CN118062275A - 基于x翼型的串列翼布局的复合翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，属于无人飞行器技术领域，包括机头、动力控制装置以及飞翼，其中机身的前端活动设置有机头，并且，机身四周一体固定有四个主翼，主翼的端部分别安装有一个动力控制装置，动力控制装置与副翼扰流板传动连接，并利用副翼扰流板对四个主翼的上、下流速差进行调节，从而控制四个主翼的升力，机头适于沿机身的长度方向做伸缩活动，并能通过变幅机构带动飞翼展开，由此对飞行器的翼展比进行调节，从而改变机翼的诱导阻力，提高飞机的机动性和航程。此外，在机身的尾端弹性安装有机尾，飞行器在空中巡航时，利用呈锥体的机尾降低风阻，由此进一步提高飞行器的飞行里程和滞空时间。

Description

基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，具体涉及基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器。

背景技术

倾转旋翼机的飞行包线要同时大于常规直升机和螺旋桨飞机，在技术上由于发动机短舱可以倾转，使得倾转旋翼机既可以像直升机那样悬停或垂直飞行，也可以像固定翼飞机拥有较高的巡航速度以及较大的航程。这就意味着它可以执行比常规直升机和螺旋桨飞机更多的任务，先进性不言而喻。

但实际上，此类倾转旋翼机的飞行事故也层出不穷，因为倾转旋翼机旋翼半径要比同等吨位的直升机小得多，一旦发动机失效，由于其桨叶惯性矩较小，旋翼转速会快速下降，旋翼拉力迅速降低，致使倾转旋翼机快速坠向地面。另一方面，发动机短舱向前倾转，旋翼拉力方向逐渐由垂直向上转为水平向前，这就要求过程中飞行速度要不断增加，以增大机翼升力，保持全机垂向受力平衡以及俯仰力矩的平衡，但是，在这一过程中，旋翼尾流将产生畸变，旋翼与机翼会形成非常复杂的气动干扰，而且由于旋翼较小，诱导速度很大，气动干扰会非常强烈，这就使得飞行控制的难度大大增加，极易导致飞机坠落。

发明内容

为此，本发明提供基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，以解决现有技术中由于旋翼和固定翼互相干扰而导致飞机坠落的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明公开了基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，包括：

机头，尾部活动设置在机身的前端、并适于沿机身的长度方向做伸缩活动，所述机身的尾端弹性安装有机尾；

动力控制装置，分别安装在主翼的端部，所述机身四周一体固定有四个所述主翼、并呈X形布局，所述主翼上还安装有与所述动力控制装置传动连接的副翼扰流板；

飞翼，安装在变幅机构上，所述机头两侧对称安装有一对变幅机构、并适于通过所述变幅机构带动一对飞翼展开；

其中，飞行器在飞行过程中，包括如下飞行模式：

一、起飞模式，机身竖直向上，锥形尾和机尾支撑地面，旋翼水平高速旋转，带动机身、主翼和飞翼离开地面；

二、巡航模式，机身空中向上飞行时，飞翼展开、并且步进电机通过万向节带动飞翼偏转，调整机身姿态，使得机身水平向前行进，并通过调整板体偏转角度来控制行进方向；

三、降落模式，首先，利用飞翼和副翼扰流板，使得机身爬升，然后收拢飞翼，并提高旋翼转速，通过旋翼提供升力辅助机身减速降落。

进一步的，机身在巡航模式中关闭动力、并借助主翼和飞翼在空中滑翔，以降低能耗。

进一步的，所述变幅机构包括：

转轴，一端与飞翼同轴固定连接、另一端通过万向节与机头相连；

滑套，滑动套设在转轴上、并与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与机身铰接；

其中，当机头回缩时，通过万向节带动飞翼展开，同时所述机头适于通过万向节带动飞翼偏转。

进一步的，所述机头包括：

电池包，两端设置有一对步进电机，任意一个所述步进电机均与万向节相连；

监控摄像头，设置在所述电池包前端，所述电池包尾端设置有伸缩电机，所述伸缩电机的主轴与所述机身相连。

进一步的，所述副翼扰流板包括：

回转轴，沿所述主翼的长度方向转动设置，且端部与软轴一端同轴传动连接，所述软轴另一端与所述动力控制装置传动连接；

板体，长度方向与所述回转轴一体连接，并适于在所述动力控制装置的带动下与主翼形成偏转角度。

进一步的，动力控制装置包括：

旋翼，端部与高速电机同轴传动连接；

偏转电机，末端安装有锥形尾，偏转电机的前端与所述高速电机尾部同轴相连，且与所述软轴一端同轴传动连接。

进一步的，所述高速电机的数量若干，且均为伺服电机、并分别独立与控制器相连。

进一步的，所述锥形尾和机尾均为空心结构、并适于漂浮在水面上。

进一步的，所述机身、主翼和飞翼均为碳纤维结构。

进一步的，所述机身的尾端活动插设有机尾，且所述机尾与机身之间安装有弹簧。

进一步的，所述机身底部设置有led显示灯，以便在夜间追踪飞行器的方位。

本发明具有如下优点：

本申请公开的技术方案，不仅可以通过旋翼高速旋转提供升力，方便起飞降落，同时还可以通过旋翼提供诱导速度，同时利用主翼和飞翼提供升力，从而提高航程并降低能耗，相比较单纯仅采用旋翼或常规固定翼进行起飞的飞行器，其飞行效率得到明显提高。

此外，本发明公开了的飞行方式，主要利用飞翼和副翼扰流板改变机身的飞行姿态，使得机身在空中俯仰机动，然后通过高速转动的旋翼实现飞行器稳定，与现有技术采用倾转发动机短舱方式相比，无需增加飞行速度来保持全机垂向受力平衡以及俯仰力矩的平衡，并且有效抑制固定翼和旋翼之间产生的畸变干扰，从而显著提高飞行器在起飞降落时的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明提供的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器的立体图；

图2为本发明提供的变幅机构立体图；

图3为本发明提供的副翼扰流板立体图；

图4为本发明提供的机头立体图；

图5为本发明提供的动力控制装置；

图6为本发明提供的飞行器降落模式立体图；

图7为本发明提供的飞行器起飞模式立体图；

图8为本发明提供的飞行器巡航模式立体图；

图中：1机头；11电池包；12步进电机；13监控摄像头；14伸缩电机；2变幅机构；21转轴；22滑套；23连杆；24万向节；3动力控制装置；31旋翼；32高速电机；33偏转电机；4飞翼；5锥形尾；6机尾；7机身；8主翼；9副翼扰流板；91回转轴；92板体；93软轴。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5，本发明申请公开基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，现对本申请的技术方案进行说明。

在一些实施例中，如图1，复合翼飞行器的总体结构包括机头1、动力控制装置3以及飞翼4，其中机头1连同飞翼4呈流线形，气流经过飞翼4产生升力，可以带动机身7脱离地面。而机身7的前端活动设置有机头1，并且，机头1适于沿机身7的长度方向做伸缩活动，机头1通过变幅机构2带动飞翼4展开，由此可以自由调节翼展比（也称为展弦比），具体来讲，展弦比可以对机翼产生的升力产生影响，如果机翼面积相同，那么只要飞机没有接近失速状态，在相同条件下展弦比大的机翼产生的升力也大，因而能减小飞机的起飞和降落滑跑距离和提高机动性。此外，在机身7的尾端弹性安装有机尾6，机尾6呈锥体，在飞行器在空中巡航时，可以有效降低风阻，由此来提高飞行器的飞行里程和滞空时间。

如图6-图8，其中，当飞行器在飞行过程中，包括如下飞行模式：

一、起飞模式，机身7竖直向上，锥形尾5和机尾6支撑地面，旋翼31水平高速旋转，带动机身7、主翼8和飞翼4离开地面；

二、巡航模式，机身7空中向上飞行时，飞翼4展开、并且步进电机12通过万向节24带动飞翼4偏转，调整机身7姿态，使得机身7水平向前行进，并通过调整板体92偏转角度来控制行进方向；

三、降落模式，首先，利用飞翼4和副翼扰流板9，使得机身7爬升，然后收拢飞翼4，并提高旋翼31转速，通过旋翼31提供升力辅助机身7减速降落。

具体的，当在巡航模式飞行时，机身7在巡航模式中关闭高速电机32，利用主翼8和飞翼4在空中滑翔，由此来降低能源消耗，提高续航时间。

在一些实施例中，机身7四周一体固定有四个主翼8，并且在主翼8的端部分别安装有一个动力控制装置3，其中四个主翼8呈X形布局，在主翼8上还安装有与动力控制装置3传动连接的副翼扰流板9，利用副翼扰流板9可以对四个主翼8的上、下流速差进行调节，从而控制四个主翼8的升力，由于四个主翼8呈X形布局，并且在主翼8上安装有副翼扰流板9，由此通过副翼扰流板9灵活调节整个机身7飞行的方向。在此结构的基础上，在主翼8的端部还分别安装有一个动力控制装置3，动力控制装置3与副翼扰流板9传动连接，使得副翼扰流板9自由偏摆一定角度，以调节四个主翼8的上、下流速差，从而保持整体机身平衡。

在本实施例中，如图2，变幅机构2与飞翼4相连，同时变幅机构2还与与布置在机头1内的步进电机12同轴连接，以调节飞翼4的偏转角度。并且机头1还可以通过变幅机构2带动一对飞翼4展开。

具体展开说明，首先变幅机构2的结构包括转轴21、滑套22和连杆23，转轴21的一端与飞翼4同轴固定连接，转轴21的另一端通过万向节24与机头1相连，机头1通过万向节24向飞翼4传递扭矩，从而带动飞翼4偏转，当飞翼4展开时，通过飞翼4角度偏转就可以调节机身7的飞行姿态。此外，在转轴21上还滑动套设滑套22，滑套22与连杆23的一端铰接，而连杆23的另一端与机身7铰接，由此，当机头1回缩时，则可以通过万向节24带动飞翼4展开，同时机头1适于通过万向节24带动飞翼4偏转。

在一些实施例中，如图4，机头1包括电池包11、步进电机12和监控摄像头13，其中，电池包11两端设置有一对步进电机12，通过电池包11释放电力驱动步进电机12旋转，同时，两个步进电机12分别独立受到控制器控制，由此两个步进电机12可分别单独控制一个飞翼4偏转，继而通过调节两个飞翼4偏转角度，改变机身7两侧的升力，从而对飞行器的飞行方向做出调整。此外，在电池包11前端还设置有监控摄像头13，用于探测地面情况，更进一步的，监控摄像头13也可以替换为其他传感器，以便收集当地气象水文资料。在本实施例中，电池包11尾端设置有伸缩电机14，伸缩电机14的主轴与机身7相连，接通伸缩电机14可调节机身7与机头1的直线距离，并由此通过变幅机构2使得飞翼4得以展开或收拢。

在一些实施例中，如图3，副翼扰流板9包括回转轴91和板体92，回转轴91与板体92一体连接，并且回转轴91适于带动板体92旋转，而回转轴91则沿主翼8的长度方向转动设置，而且回转轴91的端部与软轴93一端同轴传动连接，软轴93的另一端则与动力控制装置3传动连接，以通过软轴93传递扭矩，从而在动力控制装置3的带动下与主翼8形成不同的偏转角度，以便在机身两侧形成不同的升力，帮助飞行器快速实现机动。

在上一个实施例的基础上，如图5，动力控制装置3包括旋翼31和偏转电机33，其中，旋翼31与高速电机32同轴传动连接，高速电机32可以带动旋翼31高速转动，从而产生升力或诱导速度，而高速电机32实质上为伺服电机，其转速和转矩受到变频器驱动，而变频器则与控制器相连，由此可以利用控制器单独控制高速电机32转速，并在不同高速电机32上形成转速差，以便快速调整机身7周围的升力，从而进一步提高飞行器的机动性。而另一方面，偏转电机33的前端与高速电机32尾部同轴相连，并且其末端安装有锥形尾5，锥形尾5呈的末端较细，可以有效降低风阻，提高飞行器的续航能力，而同时锥形尾5也可以作为基座支撑机身7，以便机身7能够稳定降落在地面上。而偏转电机33则与软轴93一端同轴传动连接，以调节板体92旋转角度。

在本实施例中，机身7、主翼8和飞翼4均为碳纤维材质，锥形尾5和机尾6均为空心结构，其整体密度比水小，适于漂浮在水面上，方便飞行器在水面降落，同时锥形尾5和机尾6均具有一定弹性，在地面降落时，可以起到良好的减震缓冲的作用，从而最大程度对机体起到保护作用。此外在机身7底部设置有led显示灯，以便在夜间追踪飞机位置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，包括：

机头（1），尾部活动设置在机身（7）的前端、并适于沿机身（7）的长度方向做伸缩活动，所述机身（7）的尾端安装有机尾（6）；

动力控制装置（3），分别安装在主翼（8）的端部，所述机身（7）四周一体固定有四个所述主翼（8）、并呈X形布局，所述主翼（8）上安装有与所述动力控制装置（3）传动连接的副翼扰流板（9）；

飞翼（4），安装在变幅机构（2）上，所述机头（1）两侧对称安装有一对变幅机构（2）、并适于通过所述变幅机构（2）带动一对飞翼（4）展开；

其中，飞行器在飞行过程中，包括如下飞行模式：

一、起飞模式，机身（7）竖直向上，锥形尾（5）和机尾（6）支撑地面，旋翼（31）水平高速旋转，带动机身（7）、主翼（8）和飞翼（4）离开地面；

二、巡航模式，机身（7）空中向上飞行时，飞翼（4）展开、并且步进电机（12）通过万向节（24）带动飞翼（4）偏转，调整机身（7）姿态，使得机身（7）水平向前行进，并通过调整板体（92）偏转角度来控制行进方向；

三、降落模式，首先，利用飞翼（4）和副翼扰流板（9），使得机身（7）爬升，然后收拢飞翼（4），并提高旋翼（31）转速，通过旋翼（31）提供升力辅助机身（7）减速降落。

2.如权利要求1所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述变幅机构（2）包括：

转轴（21），一端与飞翼（4）同轴固定连接、另一端通过万向节（24）与机头（1）相连；

滑套（22），滑动套设在转轴（21）上、并与连杆（23）的一端铰接，所述连杆（23）的另一端与机身（7）铰接；

其中，当机头（1）回缩时，通过万向节（24）带动飞翼（4）展开，同时所述机头（1）适于通过万向节（24）带动飞翼（4）偏转。

3.如权利要求2所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述机头（1）包括：

电池包（11），两端设置有一对步进电机（12），任意一个所述步进电机（12）均与万向节（24）相连；

监控摄像头（13），设置在所述电池包（11）前端，所述电池包（11）尾端设置有伸缩电机（14），所述伸缩电机（14）的主轴与所述机身（7）相连。

4.如权利要求3所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述副翼扰流板（9）包括：

回转轴（91），沿所述主翼（8）的长度方向转动设置，且端部与软轴（93）一端同轴传动连接，所述软轴（93）另一端与所述动力控制装置（3）传动连接；

板体（92），长度方向与所述回转轴（91）一体连接，并适于在所述动力控制装置（3）的带动下与主翼（8）形成偏转角度。

5.如权利要求4所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，动力控制装置（3）包括：

旋翼（31），端部与高速电机（32）同轴传动连接；

偏转电机（33），末端安装有锥形尾（5），偏转电机（33）的前端与所述高速电机（32）尾部同轴相连，且与所述软轴（93）一端同轴传动连接。

6.如权利要求5所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述高速电机（32）的数量若干，且均为伺服电机、并分别独立与控制器相连。

7.如权利要求6所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述锥形尾（5）和机尾（6）均为空心结构、并适于漂浮在水面上。

8.如权利要求7所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述机身（7）、主翼（8）和飞翼（4）均为碳纤维材质。

9.如权利要求1所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述机身（7）的尾端活动插设有机尾（6），且所述机尾（6）与机身（7）之间安装有弹簧。

10.如权利要求1所述的基于X翼型的串列翼布局的复合翼飞行器，其特征在于，所述机身（7）底部设置有led显示灯。