CN113682469A - 一种小型长航时无人机的总体布局 - Google Patents

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Abstract

本发明以提高无人机续航时间为主要目标，提出了一种小型长航时无人机的总体布局，采用细长机翼、流线形机身及大直径推力型螺旋桨，并合理布置各个部件，形成高效气动布局。采用车载起飞方式，减小重量，降低耗油率。根据本发明的小型长航时无人机升力大，阻力小，效率高，具有使用灵活且可长时间留空执行任务的特点，在续航能力上远远超过同类型无人机的平均水平。

Description

一种小型长航时无人机的总体布局
技术领域
本发明涉及一种小型长航时无人机的总体布局。
背景技术
小型长航时无人机一般认为是起飞重量在100kg以内，持续飞行时间在24小时以上的无人机。当前，小型无人机的最长续航时间已普遍可以达到20小时左右，然而，随着国际形势的不断变化以及科技水平的不断发展，军用及民用领域均对无人机提出长更长时间巡航并且使用灵活的任务需求，如特高压输电线全长巡检、森林防火持续侦察、岛礁实时监控等，现有的小型长航时无人机在航时、航程上均难以满足这些任务需求。因此，需要在保持小型优势的基础上，以加大航时为主要目标，设计一款使用灵活、续航时间更长的小型长航时无人机。
发明内容
对于小型无人机而言，其载油量受到一定的限制，要提高航时，降低耗油率，需要在总体布局设计中对空气动力、螺旋桨、起降形式等方面进行全面考虑和综合优化，最终达到重量轻，阻力小，能量利用率高，耗油率小的目的。
根据本发明的一个方面，提供了一种小型长航时无人机，其特征在于包括：机翼、机身、钢索、水平尾翼、垂直尾翼、尾撑和螺旋桨，
其中：
机翼、机身在前，
水平尾翼和垂直尾翼在后，
螺旋桨布置在机身尾部即整机中部
机翼位于机身的上侧，在整体重心上方，
尾撑在螺旋桨上方，为螺旋桨运转提供充足的空间，并安装在机身上，
水平尾翼和垂直尾翼安装在尾撑上，
水平尾翼位于机翼的后上方，以避开机翼尾流的干扰，提高水平尾翼的气动效率，
水平尾翼和垂直尾翼被设置成避开推进气流，以使推进气流流动畅通，
垂直尾翼被布置在水平尾翼的后方，为无人机提供横航向稳定性，
机翼外端设有斜梢小翼，起到使机翼更加细长的效果，提高其气动效率，且斜梢小翼可增大机翼在水平面的投影面积，在受到同等升力的作用时，机翼上的载荷得以分散，使得机翼的结构在承载时更加安全
机翼靠外的位置设有副翼，以控制无人机的滚转姿态，
机身由圆筒和背鳍平滑连接而成，
机身左右两侧在中后部各设有一进气口，在飞行过程中可为发动机提供冷却空气，
在机翼中段安装有与机身相连接的一根钢索，用于分担机翼上的气动载荷和降低机翼的结构重量。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的小型长航时无人机的总体示意立体图。
图2是根据本发明的一个实施例的小型长航时无人机的侧视图。
图3是根据本发明的一个实施例的小型长航时无人机的机翼的俯视图。
图4是根据本发明的一个实施例的小型长航时无人机的机翼的斜梢小翼的放大示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的小型长航时无人机的机身的示意图。
图6是根据本发明的一个实施例的小型长航时无人机的尾翼的放大示意图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的一个实施例的小型长航时无人机包括机翼(6)、机身(5)、钢索(4)、水平尾翼(2)、垂直尾翼(1)、尾撑(7)和螺旋桨(3)；机翼(6)、机身(5)在前，水平尾翼(2)和垂直尾翼(1)在后，螺旋桨(3)布置在机身(5)尾部即整机中部。如图2所示，机翼(6)位于机身(5)的上侧，在整体重心上方，因而无人机整体横向稳定性较好。尾撑(7)位于螺旋桨(3)上方，为螺旋桨(3)运转提供充足的空间，并安装在机身(5)上。水平尾翼(2)和垂直尾翼(1)安装在尾撑(7)上。水平尾翼(2)位于机翼(6)的后上方，可以避开机翼(6)尾流的干扰，提高水平尾翼(2)的气动效率，同时避免了对推进气流(8)的遮挡，使得推进气流(8)顺畅，提高螺旋桨(3)的推进效率。垂直尾翼(1)布置在最后方，为无人机提供充足的横航向稳定性。
1)机翼
单侧机翼(6)的平面形状如图3所示，特点是较为细长，在产生较大升力的同时阻力较小，气动效率高。机翼(6)外端设有斜梢小翼(10)，起到使机翼(6)更加细长的效果，提高其气动效率，同时，斜梢小翼(10)可增大机翼(6)在水平面的投影面积，在受到同等升力的作用时，机翼(6)上的载荷得以分散，使得机翼(6)的结构在承载时更加安全。斜梢小翼(10)的放大示意图如图4所示。机翼(6)靠外的位置设有一对副翼(9)，可以控制无人机的滚转姿态。
2)机身
机身(5)由圆筒(17)和背鳍(18)平滑连接而成，如图5所示。圆筒(17)和背鳍(18)的首尾都有整流处理，整体呈流线形，阻力较小。机身(5)左右两侧在中后部设有一对进气口(11)，在飞行过程中可为发动机提供冷却空气。机身(5)上开设机头罩(16)、机顶罩(19)、机尾罩(13)和侧面口盖(12)，可以快速拆卸，方便在机身(5)内安装和维护机载设备。该发明采用车载起飞，机腹擦地着陆的起降形式，因此无需在机身(5)上布置起落架，而布置一对擦地泡沫(15)和起飞销孔(14)，降低了重量和阻力。无人机起飞时可通过起飞销孔(14)推动无人机前进。擦地泡沫(15)在着陆时可保护机体结构，全机重心在两擦地泡沫(15)之间，使得着陆过程中无人机姿态保持稳定。
3)钢索
由于机翼(6)较为细长，若机翼(6)的载荷仅仅依靠其自身结构承受，其根部的内力将会很大，为了使其根部具有足够的强度，所需结构的重量显著增加。因此在机翼(6)中段安装一根钢索(4)与机身(5)相连接，分担机翼(6)上的气动载荷，使得机翼(6)的结构重量能够降低。
4)尾翼
尾翼的放大示意图如图6所示，水平尾翼(2)和垂直尾翼(1)都安装在尾撑(7)上。水平尾翼(2)为一整块可动的操纵面，处于尾撑(7)下方。垂直尾翼(1)为一整块不可动的安定面，因此结构简单，可减轻尾部重量，避免全机重心过度后移，影响无人机的纵向稳定性。
5)螺旋桨
为使得螺旋桨(3)效率更高，选用较大直径的螺旋桨(3)。高置的尾撑(7)为大直径螺旋桨(3)的运转提供了充足的空间。螺旋桨(3)布置在机身(5)尾部，因此螺旋桨(3)为推力型，为无人机提供向前的推力。由于水平尾翼(2)和垂直尾翼(1)已避开推进气流(8)，推进气流(8)流动畅通，推进效率较高。
本发明的优点和有益效果包括：
1)采用了高效气动布局，气动效率高。机翼为细长机翼，升力较大的同时阻力较小。机身整体为流线形，阻力较小。采用大直径推力型螺旋桨，且高置的尾翼减少了对推进气流的阻挡，推进效率高。
2)采用车载起飞、机腹擦地着陆的起降方式，省去常规无人机所需的起落架，减小了重量和气动阻力。通过汽车克服地面滑跑的摩擦阻力，可以为无人机选用功率更小的发动机，耗油率更低，航时得以提高。由于汽车加速性好，也可以达到短距起降的效果。采用车载起飞方式对起飞场地的要求也较低，无需长距离正规跑道，在草地、土路上均可起飞，起飞灵活方便。由于无人机升力大，降落过程较为轻柔，因此采用擦地泡沫对机体进行简单缓冲即可，重量轻，阻力小。
根据本发明的小型长航时无人机整体升力大，阻力小，重量轻，推进效率高，提高了能量利用率，耗油率低，有助于提高续航时间，发挥了小型无人机使用灵活方便的优势，满足使用灵活且可长时间留空执行任务的需求。根据本发明的一个实例的小型长航时无人机样机在实际飞行试验中续航时间达到80小时，远远超过同类型无人机的平均水平。

Claims (8)

1.一种小型长航时无人机，其特征在于包括：机翼(6)、机身(5)、钢索(4)、水平尾翼(2)、垂直尾翼(1)、尾撑(7)和螺旋桨(3)，
其中：
机翼(6)、机身(5)在前，
水平尾翼(2)和垂直尾翼(1)在后，
螺旋桨(3)布置在机身(5)尾部即整机中部，
机翼(6)位于机身(5)的上侧，在整体重心上方，
尾撑(7)在螺旋桨(3)上方，为螺旋桨(3)运转提供充足的空间，并安装在机身(5)上，
水平尾翼(2)和垂直尾翼(1)安装在尾撑(7)上，
水平尾翼(2)位于机翼(6)的后上方，以避开机翼(6)尾流的干扰，提高水平尾翼(2)的气动效率，
水平尾翼(2)和垂直尾翼(1)被设置成避开推进气流(8)，以使推进气流(8)流动畅通，
垂直尾翼(1)被布置在水平尾翼(2)的后方，为无人机提供横航向稳定性，
机翼(6)外端设有斜梢小翼(10)，起到使机翼(6)更加细长的效果，提高其气动效率，且斜梢小翼(10)可增大机翼(6)在水平面的投影面积，在受到同等升力的作用时，机翼(6)上的载荷得以分散，使得机翼(6)的结构在承载时更加安全
机翼(6)靠外的位置设有副翼(9)，以控制无人机的滚转姿态，
机身(5)由圆筒(17)和背鳍(18)平滑连接而成，
机身(5)左右两侧在中后部各设有一进气口(11)，在飞行过程中可为发动机提供冷却空气，
在机翼(6)中段安装有与机身(5)相连接的一根钢索(4)，用于分担机翼(6)上的气动载荷和降低机翼(6)的结构重量。
2.根据权利要求1所述的小型长航时无人机，其特征在于：
机翼(6)为细长机翼。
3.根据权利要求1所述的小型长航时无人机，其特征在于：
圆筒(17)和背鳍(18)的首尾都有整流处理，整体呈流线形，阻力较小。
4.根据权利要求1所述的小型长航时无人机，其特征在于：
机身(5)上设机头罩(16)、机顶罩(19)、机尾罩(13)和侧面口盖(12)。
5.根据权利要求1所述的小型长航时无人机，其特征在于：
机身(5)上布置一对擦地泡沫(15)和起飞销孔(14)，用于进行车载起飞、机腹擦地着陆的起降形式，
其中：
起飞销孔(14)用于在起飞时推动无人机前进，
擦地泡沫(15)用于在着陆时保护机体结构，
全机重心在一对擦地泡沫(15)之间，使得着陆过程中无人机姿态保持稳定。
6.根据权利要求1所述的小型长航时无人机，其特征在于：
水平尾翼(2)为一整块可动的操纵面，处于尾撑(7)下方。
7.根据权利要求1所述的小型长航时无人机，其特征在于：
垂直尾翼(1)为一整块不可动的安定面。
8.根据权利要求1所述的小型长航时无人机，其特征在于：
螺旋桨(3)选用大直径的推力型螺旋桨。
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