CN111268120A - 一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机 - Google Patents

一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机 Download PDF

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Abstract

本发明一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，属于无人机技术领域；包括机身、机翼、副翼、垂直尾翼、方向舵、鸭翼和涵道动力组，所述机翼对称设置于机身后部的两侧，两个所述副翼分别铰接于两侧机翼后缘的外侧位置；两个后缘襟翼分别铰接于两侧机翼后缘的内测位置，能够相对于机翼翼面转动0～90°；所述鸭翼对称设置于所述机身前部的两侧，其根部通过垂直于机身轴向的转轴与所述机身连接，使得所述鸭翼能够绕所述转轴旋转；四组所述涵道动力组分别安装于两个后缘襟翼的上翼面和两侧鸭翼上，均由安装于机身内的涡轮发电机提供电能；通过鸭翼倾转和后缘襟翼偏转带动涵道动力组偏转进而改变推力方向进而实现了无人机的垂直起降。

Description

一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机
技术领域
本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机。
背景技术
目前无人机主要分为固定翼无人机和旋翼无人机。固定翼无人机续航时间长、飞行速度快，但起飞降落对场地要求高，并且无法悬停进行侦查、监控等任务。旋翼无人机对起飞降落场地要求不高、可以悬停进行侦查、监控等任务，但飞行速度慢、机动性差。
为了解决上述问题，现有专利技术如申请号201810315808.7的中国发明专利公开了“一种采用分布式涵道动力的短距起降无人机”，将分布式动力***与无人机的机翼等气动部件进行有利藕合进而提高无人机的气动效率和推进效率，已经可以实现短距起降。但是在该专利中，受无人机动力***布局限制，该无人机无法实现垂直起降进而兼具固定翼无人机和旋翼无人机的优点。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，该无人机采用分布式涵道动力以提高该机的气动效率和推进效率。该无人机采用一种新式的带有动力的鸭翼布局，将涵道动力组平均分布在鸭翼翼面，同时将涵道动力组平均分布在机翼后缘襟翼的上翼面。其中鸭翼可以实现0至90度倾转，机翼后缘襟翼可以实现90度偏转，以改变涵道动力组的推力方向。在所有涵道动力组的推力方向向下时，可以保证其合力方向垂直向上并通过该机重心，实现该机的垂直起降。
本发明的技术方案是：一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，包括机身、机翼、副翼、垂直尾翼和方向舵，所述机翼对称设置于机身后部的两侧，两个所述副翼分别铰接于两侧机翼后缘的外侧位置；两个后缘襟翼分别铰接于两侧机翼后缘的内测位置，能够相对于机翼翼面转动0～90°；所述垂直尾翼安装于机身尾部正上方，所述方向舵安装于垂直尾翼上；其特征在于：还包括鸭翼和涵道动力组；
所述鸭翼对称设置于所述机身前部的两侧，其根部通过垂直于机身轴向的转轴与所述机身连接，使得所述鸭翼能够绕所述转轴旋转；
四组所述涵道动力组分别安装于两个后缘襟翼的上翼面和两侧鸭翼上，均由安装于机身内的涡轮发电机提供电能；所述鸭翼上的涵道动力组包含8个涵道动力单元，随所述鸭翼的倾转改变推力方向；所述后缘襟翼的涵道动力组包含10个涵道动力单元，随后缘襟翼的倾转改变推力方向；所述涵道动力单元包括涵道、电机、电子调速器和螺旋桨。
本发明的进一步技术方案是：所述鸭翼能够绕所述转轴旋转0～90°。
本发明的进一步技术方案是：所述涵道动力组贯穿于所述鸭翼的上、下翼面。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明为提高无人机的续航时间采用油电混合动力方案，可以降低油耗、减少排放。通过布置在机翼后缘襟翼上翼面的涵道动力组抽吸机翼上表面的附面层提高了机翼的气动效率；并采用了带有动力的鸭翼，整个无人机通过动力***的分布布置提高了动力***的冗余度与可靠性，避免了因单发失效导致无人机失控现象的发生。通过鸭翼倾转和后缘襟翼偏转带动涵道动力组偏转进而改变推力方向进而实现了无人机的垂直起降。
附图说明
图1为高效巡航状态下无人机结构示意图；
图2为高效巡航状态下无人机结构仰视图；
图3为垂直起降状态下无人机结构示意图；
图4为垂直起降状态下无人机结构仰视图。
附图标记说明：1-机身，2-鸭翼，3-机翼，4-副翼，5-垂直尾翼，6-方向舵，7-涵道动力组。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，包括机身、鸭翼、机翼、升降舵、副翼、垂直尾翼、方向舵、涵道动力组，其中，鸭翼上下翼面装有涵道动力组，机翼后缘襟翼装有可偏转的涵道动力组，垂尾安装在机身尾部正上方。
该无人机的鸭翼起到了升降舵的作用，用于无人机起降和飞行中俯仰方向的操纵。所述的副翼安装在后机翼左右外侧的后缘位置，用于无人机起降和飞行中的滚转操纵。所述的后缘襟翼共有2个，分别以铰接形式安装在机翼左右翼段的后缘位置，通过机翼内部的偏转机构实现后缘襟翼相对机翼翼面的0～90°转动。
所述涵道动力组共有4组，分别安装在鸭翼和机翼上表面。每组涵道动力组均包含一个涵道动力单元，每个涵道动力单元包括涵道、电机、电子调速器和螺旋桨，涵道动力组随后缘襟翼偏转改变推力方向。其中，安装在鸭翼上的涵道动力组分两排排列，每排四个；安装在机翼上表面的涵道动力组分两排排列，每排10个。
所述的垂直尾翼的后侧安装有方向舵，用于无人机起降和飞行中航向的操纵。
所述的发电机舱安装于垂直尾翼下部机舱，在发电机舱内安装涡轮发电机，涡轮发动机燃烧燃油带动发电机工作为布置在机翼上的涵道动力组提供电能。
所述机翼采用大展弦比平直翼形式，展弦比为8～16，后掠角为5°，上反角为0～10°。
本发明的分布式涵道动力的垂直起降无人机分为垂直起飞阶段、过渡飞行阶段、高效巡航阶段和垂直着陆阶段，飞行过程如下：
a、垂直起飞阶段，由机身内的储能电池向机翼和鸭翼上的四组涵道动力组提供电能，四组涵道动力组均工作在最大功率状态下工作。通过鸭翼倾转和机翼后缘偏转带动其上安装的四组涵道动力组向下偏转至90°，为无人机提供垂直向下方向的推力，实现垂直起飞。
b、过渡飞行阶段，当无人机爬升至预定高度后，四组涵道动力组由垂直状态逐渐转向水平状态，使飞机逐渐加速，直到机翼上产生足够升力使飞机平飞，此时四组涵道动力组转换到水平状态。
c、高效巡航阶段，机身内的涡轮发动机带动发电机工作，所产生的电能一部分流入机身内的储能电池进行充电，另一部分为四组涵道动力组供能，此时位于机翼后缘位置的涵道动力组通过抽吸机翼上表面的附面层气流提高机翼的气动效率。
d、垂直着陆阶段、由机身内的储能电池向机翼和鸭翼上的四组涵道动力组提供电能，四组涵道动力组均工作在最大功率状态下工作。通过鸭翼倾转和机翼后缘偏转带动其上安装的四组涵道动力组向下偏转至90°，为无人机提供垂直向下方向的推力，实现垂直降落。
如图1—4所示，本实施例采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，由机身、机翼、鸭翼、升降舵、副翼、垂直尾翼、方向舵、涵道动力组组成。机身的中部截面为倒圆角矩形，在机头和机尾处分别向前向后渐收。机翼采用大展弦比平直翼形式，展弦比为11，后掠角为5°，上反角为0°。副翼安装在机翼左右外侧的后缘位置。2个后缘襟翼以铰接形式分别安装在机翼的后缘位置，通过机翼内部的驱动机构实现后缘襟翼相对机翼翼面的0～90°转动。在每个后缘襟翼的上翼面和鸭翼翼面上各安装一组涵道动力组，其中，安装在鸭翼上的涵道动力组分两排排列，每排四个；安装在机翼上表面的涵道动力组分两排排列，每排10个。每个涵道动力单元包含涵道、电机、电子调速器和螺旋桨，涵道动力组随后缘襟翼偏转改变推力方向。垂直尾翼安装于机身的尾部上方，在垂直尾翼的后部安装有方向舵。发电机舱位于垂直尾翼的底部。前起落架安装在机身的前部下方，主起落架分别安装机身的后部下方。
当飞行过程中涵道动力组上的某一电机发生故障时，该无人机可以通过调节其余各电机的输出功率使无人机左右两侧的推力保持平衡，保证无人机的飞行安全。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (3)

1.一种采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，包括机身、机翼、副翼、垂直尾翼和方向舵，所述机翼对称设置于机身后部的两侧，两个所述副翼分别铰接于两侧机翼后缘的外侧位置；两个后缘襟翼分别铰接于两侧机翼后缘的内测位置，能够相对于机翼翼面转动0～90°；所述垂直尾翼安装于机身尾部正上方，所述方向舵安装于垂直尾翼上；其特征在于：还包括鸭翼和涵道动力组；
所述鸭翼对称设置于所述机身前部的两侧，其根部通过垂直于机身轴向的转轴与所述机身连接，使得所述鸭翼能够绕所述转轴旋转；
四组所述涵道动力组分别安装于两个后缘襟翼的上翼面和两侧鸭翼上，均由安装于机身内的涡轮发电机提供电能；所述鸭翼上的涵道动力组包含8个涵道动力单元，随所述鸭翼的倾转改变推力方向；所述后缘襟翼的涵道动力组包含10个涵道动力单元，随后缘襟翼的倾转改变推力方向；所述涵道动力单元包括涵道、电机、电子调速器和螺旋桨。
2.根据权利要求1所述采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，其特征在于：所述鸭翼能够绕所述转轴旋转0～90°。
3.根据权利要求1所述采用分布式涵道动力的垂直起降无人机，其特征在于：所述涵道动力组贯穿于所述鸭翼的上、下翼面。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111708374A (zh) * 2020-06-22 2020-09-25 西北工业大学 一种分布式动力无人机控制***
CN112722243A (zh) * 2021-01-19 2021-04-30 西北工业大学 一种用于短距/垂直起降的分布式电涵道风扇动力***
CN114104282A (zh) * 2021-10-28 2022-03-01 上海磐拓航空科技服务有限公司 一种涵道风扇倾转翼垂直起降飞机
EP3998194A1 (en) * 2021-02-19 2022-05-18 Lilium eAircraft GmbH Wing assembly for an aircraft
WO2022175071A1 (en) * 2021-02-19 2022-08-25 Lilium Eaircraft Gmbh Wing assembly for an aircraft
CN115489716A (zh) * 2022-09-22 2022-12-20 中国商用飞机有限责任公司 集成有分布式涵道风扇的机翼和电动飞机
WO2023109114A1 (zh) * 2021-12-14 2023-06-22 吴斌 一种可重构式飞行汽车及飞行汽车控制方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6896221B1 (en) * 2003-04-16 2005-05-24 Einar Einarsson Vertical takeoff and landing aircraft
CN101274666A (zh) * 2007-11-05 2008-10-01 穆骞 开裂复合式机翼
CN105667781A (zh) * 2016-04-06 2016-06-15 南京航空航天大学 一种在旋翼和固定翼之间布局可变的飞行器
US20180086447A1 (en) * 2016-09-08 2018-03-29 Hop Flyt Inc Aircraft having independently variable incidence channel wings with independently variable incidence channel canards
CN108569399A (zh) * 2018-04-10 2018-09-25 西北工业大学 一种采用分布式涵道动力的短距起降无人机
CN109263930A (zh) * 2018-10-30 2019-01-25 佛山市神风航空科技有限公司 一种可垂直升降的固定翼飞行器
CN110316370A (zh) * 2019-06-25 2019-10-11 北京航空航天大学 一种分布式动力倾转机翼飞机的布局与控制方法
US10494092B2 (en) * 2010-05-17 2019-12-03 Plasecki Aircraft Corporation Modular and morphable air vehicle

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6896221B1 (en) * 2003-04-16 2005-05-24 Einar Einarsson Vertical takeoff and landing aircraft
CN101274666A (zh) * 2007-11-05 2008-10-01 穆骞 开裂复合式机翼
US10494092B2 (en) * 2010-05-17 2019-12-03 Plasecki Aircraft Corporation Modular and morphable air vehicle
CN105667781A (zh) * 2016-04-06 2016-06-15 南京航空航天大学 一种在旋翼和固定翼之间布局可变的飞行器
US20180086447A1 (en) * 2016-09-08 2018-03-29 Hop Flyt Inc Aircraft having independently variable incidence channel wings with independently variable incidence channel canards
CN108569399A (zh) * 2018-04-10 2018-09-25 西北工业大学 一种采用分布式涵道动力的短距起降无人机
CN109263930A (zh) * 2018-10-30 2019-01-25 佛山市神风航空科技有限公司 一种可垂直升降的固定翼飞行器
CN110316370A (zh) * 2019-06-25 2019-10-11 北京航空航天大学 一种分布式动力倾转机翼飞机的布局与控制方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111708374A (zh) * 2020-06-22 2020-09-25 西北工业大学 一种分布式动力无人机控制***
CN112722243A (zh) * 2021-01-19 2021-04-30 西北工业大学 一种用于短距/垂直起降的分布式电涵道风扇动力***
EP3998194A1 (en) * 2021-02-19 2022-05-18 Lilium eAircraft GmbH Wing assembly for an aircraft
WO2022175071A1 (en) * 2021-02-19 2022-08-25 Lilium Eaircraft Gmbh Wing assembly for an aircraft
CN114104282A (zh) * 2021-10-28 2022-03-01 上海磐拓航空科技服务有限公司 一种涵道风扇倾转翼垂直起降飞机
WO2023109114A1 (zh) * 2021-12-14 2023-06-22 吴斌 一种可重构式飞行汽车及飞行汽车控制方法
CN115489716A (zh) * 2022-09-22 2022-12-20 中国商用飞机有限责任公司 集成有分布式涵道风扇的机翼和电动飞机
CN115489716B (zh) * 2022-09-22 2023-12-29 中国商用飞机有限责任公司 集成有分布式涵道风扇的机翼和电动飞机

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