CN113044212B - 一种中型倾转旋翼无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明属于无人飞行技术领域，特别涉及一种中型倾转旋翼无人飞行器。包括机身及设置于机身上的尾翼和两个机翼，其中机翼包括倾转外翼段和内翼段，内翼段的一端与机身固定连接，另一端与倾转外翼段可转动地连接。倾转外翼段包括可变距旋翼、外翼段、短舱及扩展翼，其中外翼段的一端通过转轴与内翼段转动连接，另一端可滑动地连接有扩展翼；短舱设置于外翼段上，并且顶部设有可变距旋翼，短舱内设有用于驱动可变距旋翼转动的旋翼旋转驱动系统。本发明中的飞行器可以调节展长和旋翼相对机身角度，以适应不同飞行任务需求，提升飞行效率。

Description

一种中型倾转旋翼无人飞行器

技术领域

本发明属于无人飞行技术领域，特别涉及一种中型倾转旋翼无人飞行器。

背景技术

随着任务的复杂性和需求形式的多样性的提高，越来越多的飞行任务对传统固定翼飞行器和旋翼飞行器的优势都有需求。传统固定翼飞行器具有飞行速度快，任务载荷大，适应范围广的特点。但对场地要求高，需要建设好跑道，因此在相对复杂的环境下，不适宜进行任务部署。而旋翼飞行器(直升机，多旋翼飞行器)更适用于小范围、高机动的使用要求。

为了适应大载荷，长航时，高倾转可靠性的需求，需要研发大中型倾转旋翼无人机来满足现实的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种中型倾转旋翼无人飞行器，用于实现直升机模态与固定翼模态飞行，采用可变展长外翼段来实现倾转过程高可靠性与巡航时的低功耗。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种中型倾转旋翼无人飞行器，包括机身及设置于所述机身上的尾翼和两个机翼，其中机翼包括倾转外翼段和内翼段，所述内翼段的一端与机身固定连接，另一端与倾转外翼段可转动地连接。

所述倾转外翼段包括可变距旋翼、外翼段、短舱及扩展翼，其中外翼段的一端通过转轴与所述内翼段转动连接，另一端可滑动地连接有扩展翼；所述短舱设置于所述外翼段上，并且顶部设有可变距旋翼，所述短舱内设有用于驱动所述可变距旋翼转动的旋翼旋转驱动系统。

所述外翼段内设有与所述扩展翼连接的伸缩驱动系统，所述伸缩驱动系统用于驱动所述外翼段内的扩展翼伸出或缩回。

所述旋翼旋转驱动系统包括发动机及与所述发动机连接的减速机，所述减速机的输出轴与所述可变距旋翼连接。

与所述发动机连接的燃油输送管路经过所述内翼段的内部，并且与所述机身内部的油箱连接。

所述机翼的弦长为可变距旋翼的螺旋桨长度的30％-40％。

所述内翼段内设有用于驱动所述倾转外翼段转动的倾转驱动机构。

所述尾翼为T型结构，包括垂尾和平尾，所述垂尾的下端与所述机身连接，上端与所述平尾连接。

所述内翼段的后缘可转动地设有机翼副翼舵面，所述垂尾和平尾的后缘分别转动连接有垂尾舵面和平尾舵面。

所述机翼副翼舵面、垂尾舵面和平尾舵面的转动角度均为1-90度。

本发明的优点及有益效果是：

本发明的飞行器，短舱外侧采用可伸缩机翼，可以有效地拓展机翼的展弦比，提升整机续航性能，有效的拓展飞行器的飞行航时，拓展倾转旋翼飞行器的飞行包线；两副旋翼对转，平衡旋翼反扭矩；发动机置于短舱内部，可以有效利用旋翼下洗流引入空气，利于进气与散热；该飞行器可垂直起降，不受限于场地即可起飞降落，同时可长航时高速巡航，满足测绘、巡逻、运输、警用等需求。

本发明中的飞行器可以调节展长和旋翼相对机身角度，以适应不同飞行任务需求，提升飞行效率。

附图说明

图1为本发明中型倾转旋翼无人飞行器直升机模态的结构示意图；

图2为本发明中型倾转旋翼无人飞行器倾转过渡模态的结构示意图；

图3为本发明中型倾转旋翼无人飞行器固定翼模态的结构示意图；

图4为本发明中型倾转旋翼无人飞行器固定翼模态的扩展翼伸出示意图；

图5为本发明中伸缩驱动系统的结构示意图；

图6为本发明中倾转驱动系统的结构示意图。

图中：1为旋翼，2为外翼段，3为内翼段，4为机身，5为平尾，6为机翼副翼舵面，7为平尾舵面，8为垂尾，9为垂尾舵面，11为扩展翼，12为短舱，13为电推缸Ⅰ，14为电推缸Ⅱ，15为可变长度连杆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种中型倾转旋翼无人飞行器，包括机身4及设置于机身4上的尾翼和两个机翼，其中机翼包括倾转外翼段和内翼段3，内翼段3的一端与机身4固定连接，另一端与倾转外翼段可转动地连接。

倾转外翼段包括可变距旋翼1、外翼段2、短舱12及扩展翼11，其中外翼段2的一端通过转轴与内翼段3转动连接，另一端可滑动地连接有扩展翼11；短舱12设置于外翼段2上，并且顶部设有可变距旋翼1，短舱12内设有用于驱动可变距旋翼1转动的旋翼旋转驱动系统。

本发明的实施例中，旋翼旋转驱动系统包括发动机及与发动机连接的减速机，减速机的输出轴与可变距旋翼1连接。与发动机连接的燃油输送管路经过内翼段3的内部，并且与机身4内部的油箱连接。发动机所需的燃油从机身4内部的油箱，经内翼段3的内部的油路运输至短舱12内的发动机。

本发明的实施例中，采用两个Rotax582发动机，分别驱动两侧的可变距旋翼1转动。

外翼段2内设有与扩展翼11连接的伸缩驱动系统，伸缩驱动系统用于驱动外翼段2内的扩展翼11伸出或缩回，用以拓展整机的展长。

如图5所示，本发明的实施例中，伸缩驱动系统包括电推缸Ⅰ13，电推缸Ⅰ13安装在短舱12的侧面。需要扩展翼11伸出时，电推缸Ⅰ13作伸出动作，将扩展翼11推出。

机翼的弦长为可变距旋翼1的螺旋桨长度的30％-40％。

进一步地，内翼段3的后缘可转动地设有机翼副翼舵面6，机翼副翼舵面6的转动角度为1-90度。

如图6所示，内翼段3内设有用于驱动外翼段2倾转的倾转驱动系统。倾转驱动系统包括电推缸Ⅱ14及可变长度连杆15，电推缸Ⅱ14安装在内翼段3上，可变长度连杆15一端连接至电推缸Ⅱ14的输出端，另一端连接至短舱12上。需要短舱12倾转时，电推缸Ⅱ14作动，通过可变长度连杆15驱动短舱12倾转至需要的角度。

本发明的实施例中，尾翼为T型结构，包括垂尾8和平尾5，垂尾8的下端与机身4连接，上端与平尾5连接。垂尾8和平尾5的后缘分别转动连接有垂尾舵面9和平尾舵面7，垂尾舵面9和平尾舵面7的转动角度为1-90度。

本发明的实施例中，机身4为方形机身，飞机器最大起飞重量为340公斤，其中由两个Rotax582发动机及其配套散热系统构成的动力装置的重量为85公斤，油重60公斤，飞机器结构与油箱重量为70公斤，输油管路重4.5公斤，载荷25公斤，飞控系统重20公斤，传动系统重40公斤，两个可变距旋翼1与其配套桨毂舵机重30公斤，通信链路重量为5.5公斤。

本发明的飞行器，短舱12的外侧采用可伸缩机翼，可以有效地拓展机翼的展弦比，提升整机续航性能，有效的拓展飞行器的飞行航时，拓展倾转旋翼飞行器的飞行包线；两副旋翼对转，平衡旋翼反扭矩；发动机置于短舱12内部，可以有效利用可变距旋翼1下洗流引入空气，利于进气与散热；该飞行器可垂直起降，不受限于场地即可起飞降落，同时可长航时高速巡航，满足测绘、巡逻、运输、警用等需求。

如图1所示，本发明的飞行器，在直升机模态下，内翼段3外侧的倾转外翼段，旋转至可变距旋翼1的桨盘平面平行于地面，即可变距旋翼1产生的拉力垂直地面向上，给整机提供升力，通过两个同步反转的旋翼变距来调整飞行器的姿态。

如图2所示，转入倾转过渡模态后，通过旋翼拉力的变化与副翼舵面6、平尾舵面7的偏转协同控制整机的姿态；其过程中，根据不同的实时速度将操纵量按一定比例分配给旋翼拉力和飞机副翼、平尾舵面7；随着速度增加，将可变距旋翼1的变距操作逐渐过渡至机翼副翼舵面6、平尾舵面7操纵，以此将过渡模态下旋翼和副翼的可操纵量最大化。

如图3所示，进入固定翼模态后，关闭可变距旋翼1的周期变距，完全通过机翼副翼舵面6、平尾舵面7和垂尾舵面9控制整机的姿态；此外，如图4所示，扩展翼11完全伸出，拓展整机的展弦比，提高飞行器的巡航性能。

本发明的飞行器，机翼外段随短舱一同倾转，减小了机翼平放时，对可变距旋翼1的阻塞效应，提高了可变距旋翼1的效率。此外，收缩起来的机翼外段，能尽可能的减小飞行器在倾转过渡模态下小速度前飞时，外翼段2带来的阻力和大攻角下的失速紊流，提升过渡模态下的飞行稳定性。

本发明的倾转旋翼无人飞行器将传统固定翼飞行器的高效巡航能力和直升机的任意场地垂直起降能力相结合，不仅能够实现复杂自然条件下的快速起降，而且能够高效地执行远程应急飞行任务，在海岛、山地、城市等无固定起降场地的特殊条件下，完成较大范围的应急空中信息支援任务与作战任务。

随着智能材料结构和先进控制技术的发展，以及对集高速度、高机动性、空中悬停与慢速飞行能力、高可靠性、大航程、长航时、大载荷、可垂直起降等性能于一身的多任务飞行器的需求。倾转旋翼无人飞行器不仅拥有着比常规旋翼机高得多的前飞速度，又兼顾着螺旋桨飞机不具备的垂直起降和悬停能力，能够实现多种气动外形的改变，适应变化的任务环境，可在全飞行包络内都达到优良的飞行性能和自主可控特性，能满足多种飞行任务的需要，极大地拓展了旋翼机和固定翼飞行器的飞行包线，具有十分广泛的用途。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非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作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种中型倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，包括机身(4)及设置于所述机身(4)上的尾翼和两个机翼，其中机翼包括倾转外翼段和内翼段(3)，所述内翼段(3)的一端与机身(4)固定连接，另一端与倾转外翼段可转动地连接；

所述倾转外翼段包括可变距旋翼(1)、外翼段(2)、短舱(12)及扩展翼(11)，其中外翼段(2)的一端通过转轴与所述内翼段(3)转动连接，另一端可滑动地连接有扩展翼(11)；所述短舱(12)设置于所述外翼段(2)上，并且顶部设有可变距旋翼(1)，所述短舱(12)内设有用于驱动所述可变距旋翼(1)转动的旋翼旋转驱动系统；

所述尾翼为T型结构，包括垂尾(8)和平尾(5)，所述垂尾(8)的下端与所述机身(4)连接，上端与所述平尾(5)连接；所述内翼段(3)的后缘可转动地设有机翼副翼舵面(6)，所述垂尾(8)和平尾(5)的后缘分别转动连接有垂尾舵面(9)和平尾舵面(7)；

当倾转外翼段旋转至可变距旋翼(1)的桨盘平面平行于地面时，使可变距旋翼(1)产生的拉力垂直地面向上，给整机提供升力，通过两个同步反转的可变距旋翼(1)的变距来调整飞行器的姿态；

当飞行器转入倾转过渡模态后，通过可变距旋翼(1)的拉力变化与机翼副翼舵面(6)、平尾舵面(7)的偏转协同控制整机的姿态；

当进入固定翼模态后，关闭可变距旋翼(1)的周期变距，完全通过机翼副翼舵面(6)、平尾舵面(7)和垂尾舵面(9)控制整机的姿态；

通过扩展翼( 11） 的伸出来拓展整机的展弦比。

2.根据权利要求1所述的中型倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述外翼段(2)内设有与所述扩展翼(11)连接的伸缩驱动系统，所述伸缩驱动系统用于驱动所述外翼段(2)内的扩展翼(11)伸出或缩回。

3.根据权利要求1所述的中型倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述旋翼旋转驱动系统包括发动机及与所述发动机连接的减速机，所述减速机的输出轴与所述可变距旋翼(1)连接。

4.根据权利要求3所述的中型倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，与所述发动机连接的燃油输送管路经过所述内翼段(3)的内部，并且与所述机身(4)内部的油箱连接。

5.根据权利要求1所述的中型倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述机翼的弦长为可变距旋翼(1)的螺旋桨长度的30％-40％。

6.根据权利要求1所述的中型倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述内翼段(3)内设有用于驱动所述倾转外翼段转动的倾转驱动机构。

7.根据权利要求1所述的中型倾转旋翼无人飞行器，其特征在于，所述机翼副翼舵面(6)、垂尾舵面(9)和平尾舵面(7)的转动角度均为1-90度。

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