[實用新型]用于垂直起降無人機的矢量氣動舵涵道風扇

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721829905.5
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN207631474U
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 沈觀清
• 申請（專利權）人: 北京正興弘業(yè)科技有限公司
• 主分類號: B64C11/00
• 分類號: B64C11/00;B64C29/02;B64C9/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 徐旭棟

本實用新型公開了用于垂直起降無人機的矢量氣動舵涵道風扇，其特點是：包括圓筒狀的涵道壁，安裝在圓筒狀涵道壁上且位于涵道壁軸向中間位置的矢量氣動舵涵道風扇、靠近筒狀涵道壁下端與涵道壁固接在一起的矢量氣動舵內環(huán)、包圍矢量氣動舵內環(huán)并與其間隔一定距離的矢量氣動舵外環(huán)，位于矢量氣動舵內環(huán)和矢量氣動舵外環(huán)之間且連接內環(huán)和外環(huán)的環(huán)形軸承、與矢量氣動舵外環(huán)通過齒輪相嚙合的外環(huán)伺服電機、安裝在矢量氣動舵外環(huán)上且位于矢量氣動舵底部出風口的矢量氣動舵可偏轉的葉珊。本實用新型采用涵道風扇管道設計技術有效增加了涵道風扇的效率；還通過矢量氣動舵產(chǎn)生側向力抵抗測風所造成的偏航，保持了航向和航路。

技術領域

本實用新型涉及無人機技術領域，尤其涉及一種用于垂直起降無人機的矢量氣動舵涵道風扇。

背景技術

固定翼無人機具備大高度、大飛行速度范圍、長航時、大航程，較大有效載重等許多方面的優(yōu)勢。但是固定翼無人機需要一定長度、寬度和表面質量的滑跑起飛地面作為起飛著陸場地。隨著無人機重量的增加，對于起飛和著陸的場地要求和空域的要求有所增加。這種對場地和空域的要求是固定翼無人機應用中的一個重要障礙。

為了克服和減少這種對起降場地的壓力，彈射起飛、傘降著陸已經(jīng)成為解決以上困難的一個重要突破。這種起降方式或類似起降方式應當說是成功的，并且對飛機的適用性、可靠性也是可以接受的。但是彈射起飛、傘降回收在某些地面和空域使用也還是受到較大限制。尤其是在山區(qū)、水面、海上、森林地區(qū)。由于風向、突風、空域、地貌而損壞或丟失飛機的可能性很大。

因此，無人機采用垂直起降方式成為當今一種大眾發(fā)展的現(xiàn)象。從2013年開始至今在中國流行的在機翼上或機身上加裝“扁擔式”升力自由螺旋槳提供垂直起降的舉力，采用推力自由螺旋槳的垂直起降方案層出不窮，千奇百怪，充塞中國無人機市場。

這種“扁擔式”式的、基于空氣自由螺旋漿（空氣自由螺旋漿的漿葉周圍沒有被圓筒狀的涵道包圍，靠槳葉直接裸露在空氣中旋轉將發(fā)動機的轉動功率轉化為推進力或升力的裝置）的垂直起降無人機由于原理和結構設計上固有的缺點，使得此類無人機僅能應用于小型、低速無人機，實用性較差。實踐證明，無論采用何種空氣自由螺旋槳作為垂直舉力和同時承擔推力作用，而又無足夠的變槳距方式的垂直起降無人機都面臨著動力系統(tǒng)效率問題。

基于“扁擔式”式空氣自由螺旋漿動力系統(tǒng)效率問題之一：垂直起降低速上升無法滿足平飛速度要求。按現(xiàn)在多數(shù)中小型無人機采用活塞式燃油、燃氣發(fā)動機作為動力系統(tǒng)，或采用電動機作為系統(tǒng)的總體布局，垂直起降的上升速度都小于8米/秒，或者僅3-4米/秒。而此類無人機推持平飛所需要的最小失速速度一般在15-40米/秒，顯然，該類無人機的垂直上升速度無法滿足無人機維持平飛所需要的最小速度。為了保持動力系統(tǒng)效率、提高垂直起降的上升速度，無人機螺旋槳就必需是變螺距槳，但是變距槳帶來結構重量增加，可靠性下降，按目前無人機的機構技術水平而言，轉速高達千轉的小型變距機構的結構重量和可靠性是難以令人滿意的。

基于“扁擔式”式空氣自由螺旋漿動力系統(tǒng)效率問題之二：大直徑空氣自由螺旋槳幾乎沒有實施的可能性。小直徑自由螺旋槳作為低速上升速度的垂直起降無人機而言，動力系統(tǒng)效率低下。因此，當無人機的起飛重量加大時，這種小直徑槳幾乎不可以被接受，為此要采用較大直徑旋翼來代替自由螺旋槳。但是這樣大直徑旋翼幾無可能與數(shù)千、至上萬轉/分轉速的電機同步工作，因此必需帶有減速器，而超過25馬力的變速箱和相應的變速機構帶來的結構設計、機構設計、和動力控制的問題對于中小型無人機來講是一種災難。

基于“扁擔式”式空氣自由螺旋漿動力系統(tǒng)效率問題之三：風速較大時側向風導致無人機偏航。由于“扁擔”型的布局，當采用較大直徑螺旋槳或者旋翼、并且當?shù)仫L速較大時，由于側向風的影響，如果無人機的平衡系統(tǒng)沒有足夠的自動抑制振蕩的阻尼，那么導致無人機偏航，由此而帶來的飛行是不安全的。