[發明專利]一種升力風扇與傾轉涵道融合的垂直起降飛行器

在審

• 申請號: 201711074411.5
• 申請日: 2017-11-05
• 公開（公告）號: CN109747819A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 周煒翔
• 申請（專利權）人: 西安傾云無人機技術有限公司
• 主分類號: B64C29/00
• 分類號: B64C29/00;B64C39/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種升力風扇與傾轉涵道融合的垂直起降飛行器屬于飛行器領域，本發明采用傾轉涵道及升力風扇融合的方式解決了固定翼飛行器的垂直起降問題。本發明的總體氣動外形是一種混合翼身融合布局，同時擁有升力風扇、傾轉涵道以及輔助控制動力這三種動力裝置。在懸停及模態過度狀態下，三種動力裝置同時工作，升力風扇與傾轉涵道是主要的升力來源，同時提供縱向和航向控制力矩，輔助控制動力產生橫向控制力矩。在固定翼模式下，升力風扇及輔助控制動力關閉并隱藏在機體內部，傾轉涵道傾轉至水平姿態產生水平推力。本發明可垂直起降，同時具備良好的固定翼巡航性能及使用安全性。

技術領域

本發明屬于一種飛行器，尤其屬于一種可懸停、垂直起飛降落、快速高效飛行的垂直起降固定翼飛行器。

背景技術

目前的微型飛行器主要可以分為固定翼及直升機。固定翼在飛行時利用機翼產生升力，利用獨立的推進系統產生前飛方向的推力以克服飛行過程中的阻力。固定翼飛機通常為滑跑起飛、降落，需要跑道完成起降。也有固定翼飛行器利用彈射架或手擲完成發射，利用回收網、阻攔索實現回收。固定翼的最大特點就是實現了推力與升力的分離，利用機翼的升力維持飛行可以實現高的飛行效率，因此目前使用最多的飛行器就是固定翼類飛行器。直升機類飛行器主要分為單旋翼及多旋翼。其最大的特點就是可垂直起降及空中懸停。在懸停狀態下，利用其旋翼產生的拉力克服重力。在平飛狀態下，機體前傾，利用旋翼的拉力在飛行方向的分量克服阻力實現平飛。直升機的優勢在于無需跑道就可以實現起降，并可以懸停在空中執行任務，但是其飛行效率低下，能耗大，因此通常只用于某些特殊的場合。

垂直起降固定翼飛行器是一種可實現垂直起飛降落，并具備空中懸停能力的飛行器，其研究開始于1960年左右。到目前為止，全世界出現的較為成熟的垂直起降飛行器有V-22“魚鷹“傾轉旋翼機及F-35“閃電II”升力風扇式垂直起降戰斗機。

目前國內成熟的垂直起降無人機產品主要是一種SLT構型（seperated lift &thrust 推力及升力分離式）。這種構型擁有固定翼外形、四旋翼支架及水平推進發動機。四旋翼支架用于在垂直起飛及懸停時提供升力，水平推進發動機用于在平飛時提供前飛動力，固定翼外形用于在平飛時提供升力。

但是SLT產品有著先天的缺陷，列舉為以下三點：1）在平飛時需要攜帶四旋翼模塊，造成飛機自身的結構重量大，可攜帶載荷能力明顯變差；2）四旋翼模塊在平飛時需要付出巨大的阻力代價，從而造成平飛狀態下阻力大，飛行效率低；3）多旋翼的旋翼外露，危險性高；4）航向控制能力弱，飛機在懸停狀態下的抗風能力弱。

為了設計出一種更適合市場的垂直起降固定翼無人機，必須規避以上的問題，并提出一種新的垂直起降構型來解決使用上的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題有三點，一是要求飛行器可以垂直起飛降落及空中懸停；二是飛行器能夠以固定翼模式快速高效平飛；三是要求飛行器可以穩定的從懸停模式過渡到平飛模式。

本方案所述的傾轉涵道及升力風扇融和的垂直起降飛行器中設計了兩類發動機。其一是主動力，其二是輔助控制動力。

主動力包含升力風扇以及傾轉涵道。升力風扇是一種內嵌于機身內部的可產生豎直向上升力的涵道發動機。傾轉涵道是一種懸掛在機身外的，可豎直向上產生升力也可以向前傾轉產生水平推力的涵道發動機。在懸停階段，升力風扇工作，傾轉涵道豎直向上產生升力，二者一共提供飛機80%以上的總升力。在平飛階段，升力風扇關閉，傾轉涵道向前傾轉并提供100%的總水平推力。

本發明的升力風扇和傾轉涵道在飛機的X方向上相距較遠，繞Y軸的力臂長，因此在懸停模式及過渡狀態下下，升力風扇和傾轉涵道通過差速來產生俯仰力矩以控制飛機的俯仰穩定。