置并提供水平方向的推力，同时尾部倾斜旋翼适时旋转换向，提供矢量推力；
多轴旋翼模式：前部倾斜旋翼和尾部倾斜旋翼旋转至相应位置并提供垂直方向的推力。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明在固定翼模式飞行时，本发明尾部倾斜旋翼可在水平面和垂直面两个面上分别做180°倾斜旋转，类似与矢量喷管工作原理，进而极大地提高了机动能力；
(2)本发明具有双起降模式：当前部倾斜旋翼动力方向与尾部动力方向皆为水平方向时，升力由机翼提供，即固定翼模式，则提高了最大起飞重量，降低了相应地滑跑距离；当动力方向垂直地面向下时，升力由下洗气流提供，即多旋翼模式，在保证必要的载荷重量下，极大地降低了对场地的要求，提高其适用性；
(3)本发明前部倾斜旋翼和尾部倾斜旋翼分别设置一个电机，在不同模式下，每个电机都有其作用，进而提高了其推重比；
(4)本发明机翼采用折叠式结构，既便于运输携带，又提高了机体在三旋翼模式下的抗风能力，在通电情况下，作为起落架提高了桨叶离地高度，减少了地桨效应，提高了对不平整地面的适应能力；
(5)提高了无人机对环境以及行业的适用性，包括但不限于农业植保、航拍摄影、军用、检修等领域。
附图说明
图1为本发明一种三轴倾斜旋翼飞行器的结构示意图。
图中，1为机架，2为机翼，3为尾翼，4为前部倾斜旋翼，5为尾部倾斜旋翼，6为支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本发明并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本发明并不限定于以下的实施方式。
实施例
如图1所示，一种三轴倾斜旋翼飞行器，包括机架1、机架1两侧的机翼2以及机架1尾部的尾翼3，两个机翼2中部分别设有一个前部倾斜旋翼4，尾翼3上方设有一个尾部倾斜旋翼5，前部倾斜旋翼4可在垂直面上做90°倾斜旋转，尾部倾斜旋翼5可在水平面和垂直面两个面上分别做180°倾斜旋转。
前部倾斜旋翼4分别通过一支撑杆6向机翼2前方伸出，支撑杆6距离机架1侧面的垂直距离为机翼2长度的1/3～2/5，本实施例支撑杆6距离机架1侧面的垂直距离为机翼2长度的1/3，支撑杆6采用一体式碳纤维杆，提高了结构强度。
机翼2为折叠式机翼2，折叠处位于安装前部倾斜旋翼4的支撑杆6外侧，如图1所示虚线位置为机翼2的折叠位置。机翼2向下折叠，在折叠状态为起落架。机翼2折叠设计，既便于运输携带，又提高了机体在三旋翼模式下的抗风能力，在通电情况下，作为起落架提高了桨叶离地高度，减少了地桨效应，提高了对不平整地面的适应能力。
前部倾斜旋翼4包括前部螺旋桨、前部电机以及用于提供前部电机在垂直面上做90°倾斜旋转的前部舵机，前部螺旋桨安装在前部电机转轴上，前部舵机连接前部电机，前部舵机驱动前部电机倾斜旋转并带动前部螺旋桨位于不同位置，当前部倾斜旋翼4旋转至0°时，前部螺旋桨在水平面上转动，前部倾斜旋翼4提供向垂直方向的推力，当前部倾斜旋翼4旋转至90°时，前部螺旋桨在垂直面上转动，前部倾斜旋翼4提供向水平方向的推力。
尾部倾斜旋翼5包括尾部螺旋桨、尾部电机、用于提供尾部电机在垂直面上做180°倾斜旋转的尾部第一舵机以及用于提供尾部电机在水平面上做180°倾斜旋转的尾部第二舵机，尾部螺旋桨安装在尾部电机转轴上，第一尾部舵机和第二尾部舵机分别连接尾部电机，第一尾部舵机和第二尾部舵机驱动尾部电机倾斜旋转并带动尾部螺旋桨位于不同位置，从而提供尾部矢量推力。
飞行器包括两种飞行模式：
固定翼模式：前部倾斜旋翼4和尾部倾斜旋翼5旋转至相应位置并提供水平方向的推力，同时尾部倾斜旋翼5适时旋转换向，提供矢量推力，以达到升降舵、方向舵功能；
多轴旋翼模式：前部倾斜旋翼4和尾部倾斜旋翼5旋转至相应位置并提供垂直方向的推力；
两种飞行模式可自动切换，如三旋翼提高正向空速，达到预设空速，机翼2展开、电机换向，继而变成固定翼飞行模式。在两种飞行模式下，每个电机都有其作用，进而提高了其推重比。
本发明通过在飞机两侧机翼2上各安装一个前部倾斜旋翼4，在机架1的尾翼3安装一个尾部倾转旋翼，减去升降舵与方向舵，利用伺服电机控制机翼2的折叠与展开。利用开源飞控，建立配套的飞行控制系统，使操控人员可以通过飞控系统对飞行器的控制。尾部倾转旋翼的尾部电机类似与矢量喷管，在设计原理上自然极大地提高了机动能力。
上述实施方式仅为例举，不表示对本发明范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本发明技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (8)

1.一种三轴倾斜旋翼飞行器，包括机架(1)、机架(1)两侧的机翼(2)以及机架(1)尾部的尾翼(3)，其特征在于，两个机翼(2)中部分别设有一个前部倾斜旋翼(4)，所述的尾翼(3)上方设有一个尾部倾斜旋翼(5)，所述的前部倾斜旋翼(4)可在垂直面上做90°倾斜旋转，所述的尾部倾斜旋翼(5)可在水平面和垂直面两个面上分别做180°倾斜旋转。
2.根据权利要求1所述的一种三轴倾斜旋翼飞行器，其特征在于，所述的前部倾斜旋翼(4)分别通过一支撑杆(6)向机翼(2)前方伸出。
3.根据权利要求1所述的一种三轴倾斜旋翼飞行器，其特征在于，所述的前部倾斜旋翼(4)包括前部螺旋桨、前部电机以及用于提供前部电机在垂直面上做90°倾斜旋转的前部舵机，所述的前部螺旋桨安装在前部电机转轴上，所述的前部舵机连接所述的前部电机，所述的前部舵机驱动前部电机倾斜旋转并带动前部螺旋桨位于不同位置，当前部倾斜旋翼(4)旋转至0°时，前部倾斜旋翼(4)提供向垂直方向的推力，当前部倾斜旋翼(4)旋转至90°时，前部倾斜旋翼(4)提供向水平方向的推力。
4.根据权利要求1所述的一种三轴倾斜旋翼飞行器，其特征在于，所述的尾部倾斜旋翼(5)包括尾部螺旋桨、尾部电机、用于提供尾部电机在垂直面上做180°倾斜旋转的尾部第一舵机以及用于提供尾部电机在水平面上做180°倾斜旋转的尾部第二舵机，所述的尾部螺旋桨安装在尾部电机转轴上，所述的第一尾部舵机和第二尾部舵机分别连接所述的尾部电机，所述的第一尾部舵机和第二尾部舵机驱动尾部电机倾斜旋转并带动尾部螺旋桨位于不同位置，从而提供尾部矢量推力。
5.根据权利要求2所述的一种三轴倾斜旋翼飞行器，其特征在于，所述的支撑杆(6)距离机架(1)侧面的垂直距离为机翼(2)长度的1/3～2/5。
6.根据权利要求2所述的一种三轴倾斜旋翼飞行器，其特征在于，所述的机翼(2)为折叠式机翼(2)，所述的折叠处位于安装前部倾斜旋翼(4)的支撑杆(6)外侧。
7.根据权利要求2所述的一种三轴倾斜旋翼飞行器，其特征在于，所述的支撑杆(6)包括一体式碳纤维杆。
8.根据权利要求1所述的一种三轴倾斜旋翼飞行器，其特征在于，所述的飞行器包括两种飞行模式：
固定翼模式：前部倾斜旋翼(4)和尾部倾斜旋翼(5)旋转至相应位置并提供水平方向的推力，同时尾部倾斜旋翼(5)适时旋转换向，提供矢量推力；
多轴旋翼模式：前部倾斜旋翼(4)和尾部倾斜旋翼(5)旋转至相应位置并提供垂直方向的推力。
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