CN112429199B - 一种采用全动升降舵的无人机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及无人机气动布局技术领域，特别涉及一种采用全动升降舵的无人机。该无人机包括机身和全动升降舵；全动升降舵通过转轴安装于机身的尾部；转轴的轴心线沿机身的宽度方向延伸；全动升降舵包括水平尾翼和两个对称设置在水平尾翼两侧的侧翼；两个侧翼沿机身的宽度方向排列；侧翼为沿竖直方向倾斜设置的曲面结构，侧翼的底端固定连接于水平尾翼，侧翼的底端与水平尾翼形成开口朝向机身尾部的半包围结构；机身的尾部与开口形状配合。上述无人机采用全动升降舵替代现有无人机的尾翼、垂尾与升降舵，具有气动效率高、铰链力矩小、航向稳定性强的特点。

Description

一种采用全动升降舵的无人机

技术领域

本申请涉及无人机气动布局技术领域，特别涉及一种采用全动升降舵的无人机。

背景技术

随着对货运无人机性能要求的不断提高，货运无人机的装载能力也越来越高，任务荷载重量越来越重，机体尺寸越来越大。为了容纳更多更重的任务载荷，不得不对货运舱的尺寸进行加长加宽，对应地需要加大机翼面积，为了使飞机保持较高的升阻比，一般保持机翼的展弦比，从而增加机翼弦长，增大机身长度。

现有技术中为了使飞机具有较好的航向稳定性和俯仰操纵性，一般采用增加垂尾与重心之间距离、增加升降舵与重心距离的措施。在满足转场运输要求的飞机长度约束条件下，传统的垂尾布局形式和升降舵布局形式因气动效率较低而无法满足要求，如果增加垂尾和升降舵的面积，则同时会增加结构重量，导致无法满足大载重能力要求的问题。

发明内容

本申请提供了一种采用全动升降舵的无人机，该无人机采用全动升降舵替代现有无人机的尾翼、垂尾与升降舵，具有气动效率高、铰链力矩小、航向稳定性强的特点。

为达到上述目的，本申请提供以下技术方案：

一种采用全动升降舵的无人机，包括机身，还包括全动升降舵；

所述全动升降舵通过转轴安装于所述机身的尾部，用于使所述全动升降舵能够绕所述转轴进行摆动以控制所述无人机的俯仰；

所述转轴的轴心线沿所述机身的宽度方向延伸；

所述全动升降舵包括水平尾翼和两个对称设置在所述水平尾翼两侧的侧翼；两个所述侧翼沿所述机身的宽度方向排列；

所述侧翼为沿竖直方向倾斜设置的曲面结构，所述侧翼的底端固定连接于所述水平尾翼，所述侧翼的底端与所述水平尾翼形成开口朝向所述机身尾部的半包围结构；

所述机身的尾部与所述开口形状配合。

可选地，沿所述机身的长度方向，所述侧翼的底端长度大于所述水平尾翼的长度；

从所述侧翼的底端到顶端，所述侧翼的长度逐渐减小，并且两个所述侧翼之间的间距逐渐增大。

可选地，所述侧翼的底端长度为所述水平尾翼长度的至少两倍。

可选地，远离所述机身的所述侧翼后端部与所述水平尾翼后端部平齐。

可选地，所述水平尾翼在水平面上的投影形状为矩形；

所述侧翼在水平面上的投影形状为梯形。

可选地，所述水平尾翼和两个所述侧翼为一体成型结构。

可选地，所述水平尾翼和所述侧翼采用铝合金材料制成。

可选地，还包括用于驱动所述转轴转动的驱动装置；

所述转轴与两个所述侧翼固定连接。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供了一种采用全动升降舵的无人机，该无人机采用角补偿的全动升降舵替代现有无人机的尾翼、垂尾与升降舵，全动升降舵包括水平尾翼和对称设于水平尾翼的两个侧翼，侧翼沿竖直方向倾斜设置，当无人机飞行出现侧风时，全动升降舵将为无人机贡献提高航向稳定的侧偏力矩，飞行需要全动升降舵提供俯仰力矩时，转轴前后的侧翼表面压力分布均匀，舵机需要克服的铰链力矩较小，不需要做结构加强，安全克服全动升降舵控制力矩；全动升降舵布置在机尾处方便舵机安装，尾舵投影面积大，气动效率高可以在无人机长度约束下保证飞行俯仰控制的力矩要求；因此，上述无人机采用全动升降舵具有气动效率高、铰链力矩小、航向稳定性强的特点。

附图说明

图1为本申请实施例提供的无人机的尾部的立体结构示意图；

图2为图1中无人机尾部结构的俯视图；

图3为图1中全动升降舵在摆动时的结构示意图；

图4为图1中无人机的全动升降舵的立体结构示意图。

附图标记：

1-机身；2-全动升降舵；21-水平尾翼；22-第一侧翼；23-第二侧翼；24- 开口。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种采用全动升降舵2的无人机，如图1中示出了装有全动升降舵2的无人机的尾部立体结构示意图，图2为装有全动升降舵2的无人机的尾部的俯视图，图3为装有全动升降舵2的无人机在控制全动升降舵 2摆动时的结构示意图，图4为无人机中安装的全动升降舵2的立体结构；为了方便说明，将无人机从机头到机尾的方向定义为机身1的长度方向，将竖直方向定义为机身1的高度方向，将同时与机身1的长度方向和高度方向均垂直的方向定义为机身1的宽度方向；其中：

无人机包括机身1和安装于机身1尾部的全动升降舵2；全动升降舵2通过转轴(图中未示出)安装于机身1的尾部，用于使全动升降舵2能够绕转轴进行摆动以控制无人机的俯仰；如图3结构所示的全动升降舵2为绕转轴摆动一定角度后的工作状态图；

转轴的轴心线沿机身1的宽度方向延伸，使得全动升降舵2能够相对机身 1沿顺时针方向或逆时针方向摆动；为了实现对全动升降舵2的控制，上述无人机还可以包括用于驱动转轴转动的驱动装置，通过驱动装置产生驱动转轴转动的驱动力，转轴可以为驱动装置的输出轴，转轴也可以与驱动装置的输出轴之间通过传动机构传动连接；转轴与两个侧翼固定连接，用于将驱动装置的驱动力传递给侧翼，通过侧翼带动整个全动升降舵2实现角度调节，从而实现对无人机升力的控制，实现无人机的俯仰控制；转轴可以为整体结构，也可以为分体结构，即，对应每个侧翼设置一个转轴，两个转轴之间同步转动；

全动升降舵2包括水平尾翼21和两个对称设置在水平尾翼21两侧的侧翼，两个侧翼为第一侧翼22和第二侧翼23；两个侧翼沿机身1的宽度方向排列；如图1和图4结构所示，水平尾翼21位于机身1的正后方，两个侧翼分别位于机身1的尾部两侧，两个侧翼对称设置在水平尾翼21的两侧；水平尾翼21 和两个侧翼可以为分体结构，也可以为一体成型结构；水平尾翼21在水平面上的投影形状可以为矩形、梯形或多边形；侧翼在水平面上的投影形状可以为梯形或多边形；水平尾翼21和侧翼均可以采用铝合金材料制成，也可以采用其它金属材料或非金属材料制成，还可以采用复合材料制成；

侧翼为沿竖直方向倾斜设置的曲面结构，侧翼的底端固定连接于水平尾翼 21，侧翼的底端与水平尾翼21形成开口24朝向机身1尾部的半包围结构；如图1和图4结构所示，侧翼与竖直面之间具有夹角，从水平尾翼21向上倾斜延伸，侧翼具有不规则的形状，为了防止出现应力集中现象，侧翼为光滑曲面结构；侧翼的底端与水平尾翼21固定连接，侧翼的顶端高出水平尾翼21，在底部由相对设置的两个侧翼和水平尾翼21形成开口24朝向机身1前端方向的开口24，开口24用于容置机身1尾部，机身1的尾部与开口24形状配合。

一种可选的实施方式中，如图1、图2和图4结构所示，沿机身1的长度方向，侧翼的底端长度大于水平尾翼21的长度，并且侧翼的底端长度可以为水平尾翼21长度的至少两倍，即，侧翼的底端长度不仅比水平尾翼21的长度长，而且侧翼的底端长度可以比水平尾翼21的长度长的多；从侧翼的底端到顶端，侧翼的长度逐渐减小，并且两个侧翼之间的间距逐渐增大，即，侧翼从底部到顶部，不仅长度逐渐减小，而且逐渐向机身1外侧倾斜。

同时，如图2结构所示，远离机身1的侧翼后端部与水平尾翼21后端部平齐，即，虽然侧翼的长度比水平尾翼21的长度长，但是侧翼的后端部可以与水平尾翼21的后端部处于同一个竖直面内。

采用上述结构的无人机设置有角补偿的全动升降舵2，取消了现有技术中的垂尾，采用全动升降舵2替代现有无人机的尾翼、垂尾与升降舵，当无人机飞行过程中出现侧风时，全动升降舵2将为无人机提供用于增强航向稳定的侧偏力矩，在无人机飞行过程中需要全动升降舵2提供俯仰力矩时，转轴前后的侧翼表面压力分布均匀，舵机需要克服的铰链力矩较小，不需要做结构加强，安全克服全动升降舵2控制力矩；全动升降舵2布置在机尾处方便舵机安装，尾舵投影面积大，气动效率高可以在无人机长度约束下保证飞行俯仰控制的力矩要求；因此，上述无人机采用全动升降舵2具有气动效率高、铰链力矩小、航向稳定性强的特点。

采用上述结构的无人机具有以下有益效果：

1、全动升降舵2的投影面积大，纵向控制力矩大，可以提高无人机的配平和操作能力；

2、全动升降舵2的加强结构重量小，使无人机可以装载更大重量载荷；

3、全动升降舵2的侧翼在有侧滑的条件下可以产生稳定力矩，从而在没有垂尾时提供航向稳定力矩，可以省去垂直尾翼结构；

4、巡航飞行时减小了垂尾产生的阻力，提高了升阻比，可以增加飞行距离。

无人机通过采用上述结构，解决了有飞机长度尺寸限制的大空间、大载重货运无人机与升降舵效率之间的矛盾。在扩大机翼面积的同时，提高了升降舵的气动效率，减小了附加的结构重量。本申请实施例的无人机适合舰载机、需要大型运输机运输的货运无人机的气动布局使用。与相同货运能力的传统布局货运无人机相比，本申请实施例提供的无人机具有结构重量更轻、气动阻力更低和升阻比更高的优点。

显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种采用全动升降舵的无人机，包括机身，其特征在于，还包括全动升降舵；

所述全动升降舵通过转轴安装于所述机身的尾部，用于使所述全动升降舵能够绕所述转轴进行摆动以控制所述无人机的俯仰；

所述转轴的轴心线沿所述机身的宽度方向延伸；

所述全动升降舵包括水平尾翼和两个对称设置在所述水平尾翼两侧的侧翼；两个所述侧翼沿所述机身的宽度方向排列；

所述侧翼为沿竖直方向倾斜设置的曲面结构，所述侧翼的底端固定连接于所述水平尾翼，所述侧翼的底端与所述水平尾翼形成开口朝向所述机身尾部的半包围结构；

所述机身的尾部与所述开口形状配合；

所述无人机还包括用于驱动所述转轴转动的驱动装置；

所述转轴与两个所述侧翼固定连接；

其中，沿所述机身的长度方向，所述侧翼的底端长度大于所述水平尾翼的长度的至少两倍。

2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，从所述侧翼的底端到顶端，所述侧翼的长度逐渐减小，并且两个所述侧翼之间的间距逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，远离所述机身的所述侧翼后端部与所述水平尾翼后端部平齐。

4.根据权利要求2所述的无人机，其特征在于，所述水平尾翼在水平面上的投影形状为矩形；

所述侧翼在水平面上的投影形状为梯形。

5.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述水平尾翼和两个所述侧翼为一体成型结构。

6.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，所述水平尾翼和所述侧翼采用铝合金材料制成。

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