CN203528809U

CN203528809U - 一种有翼四涵道微型飞行器

Info

Publication number: CN203528809U
Application number: CN201320610452.2U
Authority: CN
Inventors: 王洪远; 徐义华; 曾卓雄
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2013-09-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2023-09-30

Abstract

一种有翼四涵道微型飞行器，它包括涵道、风扇、动力***支架、飞翼式反齐默曼机翼，飞翼式反齐默曼机翼上下表面各安装二个动力***支架，各个动力***支架一端连接涵道，涵道里面装有风扇。本实用新型的效果是：（1）具有快速巡航、可悬停、低噪音、自主飞行和易于控制优点，（2）可实现多种姿态控制，控制方法更加简单，灵活机动性好，更有利于在复杂特殊条件下完成特定任务。

Description

一种有翼四涵道微型飞行器

技术领域

本实用新型涉及一种飞行器，尤其涉及一种有翼四涵道微型飞行器。

背景技术

微型飞行器（MAV，Micro Aerial Vehicle）在城市和复杂地形条件下作战侦察的军事应用方面有着广泛的潜力，目前已经成为世界各国研究热点。早期，美国国防高级研究计划局提出MAV的技术特征尺寸为6-20cm，任务载荷为1-18g的设想，但就目前的技术水平，要想达到自主飞行10km和装有实用程度的任务载荷，小于20cm的MAV承载能力不够，因此近年来美国军方重点发展33-41cm的MAV。在军事实用性方面，特别是作为城市作战侦察的微型飞行器，要求其能够快速巡航、灵活机动性好、可悬停、低噪声、自主飞行，易于控制等。

固定翼MAV能够实现高速前飞, 但是不具有垂直升降和悬停的能力；涵道飞行器与螺旋桨飞行器相比，在相同螺旋桨直径和功率耗的情况下，能产生更大的拉力。另外，涵道提高了飞行器的使用安全性，并降低了气动噪声。然而，涵道飞行器在前飞时，处于前方来流和螺旋桨吸流的复杂流场中，气动环境十分复杂。近年来，在其应用前景刺激之下，涵道飞行器已经成为一个国际性的研究热点。该类涵道飞行器可以悬停和垂直升降，并能利用涵道前倾产生的前向拉力实现直升机模式低速前飞，但是抬头力矩和阻力随前飞速度而迅速增大，因此它们仅适用于悬停和低速飞行性能的场合。中国专利公开了一种翼身融合体微型飞行器，由于有后缘升降副翼,相对于本实用新型而言,结构复杂控制较难。另公开了一种涵道、机翼组合型微型飞行器，虽然具有悬停、垂直升降和快速前飞的功能，但是飞行控制面较多增加了控制难度与成本。目前市场上尚未发现能组合固定翼与涵道二者飞行器特点，具有快速巡航、机动灵活、可悬停、低噪音、自主飞行和易于控制等优点的一种有翼四涵道微型飞行器。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种有翼四涵道微型飞行器，该微型飞行器组合固定翼与涵道二者飞行器特点，具有快速巡航、机动灵活、可悬停、低噪音、自主飞行和易于控制等优点。

本实用新型是这样来实现的，它包括涵道、风扇、动力***支架、飞翼式反齐默曼机翼，其特征是：飞翼式反齐默曼机翼上下表面各安装二个动力***支架，各个动力***支架一端连接涵道，涵道里面装有风扇。

本实用新型所述的涵道和风扇组成涵道风扇动力***，通过控制四个涵道风扇转速大小控制力和力矩来实现姿态控制，涵道采用S3016翼型，风扇采用S3010翼型。

本实用新型所述的姿态控制方式，包括悬停、垂直升降、俯仰、滚转和偏航等。

本实用新型所述的飞翼式反齐默曼机翼采用S3010翼型。

本实用新型的效果是：（1）采用飞翼式反齐默曼气动布局，具有较好的气动性能，最大限度地提供任务载荷空间，产生足够升力，有利于安排各种机载设备，（2）具有快速巡航、可悬停、低噪音、自主飞行和易于控制优点，（3）可实现多种姿态控制，控制方法更加简单，灵活机动性好，更有利于在复杂特殊条件下完成特定任务。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的飞翼式反齐默曼机翼平面布局示意图。

图3为本实用新型的涵道风扇结构示意图。

图4为本实用新型的风扇外形结构示意图。

图5为本实用新型的任务剖面示意图。

图6为本实用新型的飞行运动控制示意图。

在图中，1、涵道 2、风扇 3、动力***支架 4、飞翼式反齐默曼机翼。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型是这样来工作和实施的，它包括涵道1、风扇2、动力***支架3和飞翼式反齐默曼机翼4，其特征是：飞翼式反齐默曼机翼4上下表面各安装二个动力***支架3，各个动力***支架3一端连接涵道1，涵道里面装有风扇2。所述的涵道1和风扇2组成涵道风扇动力***，涵道1采用S3016翼型，风扇2和飞翼式反齐默曼机翼4均采用S3010翼型，机体坐标轴为OXYZ，涵道风扇动力***安装角为

Figure 2013206104522100002DEST_PATH_IMAGE001

，即其旋转轴与机体X轴平行。

如图2、图3、图4所示，飞翼式反齐默曼机翼4中b、、

分别表示机翼展长、前缘短轴长和后缘短轴长，参数取值为

，展弦比

，短轴比

，飞翼式反齐默曼机翼4气动性能主要影响因素为和

，可通过优化设计方法获得最佳气动布局。涵道风扇动力***参数为：风扇2直径

、涵道1内径

，涵道1外径，涵道1高度

，桨尖间隙

，锥角，风扇2至涵道1入口距离

，总体参数见表1：

表1 新型有翼四涵道微型飞行器总体参数

如图5所示，有翼四涵道微型飞行器可以进行城市作战侦察或民用航拍等任务，其中主要包括11个任务航段，其分别为：

（1）任务航段A-B—垂直起飞与爬升，

（2）任务航段B-C—水平过渡，

（3）任务航段C-D—水平巡航，

（4）任务航段D-E—垂直过渡，

（5）任务航段E-F—垂直下降，

（6）任务航段F-G—悬停与滚转调姿，

（7）任务航段G-H—垂直爬升，

（8）任务航段H-I—水平过渡，

（9）任务航段I-J—水平巡航，

（10）任务航段J-K—垂直过渡，

（11）任务航段K-L—垂直下降与着陆。

有翼四涵道微型飞行器进行悬停、垂直升降、俯仰、滚转等运动姿态调整可完成该任务。

如图6所示，运动姿态控制方式通过控制四个涵道风扇的转速来实现，风扇2A与风扇2C转速方向相同为逆时针，风扇2B与风扇2D转速方向相同为顺时针，具体如下：

（1）垂直升降与悬停

风扇2A与风扇2D转速相等，风扇2B与风扇2C转速相等，风扇旋转产生的反扭矩相互抵消，当四个风扇产生的升力相等时，总升力大于或者小于自身重力时微型飞行器实现垂直升降;等于自身重力时，实现悬停。

（2）俯仰运动

同时增大（减小）风扇2B与风扇2C转速，保持风扇2A与风扇2D转速不变，涵道风扇推力产生抬头（低头）力矩，可实现俯仰运动。

（3）滚转运动

滚转运动通过风扇旋转产生的反扭矩来实现。同时增大（减小）风扇2A与风扇2C转速，保持风扇2A与风扇2C转速不变，产生与风扇2A转速相反的反扭矩，从而实现与风扇2A转速相反的滚转运动，反之可以实现反方向的滚转运动。

（4）偏航运动

同时增大（减小）风扇2C与风扇2D转速，保持风扇2A与风扇2B转速不变，涵道风扇推力产生偏航力矩，可实现偏航运动。