CN217320743U - 一种三涵道风扇垂直起降无人机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种三涵道风扇垂直起降无人机，包括机身、安装于所述机身中部左右两侧的机翼、安装于所述机身尾部顶侧的尾翼、两个机翼涵道风扇和一个机身涵道风扇；两个机翼涵道风扇分别安装在两个所述机翼的前侧，并且所述机翼涵道风扇可转动，从而使其转轴在水平设置和竖直设置之间切换楼；所述机身涵道风扇安装在所述机身上，且其转轴竖直设置；本实用新型通过设置两个机翼涵道风扇和一个机身涵道风扇，在垂直起降阶段减小了下洗气流与机翼间的气流干扰与控制难度；在垂直起降模式与平飞模式转换时可依靠相应的控制方法，改善机翼周围的流场分布，提升动力系统及机翼的利用效率，降低动力系统的负担、死重占比与控制难度。

Description

一种三涵道风扇垂直起降无人机

技术领域

本实用新型涉及垂直起降无人机的技术领域，具体涉及一种三涵道风扇垂直起降无人机。

背景技术

垂直起降飞行器既可以像直升机一样垂直起降，不受跑道的约束，又可以像固定翼飞机一样高速平飞，融合了固定翼飞机与直升机二者的优点，在民用军用领域都有着十分广阔的应用前景。

涵道风扇(或涵道螺旋桨)是一种将桨叶安装在空心涵道内的推进装置。对比同样直径的螺旋桨叶，相同拉力下，涵道风扇中桨叶上的载荷小于开放式螺旋桨桨叶，桨叶上的载荷减小可以减轻压缩性效应、空泡和噪声的产生。采用涵道风扇可以产生更大的升力，结构紧凑，噪声更小，由于风扇在涵道内部，使用非常安全，在无人机的应用领域具有广阔的前景。

现有的比较成熟的垂直起降飞行器有以“V-22”为代表的倾转旋翼机、以“F-35”为代表的采用矢量喷气或升力风扇实现垂直起降的喷气式飞机，以及近几年无人机领域出现的多旋翼固定翼复合式无人机。大型倾转旋翼飞行器和矢量喷气、升力风扇垂直起降飞机动力系统机构复杂、技术难度大，多运用于军事领域；复合式无人机速度慢、旋翼在平飞阶段转变为死重，且容易产生较大的阻力。

综上，现有的垂直起降飞行器存在着垂直起降阶段阻力大、旋翼与机翼间气流干扰严重、模态转化控制机构复杂，在垂直起降与平飞转换时机翼的气动条件差，气动效率较低、动力系统负担重等问题，需要一款即可以减小垂直起降阶段下洗气流与机翼间的干扰，又可以简化过于复杂的模态转化控制系统，提高垂直起降与平飞转换时气动效率和控制稳定性，并减小动力系统负担、减小死重占比的垂直起降飞行器。

实用新型内容

基于上述表述，本实用新型提供了一种三涵道风扇垂直起降无人机，垂直起降时，通过三个涵道风扇提供升力和控制动力，提升气动效率，保证控制稳定性；平飞时，通过两个机翼涵道风扇提供推力，关闭机身涵道风扇，减小死重占比，减小动力系统负担，增加巡航时长。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种三涵道风扇垂直起降无人机，包括机身、安装于所述机身中部左右两侧的机翼、安装于所述机身尾部顶侧的尾翼、两个机翼涵道风扇和一个机身涵道风扇；两个机翼涵道风扇分别安装在两个所述机翼的前侧，并且所述机翼涵道风扇可倾转，从而使其转轴可在水平设置和竖直设置之间切换；所述机身涵道风扇安装在所述机身上，且其转轴竖直设置。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，两个所述机翼涵道风扇分别安装在两侧的所述机翼的根部的前侧，并分别通过倾转机构连接所述机身。

进一步的，所述倾转机构包括安装在所述机身内的舵机，所述舵机的输出端分别通过连接轴沿对应的所述机翼涵道风扇的径向连接对应的所述机翼涵道风扇的一侧。

进一步的，所述机翼的前侧固定有支架，所述机翼涵道风扇相对所述连接轴的另一侧分别可转动地安装在对应的所述支架上。

进一步的，所述机身涵道风扇安装在所述机身尾部且所述尾翼的前侧，且所述机身涵道风扇竖直贯穿所述机身。

进一步的，所述机翼的翼稍设置有小翼，并且所述机翼上安装有气动舵面。

进一步的，所述尾翼为V形尾翼。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

1、本实用新型通过设置两个机翼涵道风扇和一个机身涵道风扇，在垂直起降阶段减小了下洗气流与机翼间的气流干扰与控制难度，解决了传统倾转旋翼机等垂直起降飞行器在垂直起降阶段迎风面积大、飞行阻力大、旋翼滑流与机翼间产生的乱流对控制产生不利影响等问题；

2、通过两个倾转机构对两个机翼涵道风扇进行各自独立地控制，在垂直起降模式与平飞模式转换时可依靠相应的控制方法，改善机翼周围的流场分布，提升动力系统及机翼的利用效率，降低动力系统的负担、死重占比与控制难度，解决了传统垂直起降飞行器在垂直起降模式与平飞模式间转换时，机翼受下洗流影响大、气动效率低下的问题，也解决了该过程中飞行控制复杂，动力系统负担过重的问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种三涵道风扇垂直起降无人机的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中无人机垂直升降时的使用状态示意图；

图3为本实用新型实施例中无人机由垂直上升转为平飞时，或由平飞转为垂直降落时的使用状态示意图；

图4为本实用新型实施例中无人机平飞时的使用状态示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、机身；2、机翼；21、小翼；22、支架；3、尾翼；4、倾转机构；41、舵机；42、连接轴；5、机翼涵道风扇；6、机身涵道风扇。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

一种三涵道风扇垂直起降无人机，包括机身1、安装于机身1中部左右两侧的机翼2、安装于机身1尾部顶侧的尾翼3、两个机翼涵道风扇5和一个机身涵道风扇6。

两个机翼2上均安装有气动舵面，并且机翼2的翼稍安装有小翼21。尾翼3为V形尾翼。

两个机翼涵道风扇5分别设置在两侧机翼2根部的前侧，并且机翼涵道风扇5的一侧分别通过倾转机构4连接机身1。具体的，倾转机构4包括安装在机身1内的舵机41和固定在舵机41输出端的连接轴42，连接轴42沿机翼涵道风扇5的径向固定连接机翼涵道风扇5，并且连接轴42中空，使机翼涵道风扇5通过穿过连接轴42的线缆与机身1内的控制机构电连接。两个机翼2的前侧均设置有支架22，机翼涵道风扇5相对连接轴42的另一侧分别可转动地安装在对应的支架22上。通过两个倾转机构4分别对两个机翼涵道风扇5进行独立控制，使两个机翼涵道风扇5均能在转轴竖直和水平的状态间切换。

机身涵道风扇6转轴竖直地安装在机身1尾部且尾翼3的前侧，且机身涵道风扇6竖直贯穿机身1。

本实施例的无人机的控制方法如下：

所述无人机需要垂直起飞时：

(a1)使两个所述机翼涵道风扇5的转轴竖直，通过两个所述机翼涵道风扇5和一个所述机身涵道风扇6共同提供向上的动力。此时无人机进入垂直起降状态，通过所述机翼涵道风扇5和所述机身涵道风扇6的转速差动、及两个所述机翼涵道风扇5的小角度倾转带来的动力差动控制无人机的姿态。

(a2)所述无人机升至预定高度时，两个所述机翼涵道风扇5逐渐转为转轴水平的状态。两个所述机翼涵道风扇5倾转的过程中，保证机翼涵道风扇5竖直方向的推力、机身涵道风扇6的推力和机翼2的升力的合力与无人机的重力平衡，无人机的水平速度逐渐增大，飞行高度保持不变。两个所述机翼涵道风扇5的转轴水平后，无人机的水平速度达到预定值，机翼2提供的升力能够和无人机的重力平衡，无人机进入平飞状态，所述机身涵道风扇6关机停止工作。

(a3)两个所述机翼涵道风扇5保持转轴水平，使所述无人机保持平飞状态。此时，通过两个所述机翼涵道风扇5的动力差动和所述机翼2的气动舵面控制所述无人机的姿态。

所述无人机需要垂直降落时：

(b1)所述机身涵道风扇6开启，并且两个所述机翼涵道风扇5逐渐转为转轴竖直的状态。两个所述机翼涵道风扇5倾转的过程中，保证机翼涵道风扇5竖直方向的推力、机身涵道风扇6的推力和机翼2的升力的合力与无人机的重力平衡，无人机的水平速度逐渐减小，飞行高度保持不变。

(b2)无人机的水平速度减小到零后，无人机进入垂直起降状态，保持两个所述机翼涵道风扇5的转轴竖直，通过两个所述机翼涵道风扇5和一个所述机身涵道风扇6共同提供向上的推力，使所述无人机逐渐降落。此时，通过所述机翼涵道风扇5和所述机身涵道风扇6的转速差动、及两个所述机翼涵道风扇5的小角度倾转带来的动力差动控制飞机姿态。

本实施例通过设置两个机翼涵道风扇5和一个机身涵道风扇6，在垂直起降阶段减小了下洗气流与机翼2间的气流干扰与控制难度，解决了传统倾转旋翼机等垂直起降飞行器在垂直起降阶段迎风面积大、飞行阻力大、旋翼滑流与机翼2间产生的乱流对控制产生不利影响等问题；

并且本实施例通过两个倾转机构4对两个机翼涵道风扇5进行各自独立地控制，在垂直起降模式与平飞模式转换时可依靠相应的控制方法，改善机翼2周围的流场分布，提升动力系统及机翼2的利用效率，降低动力系统的负担、死重占比与控制难度，解决了传统垂直起降飞行器在垂直起降模式与平飞模式间转换时，机翼2受下洗流影响大、气动效率低下的问题，也解决了该过程中飞行控制复杂，动力系统负担过重的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，包括机身(1)、安装于所述机身(1)中部左右两侧的机翼(2)、安装于所述机身(1)尾部顶侧的尾翼(3)、两个机翼涵道风扇(5)和一个机身涵道风扇(6)；两个机翼涵道风扇(5)分别安装在两个所述机翼(2)的前侧，并且所述机翼涵道风扇(5)可倾转，从而使其转轴可在水平设置和竖直设置之间切换；所述机身涵道风扇(6)安装在所述机身上，且其转轴竖直设置。

2.根据权利要求1所述的一种三涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，两个所述机翼涵道风扇(5)分别安装在两侧的所述机翼(2)的根部的前侧，并分别通过倾转机构(4)连接所述机身。

3.根据权利要求2所述的一种三涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述倾转机构(4)包括安装在所述机身(1)内的舵机(41)，所述舵机(41)的输出端分别通过连接轴(42)沿对应的所述机翼涵道风扇(5)的径向连接对应的所述机翼涵道风扇(5)的一侧。

4.根据权利要求3所述的一种三涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼(2)的前侧固定有支架(22)，所述机翼涵道风扇(5)相对所述连接轴(42)的另一侧分别可转动地安装在对应的所述支架(22)上。

5.根据权利要求1所述的一种三涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述机身涵道风扇(6)安装在所述机身(1)尾部且所述尾翼(3)的前侧，且所述机身涵道风扇(6)竖直贯穿所述机身(1)。

6.根据权利要求1所述的一种三涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼(2)的翼稍设置有小翼(21)，并且所述机翼(2)上安装有气动舵面。

7.根据权利要求1所述的一种三涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述尾翼(3)为V形尾翼。

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