[發明專利]一種新型垂直起降固定翼無人機氣動布局

在審

• 申請號: 202210976838.9
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115195988A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 黃國平;張浩月;俞宗漢;朱遠昭;金波
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64C1/06
• 分類號: B64C1/06;B64C27/20;B64C27/22;B64C23/00;B64C29/00
• 代理公司: 南京業騰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32321
• 代理人: 韋康

本發明公開了一種新型垂直起降固定翼無人機氣動布局，包括機頭、機身、機尾和呈下單翼布局的機翼，其中，所述機身包括機身前段、機身中段和機身后段，所述機身中段包括上半部分的中心體和下半部分的機艙，所述中心體截面向機尾方向收縮，使整個無人機呈現流線；機艙內安裝有進氣裝置、涵道風扇和排氣裝置，機頭兩側平滑過渡至機身中段，進氣裝置后唇口與機身平滑連接，引導氣流沿機身進入所述進氣裝置內，涵道風扇位于中心體下方且沿機身流向布置，在垂直起降、過渡飛行和高速平飛時氣驅動風扇所需的氣流沿機身兩側以不同方式進入進氣裝置，涵道風扇在所有飛行狀態下都工作，為無人機提供合適的推力和升力，沒有多余死重。

技術領域

本發明涉及無人機技術領域，具體為一種新型垂直起降固定翼無人機氣動布局。

背景技術

具備矢量推進能力的垂直/短距起降飛行器是未來航空器發展的重要趨勢之一。垂直起降技術能使飛行器減少甚至完全擺脫對跑道的依賴，可以大大降低飛行器對起降區域的設施要求。因此，垂直起降飛行器相對于常規起降飛行器而言具有更強的工作區域適應能力，其在起降區域小和地形環境復雜的條件下具有很大的應用空間，但常規旋翼垂直起降飛行器在垂直起降和平飛時均由旋翼提供升力和推力，導致耗油率很高。固定翼飛行器有大升阻比的機翼，主要升力來自機翼與空氣的相對運動，基于這個原理固定翼飛行器具有飛行速度快、航程遠、油耗小等特點。但常規固定翼飛行器需要很大的起飛速度，所以對起降跑道長度要求較高。

常規固定翼垂直起降飛行器的動力裝置有升力風扇、涵道風扇、傾轉旋翼和直接噴流幾種形式。其中，瑞安公司的XV-5驗證機它采用的是機翼布置升力風扇，飛機利用風扇產生的升力實現垂直起飛，成功驗證了利用升力風扇布置在機翼上的固定翼垂直起降飛行器的可行性。不過XV-5驗證機需要繼續加大起飛重量的話，需要加大風扇直徑，導致機翼面積和長度也得變大，從而需要增厚機翼增加強度，為了符合空氣動力學要求大機翼頭部更厚以獲得更大升力，但同時增加了飛行阻力和帶來了更大的結構尺寸代價；此外美國采用升力風扇的F-35B“聯合攻擊戰斗機”的主發動機和前置升力風扇組合式動力系統是目前同類設計中綜合性能最好的。成功驗證了機翼和機身共同布置升力風扇這種布局的可行性，但是由于升力風扇在高速巡航時不工作，導致升力風扇飛行器在巡航狀態的死重較大，機翼和機身共同布置升力風扇占用過多飛機空間，導致有效載荷小。

綜上所述可以看出，機翼布置升力風扇為了獲得大的起飛重量，會導致過大的結構尺寸。而機翼和機身共同布置升力風扇會占用過多的飛機空間并在平飛時存在死重問題。所以急需一種新型垂直起降固定翼無人機氣動布局來解決上述問題。

發明內容

本發明提供一種新型垂直起降固定翼無人機氣動布局，來解決上述現有技術中存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種新型垂直起降固定翼無人機氣動布局，包括機頭、機身、機尾和呈下單翼布局的機翼，其中，所述機身包括機身前段、機身中段和機身后段，所述機身中段包括上半部分的中心體和下半部分的機艙，所述中心體截面向機尾方向收縮，使整個無人機呈現流線；

所述機艙內安裝有進氣裝置、涵道風扇和排氣裝置，所述機頭兩側平滑過渡至機身中段，進氣裝置后側唇口與所述機身平滑連接，引導氣流沿機身進入所述進氣裝置內，涵道風扇位于中心體下方且沿機身流向布置。

優選的，所述中心體與進氣裝置共同形成三維效應實現平飛時進氣，其中，在中心兩側安裝進氣導葉配合進氣裝置實現高效進氣。

優選的，所述涵道風扇與水平呈10度角安裝在機艙內，其中，風扇壓比為π，空氣絕熱指數k，氣體常數g,空氣密度ρ，流量為m，進氣壓力為Pin，排氣壓力為Pout，排氣速度為V，排氣膨脹到大氣壓P；排氣馬赫數推力等于最大起飛重力，由F＝m*V，得出流量，由風扇面積A＝π*d*d/4和流量m＝ρ*V*A，得出風扇直徑；由轉速公式Rpm＝V*60/(3.14*d)獲得轉速。