CN113443134A - 升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，涉及航空技术领域，具体由机尾坐立式垂直起降飞行器机体、嵌入式可变体收放升力桨叶系统及可折叠机翼组成。嵌入式可变体收放升力桨叶系统嵌入式安装在机身内部，机尾坐立式垂直起降飞行器垂直起降、悬停、模式过渡及非常规条件下姿态调整时，嵌入式可变体收放升力桨叶系统展开成多旋翼系统为飞行器提供升力及部分推力。从而在机尾坐立式垂直起降的方案中，实现了升力桨叶可变体收放，同时还能有效的容纳桨叶系统的支杆长度，避免了过度集中的流固耦合影响。

Description

升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器

技术领域

本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器。

背景技术

在现有技术中，通常会采用常规固定翼气动布局结合“X”形四轴布局，具有垂直起降、悬停、高速巡航等飞机状态。通过垂直尾翼上安装的变桨距螺旋桨和机翼上安装的具有倾角的四轴电机增加了偏航控制力矩，保证了大转动惯量复合翼无人机低速飞行状态下的鲁棒性和控制精度。虽然实现了垂直起降、悬停及高速巡航等功能，但是由于垂直起降/悬停与高速巡航的升力/推力产生为两套动力系统，垂直起降/悬停状态下，前置的推力螺旋桨不产生功效，高速巡航时升力螺旋桨不产生功效，形成较大的废重并带来比较严重的气动损耗。

而若采用固定翼飞行能力的高速多旋翼垂直起降(VTOL)飞行器方案，高速VTOL飞行器可包含相对于所述飞行器在主翼上的纵轴等距地定位的至少两个推力产生旋翼以及相对于所述飞行器在垂直翼上的纵轴等距地定位的至少两个推力产生旋翼。虽然也具备垂直起降、悬停及高速巡航等功能，但是由于采用多旋翼动力方式，与机翼耦合较大，不利于高速巡航状态下的气动效率。

还有的技术中，将多旋翼无人机和固定翼无人机整合为一体，且结合串列翼的设计，使得无人机可以具有多种姿态。虽然该无人机既可以如多旋翼无人机垂直起降、空中悬停、低速飞行，也可以如固定翼无人机滑越起飞，高速巡航，但是为实现推力换向，该无人机需增设复杂的倾转机构，增加了机体重量降低了可靠性。另外无人机垂直起降/悬停及高速巡航使用同一套动力系统，其推重比要求根据不同模式呈非线性变化，不利于发动机的高效运转，降低了发动机使用寿命。

因此还需要进一步优化变体收放的机尾结构。

发明内容

本发明的实施例提供一种升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，实现了升力桨叶可变体收放，同时还能有效的容纳桨叶系统的支杆长度，避免了过度集中的流固耦合影响。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

其结构至少包括：机头（1）、机身（2）、V尾起落架（31）、尾翼（32）、机翼（41）、襟翼（42）、副翼（43）、机翼旋转驱动机构（5）、集成传感器（6）和推力系统（7）；V尾起落架（31）安装于机身（2）尾部，并以对称V形结构对称设置在机身（2）上下两侧；尾翼（32）铰接安装于V尾起落架（31）上；机翼（41）安装在机身（2）中段，且机翼（41）单侧翼展长度小于机翼旋转驱动机构（5）至V尾起落架（31）底端长度；襟翼（42）与副翼（43）对称安装在机翼（41）两侧；推力系统（7）安装在机身（2）的尾端。

本发明实施例提供的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，由机尾坐立式垂直起降飞行器机体、嵌入式可变体收放升力桨叶系统及可折叠机翼组成。嵌入式可变体收放升力桨叶系统嵌入式安装在机身内部，机尾坐立式垂直起降飞行器垂直起降、悬停、模式过渡及非常规条件下姿态调整时，嵌入式可变体收放升力桨叶系统展开成多旋翼系统为飞行器提供升力及部分推力，巡航状态下，嵌入式可变体收放升力桨叶系统可收纳进机身内部，以降低气动阻力，同时搭配可折叠机翼，减少了机尾坐立式垂直起降飞行器垂直起降、悬停时的迎风面积，降低了操纵难度和停放面积，巡航状态下，可折叠机翼展开，为机尾坐立式垂直起降飞行器提供主要升力。从而在机尾坐立式垂直起降的方案中，实现了升力桨叶可变体收放，同时还能有效的容纳桨叶系统的支杆长度，避免了过度集中的流固耦合影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的状态过渡模式示意图；

图2为本发明实施例提供的空中巡航模式示意图；

图3为本发明实施例提供的具体结构示意图。

1-机头、2-机身、31-V尾起落架、32-尾翼、41-机翼、42-襟翼、43-副翼、5-机翼旋转驱动机构、6-集成传感器、7-推力系统，81-收放升力桨叶系统上安装板、82-桨叶收放驱动装置、83-桨叶上连接杆、84-螺旋桨叶、85-螺旋桨旋转驱动装置、86-螺旋桨连接头、87-螺旋桨驱动电机、88-电机安装座、89-桨叶下连接杆、810-桨叶下连接支座和811-收放升力桨叶系统下安装板。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。下文中将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明实施例提供一种升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，如图1-3所示，包括：

其结构至少包括：机头（1）、机身（2）、V尾起落架（31）、尾翼（32）、机翼（41）、襟翼（42）、副翼（43）、机翼旋转驱动机构（5）、集成传感器（6）和推力系统（7）。V尾起落架（31）安装于机身（2）尾部，并以对称V形结构对称设置在机身（2）上下两侧。尾翼（32）铰接安装于V尾起落架（31）上。机翼（41）安装在机身（2）中段，且机翼（41）单侧翼展长度小于机翼旋转驱动机构（5）至V尾起落架（31）底端长度。襟翼（42）与副翼（43）对称安装在机翼（41）两侧。推力系统（7）安装在机身（2）的尾端。

具体的，集成传感器（6）安装在V尾起落架（31）前缘外侧，用于无相对运动悬停状态下的高精度姿态测量。推力系统（7），用于巡航状态下为机尾坐立式垂直起降飞行器提供推力。机翼（41）通过轴套安装在机身（2）中段，以便于机翼（41）通过机翼旋转驱动机构（5）围绕与机身（2）的连接点向机尾旋转。例如：右侧机翼顺时针，左侧机翼逆时针转。

本实施例中，还包括：嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）。在嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）中，包括：收放升力桨叶系统上安装板（81）、桨叶收放驱动装置（82）、桨叶上连接杆（83）、螺旋桨叶（84）、螺旋桨旋转驱动装置（85）、螺旋桨连接头（86）、螺旋桨驱动电机（87）、电机安装座（88）、桨叶下连接杆（89）、桨叶下连接支座（810）和收放升力桨叶系统下安装板（811）。

其中，嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）通过收放升力桨叶系统上安装板（81）与机头（1）固连，通过收放升力桨叶系统下安装板（811）与机身（2）固连。桨叶收放驱动装置（82）固定在收放升力桨叶系统上安装板（81）下方外缘处，桨叶收放驱动装置（82）与桨叶上连接杆（83）的一侧铰接。桨叶上连接杆（83）另一侧与电机安装座（88）固连，电机安装座（88）与桨叶下连接杆（89）的一端固连，桨叶下连接杆（89）另一端与桨叶下连接支座（810）铰接。

桨叶上连接杆（83）与桨叶下连接杆（89）平行，螺旋桨驱动电机（87）固连在电机安装座（88）上表面，螺旋桨连接头（86）与螺旋桨驱动电机（87）的输出端固连，螺旋桨旋转驱动装置（85）对称安装在螺旋桨连接头（86）内部，螺旋桨旋转驱动装置（85）输出端与螺旋桨叶（84）固连。

桨叶收放驱动装置（82）、桨叶上连接杆（83）、螺旋桨叶（84）、螺旋桨旋转驱动装置（85）、螺旋桨连接头（86）、螺旋桨驱动电机（87）、电机安装座（88）、桨叶下连接杆（89）和桨叶下连接支座（810）构成单旋翼部件。嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）中单旋翼部件的数量大于等于2，与收放升力桨叶系统上安装板（81）和收放升力桨叶系统下安装板（811）对称布置，其中，嵌入式可变体收放升力桨叶系统的几何对称中心与上下安装板的几何对称中心同心。

本发明实施例提供的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，由机尾坐立式垂直起降飞行器机体、嵌入式可变体收放升力桨叶系统及可折叠机翼组成。嵌入式可变体收放升力桨叶系统嵌入式安装在机身内部，机尾坐立式垂直起降飞行器垂直起降、悬停、模式过渡及非常规条件下姿态调整时，嵌入式可变体收放升力桨叶系统展开成多旋翼系统为飞行器提供升力及部分推力，巡航状态下，嵌入式可变体收放升力桨叶系统可收纳进机身内部，以降低气动阻力，同时搭配可折叠机翼，减少了机尾坐立式垂直起降飞行器垂直起降、悬停时的迎风面积，降低了操纵难度和停放面积，巡航状态下，可折叠机翼展开，为机尾坐立式垂直起降飞行器提供主要升力。

本实施例的主要优点在于：机尾坐立式垂直起降飞行器可具备垂直起降、悬停及高速巡航功能。当机尾坐立式垂直起降飞行器垂直起降、悬停状态时，嵌入式可变体收放升力桨叶系统展开成多旋翼系统为飞行器提供升力，可折叠机翼向机尾折叠，减少了的迎风面积，降低了操纵难度和停放面积。

当机尾坐立式垂直起降飞行器高速巡航时，嵌入式可变体收放升力桨叶系统可收纳进机身内部，以降低气动阻力，同时可折叠机翼展开，通过尾部推力系统产生前飞速度，可折叠机翼作为升力主要来源，降低了高速巡航状态的能耗。

并且，沿弦向收放的嵌入式可变体收放升力桨叶系统适配机尾坐立式垂直起降飞行器的机体空间，有效的容纳桨叶系统的支杆长度，避免了过度集中的流固耦合影响。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，其特征在于，其结构至少包括：机头（1）、机身（2）、V尾起落架（31）、尾翼（32）、机翼（41）、襟翼（42）、副翼（43）、机翼旋转驱动机构（5）、集成传感器（6）和推力系统（7）；

V尾起落架（31）安装于机身（2）尾部，并以对称V形结构对称设置在机身（2）上下两侧；

尾翼（32）铰接安装于V尾起落架（31）上；

机翼（41）安装在机身（2）中段，且机翼（41）单侧翼展长度小于机翼旋转驱动机构（5）至V尾起落架（31）底端长度；

襟翼（42）与副翼（43）对称安装在机翼（41）两侧；

推力系统（7）安装在机身（2）的尾端。

2.根据权利要求1所述的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，其特征在于，集成传感器（6）安装在V尾起落架（31）前缘外侧，用于无相对运动悬停状态下的高精度姿态测量；

推力系统（7），用于巡航状态下为机尾坐立式垂直起降飞行器提供推力。

3.根据权利要求1所述的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，其特征在于，其结构还包括：嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）；

在嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）中，包括：收放升力桨叶系统上安装板（81）、桨叶收放驱动装置（82）、桨叶上连接杆（83）、螺旋桨叶（84）、螺旋桨旋转驱动装置（85）、螺旋桨连接头（86）、螺旋桨驱动电机（87）、电机安装座（88）、桨叶下连接杆（89）、桨叶下连接支座（810）和收放升力桨叶系统下安装板（811）。

4.根据权利要求3所述的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，其特征在于，嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）通过收放升力桨叶系统上安装板（81）与机头（1）固连，通过收放升力桨叶系统下安装板（811）与机身（2）固连；

桨叶收放驱动装置（82）固定在收放升力桨叶系统上安装板（81）下方外缘处，桨叶收放驱动装置（82）与桨叶上连接杆（83）的一侧铰接；

桨叶上连接杆（83）另一侧与电机安装座（88）固连，电机安装座（88）与桨叶下连接杆（89）的一端固连，桨叶下连接杆（89）另一端与桨叶下连接支座（810）铰接。

5.根据权利要求4所述的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，其特征在于，桨叶上连接杆（83）与桨叶下连接杆（89）平行，螺旋桨驱动电机（87）固连在电机安装座（88）上表面，螺旋桨连接头（86）与螺旋桨驱动电机（87）的输出端固连，螺旋桨旋转驱动装置（85）对称安装在螺旋桨连接头（86）内部，螺旋桨旋转驱动装置（85）输出端与螺旋桨叶（84）固连。

6.根据权利要求5所述的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，其特征在于，桨叶收放驱动装置（82）、桨叶上连接杆（83）、螺旋桨叶（84）、螺旋桨旋转驱动装置（85）、螺旋桨连接头（86）、螺旋桨驱动电机（87）、电机安装座（88）、桨叶下连接杆（89）和桨叶下连接支座（810）构成单旋翼部件；

嵌入式可变体收放升力桨叶系统（8）中单旋翼部件的数量大于等于2，与收放升力桨叶系统上安装板（81）和收放升力桨叶系统下安装板（811）对称布置。

7.根据权利要求1所述的升力桨叶可变体收放的机尾坐立式垂直起降飞行器，其特征在于，机翼（41）通过轴套安装在机身（2）中段，以便于机翼（41）通过机翼旋转驱动机构（5）围绕与机身（2）的连接点向机尾旋转。

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