[發明專利]臨近空間下新構型復合式無人直升機及其飛行控制方法

在審

• 申請號: 202111098562.0
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113928551A
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 高亞東;徐陽;余欣宇;徐孟雨;劉雪蕓
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C27/28
• 分類號: B64C27/28;B64C27/10;B64C3/30;B64C27/473;B64D27/24;H02J7/35
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發明提供了一種臨近空間下新構型復合式無人直升機及其飛行控制方法，飛行器在機身尾部設置有V型尾翼，機身中部兩側設置有兩副機翼。所述的機翼包括充氣式平直翼和下掛式可傾轉的旋翼，單側機翼下側裝有兩副下掛梁并連接有四個可傾轉的旋翼，每個旋翼有四片充氣式槳葉；所述旋翼能通過傾轉機構在不同飛行狀態下完成預定傾轉動作。該飛行器垂直起降時，旋翼處于共軸狀態能減小單副下掛梁所連接的旋翼間氣動干擾；另一方面，機體通過差動的氣動力矩可以傾轉到豎直狀態，減小機體投影面積從而降低機體型阻。該飛行器在空中飛行時機身回復水平位置，旋翼傾轉到拉力螺旋槳狀態，可有效避免旋翼槳葉尖端由于氣動疊加產生的激波，從而提升前飛速度。

技術領域

本發明涉及飛行器領域，具體是一種臨近空間下新構型復合式無人直升機。

背景技術

國際航空聯合會將臨近空間范圍確定在23km-100km，但目前大多數專家傾向于把臨近空間的范圍定在20km-100km，介于現有航空求最高飛行高度和航天器最低軌道高度之間，屬于“空”與“天”的過渡區。

與現有航空、航天系統相比，低速臨近空間飛行器在飛行高度、持續工作時間、響應能力、成本和生存能力方面都具有非常顯著的優勢。其飛行高度適中且持續工作時間長，臨近空間飛行器飛行高度介于飛機和衛星之間，既可以避免目前絕大多數的地面攻擊，又可以提高軍事偵察和對地攻擊的精度，對于情報收集、偵察監視、通信保障以及對空對地作戰支持等具有重要的意義；同時，與衛星相比，臨近空間飛行器具有良好的快速響應能力，而且發射過程簡單，不需要復雜昂貴的發射設施，不需要空間加固防護，對地面支持設備要求也比較低，大部分部件和有效載荷可回收重復使用，因此效費比高。

不同于一般的臨近空間飛行器，直升機相比于一般的系留氣球和飛艇，機動性更好，最大前飛速度達到常規構型直升機的基本要求；相比于火箭發動機推進的高速固定翼飛機，優勢在于可以懸停在目標上空獲得更久的觀察時間。

發明內容

本發明為了解決現有技術的問題，提供了一種臨近空間下新構型復合式無人直升機及其飛行控制方法，通過布置可傾轉的旋翼和差動氣動力矩令飛行器在垂直起降和水平前飛時具有不同的構型以滿足不同的氣動環境要求，在垂直起降時通過各副下掛梁所連接的共軸雙旋翼獲得最大的升阻比；在水平前飛時通過各副下掛梁所連接的拉力螺旋槳獲得最大的前飛速度。

本發明提供了一種臨近空間下新構型復合式無人直升機，包括機身，機身的尾部設置有尾翼,側方設置有機翼,所述的機翼為充氣式機翼，單側機翼通過若干下掛梁連接件連接若干副下掛梁，每副下掛梁兩端安裝傾轉機構，傾轉機構上安裝有旋翼系統，旋翼系統在不同位置所安裝的翼型方向不同，通過差動的氣動力矩配合傾轉機構來實現機體的不同姿態變化。

進一步改進，所述的單副下掛梁上的兩個旋翼系統旋轉方向相反以平衡梁上扭矩。

進一步改進，所述的相鄰兩副下掛梁上的同側旋翼系統旋轉方向相反以平衡機翼上扭矩。

進一步改進，所述的單副下掛梁上所連接的兩個傾轉機構旋轉方向相反，旋轉范圍為90°以防止旋翼過度傾轉導致槳葉損傷下掛梁。

進一步改進，所述的機身采用碳纖維編織布、輕木隔框和鋁合金蒙皮的一體化結構以減少重量，增強續航能力。

進一步改進，所述的機身和機翼上表面鋪設銻化鎵基的高轉化率太陽能板以改進飛行器續航能力；所述的太陽能板為柔性薄膜材料。

進一步改進，所述的尾翼為V型結構，V形尾翼兼有垂尾和平尾的功能，能以較少的部件總數來減小尾翼之間及尾翼與機身之間的干擾阻力，同時并具有尾翼加工量小的優點。

本發明還提供了一種臨近空間下新構型復合式無人直升機的飛行控制方法，包括以下過程：