CN111268089B - 一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构。飞行器的机身为纵轴左右对称的双机身、机身头部和尾部有与机身一体化成型的用于固定旋翼和尾翼的连杆，四旋翼***固定设置于机身前连杆和后连杆上；机翼横跨两个机身，分为左机翼、中部机翼和右机翼；机身尾部连杆上固定设置有“拱形”尾翼；推进螺旋桨***固定设置于中部机翼上；轮式起落架***包括四个起落架减震连杆及机轮，安置于左右机身下侧。本发明的飞行器结构，因采用了双机身结构，使飞行器具有足够大的任务空间，适合放置大尺寸载荷；同时旋翼和尾翼连杆能够与机身设计为一体，避免额外安装旋翼杆，机身和旋翼杆一体成型，简化了飞行器结构，既保证了结构强度，又降低了结构重量。

Description

一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构

技术领域

本发明属于无人飞行器总体技术领域，具体涉及一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构***。

背景技术

传统的无人飞行器可分为固定翼和旋翼飞行器两种。固定翼飞行器飞行时升力由机翼提供，航时航程较大。通常来说固定翼飞行器的起降条件较为苛刻，滑跑起飞或降落需要较为平整的跑道，弹射起飞需要专门的弹射装置，手抛需要人员具有较为丰富的操作经验，撞网需要具有非常精确的导航控制***等；此外，固定翼飞行器不能实现垂直起降，也无法在空中进行悬停。旋翼飞行器其升力由螺旋桨或涵道风扇提供，可以实现垂直起降，对起降场地要求较低，并且可以在空中稳定悬停；但是旋翼飞行器巡航平飞效率较低，同等条件下航时航程较小。无论是单纯的固定翼飞行器或是旋翼飞行器，均无法同时实现高效巡航平飞、空中悬停以及垂直起降，因此近年来出现了旋翼、固定翼结合的垂直起降固定翼飞行器，由于其技术成熟，且以较小的代价获得了高效巡航平飞、空中悬停以及垂直起降能力，成为研究的热门。

从结构上看，垂直起降固定翼飞行器是由多旋翼飞行器和固定翼飞行器组合而成。起飞和降落类似多旋翼飞行器，由多旋翼提供垂直起降所需的拉力；前飞时，则类似于固定翼飞行器，由推进螺旋桨提供前飞推力。

从性能上看，垂直起降固定翼飞行器结构***既有普通多旋翼飞行器的垂直起降和空中悬停能力，又有固定翼飞行器的高速巡航功能。由于垂直起降固定翼的上述能力，大大增加了其使用范围和领域。在军用方面因其速度快、航程远、在战场上能随处着陆的特点能够胜任空中侦察、后勤保障和隐蔽突袭工作。在民用方面，可作为测绘、巡线和货运的良好平台。

现有的垂直起降固定翼飞行器虽然具有相对于固定翼飞行器和多旋翼飞行器的诸多优点，但由于布局上的局限性，仍具有较多缺点。从飞行器的总体布局上看，由于大多数垂直起降固定翼飞行器是由固定翼飞行器平台加装多旋翼结构组合而来，虽然改进成本低、技术风险小，但其带来了如下缺点：1.多旋翼结构一般采用机翼外挂连杆的形式组合在飞行器上，垂直起降时多旋翼工作，巡航前飞时多旋翼停止工作，作为飞行器“死重”存在，影响飞行器气动效率；2.多旋翼结构包含连杆、电机及螺旋桨，外挂于机翼上增大了机翼负载，致使机翼结构加强，带来额外增重；3.单机身的固定翼飞行器改为垂直起降固定翼飞行器之后，需在机身内额外安装一套多旋翼电源，占用了本就有限的机身空间。

发明内容

针对现有大部分垂直起降固定翼飞行器多旋翼外挂影响气动效率及机身空间不足的问题，本发明提供一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构。

本发明包括飞行器的机身、连杆、固定旋翼和尾翼，其特征是，关于飞行器的机身为双机身、与机身头部和尾部一体的用于固定旋翼和尾翼的连杆、固定设置于机身前连杆和后连杆上的四旋翼***、固定设置于双机身的机翼、固定设置于机身尾部连杆上的“拱形”尾翼、固定设置于中部机翼上的推进螺旋桨***及固定设置于左右机身前后的四个轮式起落架***。本发明所述双机身是纵轴左右对称的双机身包括左机身和右机身；所述垂直起降四旋翼***包括电机、旋翼及旋翼锁定装置，对称的安置于左机身和右机身前后的连杆下方；所述连杆与机身一体化成型，由机身前后自然伸出，左机身和右机身的前连杆各固定一个旋翼，后连杆各固定一个旋翼和尾翼；机翼为上单翼结构，机翼横跨两个机身，分为左机翼、中部机翼和右机翼；所述尾翼包括矩形垂尾和矩形平尾，垂尾安装于左右机身后部连杆上且向内倾斜，平尾安置于垂尾上端；所述推进螺旋桨***包括巡航电机和螺旋桨，安置于中部机翼上；所述轮式起落架***包括四个起落架减震连杆及机轮，分部安置于左右机身下侧。

优选地，所述双机身为“梭形”机身，对称安置于飞行器对称面两侧，机身前端设置有前连杆，尾部设置有后连杆。

优选地，所述连杆与机身一体化成型，由“梭形”机身前后自然伸出，前连杆固定安置旋翼，后连杆固定安置旋翼和尾翼。

优选地，所述机翼为常规平直翼布局，翼稍为梯形翼布局，以减小阻力，上单翼设计，便于装载，机翼截面采用正弯度翼型。

进一步地，所述尾翼为“拱形”尾翼，包括带升降舵的平尾和其两端内倾安装带方向舵的垂尾，平尾和垂尾均采用对称翼型。

优选地，所述机翼和所述尾翼均为平直翼布局。

优选地，所述推进螺旋桨***包括巡航电机和螺旋桨，安装于中部机翼上，在固定翼飞行时提供动力。

优选地，所述轮式起落架***使飞行器既可以垂直起降，又可以采用滑跑方式起飞。

具体地，所述垂直起降四旋翼***包括四个电机、以及安置于电机上的四个旋翼及旋翼锁定装置，在垂直起降时提供拉力，在巡航前飞时旋翼沿飞行器纵轴锁定；两个电机安置于从机身头部伸出的前连杆上；另外两个电机安置于从机身尾部伸出的后连杆上，后旋翼与尾翼共用一根连杆，连杆与机身采用碳纤维结构一体成型。

目前的常规的垂直起降固定翼无人机，其在两侧机翼上各安装一根或两根长连杆用于安装旋翼和尾翼，本发明所提供的结构与现有技术相比，能够显著减少旋翼杆长度，减轻结构重量。同时，固定翼模式飞行时，旋翼沿飞行器纵轴方向锁定，能够显著降低巡航阻力。

本发明的无人飞行器结构，可实现垂直起降、空中定点悬停与高效巡航平飞，垂直起降四旋翼***在起降和悬停过程中以旋翼飞行器动力形式提供升力；固定翼动力***在巡航平飞状态下以固定翼飞行器动力形式提供推力，也可提供飞行器滑跑推力。由于采用了双机身结构，使得飞行器具有足够大的任务空间，适合放置大尺寸载荷；同时旋翼和尾翼连杆能够与机身设计为一体，避免额外安装旋翼杆，机身和旋翼杆一体成型，简化了飞行器结构，既保证了结构强度，又降低了结构重量。

附图说明

图1a)为飞行器结构***整体结构的前视图；

图1b)为飞行器结构***整体结构的侧视图；

图1c)为飞行器结构***整体结构的俯视图；

图1d)为飞行器结构***整体结构的等轴视图；

图2为飞行器结构***垂直起飞后转换过渡至平飞状态的示意图。包括起飞/悬停状态，采用旋翼模式飞行；过渡状态，固定翼螺旋桨启动，为两种飞行模式之间的过渡模式；巡航平飞状态，旋翼沿旋翼杆纵向锁定，采用固定翼模式飞行。

其中，1-双机身，2-机翼，3-前连杆，4-后连杆，5-“拱形”尾翼，6-起落架***，7-旋翼动力***，8-固定翼动力***，9-方向舵，10-升降舵，11-副翼。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1a)、b)、c)、d)所示，一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构，包括双机身、垂直起降四旋翼***、固定设置于机身上方的机翼(上单翼结构)和固定设置于机身尾部的“拱形”尾翼，其特征在于：

所述双机身为对称安置于机翼上的“梭形”机身，其与旋翼/连杆设计为一体，简化了结构，增大了任务空间。

所述机翼为常规平直翼布局，大部为矩形翼，翼稍为梯形翼布局。所述尾翼为拱形，所述“拱形”尾翼采用矩形垂尾和矩形平尾，翼型为对称翼型；垂尾安置于左右机身后部连杆上且向内倾斜，平尾安置于垂尾上端，尾翼与所述机身以连杆连接。所述平尾上设置有升降舵，所述两条垂尾上也设置有方向舵。

所述机翼翼型采用正弯度翼型。

所述垂直起降四旋翼***安置于双机身前后的连杆上。前连杆从机身头部伸出，后连杆从机身尾部伸出，尾翼安装在后连杆末端。

所述推进螺旋桨***包括巡航电机和螺旋桨，安装于中部机翼上。

具体地，本发明所述的一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构，包括机身、机翼、尾翼、四旋翼***、推进螺旋桨***，其中机身为并列安置的“梭形”机身，为内部有效载荷、电源、飞行控制和航电***提供安装空间，降低飞行阻力。机翼为常规平直翼布局，翼稍为梯形翼布局，以减小阻力，上单翼设计，便于装载，机翼截面采用正弯度翼型。“拱形”尾翼，包括带升降舵的平尾和其两端内倾安装带方向舵的垂尾，平尾和垂尾均采用对称翼型，机翼和垂尾均为矩形翼布局。即在机翼、平尾和垂尾上分别配有副翼、升降舵和方向舵，通过协调偏转舵面可实现滚转、俯仰和偏航的控制。

所述垂直起降四旋翼***安装于双机身前、后的连杆上，前连杆从机身头部伸出，其前端安装两个旋翼，后连杆从机身尾部伸出，其中部安装两个旋翼、末端安装尾翼，连杆与机身采用碳纤维结构一体成型。

飞行器还包括飞行控制***和航电***，控制飞行器的飞行轨迹、姿态以及实现同地面控制中枢的通信等，飞行控制***和航电***安装于机身结构内部，都是常规技术。

如图2所示，为飞行器的悬停、过渡和前飞三种飞行状态，分别采用了旋翼模式、过渡模式、固定翼模式三种飞行模式。其具体过程如下：首先飞行器采用类似四旋翼飞行器起飞方式进行起飞，四旋翼***开始工作，以实现飞行器的垂直起飞。当进行飞行模式的转换时，四旋翼***仍然工作，固定翼动力***启动，飞行器开始向前加速。当飞行器前飞速度达到最低飞行速度以后，四旋翼***停止工作，并通过锁定装置锁定，使旋翼朝向飞行器前方以降低前飞阻力，此时过渡模式结束，整个转换过程完成之后，固定翼动力***继续工作，以使飞行器达到巡航平飞需用速度，机翼产生的升力克服飞行器自身重力。在巡航平飞过程中，由机翼、平尾和垂尾上的舵面共同控制飞行器的姿态。从巡航平飞状态转换至定点悬停或垂直降落模式过程同起飞过程相反，在此不再赘述。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双机身垂直起降固定翼无人飞行器结构，包括飞行器的机身、连杆、旋翼、尾翼，其特征在于，所述飞行器的机身为双机身，所述无人飞行器结构还包括与机身头部和尾部一体的用于固定旋翼和尾翼的连杆、固定设置于机身前后连杆上的垂直起降四旋翼***、固定设置于双机身的机翼、固定设置于机身尾部连杆上的尾翼、固定设置于中部机翼上的推进螺旋桨***、固定设置于左右机身前后的四个轮式起落架***；所述双机身为呈“梭形”的左机身和右机身，“梭形”机身前后自然伸出连杆结构，所述连杆与机身一体化成型，由机身前后自然伸出，前连杆固定安装旋翼，后连杆固定安装旋翼和尾翼；所述机翼为上单翼结构，机翼横跨两个机身，分为左机翼、中部机翼和右机翼。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器结构，其特征在于，所述垂直起降四旋翼***包括电机、旋翼及旋翼锁定装置，并对称地安置于左机身和右机身前后的连杆下方。

3.根据权利要求2所述的无人飞行器结构，其特征在于，所述尾翼安装在后连杆末端，尾翼为“拱形”尾翼，包括矩形垂尾和矩形平尾，采用对称翼型；垂尾安置于左右机身后连杆上且向内倾斜，平尾安置于垂尾上端，垂尾上设置有方向舵，平尾上设置有升降舵。

4.根据权利要求1所述的无人飞行器结构，其特征在于，中部机翼为平直翼布局，翼稍为梯形翼布局，机翼截面为正弯度翼型。

5.根据权利要求1所述的无人飞行器结构，其特征在于，所述推进螺旋桨***包括巡航电机和螺旋桨，安置于中部机翼上。

6.根据权利要求3所述的无人飞行器结构，其特征在于，在所述机翼、平尾和垂尾上配置有可偏转的舵面。

7.根据权利要求1所述的无人飞行器结构，其特征在于，所述轮式起落架***包括起落架减震连杆及机轮，分别安置于左右机身下侧。

8.根据权利要求1所述的无人飞行器结构，其特征在于，所述连杆与机身采用碳纤维结构一体成型。

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