CN105151295A - 一种垂直起降无人机 - Google Patents

Abstract

一种垂直起降无人机，包括：机身、机翼和位于机身头部的螺旋桨，尾撑，尾撑的数量为三个或者三个以上，尾撑与机身尾部连接，尾撑可以绕垂直于机身轴线的旋转轴旋转；垂尾，垂尾的数量为三个或者三个以上，每个垂尾与一个尾撑连接。尾撑与垂尾相连接，并可以绕垂直于机身轴线的旋转轴旋转。当尾撑和垂尾绕旋转轴旋转，并相对于机身轴线向外展开后，可作为垂直起降时的起落架，由于支撑点间距离变大，垂直起降无人机直立稳定性好。当尾撑和垂尾绕旋转轴旋转，并相对于机身轴线向内收起后形成一个类完整的垂尾气动布局，保证了垂直起降无人机稳定性。

Description

一种垂直起降无人机

技术领域

本发明涉及一种无人机，特别涉及到一种垂直起降无人机。

背景技术

由于无人机具有体型小、成本低等优势，而且随着飞控技术、通信技术和电子技术的快速发展，无人机的性能不断增强、类型不断增多，使其在军用领域和民用领域中的应用需求不断增大。

无人机通常被分为固定翼无人机与旋转翼无人机。

其中固定翼无人机依靠引擎推动，引擎驱动产生平行于机身轴线的水平推力，使无人机可以在空中高速飞行。但是由于引擎不能产生垂直于机身轴线的升力，所以固定翼无人机只能通过固定翼与空气间的相对运动来获得升力，以克服固定翼无人机的重力，升力的大小和固定翼与空气间的相对运动速度存在正相关关系，相对运动速度越大，固定翼无人机所获得的升力也越大。现有技术中，固定翼无人机存在着两个缺点：第一，起飞时需要较长的跑道才能使固定翼无人机获得足够的水平速度，以使固定翼无人机获得足够的升力起飞；第二，固定翼无人机在起飞后需要保持足够的飞行速度才能获得足够的升力以克服自身的重力。

旋转翼无人机依靠引擎使旋转翼绕自身轴线自转，旋转翼自转时与空气产生相对运动获得升力。由于旋转翼无人机产生的升力直接由引擎驱动旋转翼自转而产生，因此旋转翼无人机起飞无需具有水平飞行速度，即不再依赖跑道，克服了固定翼无人机依赖较长跑道的缺点。同时，旋转翼无人机也克服了固定翼无人机起飞后需要保持足够的飞行速度的缺点，旋转翼无人机可以垂直升降、空中悬停、向前后左右飞行，具有飞行姿态多样化的优点。但是由于旋转翼提供的主要是升力，旋转翼无人机获得的平行于机身轴线的水平推力较小，所以水平飞行速度较慢。

综上所述，现有技术中，无人机要么需要依赖长跑道，且起飞后需要保持足够的飞行速度；要么水平飞行速度较慢。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中无人机要么需要依赖长跑道，且起飞后需要保持足够的飞行速度；要么水平飞行速度较慢。

为解决上述问题，本发明提供一种垂直起降无人机，包括：机身、机翼和位于机身头部的螺旋桨，还包括：

尾撑，尾撑的数量为三个或者三个以上，尾撑与机身尾部连接，尾撑可以绕垂直于机身轴线的旋转轴旋转；

垂尾，垂尾的数量为三个或者三个以上，每个垂尾与一个尾撑连接。

进一步，所述尾撑和所述垂尾的数量相等。

进一步，所述尾撑的数量是四个。

进一步，各尾撑的旋转轴位于同一平面内。

进一步，各尾撑的旋转轴相交形成正多边形，且机身轴线经过所述正多边形中心。

进一步，所述尾撑与机身尾部铰接；垂尾与尾撑固定连接或者为一体结构。

进一步，尾撑具有第一端和第二端，第一端与机身尾部连接，第二端与垂尾连接。

进一步，尾撑第一端的宽度大于第二端的宽度。

进一步，所述机翼中设置有副翼，所述副翼位于所述螺旋桨的滑流区内；所述垂尾中设置有方向舵。

进一步，所述机身内部装有锂电池、飞行控制***、电子调速器和电机。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

尾撑与垂尾相连接，并可以绕垂直于机身轴线的旋转轴旋转。

当尾撑和垂尾绕旋转轴旋转，并相对于机身轴线向外展开后，可作为垂直起降时的起落架，由于支撑点间距离变大，垂直起降无人机直立稳定性好。

当尾撑和垂尾绕旋转轴旋转，并相对于机身轴线向内收起后形成一个类完整的垂尾气动布局，保证了垂直起降无人机稳定性。

进一步，垂直起降无人机副翼在螺旋桨滑流区内，可以调节垂直起降无人机的飞行航向，实现翻转等飞行姿态。

附图说明

图1是本发明一种垂直起降无人机的结构示意图；

图2是本发明一种垂直起降无人机起飞状态过程中尾撑和垂尾向外打开时的示意图；

图3是本发明一种垂直起降无人机起飞状态过程中尾撑和垂尾向内合并时的示意图；

图4是本发明一种垂直起降无人机的水平飞行状态示意图。

具体实施方式

现有技术中无人机要么需要依赖长跑道，且起飞后需要保持足够的飞行速度；要么水平飞行速度较慢。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

与固定翼无人机相比，垂直起降无人机能够以零速度起飞着陆，具备悬停能力，并能以固定翼飞行的方式水平飞行。垂直起降无人机对跑道无依赖，且具有可悬停的优势。

与旋转翼无人机相比，垂直起降无人机具有高得多的前飞速度，并具有更大的航程。

正是基于这些优点，垂直起降无人机尤其适用于需要悬停或对起降场地有特殊要求的场合。

本发明提供一种垂直起降无人机，参考图1，包括：

机身1，所述机身1内部装有锂电池、飞行控制***、电子调速器和电机。所述锂电池提供能量使所述电机驱动位于机身头部的螺旋桨8，产生平行于机身轴线的推力。电子调速器调控电机的转动速度，飞行控制***用于遥控器对垂直起降无人机飞行状态的控制。

机翼2，所述机翼2在垂直起降无人机水平飞行时可以与空气产生相对运动，进而产生升力以克服垂直起降无人机的重力，保持垂直起降无人机的水平飞行。

在具体实施例中，所述机翼2中设置有副翼5，所述副翼5位于所述螺旋桨8的滑流区内。副翼5可以调节垂直起降无人机的飞行航向，实现翻转等飞行姿态。垂直起降无人机副翼5设置在螺旋桨8的滑流区内，使得垂直起降无人机速度较低时也可以有效控制垂直起降无人机的飞行姿态。

尾撑6，尾撑6的数量为三个或者三个以上，在本实施例中为四个。尾撑6与机身尾部连接，尾撑可以绕垂直于机身轴线的旋转轴旋转，所述旋转轴为尾撑旋转轴7。

在本发明中，垂直于机身轴线的旋转轴不仅仅只是指与机身轴线相交且垂直的旋转轴；而且可以是满足以下条件的旋转轴：经过该旋转轴轴线的平面中能找到一个平面与机身轴线相垂直。

在本实施例中，尾撑旋转轴7位于同一平面内，且该平面垂直于机身轴线。各尾撑的旋转轴相交形成正多边形，且机身轴线经过所述正多边形中心。即所述尾撑旋转轴7以所述正多边形中心为对称中心呈中心对称分布。这种设计主要是为了使对称尾撑6能够有效地控制垂直起降无人机的飞行姿态，并保持平衡。

垂尾3，垂尾3的数量为三个或者三个以上，每个垂尾3与一个尾撑6连接。

在本实施例中，垂尾3为四个。垂尾3与尾撑6固定连接或者为一体结构。一个垂尾3与一个尾撑6连接。所述垂尾3中设置有方向舵4。方向舵4用于提高垂直起降无人机飞行的平稳性。

在具体实施例中，尾撑6具有第一端和第二端，第一端与机身尾部连接，第二端与垂尾3连接。尾撑6第一端的宽度大于第二端的宽度。

下面介绍垂直起降无人机的起降及水平飞行时的操作方法：

所述垂直起降无人机起飞时，参考图2，先将尾撑6和垂尾3相对于机身轴线向外打开，形成四个分散支撑点，用做垂直起降无人机起落架，机身竖直放置；由锂电池在飞行控制***的控制下驱动电机，并带动螺旋桨8转动，产生向上的拉力，克服重力起飞。

参考图3，当垂直起降无人机离地后，由舵机驱动，尾撑6和垂尾3相对于机身轴线向内合并，使垂直起降无人机在副翼5、尾撑6和垂尾3的控制下改变飞行姿态，逐渐转向水平飞行。

尾撑6和垂尾3向内收起后形成一个四垂尾气动布局，保证了垂直起降无人机稳定性。副翼5在螺旋桨8滑流区内，可以调节垂直起降无人机的飞行航向，实现翻转等飞行姿态。

参考图4，通过控制电子调速器建立水平速度，使垂直起降无人机水平飞行模式。

当需要垂直降落时，垂直起降无人机在副翼5、尾撑6和垂尾3的控制下，机身头部逐渐向上拉起，螺旋桨8产生的力逐渐向上形成拉力，并且拉力逐渐和垂直起降无人机重力轴线重合；然后，降低螺旋桨8转速使拉力减小，当拉力小于垂直起降无人机重力时，在重力作用下，垂直起降无人机缓慢下降；同时，垂直起降无人机尾撑6和垂尾3在舵机驱动下相对于机身轴线向外打开，形成四个分散支撑点，垂直起降无人机接地后依靠四个支撑点直立。降落后的姿态可以继续参考图2。

当需要悬停时，垂直起降无人机在副翼5、尾撑6和垂尾3的控制下，机身头部逐渐向上拉起，螺旋桨8产生的力逐渐向上形成拉力，并且拉力逐渐和垂直起降无人机重力轴线重合；然后，降低螺旋桨8转速使拉力减小，当拉力减小到与垂直起降无人机重力相等时，可使起降无人机处于悬停状态。

反之，当需要使垂直起降无人机由悬停状态返回水平飞行状态时，可以通过副翼5、尾撑6和垂尾3控制垂直起降无人机，使机身头部逐渐往下拉，使垂直起降无人机处于水平状态，然后，通过螺旋桨8产生所需的水平飞行速度。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种垂直起降无人机，包括：机身、机翼和位于机身头部的螺旋桨，其特征在于，还包括：

尾撑，尾撑的数量为三个或者三个以上，尾撑与机身尾部连接，尾撑可以绕垂直于机身轴线的旋转轴旋转；

垂尾，垂尾的数量为三个或者三个以上，每个垂尾与一个尾撑连接。

2.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述尾撑和所述垂尾的数量相等。

3.如权利要求2所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述尾撑的数量是四个。

4.如权利要求1，2或3所述的垂直起降无人机，其特征在于，各尾撑的旋转轴位于同一平面内。

5.如权利要求4所述的垂直起降无人机，其特征在于，各尾撑的旋转轴相交形成正多边形，且机身轴线经过所述正多边形中心。

6.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述尾撑与机身尾部铰接；

垂尾与尾撑固定连接或者为一体结构。

7.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，尾撑具有第一端和第二端，第一端与机身尾部连接，第二端与垂尾连接。

8.如权利要求7所述的垂直起降无人机，其特征在于，尾撑第一端的宽度大于第二端的宽度。

9.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼中设置有副翼，所述副翼位于所述螺旋桨的滑流区内；

所述垂尾中设置有方向舵。

10.如权利要求1所述的垂直起降无人机，其特征在于，所述机身内部装有锂电池、飞行控制***、电子调速器和电机。