[發(fā)明專利]串列矢量推力全驅(qū)動(dòng)飛行器及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710498697.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN107264780B
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何漠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 何漠
• 主分類號(hào): B64C13/50
• 分類號(hào): B64C13/50;B64D27/24;G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

串列矢量推力全驅(qū)動(dòng)飛行器及其設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域。前矢量作動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與前連接機(jī)構(gòu)及前電動(dòng)推力系統(tǒng)連接為一體構(gòu)成前推力矢量作動(dòng)機(jī)構(gòu)，前連接機(jī)構(gòu)與機(jī)體前端連接，兩個(gè)前舵機(jī)與前矢量作動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；后矢量作動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與后連接機(jī)構(gòu)及后電動(dòng)推力系統(tǒng)連接為一體構(gòu)成后推力矢量作動(dòng)機(jī)構(gòu)，后連接機(jī)構(gòu)與機(jī)體后端連接，兩個(gè)后舵機(jī)與后矢量作動(dòng)機(jī)構(gòu)連接形成串列形式。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)飛行器的垂直起降并懸停，應(yīng)用靈活性強(qiáng)。除垂直飛行模式外，可掛載固定翼面進(jìn)行水平飛行，兼顧長(zhǎng)距離飛行對(duì)速度和效率的要求。在工作點(diǎn)附近為全驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可在不進(jìn)行姿態(tài)偏轉(zhuǎn)前提下直接產(chǎn)生側(cè)向控制力，直接進(jìn)行位置平移，抗外部干擾能力強(qiáng)，機(jī)動(dòng)性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種串列矢量全驅(qū)動(dòng)飛行器及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

目前針對(duì)異型飛行器結(jié)構(gòu)，主要囊括尾座式、傾轉(zhuǎn)機(jī)身式、傾轉(zhuǎn)旋翼式等，其中傾轉(zhuǎn)旋翼與傾轉(zhuǎn)機(jī)身式由于需要復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)較為困難，同時(shí)由于傾轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的存在，導(dǎo)致其在平飛過程的速度存在限制，無法實(shí)現(xiàn)高速飛行。對(duì)于尾座式飛機(jī)，由于其具有大的翼面，在起飛與降落過程中對(duì)環(huán)境的因素，尤其是風(fēng)的因素要求較高，一旦出現(xiàn)風(fēng)速較大的情況，會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)無法順利的起飛與降落。

另外，目前小型無人機(jī)均采用欠驅(qū)動(dòng)形式的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)的控制，若需要實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在工作點(diǎn)附近的位移，勢(shì)必會(huì)對(duì)姿態(tài)部分產(chǎn)生影響。下文簡(jiǎn)要介紹以上幾種技術(shù)目前的研究現(xiàn)狀。

針對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器，最具代表性的為美國(guó)的“鷹眼”無人機(jī)，該無人機(jī)由美國(guó)貝爾公司研制，其主要功能包括執(zhí)行偵察、監(jiān)視、搜索、戰(zhàn)損評(píng)估、通信中繼和電子對(duì)抗等任務(wù)。“鷹眼”無人機(jī)長(zhǎng)18英尺3英寸(約5.56米)、翼展24英尺2英寸(約7.37米)、高6英尺2英寸(約1.88米)。空機(jī)質(zhì)量為590千克，整機(jī)總重2250千克。該無人機(jī)最大航行速度達(dá)到225英里/小時(shí)(約360千米/小時(shí))，續(xù)航時(shí)間6小時(shí)，最高可飛至6096米。“鷹眼”可垂直起降、空中懸停、操作靈活。與無人直升機(jī)相比，“鷹眼”巡航速度快、航時(shí)長(zhǎng)、飛行包線大。

以色列航空工業(yè)公司研發(fā)了“黑豹”傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，能夠自由起飛和降落，無需專門的起降地點(diǎn)。“黑豹”的動(dòng)力裝置為3臺(tái)“超靜音”電動(dòng)機(jī)。飛機(jī)重約為65千克，續(xù)航時(shí)間6小時(shí)，操作半徑超過60千米，飛行高度為10000英尺(約3千米)。在研發(fā)該無人機(jī)的同時(shí)，以色列還設(shè)計(jì)了迷你版“黑豹”，迷你版重12千克，續(xù)航時(shí)間約為2小時(shí)。

美國(guó)開發(fā)的“魚鷹”運(yùn)輸機(jī)，是目前世界上唯一投入服役的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，MV-22機(jī)身長(zhǎng)約20米，翼展15米，旋翼直徑11.6米，最大起飛重量27噸(短距起飛)、垂直起降為21噸。其機(jī)內(nèi)最大有效載荷為10噸，最大平飛速為570公里/小時(shí)，帶5噸載荷短距起飛時(shí)的航程為1800公里，垂直起飛也有700公里，最大轉(zhuǎn)場(chǎng)航程為3800公里。

以上三種為典型的傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)結(jié)構(gòu)，其傾轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，故障率大。傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)還存在一個(gè)比較大的問題，其降落過程中由于下降速度的增加會(huì)進(jìn)入到渦流狀態(tài)，此時(shí)旋翼升力會(huì)急劇下降，雖然傾轉(zhuǎn)旋翼系統(tǒng)可以通過傾斜裝置來獲得前向速度，從而改出這種狀態(tài)，但問題是當(dāng)量測(cè)到螺旋漿進(jìn)入渦流的程度不同，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)不可控橫滾。橫滾使得一側(cè)脫離渦流狀態(tài)，而另一側(cè)則更深入的進(jìn)入渦流狀態(tài)，最終導(dǎo)致機(jī)體傾覆與墜毀。

為了減少傾轉(zhuǎn)部分的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的影響，美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室首先研發(fā)成功了“SkyTote”無人機(jī)，該型無人機(jī)最大前飛速度達(dá)370km/h，重94.3kg，采用一臺(tái)功率為38.22千瓦的發(fā)動(dòng)機(jī)，該飛機(jī)可實(shí)現(xiàn)自主飛行。

澳大利亞悉尼大學(xué)的R.Hugh Stone等人設(shè)計(jì)了T-Wing，該型飛機(jī)成功實(shí)現(xiàn)了垂直起降、懸停和過渡飛行試驗(yàn)，隨后美國(guó)的Randy Beard成功試飛Mini Tail-Sitter。

Project-Wing是Google最新的無人機(jī)商用項(xiàng)目，該項(xiàng)目通過設(shè)計(jì)的尾座式無人機(jī)設(shè)計(jì)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物的運(yùn)輸，目前已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了商用測(cè)試階段。