CN105329441A - 一种组合式四轴飞翼飞行器 - Google Patents

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Abstract

一种组合式四轴飞翼飞行器，包括中心柱机身，所述中心柱机身上对称设有左右设置的两个机翼，所述两个机翼的翼肋处设有飞翼总成Ⅰ；所述中心柱机身上还设有与机翼垂直设置的前后两个垂尾，所述垂尾上通过支撑杆安装有飞翼总成Ⅱ，所述飞翼总成Ⅱ到中心柱机身的中心距与飞翼总成Ⅰ到中心柱机身的中心距相同，且飞翼总成Ⅱ与飞翼总成Ⅰ处于同一水平面上。本发明采用四轴与飞翼混合的变结构飞行模式，弥补了四轴飞行器耗电量大，飞行速度低的缺点，实现了垂直起降转平飞。本发明具备悬停稳定和飞翼较高的空气动力效率的特点，使飞行器具备了垂直起降转平飞的功能，并拥有了非常优秀的飞行性能。

Description

一种组合式四轴飞翼飞行器
技术领域
本发明涉及一种飞行器技术领域，特别是一种组合式四轴飞翼飞行器。
背景技术
在当今世界的航空领域，对垂直起降或者短距起降飞行器的研究一直非常热门。对于该种类型的飞行器，它有着一般直升机和固定翼都不具备的优点。飞机能够垂直起降或者短距起飞，从而对飞行场地的要求较小，比如***上装备的舰载机，现在比较流行的还是弹射短距起飞。但是随着F-35战斗机的研制成功，在舰载机的历史上树立了一块丰碑。此外，能够垂直起降的飞行器，在通用航空方面也拥有巨大的市场。比如现在中国部分地区实现了低空领域的开放，对于私人飞行器商家来说就是一个特别诱惑的机会，但同时对飞行器的性能也提出了更严格的要求。
要研究垂直起降技术是怎样实现的，就要知道比空气重的飞机是如何飞行的。飞机飞行需要克服两种力—重力和阻力。重力是由飞机的气动面，即机翼和尾翼产生的垂直升力平衡的；阻力则是由发动机提供的水平推力克服的。正常飞机的起飞过程就是飞机在发动机的推动下，在跑道上克服阻力向前滑跑，机翼在空气中直线平移运动，利用特定翼型和飞行状态产生的空气压差获取升力。随着速度的加快，升力也越来越大，当滑跑速度足够大到使机翼产生的升力大于飞机的重量时，飞机就可以离开地面升空飞行了。由于在一定的条件下飞行的阻力远小于飞机的重量，所以飞机的飞行可以实现以小推力托起大重量，也就是推重比小于1，是一种省力的飞行方式。
从上面可以看出，飞机要想飞行必须克服重力，而垂直起落飞机由于不需要滑跑，就不可能由机翼产生克服重力的升力。那到底如何才能实现在原地的垂直起降呢？只能有两种方法，一种是喷气反作用力，一种是利用空气动力。使用喷气反作用力实现垂直起降的飞行器比较著名的有英国的鹞式，鹞式飞机通过偏转发动机的喷管实现垂直起降。“鹞”式飞机采用带下反角的后掠上单翼，一台“飞马”发动机，机身前后有4个可旋转0°～98.5°的喷气口，提供垂直起落、过渡飞行和常规飞行所需的动升力和推力，机翼翼尖、机尾和机头有喷气反作用喷嘴，用于控制飞机的姿态和改善失速性能。“鹞”具有中低空性能好、机动灵活、分散配置、可随同战线迅速转移等特点。其最大缺点是垂直起飞时航程和活动半径小、载弹量小并且陆上使用时后勤保障困难。
由此看出，在实现飞行器垂直转平飞过程中，机械结构和控制原理都特别复杂，造成***可靠性较低，同时，现有飞行器飞行性能不足，不够稳定安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种稳定安全、高机动飞行，可超稳定起降的组合式四轴飞翼飞行器。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种组合式四轴飞翼飞行器，其特点是：包括中心柱机身，所述中心柱机身上对称设有左右设置的两个机翼，所述两个机翼的翼肋处设有飞翼总成，所述飞翼总成通过机翼安装架安装在机翼上；所述中心柱机身上还设有与机翼垂直设置的前后两个垂尾，所述垂尾上通过支撑杆安装有飞翼总成，所述飞翼总成到中心柱机身的中心距与飞翼总成到中心柱机身的中心距相同，且飞翼总成与飞翼总成处于同一水平面上。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述飞翼总成包括机翼电机和机翼电机驱动的机翼螺旋桨。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述飞翼总成包括垂尾电机和垂尾电机驱动的垂尾螺旋桨。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述前后两个飞翼总成之间通过贯穿中心柱机身的连杆相接。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述中心柱机身的顶部设有机头。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述机翼、垂尾远离中心柱机身的一端底部均设有起落架。
与现有技术相比，本发明稳定安全，操作简便，可靠性很高，将飞翼总成安装在机翼的翼肋处，同时，前后两个飞翼总成之间通过贯穿中心柱机身的连杆相接，采用四轴与飞翼混合的变结构飞行模式，弥补了四轴飞行器耗电量大，飞行速度低的缺点，实现了垂直起降转平飞。本发明具备悬停稳定和飞翼较高的空气动力效率的特点，使飞行器具备了垂直起降转平飞的功能，并拥有了非常优秀的飞行性能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的左视结构示意图；
图3为本发明的立体结构示意图；
图4为飞翼总成的结构示意图；
图5为飞翼总成的结构示意图。
具体实施方式
一种组合式四轴飞翼飞行器，包括中心柱机身9，所述中心柱机身9上对称设有左右设置的两个机翼1，所述两个机翼1的翼肋处设有飞翼总成，所述飞翼总成通过机翼安装架2安装在机翼1上；所述中心柱机身9上还设有与机翼1垂直设置的前后两个垂尾7，所述垂尾7上通过支撑杆6安装有飞翼总成，所述飞翼总成到中心柱机身9的中心距与飞翼总成到中心柱机身9的中心距相同，且飞翼总成与飞翼总成处于同一水平面上。所述中心柱机身9由侧板和隔板组成，连杆的固定元件与中心柱机身9中两个隔板以胶相连，连杆穿过固定元件，中心柱机身9上飞控台在飞机悬停时与地面平行。本发明的机翼1上装有舵机，舵机摇臂通过连接杆与另一头与舵面上的舵脚相连。所述四个电机与舵面能够进行混控，两舵面有同向或异向两种运动模式，与四个电机共同调整悬停和平飞的飞行姿态，并完成垂起到平飞的飞行结构变换。悬停状态下，机翼1与垂尾7的弦线与螺旋桨的桨平面垂直，完全平飞时，四轴的桨平面与地面垂直。所述中心柱机身9上装有电池、飞控、接收机。其中四个电机分别通过四个电子调速器与飞控相连，电调为飞控供电。电池为舵机、电调、电机供电。
所述飞翼总成包括机翼电机3和机翼电机3驱动的机翼螺旋桨10。所述飞翼总成包括垂尾电机5和垂尾电机5驱动的垂尾螺旋桨11。所述机翼电机3、垂尾电机5均为相同的无刷电机，呈对称结构分布，到四轴中心距离相同。四个电机的转速可以差动。电机为现有产品T-MOTORMT2206，机翼1上两个机翼安装架2与电机以自攻钉相连，垂尾7上方两电机架与电机架连杆以胶相连，电机架连接杆穿过机身中的连接杆固定元件并实现固定。四个电机到中心柱机身9中心距离相同。四轴机构的四个螺旋桨为现有产品7寸三叶桨，分为两个正桨和两个反桨。对角两个螺旋桨旋向相同，相邻两个螺旋桨旋向相反。
所述前后两个飞翼总成之间通过贯穿中心柱机身9的连杆相接。所述的垂尾电机5通过穿过机身的两根连接杆相连，两根连接杆同时由垂尾7上两根支撑杆6和中心柱机身9共同支撑。所述中心柱机身9的顶部设有机头4。所述机翼1、垂尾7远离中心柱机身9的一端底部均设有起落架8。
所述飞行器在工作时可分为垂直起飞阶段、平飞阶段、空中悬停阶段、着陆阶段四个阶段：垂直起飞阶段：准备起飞时，将整个设备水平放置，桨平面与地面平行。通过同时启动四个电机，驱动桨叶以一定的速度转动，相邻两个螺旋桨旋向相反。随后控制油门舵机使四个发动机的电量供给量恒定，使发动机处在带速状态，此时控制四个电机转速基本一致，使整个空中侦察机器人保持平衡状态；最终通过控制油门舵机增大发动机的电量供给量，提高发动机转速，使飞行器离开地面，完成飞行器的起飞。
飞行阶段：在垂起转平飞的过程中，通过控制四个旋翼的转速，实现空中侦察机器人的姿态调整，进入平飞状态，且可实现设备的俯仰、滚转、偏航。具体方式为：令四个旋翼从最上方顺时针方向分别为旋翼A、旋翼B、旋翼C与旋翼D；当控制旋翼A、旋翼B、旋翼C与旋翼D保持等速旋转时，飞行器处于平飞状态；当控制旋翼A与C等速旋转，旋翼B增速，旋翼D减速时，飞行器向旋翼D方向倾转，实现偏航。当控制旋翼Ｂ与旋翼Ｄ等速旋转，旋翼Ａ（Ｃ）增速，旋翼Ｃ（Ａ）减速，同时飞翼舵面同时向下（上）倾转，飞行器完成俯（仰）动作。当控制旋翼A与C一同增速，旋翼B与旋翼D一同减速差动时，同时飞翼舵面向不同方向偏转，整个飞行器完成滚转动作。
空中悬停阶段：平飞向悬停转换的过程中，保持旋翼Ｂ与旋翼Ｄ转速不变，旋翼C增速，旋翼Ａ减速，同时飞翼舵面向上倾转，完成平飞向悬停状态的切换。
降落阶段：在降落的过程中，飞行器首先完成平飞向悬停的状态切换，控制4个旋翼保持等速旋转，使空中侦察机器人保持平衡状态；随后控制油门舵机逐渐降低电机的供电量，使发动机的转速逐渐下降，直到起落架8触地，飞行器着陆。

Claims (6)

1.一种组合式四轴飞翼飞行器，其特征在于：包括中心柱机身，所述中心柱机身上对称设有左右设置的两个机翼，所述两个机翼的翼肋处设有飞翼总成，所述飞翼总成通过机翼安装架安装在机翼上；所述中心柱机身上还设有与机翼垂直设置的前后两个垂尾，所述垂尾上通过支撑杆安装有飞翼总成，所述飞翼总成到中心柱机身的中心距与飞翼总成到中心柱机身的中心距相同，且飞翼总成与飞翼总成处于同一水平面上。
2.根据权利要求1所述的组合式四轴飞翼飞行器，其特征在于：所述飞翼总成包括机翼电机和机翼电机驱动的机翼螺旋桨。
3.根据权利要求1所述的组合式四轴飞翼飞行器，其特征在于：所述飞翼总成包括垂尾电机和垂尾电机驱动的垂尾螺旋桨。
4.根据权利要求1所述的组合式四轴飞翼飞行器，其特征在于：所述前后两个飞翼总成之间通过贯穿中心柱机身的连杆相接。
5.根据权利要求1所述的组合式四轴飞翼飞行器，其特征在于：所述中心柱机身的顶部设有机头。
6.根据权利要求1所述的组合式四轴飞翼飞行器，其特征在于：所述机翼、垂尾远离中心柱机身的一端底部均设有起落架。
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