CN209382267U - 一种组合式垂直起降飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种组合式垂直起降飞行器，包括螺旋桨、短舱、载荷、挂架、机翼、副翼、撑杆、垂尾、平尾、升降舵和方向舵；所述螺旋桨固定在短舱一端上；所述短舱另一端固定在机翼下翼面中端；所述载荷通过挂钩固定在挂架上；所述挂架固定在机翼下翼面两端；所述机翼为平直机翼；所述副翼为活动舵面，设于机翼后侧两端；所述撑杆前端固定在机翼后缘中部；所述垂尾竖直固定于撑杆的后端；所述平尾水平固定于撑杆的后端；所述升降舵和方向舵均为活动舵面，分别设于平尾和垂尾两端；本实用新型的有益效果是：取消了传统飞机的机身部件，采用撑杆代替机身固定“十”字型尾翼，减小了气动部件尺寸和气动阻力，提高了气动效率，降低了结构重量；通过“十字形”尾翼配合简单的地面辅助装置为支撑，利用螺旋桨将全机拉升，实现飞机垂直起降。

Description

一种组合式垂直起降飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器设计领域，具体地，涉及一种组合式垂直起降飞行器。

背景技术

无人机（Unmanned Air Vrhicle, UAV）在上世纪最早是作为训练使用的靶机而出现的一种新型空中飞行器，因具有成本低廉、零人员伤亡等特点，在随后的历次现代局部战争中，被广泛地用于执行战场环境侦察、情报收集、跟踪、通讯等各种军事任务，取得了良好的效果。垂直起降无人机作为一类特殊的无人机，能以零速度起飞并着陆，无需开辟专门的起降跑道。与常规无人机相比，垂直起降无人机具有起降方式灵活、发射回收方便、机动性好等优点，同时也具备常规无人机的一般功能。研发新型垂直起降无人机，对于赢得未来战场的主动权具有较高的实用价值。

当前，各国研发了多种垂直起降无人机，其代表机型主要有美国火力侦察兵（FireScout）系列无人机、鹰眼（Eagle Eye）无人机，俄罗斯Ka-137无人机，加拿大CL系列无人机，德国希摩斯（Seamos）无人机等。分析国内外垂直起降无人机的技术特征，可以总结出：与固定翼无人机依靠滑跑获得升力的方式不同，垂直起降无人机一般依靠旋翼为全机提供向上的升力，因此采用旋翼是垂直起降无人机的重要特征。

当前垂直起降无人机存在两大难点：

1）高效气动力技术

无人机与有人机的一个最大区别就是，有人机一般以飞行速度、航程作为设计制造时优先考虑的参数，而无人机则是以航时作为优先考虑的参数。垂直起降无人机的在起降时会消耗较多的燃油或能量，要保证长航时，必须设计出低阻的气动外形，但当前高空长航时飞行器一般采用大展弦比气动布局，而垂直起降飞行器的不适宜采用较大的展弦比气动布局，如何有效解决这一矛盾是先进垂直起降飞行器的研究难点，给设计者带来了很大的挑战！

2）垂直起降的控制

垂直起降无人机在起飞和着陆阶段的控制是飞行过程的重点。由于无人机在进行垂直起飞和降落时，如设计不合理不易把握空气流动对无人机姿态的影响，容易出现摔机、翻机的现象。因此在进行气动布局设计时，应对飞行器的舵面进行合理的设计，保证垂直起降无人机起降状态与巡航平飞状态的安全转换。

发明内容

针对上述现有技术，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提出一种组合式垂直起降飞行器，通过分离和组合的方式来兼顾多任务作战和长航时巡航飞行。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种组合式垂直起降飞行器，包括：螺旋桨、短舱、载荷、挂架、机翼、副翼、撑杆、垂尾、平尾、升降舵和方向舵；所述螺旋桨固定在所述短舱一端上；所述短舱另一端固定在机翼下翼面中端；所述载荷通过挂钩固定在所述挂架上；所述挂架固定在机翼下翼面两端；所述机翼为平直机翼，由相同弦长的翼型拉伸形成；所述副翼为活动舵面，设于机翼后侧两端；所述撑杆为圆柱形构件，其前端固定在机翼后缘中部；所述垂尾为平直翼面，由一个对称翼型拉伸而成，竖直固定于撑杆的后端；所述平尾为平直翼面，由一个对称翼型拉伸而成，水平固定于撑杆的后端；所述升降舵和方向舵均为活动舵面，分别设于平尾和垂尾两端。

进一步，所述螺旋桨为单桨叶，所述短舱为圆柱形且在前端设计有半球形整流鼓包，以降低流阻，所述挂架为突出机翼前缘的挂架，所述副翼通过转轴铰接在机翼后侧两端；所述升降舵和方向舵均通过转轴分别铰接在平尾和垂尾两端。

进一步，所述挂架设有两个，且以机翼中部为中心，呈对称位置分别设于机翼下翼面两端。

进一步，所述载荷与挂架相配合且可拆卸。

进一步，所述副翼设有两个，且以机翼中部为中心，对称铰接在机翼后侧两端。

进一步，所述平尾和垂尾构成“十”字型尾翼，固定在撑杆后端上。

进一步，所述方向舵设有两个，且以垂尾中部为中心分别呈对称位置设于垂尾两端上，实现飞行器偏航操纵。

进一步，所述升降舵设有两个，且以平尾中部为中心分别呈对称位置设于平尾两端上，实现飞行器俯仰操纵。

进一步，所述组合式垂直起降飞行器在飞行或者地面驻停期间，通过在机翼两端的翼梢进行固定连接，实现将多个飞行器进行组合或者分离。

本实用新型的有益效果是：该飞行器取消了传统飞机的机身部件，采用撑杆代替机身固定“十”字型尾翼，减小了气动部件尺寸，减小了气动阻力，提高了气动效率，降低了结构重量；通过“十”字型尾翼将飞行器支撑在地面，通过螺旋桨拉力拉起升空，减少了对起落架的设计需求，节约了飞机重量，实现了飞机垂直起飞；通过翼梢固定连接进行飞行器的组合或者分离，实现飞行器组合或者分离的飞行使用，可以根据不同作战任务，选择不同数量飞行器的组合构型，提高作战效能。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型组合使用结构示意图。

其中：1为螺旋桨，2为短舱，3为载荷，4为挂架，5为机翼，6为副翼，7为撑杆，8为垂尾，9为平尾，10为升降舵，11为方向舵，12为翼梢。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图1至图2所示，本实用新型提供了一种组合式垂直起降飞行器，包括：螺旋桨1、短舱2、载荷3、挂架4、机翼5、副翼6、撑杆7、垂尾8、平尾9、升降舵10和方向舵11；所述螺旋桨1固定在所述短舱2一端上；所述短舱2另一端固定在机翼5下翼面中端；所述载荷3通过挂钩固定在所述挂架4上；所述挂架4固定在机翼5下翼面两端；所述机翼5为平直机翼，由相同弦长的翼型拉伸形成；所述副翼6为活动舵面，设于机翼5后侧两端；所述撑杆7为圆柱形构件，其前端固定在机翼5后缘中部；所述垂尾8为平直翼面，由一个对称翼型拉伸而成，竖直固定于撑杆7的后端；所述平尾9为平直翼面，由一个对称翼型拉伸而成，水平固定于撑杆7的后端；所述升降舵10和方向舵11均为活动舵面，分别设于平尾9和垂尾8两端。

优选地，所述螺旋桨1为单桨叶，所述短舱2为圆柱形且在前端设计有半球形整流鼓包，以降低流阻，所述挂架4为突出机翼5前缘的挂架，所述副翼6通过转轴铰接在机翼5后侧两端；所述升降舵10和方向舵11均通过转轴分别铰接在平尾9和垂尾8两端。

优选地，所述挂架4设有两个，且以机翼5中部为中心，呈对称位置分别设于机翼5下翼面两端。

优选地，所述载荷3与挂架4相配合且可拆卸。

优选地，所述副翼6设有两个，且以机翼5中部为中心，对称铰接在机翼5后侧两端。

优选地，所述平尾9和垂尾8构成“十”字型尾翼，固定在撑杆7后端上；在飞行器起飞状态，通过“十”字型尾翼支撑在地面，飞行器启动后，螺旋桨1高速旋转，在其拉力下将飞行器拉起升空。

优选地，所述方向舵11设有两个，且以垂尾8中部为中心分别呈对称位置设于垂尾8两端上，实现飞行器偏航操纵。

优选地，所述升降舵10设有两个，且以平尾9中部为中心分别呈对称位置设于平尾9两端上，实现飞行器俯仰操纵；当飞行器从地面被拉起升空后，升降舵10、方向舵11和副翼6偏转，将飞行器姿态调至水平飞行状态。

优选地，所述组合式垂直起降飞行器在飞行或者地面驻停期间，通过在机翼5两端的翼梢12进行固定连接，实现将多个飞行器进行组合或者分离。

在本实用新型中，所述螺旋桨1通过带有半球形整流鼓包的圆柱形短舱2固定于机翼5下翼面；在发动机的动力驱动下可高速旋转，为飞行器提供拉力。

其特征一在于该飞行器采用撑杆代替机身固定“十”字型尾翼，减小了气动部件尺寸，减小了气动阻力，提高了气动效率，降低了结构重量。

其特征二在于该飞行器的垂直起降方式，起飞时全机竖直向上，螺旋桨在上，“十字形”尾翼支撑在地面，通过螺旋桨旋转将飞行器拉升；当飞行器拉升至一定高度后，偏转“十字形”尾翼上的升降舵和方向舵以及机翼上的副翼，将飞行器的飞行姿态从竖直状态逐步改变为平飞状态，实现垂直起飞；降落时则以相反的方式进行，即通过舵面偏转，使全机从平飞状态逐步变为竖直状态。

其特征三在于可以以任意数目飞行器在翼梢进行组合。在执行长航时飞行任务时，多个组合以增加飞行器的展弦比，提升飞行器的升阻比，进而提升航程、航时。在执行单体侦察或者打击任务时分离成多个单个飞行器执行任务，覆盖战场区域更全面，生存率更高，满足多任务需求。

本实用新型的工作原理为：该飞行器起飞时全机竖直向上，螺旋桨1在上，“十字形”尾翼在下，待螺旋桨1将全机拉升至一定高度后，“十字形”尾翼舵面（即升降舵10和方向舵11）和副翼6等部件进行偏转，改变全机的飞行姿态，从竖直状态逐步变为平飞状态。降落时则以相反的方式进行，即通过“十字形”尾翼舵面（即升降舵10和方向舵11）和副翼6等部件偏转，使全机从平飞状态逐步变为竖直状态平稳降落。其中，该飞行器取消了传统飞机的机身部件，采用撑杆7代替机身固定“十”字型尾翼，简化飞行器气动布局，机翼5采用鲁棒性设计，使其具备强抗干扰能力，搭配不同载荷外挂均可获得较好的气动特性，同时利用螺旋桨1滑流的加速效应，提升整体飞行器的气动效率；通过在机翼5两端的翼梢12进行固定连接从而实现组合或者分离适配性设计，使得飞行器可根据不同的任务需求自由组合或分离，当执行侦察或者打击任务时，分离成多个单体飞行器，不仅可以提高战场覆盖的区域，同时还可以提高生存率，当执行长航时侦察任务时，通过组合大幅度提升飞行器的展弦比，进而获得较高的升阻比，提升巡航效率；“十字形”尾翼固定在撑杆7上，减小了尺寸，降低了结构重量。

Claims (9)

1.一种组合式垂直起降飞行器，其特征在于：包括螺旋桨（1）、短舱（2）、载荷（3）、挂架（4）、机翼（5）、副翼（6）、撑杆（7）、垂尾（8）、平尾（9）、升降舵（10）和方向舵（11）；所述螺旋桨（1）固定在所述短舱（2）一端上；所述短舱（2）另一端固定在机翼（5）下翼面中端；所述载荷（3）通过挂钩固定在所述挂架（4）上；所述挂架（4）固定在机翼（5）下翼面两端；所述机翼（5）为平直机翼，由相同弦长的翼型拉伸形成；所述副翼（6）为活动舵面，设于机翼（5）后侧两端；所述撑杆（7）为圆柱形构件，其前端固定在机翼（5）后缘中部；所述垂尾（8）为平直翼面，由一个对称翼型拉伸而成，竖直固定于撑杆（7）的后端；所述平尾（9）为平直翼面，由一个对称翼型拉伸而成，水平固定于撑杆（7）的后端；所述升降舵（10）和方向舵（11）均为活动舵面，分别设于平尾（9）和垂尾（8）两端。

2.根据权利要求1所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述螺旋桨（1）为单桨叶，所述短舱（2）为圆柱形且在前端设计有半球形整流鼓包，以降低流阻，所述挂架（4）为突出机翼（5）前缘的挂架，所述副翼（6）通过转轴铰接在机翼（5）后侧两端；所述升降舵（10）和方向舵（11）均通过转轴分别铰接在平尾（9）和垂尾（8）两端。

3.根据权利要求1所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述挂架（4）设有两个，且以机翼（5）中部为中心，呈对称位置分别设于机翼（5）下翼面两端。

4.根据权利要求1所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述载荷（3）与挂架（4）相配合且可拆卸。

5.根据权利要求1所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述副翼（6）设有两个，且以机翼（5）中部为中心，对称铰接在机翼（5）后侧两端。

6.根据权利要求1所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述平尾（9）和垂尾（8）构成“十”字型尾翼，固定在撑杆（7）后端上。

7.根据权利要求1所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述方向舵（11）设有两个，且以垂尾（8）中部为中心分别呈对称位置设于垂尾（8）两端上，实现飞行器偏航操纵。

8.根据权利要求1所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述升降舵（10）设有两个，且以平尾（9）中部为中心分别呈对称位置设于平尾（9）两端上，实现飞行器俯仰操纵。

9.根据权利要求1至8任一项所述的组合式垂直起降飞行器，其特征在于：所述组合式垂直起降飞行器在飞行或者地面驻停期间，通过在机翼（5）两端的翼梢（12）进行固定连接，实现将多个飞行器进行组合或者分离。