CN213323678U - 一种动力分配型式的可垂直起降无人飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，包括飞行器机体以及动力系统，所述飞行器机体包括机翼和机身，其中：所述动力系统包括四个旋翼，其中一对旋翼对称布设在左右两侧机翼上，朝向飞行器的后方；另一对旋翼对称布设在机身的上方和下方，朝向机身的前方。本申请将一对旋翼安装在机翼与襟翼之间，使得旋翼旋转时既可以带动机翼表面流速，增加升力，同时还可以提高舵面的气动效率，有效地改善了现有的四旋翼飞行器在平飞时气动效率低的问题。

Description

一种动力分配型式的可垂直起降无人飞行器

技术领域

本申请属于飞行器设计技术，具体涉及一种动力分配型式的可垂直起降无人飞行器。

背景技术

常规旋翼飞行器飞行速度低、航程短，且搭载能力有限，提髙飞行速度、加大飞行航程，增大载重运输能力，一直是旋翼飞行器研究的一个热门领域。尾座式垂直起降飞行器是一种有效的解决方案，与其它构型的旋翼飞行器相比，具有气动特性对称、机动性好、结构紧凑、悬停性能高等特性，更适用于起降场地限制较大、对悬停性能和机动能力要求强的场合。应用空间大、应用前景好，可在多种军事任务如侦察、预警、攻击以及非常规作战条件下发挥显著的作用，在未来军事领域起着不可替代的重要角色，将是未来战争中的主要参与者，亦可在相关重要民用领域如电力巡线、大坝检测、交通事故勘察等任务中发挥独特的作用。

现有的四旋翼飞行器的旋翼一般分布在同一个平面上，螺旋桨产生的滑流区域相同，因而在平飞时，气动效率低，航时少。

发明内容

本申请的目的是提供一种动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，用于改善现有的四旋翼飞行器在平飞时气动效率低的问题。

为了实现上述任务，本申请采用以下技术方案：

一种动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，包括飞行器机体以及动力系统，所述飞行器机体包括机翼和机身，其中：

所述动力系统包括四个旋翼，其中一对旋翼对称布设在左右两侧机翼上，朝向飞行器的后方；另一对旋翼对称布设在机身的上方和下方，朝向机身的前方。

进一步地，在机体对称面两侧的机翼上对称设置一对襟翼安装槽，在每个襟翼安装槽中均装配有襟翼；在襟翼与机翼之间的襟翼安装槽中预留有旋翼安装槽，所述对称布设在左右两侧机翼上的一对旋翼分别布设于所述的旋翼安装槽内。

进一步地，所述飞行器机体尾部上、下两侧分别设置有垂尾，以飞行器对称面内中轴线轴对称；所述对称布设在机身的上方和下方的一对旋翼分别安装在垂尾上。

进一步地，所述飞行器机体的机身与机翼连接一侧均采用翼身融合设计，呈流线型；垂尾与机身接合部分采用翼身融合设计；机身头部为光电摄像头舱，采用半透明设计，以用于瞄准发射。

进一步地，所述飞行器机体的机翼为中单翼，梯形机翼，分内机翼与外机翼，外机翼后缘布置一片副翼；机翼在翼稍处，做前缘弧形切尖设计，翼尖下方设计的支撑杆与翼面光滑过度。

进一步地，所述飞行器机身头部两侧设置鸭翼，鸭翼采用平直翼，两侧与机身光滑过渡设计，后缘布置升降舵。

进一步地，所述垂尾的1/4弦线后掠角10度；在上下两侧垂尾的翼稍处，均设置有用于安装旋翼的电发动机舱，后缘布置方向舵。

进一步地，所述四个旋翼均通过电动发动机舱安装，四个电发动机舱两两分别位于垂尾和机翼上，关于机体纵轴两两对称。

进一步地，所述电发动机舱分两部分，上部剖面呈抛物线型包裹桨叶插盘，下部剖面呈抛物线型，包裹内部电机。

进一步地，所述无人飞行器的机身内部还包括飞行控制系统、电源系统、应急回收装置。

与现有技术相比，本申请具有以下技术特点：

1.本申请是一种新型动力分配的可垂直起降的飞行器，此飞行器将一对旋翼安装在机翼与襟翼之间，使得旋翼旋转时既可以带动机翼表面流速，增加升力，同时还可以提高舵面的气动效率；两对旋翼不在同一个面上分布，有利于重心的配平。

2.该飞行器设计的推力方向始终与机体运动方向一致，使得在起飞着陆阶段发动机推力在铅垂方向，在巡航阶段关闭垂尾处发动机，仅保留机翼上的发动机，其推力在前飞方向，无推力转换结构，仅依靠飞行控制系统进行飞行姿态的变化，以达到从垂直起降模态进入平飞的巡航模态，且结构相对倾转动力的垂直起降飞行器更简单，安全性与可靠性更高。

3.该飞行器机翼上旋翼紧邻副翼，大大提高副翼效率；纯电的动力系统增加了此类垂直起降飞行器的安全性，同时相比油动发动机控制效率更高，飞机操纵更灵敏；鸭翼的设计在垂直时有效提高抗风能力。

附图说明

图1是本申请动力分配型式的可垂直起降无人飞行器的示意图；

图2是本申请可垂直起降无人飞行器的垂直起降阶段示意图；

图3是本申请可垂直起降无人飞行器的前飞阶段示意图。

图中标号说明：1机身，2机翼，3鸭翼，4电发动机舱，5旋翼，6垂尾，7襟翼安装槽，8旋翼安装槽，9襟翼，10副翼，11外机翼，12内机翼。

具体实施方式

请参阅图1，其是本申请提供了动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，包括飞行器机体以及动力系统，其中：所述动力系统包括四个旋翼5，其中一对旋翼5对称布设在左右两侧机翼2上，朝向飞行器的后方；另一对旋翼5对称布设在机身1的上方和下方，朝向机身1的前方。

采用上述结构设计，使得旋翼5旋转时既可以带动机翼2表面流速，增加升力，同时还可以提高舵面的气动效率，从而改善飞行器飞行的气动效率；另外，两对旋翼5不在同一个面上分布，还有利于重心的配平。

在本申请的一个实施例中，在机体对称面两侧的机翼2上对称设置一对襟翼安装槽7，在每个襟翼安装槽7中均装配有襟翼9；其中，襟翼9通过其两端安装在所述襟翼安装槽7中；在每个襟翼9与机翼2之间的襟翼安装槽7中预留有旋翼安装槽8，所述对称布设在左右两侧机翼2上的一对旋翼5分别布设于所述的旋翼安装槽8内。

可选地，另外一对旋翼5的安装方式为：

所述飞行器机体尾部上、下两侧分别设置有垂尾6，以飞行器对称面内中轴线轴对称；所述对称布设在机身1的上方和下方的一对旋翼5分别安装在垂尾6上。

本申请中，所述旋翼5共设置4个，其中两个位于机翼2和襟翼9之间，关于机身1对称面左右对称，旋转产生前向推力；另外两个位于垂尾6上，关于机体轴上下对称旋转，旋转产生前向拉力。

本申请中，所述动力系统中的驱动系统为纯电动力系统，包括四台小型电机及电调。

所述四个旋翼5均通过电动发动机舱安装，四个电发动机舱4两两分别位于垂尾6和机翼2上，关于机体纵轴两两对称；所述旋翼5通过电动机驱动。电发动机舱4分两部分，上部剖面呈抛物线型包裹桨叶插盘，下部剖面呈抛物线型，包裹内部电机，形成电发动机舱4；其中，垂尾6上的两个电发动机舱4的尾段设计支撑杆，关于无人飞行器中心轴等距对称；另外两组分别设计在两侧机翼2上，与机翼2表面光滑过渡设计，对称。

在上述技术方案的基础上，本申请的飞行器机体采用鸭式布局、中单翼的气动布局，设计有鸭翼3，其中机身1和机翼2、机身1和鸭翼3均采用翼身融合设计。本申请的飞行器其他结构设计说明如下：

飞行器机体的机身1与机翼2连接一侧均采用翼身融合设计，呈流线型；与电发动机舱4采用光滑过渡设计，以机体中轴线所在水平面对称；尾部的上、下两侧分别设置垂尾6，垂尾6与机身1接合部分采用翼身融合设计；机身1头部为光电摄像头舱，采用半透明设计，以用于瞄准发射；机身1尾端部设计有油动或电动的发动机；机身1中部用于安置电池、飞行控制系统、电源及电气系统等。

飞行器机体的机翼2为中单翼，梯形机翼2，分内机翼12与外机翼11，外机翼11后缘布置一片副翼10；内侧机翼2后缘布置襟翼9，襟翼9前布置电发动机舱4；机翼2在翼稍处，做前缘弧形切尖设计，翼尖下方设计的支撑杆与翼面光滑过度。在一个具体的实施例中，采用低速高升力翼型Naca Ls-0417mod作为机翼2根部，benedek 8405作为机翼2稍部翼型；安装角2度，上反角0度，扭转角3度，展弦比10.55。采用双梁式设计机翼2部分结构，在翼根和翼稍设计加强肋，其余部分均布肋板，蒙皮采用碳纤维玻璃钢材质，一体成型。

飞行器机身1头部两侧设置鸭翼3，鸭翼3采用平直翼，安装角3°，稍根比0.8，展长100cm，两侧与机身1光滑过渡设计，后缘布置升降舵。

所述垂尾6在机身1上下两侧对称设置，以机体中轴线所在水平面对称，垂尾6的1/4弦线后掠角10度；在上下两侧垂直尾翼翼稍处，均设计有安装旋翼5电发动机舱4；两侧垂直尾翼的后缘均设有方向舵。

无人飞行器的机身1内部还包括飞行控制系统、电源系统、应急回收装置等，在此不赘述。

本申请的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器的控制过程如下：

垂直起降阶段：四个旋翼5的电动发动机提供飞机升力，姿态通过发动机推力不对称，以及发动机后缘的舵面作为导流板，进行控制。

过渡阶段：电动发动机推力的不对称以及垂尾6后缘方向舵的转动，实现水平与高度方向的运动，其机体的姿态通过自平衡系统稳定，当机体达到一定速度，产生有效气动力时，接入方向舵、升降舵与外侧机翼2后缘的副翼10，与四个旋翼5共同维持系统稳定性。

前飞阶段：前飞动力由机翼2两侧的电动发动机提供，垂尾6上的电机关闭，螺旋桨折叠；航向通过方向舵进行控制，滚转姿态通过副翼10进行控制，机体姿态通过自平衡系统调节，升降运动通过升降舵进行控制。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，包括飞行器机体以及动力系统，所述飞行器机体包括机翼(2)和机身(1)，其特征在于：

所述动力系统包括四个旋翼(5)，其中一对旋翼(5)对称布设在左右两侧机翼(2)上，朝向飞行器的后方；另一对旋翼(5)对称布设在机身(1)的上方和下方，朝向机身(1)的前方。

2.根据权利要求1所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，在机体对称面两侧的机翼(2)上对称设置一对襟翼安装槽(7)，在每个襟翼安装槽(7)中均装配有襟翼(9)；在襟翼(9)与机翼(2)之间的襟翼安装槽(7)中预留有旋翼安装槽(8)，所述对称布设在左右两侧机翼(2)上的一对旋翼(5)分别布设于所述的旋翼安装槽(8)内。

3.根据权利要求1所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述飞行器机体尾部上、下两侧分别设置有垂尾(6)，以飞行器对称面内中轴线轴对称；所述对称布设在机身(1)的上方和下方的一对旋翼(5)分别安装在垂尾(6)上。

4.根据权利要求1所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述飞行器机体的机身(1)与机翼(2)连接一侧均采用翼身融合设计，呈流线型；垂尾(6)与机身(1)接合部分采用翼身融合设计；机身(1)头部为光电摄像头舱，采用半透明设计，以用于瞄准发射。

5.根据权利要求1所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述飞行器机体的机翼(2)为中单翼，梯形机翼(2)，分内机翼(12)与外机翼(11)，外机翼(11)后缘布置一片副翼(10)；机翼(2)在翼稍处，做前缘弧形切尖设计，翼尖下方设计的支撑杆与翼面光滑过度。

6.根据权利要求1所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述飞行器机身(1)头部两侧设置鸭翼(3)，鸭翼(3)采用平直翼，两侧与机身(1)光滑过渡设计，后缘布置升降舵。

7.根据权利要求3所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述垂尾(6)的1/4弦线后掠角10度；在上下两侧垂尾(6)的翼稍处，均设置有用于安装旋翼(5)的电发动机舱(4)，后缘布置方向舵。

8.根据权利要求1所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述四个旋翼(5)均通过电动发动机舱安装，四个电发动机舱(4)两两分别位于垂尾(6)和机翼(2)上，关于机体纵轴两两对称。

9.根据权利要求8所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述电发动机舱(4)分两部分，上部剖面呈抛物线型包裹桨叶插盘，下部剖面呈抛物线型，包裹内部电机。

10.根据权利要求1所述的动力分配型式的可垂直起降无人飞行器，其特征在于，所述无人飞行器的机身(1)内部还包括飞行控制系统、电源系统、应急回收装置。

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