[發明專利]一種垂直起降的固定翼長航時飛行器

有效

• 申請號: 201510485246.7
• 申請日: 2015-08-10
• 公開（公告）號: CN105059542B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 任斌;王進;王利光
• 申請（專利權）人: 成都縱橫自動化技術有限公司
• 主分類號: B64C29/00
• 分類號: B64C29/00;B64C39/12
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 王記明

技術領域

本發明涉及一種固定翼飛行器，具體是指一種垂直起降的固定翼長航時飛行器。

背景技術

由于垂直起降固定翼飛行器即有固定翼飛行器飛行速度高、航程遠、航時長的性能優勢，又能在場地和空域受限的山區、叢林和水面艦艇等復雜區域完成起降，因此，垂直起降固定翼飛行器的實用價值越來越受到業界的廣泛認可。

目前，垂直起降無人飛行器包括傾轉動力式和尾座式兩類。傾轉動力式垂直起降無人機通過傾轉機構實現旋翼或噴氣發動機從水平到垂直的相互轉換，水平飛行時動力沿水平方向克服阻力，垂直飛行時動力沿垂直方向克服重力。這種垂直起降方式的不足之處在于必須有附加的傾轉機構，增加了結構重量和復雜程度。

雖然不像傾轉動力式垂直起降無人機需要附加機構，但是現有的尾座式垂直起降固定翼無人機也存在明顯局限。舉例說明中國專利公開號CN 102133926 A，公開日2011年7月27日，發明的名稱為“一種尾座式垂直起降無人飛行器”，該發明公開的飛行器機身頭部安裝翼俯仰風扇，尾部于機翼相連，機翼上下左右對稱分布四個垂直尾翼，尾翼后部裝有偏航舵和起落架，機翼與垂直尾翼交匯處固定兩個相互獨立的螺旋槳。其有兩點不足：第一，為了垂直起降，每個螺旋槳拉力至少為飛行器重力的50%，而巡航狀態每個螺旋槳的拉力通常不會超過飛行器重力的10%，因此巡航狀態的螺旋槳沒有運行在最佳工作點，能量效率較低，不利于遠航和久航；第二，垂直飛行過程中依靠螺旋槳滑流作用下的氣動舵面偏轉產生操縱力矩，操縱效率較低，而且容易受到螺旋槳轉速的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種垂直起降的固定翼長航時飛行器，解決現有尾座式垂直起降無人機能量效率低、低速飛行狀態下操縱性差的問題。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種垂直起降的固定翼長航時飛行器，包括飛行狀態呈水平位置的機身，在機身的頭部安裝有一對鴨翼，在機身的尾部設置有一對機翼，在機身尾部的下方設置有一個垂直尾翼，在所述的機翼下方至少設置有兩對的偶數個分布式動力裝置，動力裝置的轉軸沿機身的軸線分布；在所述機身的頭部設置有一個垂直分布的通孔，在該通孔內安裝有一個轉軸呈豎直分布的俯仰控制動力。本發明的機身在平飛狀態是水平位置，垂直起降狀態是豎直位置；飛行器采用在機翼下方至少設置有兩對的偶數個分布式動力裝置，動力裝置的轉軸沿機身的軸線分布的方式，在機身的頭部設置的一個俯仰控制動力可以改變飛行器的飛行狀態，在懸停、垂直起降階段和低速飛行階段，這些階段的特點是主要依靠分布式動力裝置一起工作平衡飛行器重力，保持總拉力不變，豎直方向速度不變的情況時，可以通過增加左邊機翼上螺旋槳轉速，同時減小右邊機翼上螺旋槳轉速，可使飛行器向右偏航，反之亦然；保持總拉力不變，增加順時針轉動螺旋槳轉速的轉速，同時減小逆時針（從后向前）轉動螺旋槳的轉速，可使飛行器向右滾轉；俯仰控制動力通過協調的改變變槳矩螺旋槳的轉速和槳矩調整俯仰力矩，同時增加轉速和槳矩，飛行器向上仰，反之亦然。高速飛行階段的特點是主要依靠氣動升力平衡重力，分布式動力裝置中只有位于翼稍的一對工作，二沖程汽油發動機在這一階段工作，驅動機身前部的定槳矩螺旋槳，這三個螺旋槳的動力共同平衡高速飛行的阻力。汽油發動機還可為鋰聚合物電池充電。升降舵進行俯仰控制，副翼進行滾轉控制，方向舵進行偏航控制。這個過程中，俯仰控制動力在整個飛行包線內通過變槳矩螺旋槳的轉速和螺距輸出所需俯仰控制力矩。由于采用變槳矩螺旋槳，俯仰控制響應速度更高，俯仰角速率和俯仰姿態效果更好；分布式動力組的所有定槳矩螺旋槳的轉速組合可實現滾轉和偏航控制。由于定槳矩螺旋槳的數量更多，每個螺旋槳的轉速可以獨立控制，所以滾轉和偏航控制可調節的最小脈寬更小，控制精度更高。

所述機翼為上單翼布局，具有非負的上反角和非負的后掠角，在機翼后緣安裝有副翼，所述垂直尾翼豎向分布，在垂直尾翼后緣安裝有方向舵。

所述機翼的翼稍和所述垂直尾翼的翼稍共同構成三個支撐點，在停止狀態時，該三個支撐點使飛行器豎直向上的停靠在地面。通過三個支撐點作為整個飛行器起降的支點，不用設置起落架。

所述的偶數個分布式動力裝置均為定槳矩螺旋槳，且只有位于翼稍的一對為拉進式定槳矩螺旋槳，其余相鄰的定槳矩螺旋槳的轉向相反。位于翼稍的一對動力裝置為拉進式螺旋槳可以在水平飛行的時候作為提升動力來平衡重力，而中部的其余螺旋槳就可以不工作，從而減少能耗，在能源相同的情況下，延長了航時和航程。