CN206856997U - 一种垂直起降双机翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直起降双机翼飞行器，解决了现有飞行器有效载荷较小，航时、航程和最大飞行速度等飞行性能指标下降的问题，包括机身、与机身固定连接的机翼、与机身尾部固定连接的垂尾，机身的端部固定连接有水平动力单元，水平动力单元包括产生向前拉力的螺旋桨、驱动螺旋桨转动的驱动装置，机翼包括前机翼和后机翼，机翼的两端固定连接有垂直动力单元，垂直动力单元包括产生垂直向上拉力的螺旋桨、驱动螺旋桨转动的电机、控制电机转速的电子调速器，所述垂尾的后边缘铰接有方向舵，所述方向舵与安装在垂尾上的电动舵机控制输出端连接，本实用新型采用上述结构，飞行器具有升阻比高的特点，能够提高垂直起降飞行器的航时、航程以及载荷。

Description

一种垂直起降双机翼飞行器

技术领域

本发明属于固定翼飞行器，具体涉及一种垂直起降双机翼飞行器。

背景技术

垂直起降固定翼飞行器是一种将固定翼与多旋翼相结合的垂直起降飞行器解决方案，既能够像多旋翼飞行器一样通过多个螺旋桨拉力克服重力和空气阻力实现垂直起降、悬停和空中转向等飞行功能，也可以像固定翼飞行器一样通过机翼产生升力克服重力，水平动力系统产生推力克服空气阻力实现高速飞行。由于垂直起降固定翼飞行器具有结构简单，空气动力学模型成熟，垂直飞行和水平飞行互相转换过程中飞行器的姿态没有显著变化，飞行控制相对容易，使这种飞行器成为一种技术难度小，可靠性高的大载荷、长航时垂直起降飞行器方案。

垂直起降固定翼飞行器是在固定翼飞行器的基础上增加产生垂直拉力的多旋翼动力系统。相比常规的固定翼飞行器，垂直起降固定翼飞行器增加了多旋翼动力系统，为了克服全机重力，多旋翼需要产生的拉力较大，对机体结构的强度和刚度要求提高，从而导致机体结构重量增加。当飞行器水平飞行时，多旋翼动力系统重量成为“无用的重量”，导致飞行器的有效载荷较小，同时还产生较大的飞行阻力，使得飞行器的升阻比下降，导致飞行器的航时、航程和最大飞行速度等飞行性能下降。

发明内容

本发明提供了一种垂直起降双机翼飞行器，解决了现有技术中飞行器有效载荷较小，航时、航程和最大飞行速度等飞行性能指标下降的问题，通过安装在机身端部的水平动力单元和机翼两端的垂直动力单元来提高飞行器的飞行性能指标。

本发明为实现上述目的，主要通过以下技术方案实现：一种垂直起降双机翼飞行器，包括机身、与机身固定连接的机翼、与机身尾部固定连接的垂尾，所述机翼包括固定于机身前段并且沿机身轴线方向对称的前机翼、固定于机身后段并且沿机身轴线方向对称的后机翼，所述机身的端部固定连接有水平动力单元，所述水平动力单元包括产生水平方向拉力的螺旋桨、驱动螺旋桨转动的驱动装置，所述驱动装置的动力输出端与螺旋桨连接，所述前机翼两端和后机翼两端均固定连接有垂直动力单元，所述前机翼两端的垂直动力单元沿机身轴线方向对称并且均位于飞行器重心的前端，所述后机翼两端的垂直动力单元沿机身轴线方向对称并且均位于飞行器重心的后端，所述垂直动力单元包括产生垂直方向拉力的螺旋桨、驱动螺旋桨转动的电机、控制电机转速的电子调速器，所述垂尾的后边缘铰接有方向舵，所述方向舵与安装在垂尾上电动舵机的控制输出端连接。

进一步地，所述后机翼的后边缘从左到右依次铰接有左副翼、左升降舵、右升降舵、右副翼，所述右副翼、右升降舵、左升降舵、左副翼均与安装在后机翼上电动舵机的控制输出端连接。

进一步地，所述右副翼与左副翼沿机身轴线方向对称，左升降舵与右升降舵沿机身轴线方向对称。

进一步地，所述垂直动力单元的电机均通过整流连接段与机翼连接。

进一步地，所述每个垂直动力单元的螺旋桨与其相邻的螺旋桨旋转方向相反。

进一步地，所述垂直动力单元的螺旋桨旋转中心轴线与机身所在的水平面相互垂直。

进一步地，所述垂直动力单元全部安装在机翼两端的下方或全部安装在机翼两端的上方。

进一步地，所述水平动力单元的驱动装置为电机或内燃机。

进一步地，所述水平动力单元安装在机身的前端、或水平动力单元安装在机身的后端、或水平动力单元同时安装在机身的前后两端。

以上技术方案中，垂直动力单元通过整流连接段固定于前后机翼，即在前后机翼上形成“X”形多旋翼布局形式。飞行器使用的电池、飞行控制系统、航电导航设备和任务载荷等均可以安装在机身内部。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

与现有技术相比，本发明设计新颖巧妙，将前后双机翼固定翼替换传统单机翼固定翼，在最大机翼翼展长度相同的条件下，当前后双机翼的面积之和与单机翼的面积相同时，双机翼的前后机翼的展弦比都大于单机翼，其双机翼的升阻比高于单机翼；单机翼布局需要水平尾翼进行俯仰控制，单机翼布局水平飞行时，水平尾翼产生负升力和正阻力，导致飞机升阻比下降，双机翼布局使用后机翼的升降舵进行俯仰控制，其不需要水平尾翼，因此双机翼布局能够省掉水平尾翼的重量，并免去水平尾翼产生的阻力，降低了飞行器的结构重量，增加了飞行器的有效载荷。将垂直动力单元固定在前后翼的下方，在飞机水平飞行时，能够减小垂直动力单元对机翼升力特性的不利影响。综上所述，相比传统的单机翼固定翼，垂直起降双机翼固定翼能够提高垂直起降固定翼飞行器的升阻比，优化飞行器的结构重量，使得飞行器的航时、航程、最大飞行速度和最大任务载荷等性能提高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中的垂直动力单元与机翼连接结构示意图。

其中：1、机身，2、垂尾，3、前机翼，4、后机翼，5、水平动力单元，6、垂直动力单元，7、右副翼，8、右升降舵，9、左升降舵，10、左副翼，11、方向舵，12、整流连接段。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种垂直起降双机翼飞行器，包括机身、与机身固定连接的机翼、与机身尾部固定连接的垂尾，垂尾的后边缘铰接有方向舵，方向舵与安装在垂尾上的电动舵机控制输出端连接，机翼包括固定于机身前段并且沿机身轴线方向对称的前机翼、固定于机身后段并且沿机身轴线方向对称的后机翼，采用前机翼和后机翼组成的双翼。机身的端部固定连接有水平动力单元，机翼的两端均固定连接有垂直动力单元。垂尾的后边缘铰接有方向舵，方向舵与安装在垂尾上电动舵机的控制输出端连接。

水平动力单元包括产生水平拉力的螺旋桨、驱动螺旋桨转动的驱动装置，驱动装置的动力输出端与螺旋桨连接，飞行器可以根据选择将水平动力单元安装在机身的前端，或者将水平动力单元安装在机身的后端，或者将水平动力单元安装在机身的前、后两端。水平动力单元的驱动装置为电机或内燃机。

前机翼的左右两端均固定有垂直动力单元，两个垂直动力单元均位于飞行器重心的前端，并且垂直动力单元沿机身轴线方向对称；后机翼的左右两端均固定有垂直动力单元，两个垂直动力单元均位于飞行器重心的后端，并且垂直动力单元沿机身轴线方向对称。

垂直动力单元包括产生垂直方向拉力的螺旋桨、用于驱动螺旋桨转动的电机、用于控制电机转速的电子调速器，如图2所示，垂直动力单元通过整流连接段与机翼连接。每个垂直动力单元的螺旋桨与其相邻的两个螺旋桨旋转方向相反，同时螺旋桨的桨旋转中心轴线与机身所在的水平面相互垂直。垂直动力单元根据需要可以全部安装在机翼两端的下方，或者垂直动力单元全部安装在机翼两端的上方，垂直动力单元通过整流连接段与前后机翼固定连接，即在前后机翼上形成“X”形多旋翼布局形式。

后机翼的后边缘从右到左依次铰接有右副翼、右升降舵、左升降舵、左副翼，并且右副翼、右升降舵、左升降舵、左副翼均与安装在后机翼的电动舵机控制输出端连接。其中，右副翼与左副翼沿机身轴线方向对称，左升降舵与右升降舵沿机身轴线方向对称。

本发明的一种垂直起降双机翼飞行器主要具有以下四种飞行状态，分别为：多旋翼垂直起飞状态、多旋翼垂直起飞转换到固定翼飞行状态、固定翼飞行状态以及固定翼飞行转换到多旋翼垂直降落状态。

在多旋翼垂直起飞状态下，水平动力单元不工作，由垂直动力单元产生垂直方向的拉力克服全机重力，使得飞行器垂直起飞。四个垂直动力单元的位置与飞行器重心前后方向和左右方向的距离，通过改变四个螺旋桨产生的拉力，可以提供飞行器所需的俯仰控制力矩和滚转控制力矩，实现飞行器的俯仰和滚转控制。成对角线的两个螺旋桨同时增加相同的拉力，另外两个成对角线的螺旋桨减小相同的拉力，就能在不改变全机拉力的情况下，产生偏航控制力矩，实现飞行器的偏航控制。

在多旋翼垂直起飞转换到固定翼飞行状态下，水平动力单元开始工作并产生向前拉力，飞行器飞行速度逐渐增加，前后机翼产生的升力逐渐增加，同时四个垂直动力单元的螺旋桨产生的拉力逐渐下降，飞行器的俯仰、滚转和偏航逐渐由后机翼上的升降舵和副翼以及垂尾的方向舵进行控制，随着垂直动力单元螺旋桨停止工作，飞行器转换为固定翼飞行状态。

在固定翼飞行状态下，水平动力单元产生向前拉力克服空气阻力，前后机翼产生升力克服全机重力，飞行器的俯仰、滚转和偏航由后机翼上的升降舵和副翼以及垂尾的方向舵进行控制。

在固定翼飞行转换到多旋翼垂直降落状态下，水平动力单元停止工作，飞行器在惯性和空气阻力作用下飞行速度逐渐下降，前后机翼产生的升力逐渐下降，同时四个垂直动力单元开始工作，垂直动力单元的螺旋桨逐渐增大拉力，飞行器逐渐从固定翼飞行状态转换为多旋翼垂直降落飞行状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种垂直起降双机翼飞行器，包括机身、与机身固定连接的机翼、与机身尾部固定连接的垂尾，所述机翼包括固定于机身前段并且沿机身轴线方向对称的前机翼、固定于机身后段并且沿机身轴线方向对称的后机翼，其特征在于所述机身的端部固定连接有水平动力单元，所述水平动力单元包括产生水平方向拉力的螺旋桨、驱动螺旋桨转动的驱动装置，所述驱动装置的动力输出端与螺旋桨连接，所述前机翼两端和后机翼两端均固定连接有垂直动力单元，所述前机翼两端的垂直动力单元沿机身轴线方向对称并且均位于飞行器重心的前端，所述后机翼两端的垂直动力单元沿机身轴线方向对称并且均位于飞行器重心的后端，所述垂直动力单元包括产生垂直方向拉力的螺旋桨、驱动螺旋桨转动的电机、控制电机转速的电子调速器，所述垂尾的后边缘铰接有方向舵，所述方向舵与安装在垂尾上电动舵机的控制输出端连接。

2.根据权利要求1所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述后机翼的后边缘从左到右依次铰接有左副翼、左升降舵、右升降舵、右副翼，所述右副翼、右升降舵、左升降舵、左副翼均与安装在后机翼上电动舵机的控制输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述右副翼与左副翼沿机身轴线方向对称，左升降舵与右升降舵沿机身轴线方向对称。

4.根据权利要求1所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述垂直动力单元的电机均通过整流连接段与机翼连接。

5.根据权利要求1所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述每个垂直动力单元的螺旋桨与其相邻的螺旋桨旋转方向相反。

6.根据权利要求5所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述垂直动力单元的螺旋桨旋转中心轴线与机身所在的水平面相互垂直。

7.根据权利要求1所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述垂直动力单元全部安装在机翼两端的下方或全部安装在机翼两端的上方。

8.根据权利要求1所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述水平动力单元的驱动装置为电机或内燃机。

9.根据权利要求1所述的一种垂直起降双机翼飞行器，其特征在于所述水平动力单元安装在机身的前端、或水平动力单元安装在机身的后端、或水平动力单元同时安装在机身的前后两端。