CN114987737A - 尾部主动变距涵道推进无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种尾部主动变距涵道推进无人飞行器，涉及无人飞行器技术领域，解决了现有技术中存在的无人飞行机运动模式单一的技术问题。该装置包括机身、尾部涵道装置、机翼和驱动装置，其中，尾部涵道装置与机身的尾部相连接，机身的侧壁与机翼可拆卸连接且机翼靠近尾部涵道装置，驱动装置安装在机身内且驱动装置的输出轴与尾部涵道装置相连接；尾部涵道装置包括变距螺旋桨机构、转向机构和壳体，壳体与机身相连接，变距螺旋桨机构位于壳体内且驱动装置的输出轴与变距螺旋桨机构相连接，驱动装置能驱动变距螺旋桨机构转动，转向机构安装在壳体内且转向机构和机身分别位于变距螺旋桨机构的两侧，转向机构能做摆动运动。

Description

尾部主动变距涵道推进无人飞行器

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，尤其是涉及一种尾部主动变距涵道推进无人飞行器。

背景技术

无人飞行器作为一种灵活性高、应用场景广、操作简单的无人驾驶航空器，自诞生以来就被广泛的应用于军民领域，在侦察、定位、运输、巡检、航拍等方面发挥了重要的作用。目前的无人飞行器可分为滑跑起降型无人机和垂直起降型无人机，前者多采用固定翼布局，需要通过地面滑跑、手掷或者专用发射装置弹射起飞，后者则通过特殊布局形式既能实现垂直起降，又能实现水平飞行，应用范围更加广泛。

现阶段投入使用的垂直起降无人机又可分为两类，一类是推力定向型，该类飞行器的飞行速度方向和与旋翼旋转轴垂直，桨叶产生的推力固定用作升力或拉力，例如传统直升机布局、固定翼旋翼复合式布局、多旋翼布局等。另一类是推力换向型，该类飞行器的飞行速度方向与旋翼旋转轴平行，旋翼产生的推力既可以用作升力，也可以充当拉力，力的作用效果可以相互转换，例如倾转旋翼布局、倾转涵道布局、尾座式布局等。加装滑流舵面的涵道飞行器作为一种推力换向型垂直起降无人机，其优势在于良好的安全性和隐蔽性，可在非航母类舰船、边境地带、城市复杂环境下起飞执行任务，且同时具备垂直起降、悬停和平飞的飞行能力，已成为目前无人飞行器研究开发的热点之一。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

在现有技术中，现有的垂直起降无人飞行机中，存在无人飞行机运动模式单一，起降过程繁琐等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供尾部主动变距涵道推进无人飞行器，以解决现有技术中存在的无人飞行机运动模式单一的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种尾部主动变距涵道推进无人飞行器，包括机身、尾部涵道装置、机翼和驱动装置，其中，所述尾部涵道装置与所述机身的尾部相连接，所述机身的侧壁与所述机翼可拆卸连接且所述机翼靠近所述尾部涵道装置，所述驱动装置安装在所述机身内且所述驱动装置的输出轴与所述尾部涵道装置相连接；

所述尾部涵道装置包括变距螺旋桨机构、转向机构和壳体，所述壳体与所述机身相连接，所述变距螺旋桨机构位于所述壳体内且所述驱动装置的输出轴与所述变距螺旋桨机构相连接，所述驱动装置能驱动所述变距螺旋桨机构转动，所述转向机构安装在所述壳体内且所述转向机构和所述机身分别位于所述变距螺旋桨机构的两侧，所述转向机构能做摆动运动。

可选地，所述转向机构包括偏转板、分流板、连接轴和驱动器，所述分流板的一端与所述连接轴的侧壁相连接，所述分流板的另一端与所述壳体的内壁相连接，所述分流板通过所述驱动器与所述偏转板相连接，所述驱动器能驱动所述偏转板做摆动运动。

可选地，所述偏转板、所述分流板和所述驱动器三者的个数均为多个且数量一致，所有所述偏转板沿所述连接轴的周向分布，所有所述分流板沿所述连接轴的周向分布，所有所述驱动器沿所述连接轴的周向分布。

可选地，所述分流板内部为中空结构。

可选地，所述偏转板的剖面为翼型结构。

可选地，所述尾部涵道装置还包括起落架，所述起落架与所述壳体的外壁相连接；

所述壳体采用翼型剖面，所述壳体设置有倒锥角，所述壳体通过连接架与所述机身相连接。

可选地，所述变距螺旋桨机构包括与所述驱动装置的输出轴传动连接的动力输入轴、转动连接在所述动力输入轴周向上的若干个旋翼夹座、带动所述旋翼夹座与所述动力输入轴产生相对转动的调节组件。

可选地，所述调节组件包括与各个所述旋翼夹座分别转动连接的若干个连接杆、与所有所述连接杆均转动连接的滑座、套在所述动力输入轴周围且转动连接的推动盘、用于防止所述推动盘转动的固定杆、用于带动所述推动盘往复位移的曲柄连杆结构、驱动所述曲柄连杆结构运行的舵机，所述旋翼夹座与所述推动盘分别位于所述滑座的两侧。

可选地，还包括副翼和驱动设备，所述副翼与所述机翼的外侧后缘铰接连接，所述驱动设备与所述副翼相连接且所述驱动设备能驱动副翼转动。

可选地，还包括自动驾驶系统和远程遥控装置，所述自动驾驶系统安装在所述机身上，所述自动驾驶系统能控制所述尾部涵道装置运行，所述远程遥控装置与所述自动驾驶系统通信连接。

本发明提供的一种尾部主动变距涵道推进无人飞行器，驱动装置可以用来驱动变距螺旋桨机构转动，使得机身获得推力，从而尾部主动变距涵道推进无人飞行器可以飞行，而在尾部主动变距涵道推进无人飞行器在飞行的过程中，通过改变转向机构的偏转角度，使得变距螺旋桨机构产生的风向被改变，从而可以使得尾部主动变距涵道推进无人飞行器的飞行模式进行改变，可以在悬停模式与平飞模式进行切换，解决了现有技术中存在的无人飞行机运动模式单一的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。

图1是本发明实施例提供的尾部主动变距涵道推进无人飞行器的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的尾部主动变距涵道推进无人飞行器的主示意图；

图3是本发明实施例提供的尾部主动变距涵道推进无人飞行器的侧示意图；

图4是本发明实施例提供的尾部主动变距涵道推进无人飞行器的另一角度的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的尾部主动变距涵道推进无人飞行器的尾部涵道装置的内部结构示意图；

图6是本发明实施例提供的尾部主动变距涵道推进无人飞行器的变距螺旋桨机构的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的尾部主动变距涵道推进无人飞行器的飞行模式转换过程示意图。

图1-图7中：

1、机身；2、尾部涵道装置；3、机翼；4、副翼；21、变距螺旋桨机构；22、转向机构；23、壳体；24、起落架；25、连接架；211、动力输入轴；212、旋翼夹座；213、连接杆；214、滑座；215、推动盘；216、固定杆；217、舵机；218、固定支杆；219、L型摇臂；220、舵机摇臂；221、偏转板；222、分流板；223、连接轴；224、驱动器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″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，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″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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″安装″、″相连″、″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。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参考图1-图4、图7，本发明提供了一种尾部主动变距涵道推进无人飞行器，包括机身1、尾部涵道装置2、机翼3和驱动装置，其中，尾部涵道装置2与机身1的尾部相连接，机身1的侧壁与机翼3可拆卸连接且机翼3靠近尾部涵道装置2，驱动装置安装在机身1内且驱动装置的输出轴与尾部涵道装置2相连接，驱动装置可以为电动机；

尾部涵道装置2包括变距螺旋桨机构21、转向机构22和壳体23，壳体23与机身1相连接，变距螺旋桨机构21位于壳体23内且驱动装置的输出轴与变距螺旋桨机构21相连接，壳体23将变距螺旋桨机构21与外界环境分隔，可很好的保护地面操作人员安全，降低噪声传播，提升无人飞行器的隐蔽性，驱动装置能驱动变距螺旋桨机构21转动，转向机构22安装在壳体23内且转向机构22和机身1分别位于变距螺旋桨机构21的两侧，转向机构22能做摆动运动。本发明提供的一种尾部主动变距涵道推进无人飞行器，驱动装置可以用来驱动变距螺旋桨机构21转动，使得机身1获得推力，从而尾部主动变距涵道推进无人飞行器可以飞行，而在尾部主动变距涵道推进无人飞行器在飞行的过程中，通过改变转向机构22的偏转角度，使得变距螺旋桨机构21产生的风向被改变，从而可以使得尾部主动变距涵道推进无人飞行器的飞行模式进行改变，可以在悬停模式与平飞模式进行切换，解决了现有技术中存在的无人飞行机运动模式单一的技术问题。

实施例2：

请参考图4-图5，作为可选地实施方式，转向机构22包括偏转板221、分流板222、连接轴223和驱动器224，分流板222的一端与连接轴223的侧壁相连接，分流板222的另一端与壳体23的内壁相连接，分流板222通过驱动器224与偏转板221相连接，驱动器224可以为舵机，驱动器224能驱动偏转板221做摆动运动。分流板222的侧边设置有凹陷口，驱动器224安装在凹陷口内，驱动器224的转动端与偏转板221相连接。

作为可选地实施方式，偏转板221、分流板222和驱动器224三者的个数均为多个且数量一致，偏转板221、分流板222和驱动器224三者一一对应，所有偏转板221沿连接轴223的周向分布，所有分流板222沿连接轴223的周向分布，所有驱动器224沿连接轴223的周向分布。每个偏转板221偏转角度的变化，进而可以使得尾部主动变距涵道推进无人飞行器的转向的变化。

作为可选地实施方式，分流板222内部可以为中空结构。偏转板221的剖面可以为翼型结构。

作为可选地实施方式，尾部涵道装置2还包括起落架24，起落架24与壳体23的外壁相连接，起落架24的个数为四个，起落架24以90°的间隔环向分布在壳体23的外壁上，起落架24用于在起飞降落时支撑机体结构，保护其部件免受破坏。起落架24可加装特殊材料的弹簧减震机构，更好的避免尾部主动变距涵道推进无人飞行器在降落时遭受损伤，提高降落容错率；

壳体23采用翼型剖面，可抑制螺旋桨桨尖涡形成，降低尾流能量损失，同时壳体口可以产生一定附加推力，壳体23设置有倒锥角，用于改善壳体23内部绕流分布，提高壳体23的有效升力面积，壳体23通过连接架25与机身1相连接。

实施例3：

请参考图6，作为具体的实施方式，设置变距螺旋桨机构21包括动力输入轴211、旋翼夹座212、调节组件，其中，动力输入轴211与驱动装置的输出轴传动连接，旋翼夹座212设有若干个且均转动连接在动力输入轴211周向上，调节组件用于带动旋翼夹座212与动力输入轴211产生相对转动，旋翼夹座212具体设置为对称的两个。

作为可选的实施方式，调节组件包括连接杆213、滑座214、推动盘215、固定杆216、曲柄连杆结构、舵机217，其中，连接杆213的数量与旋翼夹座212对应，各个旋翼夹座212上均转动连接有连接杆213，滑座214与所有连接杆213均转动连接，即各个连接杆213的一端与对应的旋翼夹座212分别铰接，且另一端均与滑座214铰接，推动盘215套在动力输入轴211周围且通过轴承与动力输入轴211转动连接，舵机217驱动曲柄连杆结构运行，曲柄连杆结构带动推动盘215往复位移，固定杆216用于防止推动盘215转动，具体设置为推动盘215的侧壁上设有凸柱，与机身1位置相对固定的固定杆216中有容纳凸柱的条孔，以使推动盘215沿动力输入轴211轴向方向直线位移，曲柄连杆结构具体可设置为包括固定支杆218、L型摇臂219和舵机摇臂220，固定支杆218与机身1位置相对固定且与L型摇臂219的弯折处转动连接，L型摇臂219一端上设有的滑槽与推动盘215侧壁上设有的固定柱滑动连接，L型摇臂219另一端上设有的固定柱与舵机摇臂220上设有的滑槽滑动连接，舵机217与舵机摇臂220传动连接、以驱动舵机摇臂220转动，旋翼夹座212与推动盘215分别位于滑座214的两侧。

如此设置，驱动装置在驱动动力输入轴211转动时，动力输入轴211、旋翼夹座212、连接杆213、滑座214也会进行转动，当舵机217驱动舵机摇臂220旋转时，使得L型摇臂219绕固定支杆218转动，从而移动推动盘215进行偏移，同时使得滑座214上下移动，进而使得旋翼夹座212转动，进而改变桨距。

实施例4：

作为可选地实施方式，还包括副翼4和驱动设备，副翼4与机翼3的外侧后缘铰接连接，驱动设备与副翼4相连接且驱动设备能驱动副翼4转动。机身1和机翼3均采用复合材料制成，质量轻，机翼3能快捷的从机身1上拆卸下来，以此减小无人飞行器的占地空间，方便运输携带。机翼3采用上单翼布局，更进一步的采用大展弦比上单翼布局，用于保证无人飞行器长航时，高速巡航性能。副翼4的转动可实现对平飞时滚转姿态的控制；机翼3的下侧安装有微型导弹，可以目标进行精准打击。

机身1包括圆形剖面机体和方形剖面机体，圆形剖面机体和方形剖面机体两者的端部圆滑过渡连接，该设计外形可在保持良好气动外形的前提下，增加机身1内腔空间容量，可以容纳更多的有效载荷，方形剖面机体的自由端与尾部涵道装置2相连接。机身1的头部可以连接有头部涵道装置，头部涵道装置用于为机身1提供推力。

实施例5：

作为可选地实施方式，还包括自动驾驶系统和远程遥控装置，自动驾驶系统安装在机身1上，自动驾驶系统能控制尾部涵道装置2运行，远程遥控装置与自动驾驶系统通信连接。自动驾驶系统包括传感器、自动驾驶仪、油箱和双光吊舱，传感器、自动驾驶仪和油箱均安装在机身1的内部，双光吊舱连接在机身1的外壁上，传感器与自动驾驶仪电连接，驱动装置、驱动器224和驱动设备均与自动驾驶仪电连接，传感器用于监测尾部主动变距涵道推进无人飞行器的飞行参数并能将飞行参数传递给自动驾驶仪，飞行参数可以包括飞行器位置、地速、空速、高度、姿态等运动参数，自动驾驶仪能接受飞行参数并能根据飞行参数控制驱动装置、驱动器224和驱动设备运行，自动驾驶仪通过获取的飞行参数对当前飞行姿态以及目标飞行姿态进行判断，做出目标姿态的轨迹命令，进而控制驱动装置、驱动器224和驱动设备运行状态，油箱用于存储燃油，双光吊舱用于远距离图传以及对目标的跟踪定位。地面操作人员还可以通过远程遥控装置进行操作无人飞行器。

当无人飞行器需要调整飞行姿态进行机动时，首先通过传感器将监测到的飞行参数传递给自动驾驶仪，自动驾驶仪通过飞行参数对当前飞行姿态与目标飞行姿态进行判断，进而计算出偏转板221的偏转量，进而控制驱动器224启动，从而控制偏转板221转动到指定角度，实现无人飞行器姿态变换。在偏转板221发生偏转时，一部分偏转板221会进行大角度偏转，另一部分偏转板221会进行小角度偏转，以此来引导壳体23内气流走向，实现高精度、快响应的位置姿态控制。

当无人飞行器处于悬停模式时，推力与重力方向基本平行，维持飞行的所需常态力矩很小，整体驱动难度不大。当无人飞行器处于固定翼巡航模式时，副翼4介入姿态控制，提供主要的滚转力矩，当无人飞行器进行俯仰、偏航控制时需加入偏转板221进行驱动控制。

实施例6：

请参考图7，下面介绍本发明中尾部主动变距涵道推进无人飞行器垂直起降模式过渡过程：

起飞时，先将无人飞行器竖直放置于地面，机身1主轴垂直于地面，通过起落架24支撑机体，由驱动装置带动变距螺旋桨机构21转动。变距螺旋桨机构21产生的力用于克服无人飞行器垂直起飞和悬停时自身重力，完成垂直起降过程。

当无人飞行器上升到一定高度后，通过自动驾驶系统的指令控制驱动器224带动所有偏转板221偏转，同时过程中调节副翼4，让机身1产生倾转低头力矩，无人飞行器沿垂直于机身1主轴的旋转轴转动，机头逐渐前倾并下拉，这时无人飞行器由悬停模式转换到了飞行模式过渡阶段。

随无人飞行器头部不断前倾，迎角不断减小，变距螺旋桨机构21产生的力逐渐转变为水平飞行动力，机翼3从失速中恢复，产生的升力用于克服全机重力，偏转板221偏角复位，此时无人飞行器进入高速巡航阶段。

当无人飞行器任务结束，到降落阶段，通过自动驾驶系统的指令控制驱动器224带动偏转板221以及副翼4偏转，使无人飞行器沿垂直于机身主轴的横向旋转轴转动，爬升一段距离，并伴随机头上拉，最终变距螺旋桨机构21产生的力方向与无人飞行器重力平行，当变距螺旋桨机构21转速降低，产生的力小于无人飞行器自身重力时，无人飞行器将产生一个向下的速度缓缓垂直降落。

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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，包括机身(1)、尾部涵道装置(2)、机翼(3)和驱动装置，其中，

所述尾部涵道装置(2)与所述机身(1)的尾部相连接，所述机身(1)的侧壁与所述机翼(3)可拆卸连接且所述机翼(3)靠近所述尾部涵道装置(2)，所述驱动装置安装在所述机身(1)内且所述驱动装置的输出轴与所述尾部涵道装置(2)相连接；

所述尾部涵道装置(2)包括变距螺旋桨机构(21)、转向机构(22)和壳体(23)，所述壳体(23)与所述机身(1)相连接，所述变距螺旋桨机构(21)位于所述壳体(23)内且所述驱动装置的输出轴与所述变距螺旋桨机构(21)相连接，所述驱动装置能驱动所述变距螺旋桨机构(21)转动，所述转向机构(22)安装在所述壳体(23)内且所述转向机构(22)和所述机身(1)分别位于所述变距螺旋桨机构(21)的两侧，所述转向机构(22)能做摆动运动。

2.根据权利要求1所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，所述转向机构(22)包括偏转板(221)、分流板(222)、连接轴(223)和驱动器(224)，所述分流板(222)的一端与所述连接轴(223)的侧壁相连接，所述分流板(222)的另一端与所述壳体(23)的内壁相连接，所述分流板(222)通过所述驱动器(224)与所述偏转板(221)相连接，所述驱动器(224)能驱动所述偏转板(221)做摆动运动。

3.根据权利要求2所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，所述偏转板(221)、所述分流板(222)和所述驱动器(224)三者的个数均为多个且数量一致，所有所述偏转板(221)沿所述连接轴(223)的周向分布，所有所述分流板(222)沿所述连接轴(223)的周向分布，所有所述驱动器(224)沿所述连接轴(223)的周向分布。

4.根据权利要求2所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，所述分流板(222)内部为中空结构。

5.根据权利要求2所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，所述偏转板(221)的剖面为翼型结构。

6.根据权利要求1所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，所述尾部涵道装置(2)还包括起落架(24)，所述起落架(24)与所述壳体(23)的外壁相连接；

所述壳体(23)采用翼型剖面，所述壳体(23)设置有倒锥角，所述壳体(23)通过连接架(25)与所述机身(1)相连接。

7.根据权利要求1所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，所述变距螺旋桨机构(21)包括与所述驱动装置的输出轴传动连接的动力输入轴(211)、转动连接在所述动力输入轴(211)周向上的若干个旋翼夹座(212)、带动所述旋翼夹座(212)与所述动力输入轴(211)产生相对转动的调节组件。

8.根据权利要求7所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，所述调节组件包括与各个所述旋翼夹座(212)分别转动连接的若干个连接杆(213)、与所有所述连接杆(213)均转动连接的滑座(214)、套在所述动力输入轴(211)周围且转动连接的推动盘(215)、用于防止所述推动盘(215)转动的固定杆(216)、用于带动所述推动盘(215)往复位移的曲柄连杆结构、驱动所述曲柄连杆结构运行的舵机(217)，所述旋翼夹座(212)与所述推动盘(215)分别位于所述滑座(214)的两侧。

9.根据权利要求1所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，还包括副翼(4)和驱动设备，所述副翼(4)与所述机翼(3)的外侧后缘铰接连接，所述驱动设备与所述副翼(4)相连接且所述驱动设备能驱动副翼(4)转动。

10.根据权利要求1所述的尾部主动变距涵道推进无人飞行器，其特征在于，还包括自动驾驶系统和远程遥控装置，所述自动驾驶系统安装在所述机身(1)上，所述自动驾驶系统能控制所述尾部涵道装置(2)运行，所述远程遥控装置与所述自动驾驶系统通信连接。

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