CN103754360B - 一种类飞碟式旋翼机 - Google Patents
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Abstract
一种类飞碟式旋翼机，涉及一种无人飞行器。提供充分利用陀螺自稳现象的一种类飞碟式旋翼无人机。设有机身、机翼、两电机、变距***和可变距螺旋桨；所述机身与机翼根部相连，机身内部空间用于装载机载设备；机翼采用小短边椭圆翼型，用于实现垂直起降、空中悬停和固定翼巡航状态之间的转换；两电机安装在两侧机翼翼尖部位，两电机转向一致，使用变距***调节可变距螺旋桨的桨距；变距***用于调节螺旋桨的桨距，以改变螺旋桨产生的推力方向和推力大小，实现悬停和巡航模式切换。结构简单，对飞机重心的敏感性弱，整体气动效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种无人飞行器，特别是涉及可以将直升机垂直起降、空中悬停和固定翼飞机巡航方式相结合的一种类飞碟式旋翼机。
背景技术
为了设计一种无人飞行器，使其兼具直升机的垂直起降性能、悬空滞留和固定翼飞机的高速度、大航程性能，人类提出了各种具备垂直起降能力的无人航空器，包括复合式无人直升机、装备推力矢量发动机的无人飞机、旋转机翼式无人飞机、倾转涵道螺旋桨无人飞机、倾转旋翼无人飞机等。
在我国，由于对无人机的研究起步较晚，对兼具直升机的垂直起降性能、空中悬停和固定翼飞机的高速度、大航程性能的无人飞行器的研制还停留在理论和工程研究阶段，尚没有公开发表任何型号研制成功的有关资料。据悉，国内某单位已经研制出小型倾转旋翼无人原理样机，正在进行试飞工作，其总体方案与欧美各国的倾转旋翼机类似，都是采用改变旋翼拉力方向，实现起降与巡航状态的切换。这种方案的操纵***比较复杂、成本较大，对材料的要求很高，而且这种倾转旋翼机的旋翼桨叶在前飞时只能兼具超大直径螺旋桨的功能，所以在前飞时推进效率不高，也限制了飞机达到更大的前飞速度。此外，这类旋翼机在空中悬停时，机翼对主旋翼滑流的遮挡严重影响悬停时主旋翼的有效升力，并且悬停时对重心前后位置的要求严格。
发明内容
本发明的目的在于针对现有兼具垂直起降、空中悬停和固定翼巡航无人机的缺陷，提供充分利用陀螺自稳现象的一种类飞碟式旋翼无人机。
本发明设有机身、机翼、两电机、变距***和可变距螺旋桨；所述机身与机翼根部相连，机身内部空间用于装载机载设备；机翼采用小短边椭圆翼型，用于实现垂直起降、空中悬停和固定翼巡航状态之间的转换；两电机安装在两侧机翼翼尖部位，两电机转向一致，使用变距***调节可变距螺旋桨的桨距；变距***用于调节螺旋桨的桨距，以改变螺旋桨产生的推力方向和推力大小，实现悬停和巡航模式切换。
所述机身可采用圆锥形机身，利用陀螺仪高速旋转时的自稳现象，实现其垂直起飞所需要的稳定性。
本发明使用小展弦比的机翼，且机翼翼型使用小短边椭圆对称翼型，但不局限于椭圆，亦可为矩形等对称翼型。
两侧机翼可全动，飞机姿态控制通过调节机翼攻角或调节变距螺旋桨桨距实现，但不局限于此，亦可使用常规飞机的副翼、襟翼等控制面进行姿态操控。
两电机安装在翼尖部位，但不局限于使用电力，亦可使用可燃油类、可燃气类等其他能源。
本发明垂直起降、空中悬停和固定翼式巡航之间状态的切换是通过改变位于机翼翼尖螺旋桨产生的推力方向来实现。当两侧螺旋桨均产生拉力时，本发明处于垂直起降或空中悬停状态，当螺旋桨一侧产生推力、一侧产生拉力时，本发明处于固定翼式巡航状态。
与现有兼具垂直起降、空中悬停和固定翼巡航无人机技术相比，本发明结构简单，对飞机重心的敏感性弱，整体气动效率较高。
附图说明
图1为本发明实施例的轴测结构示意图。
图2为本发明实施例的俯视结构示意图。
图3为本发明实施例的垂直起降与空中悬停模式。
图4为本发明实施例的垂固定翼式平飞模式。
图5为本发明实施例的变距***的局部示意图。
具体实施方式
参见图1～5，本发明实施例设有机身1-1、1-2，机翼2-1、2-2，电机3-1、3-2，和变距***4-1、4-2，可变距螺旋桨5-1、5-2。机身1-2呈圆锥形，机翼2-1、2-2剖面为小短边椭圆，并且与机身1-1相连且可进行一定的攻角变换，电机3-1、3-2分别固定在机翼2-1、2-2翼尖部位，两电机转动方向一致，即均为顺时针或逆时针转动，以相互克服本发明由于电机旋转而产生的旋转力矩，变距***4-1、4-2与螺旋桨5-1、5-2通过拉杆4-2-2相连，可改变螺旋桨5-2-1的螺距。
本发明可以根据任务需求，实现垂直起降、空中悬停和固定翼式巡航。如图3所示，为垂直起降或空中悬停模式，翼尖两侧螺旋桨5-1、5-2分别在电机3-1、3-2的带动下均产生远离电机拉力g1和g2，机翼2-1、2-2两侧形成如图3所示的差动攻角，类飞碟式旋翼机产生旋转力R，进而形成升力s1、s2，进而实现本发明空中悬停或垂直起降。在图3中，标记h1和h2为电机的旋转方向。
本发明在巡航模式下如图4，一侧翼尖的螺旋桨产生远离电机拉力g3，另一侧翼尖的螺旋桨产生靠近电机的推力g4，产生方向一致的合力B，机翼2-1、2-2形成如图4所示相同方向的攻角，本发明进而产生升力s3、s4，本发明可像常规固定翼飞机进行巡航。在飞行过程中，可以通过改变机翼2-1、2-2之间的相对角度来调整飞机姿态或通过调节两可变螺旋桨的桨距。在图4中，标记h3和h4为电机的旋转方向。
垂直起降、空中悬停模式和巡航模式之间的切换过程为：
1、从垂直起降、空中悬停切换进入巡航模式，首先需将本发明的飞行提高至一定的飞行高度，而后瞬间关闭电机3-1、3-2，同时变距***4-2通过拉杆4-2-2改变螺旋桨5-2的桨距，使之形成产生反向力，机翼2-1、2-2将差动攻角改变成方向一致的正攻角，而后重新启动电机3-1、3-2，从悬停模态切换至巡航状态；
2、从巡航模式切换进入垂直起降、空中悬停模式，首先需保证本发明一定的飞行高度，而后瞬间关闭电机3-1、3-2，同时变距***4-2通过拉杆4-2-2改变螺旋桨5-2的桨距，使之形成产生反向力，机翼2-1、2-2将差动攻角改变成差动攻角，而后重新启动电机3-1、3-2，进入悬停模式。
Claims (1)
1.一种类飞碟式旋翼机，其特征在于设有机身、机翼、两电机、变距***和可变距螺旋桨；所述机身与机翼根部相连，机身内部空间用于装载机载设备；机翼采用小短边椭圆翼型，用于实现垂直起降、空中悬停和固定翼巡航状态之间的转换；两电机安装在两侧机翼翼尖部位，两电机转向一致，使用变距***调节可变距螺旋桨的桨距；变距***用于调节螺旋桨的桨距，以改变螺旋桨产生的推力方向和推力大小，实现悬停和巡航模式切换；当两侧螺旋桨均产生拉力时，处于垂直起降或空中悬停状态，当螺旋桨一侧产生推力、一侧产生拉力时，处于固定翼式巡航状态；所述机身采用圆锥形机身。
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