CN114275157A - 复合翼无人机及气动平衡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合翼无人机及气动平衡方法，包括机身、位于机身两侧的机翼、位于机身前端的主旋翼以及安装于机翼的辅助旋翼；还包括气动平衡机构，所述气动平衡机构包括安装于机身的气室和连接于气室的引流管，每两根引流管为一组，一组所述引流管包括分别位于机身两侧机翼的左引流管和右引流管，能够降低无人机在悬停或者起降过程中产生的失稳现象，提高无人机的操控性，提高无人机使用的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及航空飞行领域，具体涉及一种复合翼无人机及气动平衡方法。
背景技术
无人机在垂直起降飞行的过程中，容易受到自然风的影响，而无人机本身的螺旋桨提供的动力无法实现气动平衡，使得无人机在空中悬停或者起降过程中大幅度的摇摆，这不仅对无人机操控体验、航拍云台抖动频率、电池续航时间带来极大的影响，甚至无人机在起降过程中无人机机翼与地面发生碰撞而造成机翼的破损。
因此，为解决以上问题，需要一种复合翼无人机及气动平衡方法，能够降低无人机在悬停或者起降过程中产生的失稳现象，提高无人机的操控性，提高无人机使用的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供复合翼无人机及气动平衡方法，能够降低无人机在悬停或者起降过程中产生的失稳现象，提高无人机的操控性，提高无人机使用的安全性。
本发明的复合翼无人机及气动平衡方法，包括机身、位于机身两侧的左机翼和右机翼、位于机身前端的主旋翼以及安装于机翼的辅助旋翼；还包括气动平衡机构，所述气动平衡机构包括安装于机身的气室和连接于气室的引流管，每两根引流管为一组，一组所述引流管包括分别位于机身两侧机翼的左引流管和右引流管，所述左引流管的出气方向和右引流管的出气方向相同。
进一步，所述引流管的出气口位于机翼远离机身的端部。
进一步，所述引流管呈“L”形，所述引流管的出气口沿竖直方向位于机翼的底部。
进一步，所述引流管为两组，两组引流管沿机身长度方向相互平行的间隔布置。
进一步，两组所述引流管的出气方向相同。
进一步，所述左引流管的中心轴线和右引流管的中线轴线相重合。
进一步，所述引流管沿机身的宽度方向向外延伸并向下弯折形成“L”形，所述引流管的折弯处为弧形。
进一步，所述辅助旋翼包括安装于机翼的中心撑杆和安装于中心撑杆的前旋翼和后旋翼，所述前旋翼和后旋翼沿机身长度方向分设在机翼的两侧。
进一步，每两只辅助旋翼为一组，一组所述辅助旋翼包括分别位于机身两侧机翼的左辅助旋翼和右辅助旋翼，所述左辅助旋翼的中心轴线和右辅助旋翼的中心轴线平行于机身的中心轴线。
本发明还公开了一种气动平衡方法，包括所述的复合翼无人机，还包括安装于气动平衡机构的吸气装置、气压增压装置、信号接收处理装置和阀门，所述吸气装置用于对气室提供气源，所述气压增压装置用于对气源加压，并通过信号接收处理装置和阀门的配合将加压后气源从预设位置喷出，所述阀门用于控制加压后气源喷出的流速和流量；
操作步骤如下：
a、启动复合翼无人机，由信号接收处理装置监测复合翼无人机的飞行状态，所述的飞行状态包括可自由控制复合翼无人机飞行起降的稳定状态和不可自由控制复合翼无人机飞行起降的失稳状态；
b、当复合翼无人机处于1秒以上持续失稳状态时，启动气压增压装置和阀门对预设位置喷射气流，使复合翼无人机恢复稳定状态，所述的预设位置至少包括分别位于机身两侧的左引流管的出气口和右引流管的出气口；
c、当预设位置超过两个，并两个预设位置不位于机身的同一侧时，保持复合翼无人机的飞行状态2秒以上后，关闭气压增压装置和阀门。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种复合翼无人机及气动平衡方法，通过将主旋翼、左机翼、右机翼和辅助旋翼集成在机身上，使得复合翼无人机可垂直起降，续航时间长，结合了固定翼和多旋翼无人机的优势，不需要跑道即可垂直起降，执行飞行任务时切换至固定翼姿态，拥有更长的续航时间，可进行大范围的航测作业，并具备可快速拆装，机动性能强的特点，所述辅助旋翼包括安装于机翼的中心撑杆和安装于中心撑杆的前旋翼和后旋翼，所述气室的进气口位于中心撑杆的中部，同时中心撑杆的中部位于机翼的底部，提高气室吸气时无人机的稳定性，所述前旋翼和后旋翼沿机身长度方向分设在机翼的两侧；每两只辅助旋翼为一组，一组所述辅助旋翼包括分别位于机身两侧机翼的左辅助旋翼和右辅助旋翼，所述左辅助旋翼的中心轴线和右辅助旋翼的中心轴线平行于机身的中心轴线，使得无人机的对称性更强，并且使得无人机的重心位于无人机的中部，平衡性得到大幅度提升，同时平行于机身轴线方向位于机身两侧的左辅助旋翼和右辅助旋翼可进一步提升机身垂直起降的动力性；本方案中还包括安装于机身的气室和连接于气室的引流管，每两根引流管为一组，一组所述引流管包括分别位于机身两侧机翼的左引流管和右引流管，所述左引流管的出气方向和右引流管的出气方向相同，所述左引流管的中心轴线和右引流管的中线轴线相重合，出气方向相同并分设于机身两侧的左引流管和右引流管可为机身提供飞行修正动力，所述气室用于储存并对气体加压，所述引流管用于将气室内加压后的气体喷出，喷射的气流会对机翼起到调整修正的作用，提升飞机的气动稳定性。克服了飞机在悬停或者垂直起降过程中的遇风大幅摆动现象，向下喷出可控的增压气体来提升飞机的气动稳定性，通过吸气装置吸取大气中气体输送至气压增压装置将气体增压，复合翼垂直起降飞机遇大风后在空中摆动，此时飞机水平传感仪向气动平衡装置的信号接收处理装置发出信号，装置收到信号之后通过控制可控阀门的闭合大小来控制各喷气口喷出的高压气体流量，从而达到各喷气孔高压气体喷出的精准控制，以提升复合翼无人机垂直起降的气动平衡。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主视结构示意图；
图3为本发明的俯视结构示意图；
图4为本发明图3的A-A向结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，如图所示，本实施例中的复合翼无人机包括机身1、位于机身1两侧的左机翼2和右机翼3、位于机身1前端的主旋翼4以及安装于机翼的辅助旋翼；还包括气动平衡机构，所述气动平衡机构包括安装于机身1的气室01和连接于气室01的引流管，每两根引流管为一组，一组所述引流管包括分别位于机身1两侧机翼的左引流管02和右引流管03，所述左引流管02的出气方向和右引流管03的出气方向相同。如图所示，本方案将主旋翼4、左机翼2、右机翼3和辅助旋翼集成在机身1上，使得复合翼无人机可垂直起降，续航时间长，结合了固定翼和多旋翼无人机的优势，不需要跑道即可垂直起降，执行飞行任务时切换至固定翼姿态，拥有更长的续航时间，可进行大范围的航测作业，并具备可快速拆装，机动性能强的特点，所述辅助旋翼包括安装于机翼的中心撑杆7和安装于中心撑杆7的前旋翼5和后旋翼6，所述气室01的进气口9位于中心撑杆7的中部，同时中心撑杆7的中部位于机翼的底部，提高气室01吸气时无人机的稳定性，所述前旋翼5和后旋翼6沿机身1长度方向分设在机翼的两侧；每两只辅助旋翼为一组，一组所述辅助旋翼包括分别位于机身1两侧机翼的左辅助旋翼和右辅助旋翼，所述左辅助旋翼的中心轴线和右辅助旋翼的中心轴线平行于机身1的中心轴线，使得无人机的对称性更强，并且使得无人机的重心位于无人机的中部，平衡性得到大幅度提升，同时平行于机身1轴线方向位于机身1两侧的左辅助旋翼和右辅助旋翼可进一步提升机身1垂直起降的动力性；本方案中还包括安装于机身1的气室01和连接于气室01的引流管，每两根引流管为一组，一组所述引流管包括分别位于机身1两侧机翼的左引流管02和右引流管03，所述左引流管02的出气方向和右引流管03的出气方向相同，所述左引流管02的中心轴线和右引流管03的中线轴线相重合，出气方向相同并分设于机身1两侧的左引流管02和右引流管03可为机身1提供飞行修正动力，所述气室01用于储存并对气体加压，所述引流管用于将气室01内加压后的气体喷出，喷射的气流会对机翼起到调整修正的作用，提升飞机的气动稳定性。
本实施例中，所述引流管的出气口8位于机翼远离机身1的端部。更进一步的引流管的出气口8位于机翼的翼尖，也就是左引流管02的出气口8位于左机翼2的翼尖，右引流管03的出气口8位于右机翼3的翼尖，位于翼尖的出气口8更具备平衡无人机的优势，由杠杆原理可得出无人机在发生偏转时支点一般位于无人机的重心，对远离无人机重心的翼尖施加较小的力即可完成对整体无人机的平衡，提高平衡效率，并具备对无人机机翼防护的作用，所述引流管呈“L”形，所述引流管的出气口8沿竖直方向位于机翼的底部，由于无人机的整体重心位于无人机的中部偏下，将引流管的出气口8设置在机翼的底部，可提高气流推动的稳定性，使无人机的重心始终处于无人机的中部位置，使得更快速的调整无人机至平稳的飞行状态，并且“L”形结构的引流管使得喷射路径被大幅度缩短，气体的喷射动力更强，所述引流管的结构还可以为弯折的“S”形或盘旋的涡流状，在此不再赘述，更进一步的所述引流管沿机身1的宽度方向向外延伸并向下弯折形成“L”形，所述引流管的折弯处为弧形，提高气动喷射气流的流畅性以及气流喷射时可在喷射出出气口8时通过弧形进一步提高喷射速度。
本实施例中，所述引流管为两组，两组引流管沿机身1长度方向相互平行的间隔布置，两组所述引流管的出气方向相同，如图所示，两组引流管共包括四个出气口8，并沿高度方向的投影四个出气口8呈矩形分布于左机翼2和右机翼3，使得更利于平衡机翼，并与周围气层存有多方位调整姿态的优势，同时两组引流管位于机身1同一侧的出气口8还可同时喷射气流，提高无人机平衡的反应速度以及对无人机快速平衡，当然，两组引流管还可设置相反的出气方向布置，同样具备对机翼快速平衡的优势，所述引流管的组数也可根据实际情况增减，在此不再赘述。
本发明还公开了一种气动平衡方法，包括所述的复合翼无人机，还包括安装于气动平衡机构的吸气装置、气压增压装置、信号接收处理装置和阀门，所述吸气装置用于对气室01提供气源，所述吸气装置的吸气口即为本方案位于中心撑杆7的中部连通中气室01的进气口9，所述气压增压装置用于对气源加压，并通过信号接收处理装置和阀门的配合将加压后气源从预设位置喷出，所述阀门用于控制加压后气源喷出的流速和流量；
操作步骤如下：
a、启动复合翼无人机，由信号接收处理装置监测复合翼无人机的飞行状态，所述的飞行状态包括可自由控制复合翼无人机飞行起降的稳定状态和不可自由控制复合翼无人机飞行起降的失稳状态；
b、当复合翼无人机处于1秒以上持续失稳状态时，启动气压增压装置和阀门对预设位置喷射气流，使复合翼无人机恢复稳定状态，所述的预设位置至少包括分别位于机身1两侧的左引流管02的出气口8和右引流管03的出气口8；
c、当预设位置超过两个，并两个预设位置不位于机身1的同一侧时，保持复合翼无人机的飞行状态2秒以上后，关闭气压增压装置和阀门，停止喷射气流；
d、复合翼无人机完成任务后收回关闭。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种复合翼无人机，其特征在于：包括机身、位于机身两侧的左机翼和右机翼、位于机身前端的主旋翼以及安装于机翼的辅助旋翼；还包括气动平衡机构，所述气动平衡机构包括安装于机身的气室和连接于气室的引流管，每两根引流管为一组，一组所述引流管包括分别位于机身两侧机翼的左引流管和右引流管，所述左引流管的出气方向和右引流管的出气方向相同。
2.根据权利要求1所述的复合翼无人机，其特征在于：所述引流管的出气口位于机翼远离机身的端部。
3.根据权利要求1所述的复合翼无人机，其特征在于：所述引流管呈“L”形，所述引流管的出气口沿竖直方向位于机翼的底部。
4.根据权利要求1所述的复合翼无人机，其特征在于：所述引流管为两组，两组引流管沿机身长度方向相互平行的间隔布置。
5.根据权利要求4所述的复合翼无人机，其特征在于：两组所述引流管的出气方向相同。
6.根据权利要求1所述的复合翼无人机，其特征在于：所述左引流管的中心轴线和右引流管的中线轴线相重合。
7.根据权利要求3所述的复合翼无人机及气动平衡方法，其特征在于：所述引流管沿机身的宽度方向向外延伸并向下弯折形成“L”形，所述引流管的折弯处为弧形。
8.根据权利要求1所述的复合翼无人机及气动平衡方法，其特征在于：所述辅助旋翼包括安装于机翼的中心撑杆和安装于中心撑杆的前旋翼和后旋翼，所述前旋翼和后旋翼沿机身长度方向分设在机翼的两侧。
9.根据权利要求1所述的复合翼无人机及气动平衡方法，其特征在于：每两只辅助旋翼为一组，一组所述辅助旋翼包括分别位于机身两侧机翼的左辅助旋翼和右辅助旋翼，所述左辅助旋翼的中心轴线和右辅助旋翼的中心轴线平行于机身的中心轴线。
10.一种基于如权利要求1-9任一项权利要求所述的复合翼无人机进行平衡控制的气动平衡方法，其特征在于：
操作步骤如下：
a、启动复合翼无人机，监测复合翼无人机的飞行状态，所述的飞行状态包括可自由控制复合翼无人机飞行起降的稳定状态和不可自由控制复合翼无人机飞行起降的失稳状态；
b、当复合翼无人机处于1秒以上持续失稳状态时，对预设位置喷射气流，使复合翼无人机恢复稳定状态，所述的预设位置至少包括分别位于机身两侧的左引流管的出气口和右引流管的出气口；
c、当预设位置超过两个，并两个预设位置不位于机身的同一侧时，保持复合翼无人机的飞行状态2秒以上后，停止喷射气流。
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