CN112591084A - 垂直起降固定翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直起降固定翼飞行器，包括机身、机翼、螺旋桨和操纵舵，机翼对称安装于机身的两侧，机翼包括固定翼及折叠翼，折叠翼能够相对固定翼折叠或展开，螺旋桨转动连接于固定翼，操纵舵安装于机身的尾部。本发明中的垂直起降固定翼飞行器，设置有可相对固定翼折叠及展开的折叠翼，可在飞行器垂直升降、悬停过程中，使折叠翼呈折叠状态，在飞行器平飞巡航时，使折叠翼呈展开状态，进而，飞行器能够同时兼顾垂直起降及悬停时的抗风性能，以及平飞巡航时的升力性能，并能提高巡航的载重及巡航时间，有效保证了飞行器的飞行效率。

Description

垂直起降固定翼飞行器

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种垂直起降固定翼飞行器。

背景技术

垂直起降固定翼飞行器结合了多旋翼飞行器能够垂直起降以及固定翼飞行器的超长续航、大载重能力的特点，广泛应用于测绘、农业、救灾等领域内。相关技术中，垂直起降固定翼飞行器与飞行方向垂直，抗风性差，或者飞行过程中机翼的升力面小，飞行效率低，无法兼顾起降、悬停过程中的抗风性能以及平飞时的升力性能。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种垂直起降固定翼飞行器，能够兼容良好的升力性能及抗风性能。

根据本发明中的垂直起降固定翼飞行器，包括：

机身；

机翼，对称安装于所述机身的两侧，所述机翼包括固定翼及折叠翼，所述折叠翼能够相对所述固定翼折叠或展开；

螺旋桨，转动连接于所述固定翼；

操纵舵，与所述固定翼连接并安装于所述机身的尾部。

根据本发明实施例的垂直起降固定翼飞行器，至少具有如下有益效果：

本发明实施例中的垂直起降固定翼飞行器，设置有可相对固定翼折叠及展开的折叠翼，可在飞行器垂直升降、悬停过程中，使折叠翼呈折叠状态，在飞行器平飞巡航时，使折叠翼呈展开状态，进而，飞行器能够同时兼顾垂直起降及悬停时的抗风性能，以及平飞巡航时的升力性能，并能提高巡航的载重及巡航时间，有效保证了飞行器的飞行效率。

根据本发明的一些实施例，所述折叠翼与所述固定翼转动连接。

根据本发明的一些实施例，部分所述折叠翼能够收容于所述固定翼的内部，所述折叠翼能够相对所述固定翼伸出或者缩回。

根据本发明的一些实施例，还包括支撑体，所述支撑体的两端分别连接所述固定翼与所述操纵舵。

根据本发明的一些实施例，所述操纵舵包括升降舵与方向舵，所述升降舵以水平状态对称安装于所述机身的侧部，所述方向舵与所述升降舵相互垂直。

根据本发明的一些实施例，所述升降舵位于所述螺旋桨的滑流区内。

根据本发明的一些实施例，所述螺旋桨安装于所述固定翼的中部。

根据本发明的一些实施例，还包括升降副翼，所述升降副翼以水平状态对称安装于所述机身的两侧，部分所述升降副翼构成所述升降舵。

根据本发明的一些实施例，还包括尾翼，所述尾翼以垂直状态与所述支撑体连接，部分所述尾翼构成所述方向舵。

根据本发明的一些实施例，所述尾翼的端部设置有着陆缓冲器。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：

图1为本发明垂直起降固定翼飞行器一个实施例的结构示意图；

图2为本发明垂直起降固定翼飞行器一个实施例的结构示意图；

图3为垂直起降固定翼飞行器一个滚转状态的结构示意图；

图4为垂直起降固定翼飞行器另一滚转状态的结构示意图；

图5为垂直起降固定翼无人机一个飞行状态的结构示意图。

附图标记：机身100，机翼200，固定翼210，折叠翼220，螺旋桨300，操纵舵400，升降舵410，方向舵420，支撑体500，升降副翼600，尾翼700，着陆缓冲器800。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

参照图1，本发明的实施例中提供了一种垂直起降固定翼飞行器，包括机身100、机翼200、螺旋桨300及操纵舵400，机翼200设置有两个且对称安装于机身100的两侧，机翼200用于产生升力，螺旋桨300高速旋转产生的气流为飞行器提供推进力及升力，驱动飞行器离地、上升及飞行，通过控制螺旋桨300的推力大小可调整飞行器的飞行高度；操纵舵400安装于机身100的尾部，用于调整飞行器飞行时的俯仰、偏航、倾斜等飞行姿态，操纵舵400与机翼200组合使飞行器具有良好的飞行稳定性及操控性。另外，机翼200包括固定翼210与折叠翼220，折叠翼220可相对于固定翼210折叠或者展开，折叠翼220的折叠程度越大，机翼200整体的翼展越小，折叠翼220完全展开时，机翼200的翼展最大，从而可通过调整折叠翼220的折叠程度，调整机翼200的翼展，以配合飞行器在起降、悬停、平飞时的升力需求及抗风需求。

具体的，参照图2，飞行器垂直起降过程中，机体上表面为迎风面，机体需要足够的升力支持飞行器迅速起降，为提高飞行器的升阻比，需减小机翼200的翼展以降低飞行器升降过程中的空气对机翼200的阻力，从而提高飞行器的抗风性能，因此飞行器垂直起降及悬停时，可将折叠翼220相对固定翼210折叠，以减小飞行器迎风面；参照图1，飞行器在平飞巡航时，机体的前端为迎风面，飞行器飞行过程中需要机翼200为提供足够的升力供飞行器在空中稳定飞行，此过程中折叠翼220可相对固定翼210完全展开，此时机翼200的翼展最大，可有效增大飞行器的升力面，从而保证飞行器平飞的巡航效率，并能兼顾更大的载重或者巡航时间。

从而，本发明实施例中的垂直起降固定翼飞行器，设置有可相对固定翼210折叠及展开的折叠翼220，可在飞行器垂直升降、悬停过程中，使折叠翼220呈折叠状态，在飞行器平飞巡航时，使折叠翼220呈展开状态，进而，飞行器能够同时兼顾垂直起降及悬停时的抗风性能，以及平飞巡航时的升力性能，并能提高巡航的载重及巡航时间，有效保证了飞行器的飞行效率，固定翼210与操纵舵400连接，还可增强飞行器整体的结构稳定性。

需要说明的是，折叠翼220相对固定翼210折叠或伸展是指，折叠翼220可相对于固定翼210转动或者相对于固定翼210伸缩，以调整机翼200的翼展。具体的，折叠翼220可收容于固定翼210内部或者从固定翼210内部伸出，折叠翼220完全收缩于固定翼210内时，机翼200的翼展最小，折叠翼220完全伸出于固定翼210外部时，机翼200的翼展最大，从而可将折叠翼220设置为可伸缩形式，通过调整折叠翼220相对固定翼210的伸出长度，改变机翼200的翼展。机翼200上可设置转轴，折叠翼220可通过转轴与固定翼210转动连接，折叠翼220相对固定翼210转动时，可改变机翼200的翼展；折叠翼220转动至与固定翼210平行时，折叠翼220完全展开，机翼200的翼展最大，折叠翼220转动至相互搭接，或者重叠于固定翼210表面时，折叠翼220完全收缩，此时机翼200的翼展最小。

折叠翼220与固定翼210的长度可根据飞行器的实际需求合理选择。可以想到的是，折叠翼220以收缩形式相对固定翼210折叠或展开时，折叠翼220的长度可小于固定翼210的长度，以使折叠翼220完全收容于固定翼210内；折叠翼220以转动形式相对于固定翼210折叠或展开时，折叠翼220的长度可小于固定翼210的长度，以使折叠翼220完全折叠于固定翼210的表面，并与固定翼210平行或贴合，从而极大的减小飞行器飞行过程中的迎风面。另外，折叠翼220可相对于固定翼210向上转动或者向下转动，使折叠翼220可折叠于固定翼210的上表面或者下表面。

另外，机翼200上设置有驱动折叠翼220进行折叠的驱动部件，可使折叠翼220相对固定翼210伸出或缩回定长距离，或者使折叠翼220相对固定翼210转动一定角度，以使飞行器在飞行时保持平稳。

需要说明的是，折叠翼220可代替常规飞行器的副翼，提升飞行器的滚转姿态控制能力。具体的，参照图3，以折叠翼220由转动形式相对固定翼210折叠为例，以机身100的前后方向为基准，机身100左侧的折叠翼220完全展开，机身100右侧的折叠翼220折叠至一定角度，机身100两侧机翼200的升力面不同，产生向右侧倾斜的力矩，实现飞行器向右滚转。参照图4，同样以机身100的前后方向为基准，机身100右侧的折叠翼220完全展开，机身100左侧的折叠翼220折叠至一定角度，机身100两侧机翼200的升力面不同，产生向左侧倾斜的力矩，实现飞行器向左滚转。从而通过调整机身100两个折叠翼220的折叠角度，将飞行器的副翼简化，设置可折叠的机翼200使飞行器呈现滚转姿态，并能控制滚转的角度、方向。

飞行器还包括支撑体500，支撑体500的两端分别连接固定翼210与操纵舵400；设置支撑体500，一方面使操纵舵400与机翼200形成连接，增强飞行器整体的结构稳固性，另一方面，为操纵舵400提供安装位置，避免操纵舵400因悬空而在飞行时产生晃动，影响飞行器飞行的稳定性。

参照图1，操纵舵400包括升降舵410与方向舵420，升降舵410以水平状态安装于机身100尾部与支撑体500之间，升降舵410能够在竖直平面向下或者向上偏转，升降舵410偏转产生的附加空气动力和力矩打破了飞行器的初始的飞行平衡，升降舵410向下偏转，正面气流自下吹向升降舵410，产生向上的附加力，飞行器的机身100尾部上升，实现飞行器下俯，反之，升降舵410向下偏转，飞行器上仰，从而通过升降舵410的偏转，使飞行器进行俯仰。方向舵420用于保证飞行器水平方向的稳定性，方向舵420以竖直状态安装于支撑体500上，方向舵420可在空中左右偏转，方向舵420左右偏转时，正面吹来的气流使方向舵420产生向右的附加力，该附加力相对于飞行器的重心产生向左偏航的力矩，使飞行器向左偏转，反之，方向舵420向右偏转，飞行器向右偏转，从而通过方向舵420的偏转，使飞行器进行偏航飞行。

参照图2，飞行器还包括升降副翼600，升降副翼600设置于机身100的尾部，升降副翼600设置有两个，且对称安装于机身100的两侧，升降舵410可由升降副翼600或者部分升降副翼600构成。具体的，升降副翼600的两端可以与机身100、支撑体500转动连接，升降副翼600整体即为升降舵410；升降副翼600可设置为固定区与转动区，转动区可相对于固定区转动，转动区的转动用于实现对飞行器俯仰的控制，升降副翼600的转动区即为升降舵410。机身100内可设置用于驱动升降副翼600偏转的驱动部件，升降副翼600整体相对机身100、支撑体500偏转，使升降副翼600整体为全动舵面，可提高升降舵410的偏转效率，从而提高升降舵410对飞行器俯仰飞行的控制效果。

飞行器还包括尾翼700，尾翼700以垂直状态安装于支撑体500上，尾翼700位于升降副翼600的端部，并相对于机身100、升降副翼600对称，方向舵420可有尾翼700或者部分尾翼700构成。具体的，方向舵420可以设置于升降副翼600的上侧或者下侧，或者在升降副翼600的上下两侧均设置方向舵420；尾翼700的上侧或者下侧，或者上下两侧均具有固定段及偏转段，偏转段可相对固定段转动，偏转段的偏转用于实现对飞行器的偏航控制，该偏转段即为方向舵420。在尾翼700的上下两侧设置偏转段，可提高方向舵420的偏转效率，从而提高偏转舵对飞行器偏航给行的控制效果。

另外，尾翼700的两端设置有着陆缓冲器800，着陆缓冲器800设置有四个，着陆缓冲器800用于与地面接触，以支撑飞行器，并缓冲飞行器降落时与地面的冲击，提高飞行器着陆的平稳度。

需要说明的是，升降舵410位于螺旋桨300的滑流区内，螺旋桨300高速旋转产生向后加速和扭转的螺旋桨300气流作用于机身100后部的操纵舵400，使机体产生偏转。将升降舵410设置于滑流区内，能够在飞行器垂直起降和悬停飞行中产生俯仰和滚转操纵力矩，从而控制飞行器的俯仰和滚转姿态。

具体的，因升降舵410位于固定翼210的后方，可将螺旋桨300安装于固定翼210的中部，从而使升降舵410恰好位于螺旋桨300的滑流区内。螺旋桨300可设置偶数个，并对称分布于机身100的两侧，使飞行器飞行时保持平衡；位于机身100不同侧的螺旋经转动方向相反，以相互抵消螺旋桨300产生的扭转力矩，并且可在飞行器的任何飞行阶段，通过不同侧螺旋桨300的推力差提供偏航操纵力矩，控制飞行器的偏航姿态，如机身100右侧的螺旋桨300转速大于机身100左侧的螺旋桨300力矩，产生向左的偏转力矩，使飞行器向左偏航。

需要说明的是，飞行器飞行时通常经过垂直起飞、起飞转水平飞行、水平巡航、水平转垂直飞行及垂直降落五个过程。参照图2，垂直起飞过程中，折叠翼220完全折叠于固定翼210的背部，以减小飞行器的迎风面，提高飞行器的抗风性能；参照图5，起飞转水平飞行过程中，根据飞行器的飞行速度，逐步展开折叠翼220，使飞行器的升力面与迎风面相互配合，实现飞行器在平稳上升过程中转为水平状态；参照图1，处于水平巡航状态的飞行器，其折叠翼220展开至最大位置，以确保飞行器的巡航性能；同样的，参照图5，水平转垂直飞行过程中，根据飞行器的飞行速度，逐步折叠折叠翼220，使飞行器的平稳下降的过程中转为垂直状态；参照图2，垂直降落过程中，折叠翼220完全折叠于固定翼210的背部，以使飞行器迅速下降；下降至地面的飞行器通过着陆缓冲器800稳定着陆。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，包括：

机身；

机翼，对称安装于所述机身的两侧，所述机翼包括固定翼及折叠翼，所述折叠翼能够相对所述固定翼折叠或展开；

螺旋桨，转动连接于所述固定翼；

操纵舵，与所述固定翼连接并安装于所述机身的尾部。

2.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述折叠翼与所述固定翼转动连接。

3.根据权利要求1所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，部分所述折叠翼能够收容于所述固定翼的内部，所述折叠翼能够相对所述固定翼伸出或者缩回。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，还包括支撑体，所述支撑体的两端分别连接所述固定翼与所述操纵舵。

5.根据权利要求4所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述操纵舵包括升降舵与方向舵，所述升降舵以水平状态对称安装于所述机身的侧部，所述方向舵与所述升降舵相互垂直。

6.根据权利要求5所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述升降舵位于所述螺旋桨的滑流区内。

7.根据权利要求5所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述螺旋桨安装于所述固定翼的中部。

8.根据权利要求5所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，还包括升降副翼，所述升降副翼以水平状态对称安装于所述机身的两侧，部分所述升降副翼构成所述升降舵。

9.根据权利要求5所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，还包括尾翼，所述尾翼以垂直状态与所述支撑体连接，部分所述尾翼构成所述方向舵。

10.根据权利要求9所述的垂直起降固定翼飞行器，其特征在于，所述尾翼的端部设置有着陆缓冲器。

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