[發明專利]一種復合翼垂直起降太陽能無人機

在審

• 申請號: 202210772246.5
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115158653A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 張凱;佟陽;黃帥;胡茂楊;王曉東;趙順
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: B64C27/26
• 分類號: B64C27/26;B64C29/00;B64D27/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發明提出了一種復合翼垂直起降太陽能無人機，包括機體結構、能源系統、動力系統和機載航電系統。復合翼垂直起降太陽能無人機通過機上的太陽電池將光能轉化為電能實現能量的自供給，通過多旋翼產生向上的拉力實現垂直起降，通過螺旋槳產生向前的拉力實現巡航飛行，具有航時長、航程遠、升限高、起降靈活、使用成本低的優點。

技術領域

本發明涉及一種復合翼垂直起降太陽能無人機，屬于無人機總體設計技術領域。

背景技術

近年來，隨著無人機技術和電推進技術的進步，電動無人機也迎來了飛速的發展。包括電動直升機、多旋翼飛機、固定翼飛機在內的無人機，都有各自的優勢和局限。直升機和多旋翼飛機具有垂直起降、可懸停，但巡航效率低、速度慢的特點。固定翼具有速度快、航時久、載重大，但需要依靠跑道起降、無法懸停的特點。因此，結合固定翼飛機和旋翼機優點的垂直起降無人機應運而生。垂直起降無人機包括傾轉旋翼、傾轉機翼、復合翼和尾座式等幾種，傾轉式和尾座式無人機技術難度較大，復合翼無人機的技術難度適中。

然而，受限于儲能電池的能量密度，電動無人機的航時始終無法實現突破，市場上成熟電動無人機的航時通常在數小時甚至更低的水平。隨著薄膜太陽電池的技術發展和廣泛應用，為電動無人機的能量短板問題提供了一條解決途徑，英國的西風太陽能無人機已經實現了26天的連續飛行。但國內外已有的太陽能無人機多采用水平滑跑、手拋或球載的起降方式，都不具備自主垂直起降的能力。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種復合翼垂直起降太陽能無人機，通過機上的太陽電池將光能轉化為電能實現能量的自供給，通過旋翼產生向上的拉力實現垂直起降，通過螺旋槳產生向前的拉力實現巡航飛行。

本發明采用的技術解決方案是：

一種復合翼垂直起降太陽能無人機，包括：機體結構、能源系統、動力系統和機載航電系統；

機體結構包括：機翼、機身、尾撐桿、平尾、垂尾、起落架、副翼、升降舵和方向舵；機翼為無人機的主升力面；機身吊掛于機翼下方；尾撐桿為方形桁架，位于機翼下方，左右各一個尾撐桿；平尾和垂尾作為無人機的安定面，位于尾撐桿的尾部，兩個垂尾對稱分布，平尾安裝于兩個垂尾的頂端；起落架作為無人機的支撐裝置，在起飛和著陸階段支撐無人機并減緩地面沖擊；兩個副翼設置在機翼后緣，升降舵設置在平尾后緣，方向舵設置在垂尾后緣，副翼、升降舵和方向舵實現對無人機的飛行控制；

能源系統包括：太陽電池、蓄電池、電源控制器和設備配電器；太陽電池為無人機提供能量來源；蓄電池安裝于機身內部，為無人機夜間飛行提供能量來源；電源控制器對應于太陽電池的布陣，分布式安裝于機翼內部，實現太陽能的控制；設備配電器安裝于機身內部，實現機載用電設備的供配電；

動力系統包括：電動機、螺旋槳和旋翼；電動機將機上的電能轉換為動能，共五個，其中一個電動機驅動螺旋槳旋轉，其余四個電動機驅動各自對應的旋翼旋轉；螺旋槳安裝于機身最前端，為無人機平飛和爬升階段提供水平方向的拉力；四個旋翼分別位于左右尾撐桿上，為無人機起降階段提供垂直方向的拉力；

機載航電系統用于導航、飛行控制、測控和環境控制。

進一步的，所述太陽電池采用高光電轉換效率的柔性薄膜太陽電池，均勻鋪裝于機翼和平尾上表面，其光電轉換效率不低于20％；太陽電池的鋪片面積占機翼和平尾有效面積的90％以上。

進一步的，太陽電池將吸收的太陽輻射能量轉換為電能，一部分用來維持動力系統和機載航電系統的正常運轉，一部分對蓄電池進行充電作為夜間飛行的能量來源。

進一步的，蓄電池采用可循環充放電的鋰電池。

進一步的，機翼的中翼段平面形狀為矩形，外翼段平面形狀為梯形。

進一步的，螺旋槳采用大槳徑定距槳，旋翼采用高轉速變距槳。