[發(fā)明專利]傾轉(zhuǎn)式雙涵道超小型無人機(jī)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310232653.8
• 申請(qǐng)日: 2013-06-13
• 公開（公告）號(hào): CN103332293A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高同躍;王冬冬;費(fèi)濤;葛海浪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): B64C27/22
• 分類號(hào): B64C27/22;B64C13/00;B64C27/20
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超小型飛行機(jī)器人，特別涉及一種傾轉(zhuǎn)式雙涵道超小型無人機(jī)。

背景技術(shù)

無人機(jī)系統(tǒng)具有成本低、體積小、攜帶方便、起飛著陸場(chǎng)地小等優(yōu)點(diǎn)，并具有一定的負(fù)載能力和抗風(fēng)能力，因此，超小無人機(jī)在反恐、消防、救災(zāi)、氣象探測(cè)、環(huán)境研究、交通巡邏和城市監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。

目前，比較成熟的超小型無人機(jī)主要有固定翼和旋翼兩種結(jié)構(gòu)形式，兩種超小型無人機(jī)具有不同的特點(diǎn)，例如，固定翼超小型無人機(jī)具有飛行速度快、高度高、距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，但機(jī)動(dòng)性存在不足，另外，還需要寬闊的起飛和降落平臺(tái)。旋翼超小型無人機(jī)具有良好的機(jī)動(dòng)性能，且可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)低空懸停，可進(jìn)行各種復(fù)雜的低空飛行作業(yè)，但旋翼的超小型無人機(jī)旋翼尺寸較大、轉(zhuǎn)速高，且操縱系統(tǒng)也較復(fù)雜，屬于單一失效點(diǎn)系統(tǒng)，作業(yè)時(shí)非常危險(xiǎn)，尤其是在人群比較密集的城市作業(yè)。

所以，隨著諸多領(lǐng)域?qū)Τ⌒蜔o人機(jī)系統(tǒng)的需求不斷增加，而現(xiàn)有的超小型無人機(jī)機(jī)型在城市等復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)用還存在諸多問題，難以滿足實(shí)際的應(yīng)用要求。因此，開展新型超小型無人機(jī)系統(tǒng)的研究，不僅具有廣泛的應(yīng)用前景，而且具有重要的科學(xué)意義。

而近年來，諸多研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行新型飛行器的研究工作，研發(fā)了很多飛行器機(jī)型，其中傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)和涵道式風(fēng)扇飛行器是兩個(gè)相對(duì)比較成功的研究方向，均有較多的成功案例，對(duì)于新型的超小型無人機(jī)系統(tǒng)的研究具有較高的借鑒作用。

傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)和普通飛機(jī)一樣，但在飛機(jī)兩邊機(jī)翼的翼尖對(duì)稱安裝有可傾轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙和旋翼，這種飛機(jī)既可以具有直升飛機(jī)垂直起飛和降落等功能，有可以具有固定翼的高速飛行等特點(diǎn)，但它也存在著一些問題，例如機(jī)翼翼尖旋翼系統(tǒng)的操縱機(jī)構(gòu)復(fù)雜，控制較困難，兩個(gè)旋翼系統(tǒng)產(chǎn)生的氣流會(huì)相互干擾，尤其在高速下降時(shí)干擾更大，垂直起飛時(shí)，飛機(jī)俯仰控制完全由旋翼提供，操縱效率低等。

涵道式風(fēng)扇飛行器的主要特征是，外涵道內(nèi)裝風(fēng)扇系統(tǒng)，采用涵道矢量推進(jìn)原理實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)的姿態(tài)變換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無人機(jī)系統(tǒng)的各種飛行狀態(tài)。這種結(jié)構(gòu)飛行器具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如，風(fēng)扇由涵道包圍，系統(tǒng)安全性大大提高，涵道的包裹作用阻隔了槳葉的漿尖渦流形成，減少損失，獲得較高的推重比，從而可承載較重的負(fù)載，提高了效率，另外該飛行器具有結(jié)構(gòu)緊湊、易于攜帶等優(yōu)點(diǎn)，因此涵道式風(fēng)扇飛行器可以廣泛地應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境中的各種作業(yè)；但涵道式風(fēng)扇飛行器也存在一些問題，涵道式風(fēng)扇矢量推進(jìn)系統(tǒng)是在涵道式風(fēng)扇系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了控制葉片，控制葉片舵面的阻塞了風(fēng)扇槳葉尾流，使尾流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使得涵道和機(jī)體的氣動(dòng)力隨之發(fā)生復(fù)雜變化，致使整個(gè)系統(tǒng)啟動(dòng)復(fù)雜程度大大增加。因此，無法通過機(jī)理分析的方法獲得相對(duì)精確地?cái)?shù)學(xué)模型。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種傾轉(zhuǎn)式雙涵道超小型無人機(jī)。在對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)和涵道式風(fēng)扇飛行器兩種新型飛行器分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，研究一種新型飛行器機(jī)型，以解決現(xiàn)有的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)兩個(gè)旋翼氣流干擾、效率低和安全性等問題，以及改進(jìn)了現(xiàn)有的涵道飛行器矢量推進(jìn)系統(tǒng)氣動(dòng)復(fù)雜等問題，并克服了傳統(tǒng)無人直升機(jī)飛行控制耦合嚴(yán)重、旋翼槳葉外露導(dǎo)致安全性差，以及噪聲大、成本高等一系列問題，并基于對(duì)飛行器進(jìn)行超小型無人機(jī)系統(tǒng)研究，最終把該超小型無人機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于城市等復(fù)雜環(huán)境，該類環(huán)境對(duì)超小型無人機(jī)系統(tǒng)的飛行速度要求相對(duì)不高，而對(duì)超小型無人機(jī)系統(tǒng)的安全性和飛行效率等性能則提出更高的要求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種傾轉(zhuǎn)式雙涵道超小型無人機(jī)，包括機(jī)身、雙涵道式風(fēng)扇飛行器、傾轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、涵道傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、起落架和飛行控制系統(tǒng)，所述機(jī)身中央內(nèi)腔裝有飛行控制系統(tǒng)，所述雙涵道式風(fēng)扇飛行器通過傾轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相連，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身上，涵道式風(fēng)扇飛行器在機(jī)身兩側(cè)對(duì)稱分布，涵道傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與涵道式風(fēng)扇飛行器相連，涵道式傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)身上，機(jī)身下端安裝有起落架；雙涵道式風(fēng)扇飛行器、涵道傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)分別連接飛行控制系統(tǒng)，所述的左右對(duì)稱兩個(gè)雙涵道式風(fēng)扇飛行器均能夠在涵道傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)控制下相對(duì)機(jī)身進(jìn)行前后傾轉(zhuǎn)，來實(shí)現(xiàn)無人機(jī)前飛、后飛、左側(cè)飛行、右側(cè)飛行及轉(zhuǎn)彎和調(diào)整氣流。

所述的雙涵道式風(fēng)扇飛行器包括外涵道、固定在外涵道內(nèi)部的支撐架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、旋葉片機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和旋葉片機(jī)構(gòu)都安裝在支撐架上。

所述的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為軸承。

所述的涵道傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，它包含底座、搖桿、兩個(gè)連桿，底座固定在機(jī)身上，搖桿通過鉸鏈與底座相連，兩個(gè)連桿與搖桿通過球鉸鏈連接且成對(duì)稱分布，兩個(gè)連桿的另一端通過球鉸鏈與涵道式風(fēng)扇飛行器連接。