三翼面无人飞行器 |
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| 申请号 | CN201710549390.1 | 申请日 | 2017-07-07 | 公开(公告)号 | CN107499505A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 北京航空航天大学; | 发明人 | 张秦岭; 谢晋东; 甘文彪; 张颖; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种三翼面无人 飞行器 。该飞行器包括： 机体 、设置在所述机体两侧的两个固定主翼，以及设置在所述两个主翼下方的两根长度相等的主梁；所述两根主梁沿所述机体的纵向对称地设置在所述机体两侧的所述主翼上；所述两根主梁的前端通过可旋转的前置倾转鸭翼连接；所述两根主梁的后端通过 尾翼 连接；所述前置倾转鸭翼上对称地设置有一对前置螺旋桨；所述两根主梁位于所述主翼后的部分上对称的设置有一对主静态螺旋桨。能够降低倾转机翼飞行器在旋翼倾转过渡过程中操纵和控制难度，增加了倾转过程中的整体 稳定性 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种三翼面无人飞行器，其特征在于，包括：机体、设置在所述机体两侧的两个固定主翼，以及设置在所述两个主翼下方的两根长度相等的主梁； |
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| 说明书全文 | 三翼面无人飞行器技术领域背景技术[0002] 倾转机翼飞机是一种将直升机和固定翼飞机特点融为一体的新型飞行器，既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行的能力。倾转机翼飞机具有三种飞行模式：直升机模式、固定翼飞机模式以及倾转过渡模式，其机翼处安装有可进行倾转运动的旋翼，通过旋翼偏转来调节飞机的飞行状态，当螺旋桨的轴线处于水平时，就给飞机一个向前的拉力；当螺旋桨轴线处于竖直时，则给飞机提供一个向上的升力；二者状态之间切换的过程即是倾转过渡模式。 [0003] 但是，倾转机翼飞机既有机翼又有旋翼，在旋翼倾转过渡过程中气动特性比较复杂，存在着动力学分析、旋翼/机翼耦合动载荷和稳定性等技术难题，其飞机设计结构上存在欠缺，同时在操纵与控制上也存在一定困难。 发明内容[0004] 本发明提供一种三翼面无人飞行器，能够降低倾转机翼飞行器在旋翼倾转过渡过程中操纵和控制难度，增加了倾转过程中的整体稳定性。 [0005] 本发明提供一种三翼面无人飞行器，包括： [0007] 所述两根主梁沿所述机体的纵向对称的设置在所述机体两侧的所述主翼上； [0008] 所述两根主梁的前端通过可旋转的前置倾转鸭翼连接； [0009] 所述两根主梁的后端通过尾翼连接； [0010] 所述前置倾转鸭翼上对称地设置有一对前置螺旋桨； [0011] 所述两根主梁位于所述主翼后的部分上对称的设置有一对主静态螺旋桨。 [0012] 可选地，所述一种三翼面无人飞行器，还包括： [0013] 至少一对辅助静态螺旋桨，所述至少一对辅助静态螺旋桨设置在所述两根主梁上。 [0014] 可选地，所述至少一对静态螺旋桨和所述主静态螺旋桨从前到后间隔均匀的设置在所述两根主梁上。 [0015] 可选地，所述尾翼为水平尾翼或V型尾翼。 [0016] 可选地，所述主翼为平直翼、后掠翼或三角翼。 [0017] 本发明提供的三翼面无人飞行器，包括：机体、设置在所述机体两侧的两个固定主翼，以及设置在所述两个主翼下方的两根长度相等的主梁；所述两根主梁沿所述机体的纵向对称地设置在所述机体两侧的所述主翼上；所述两根主梁的前端通过可旋转的前置倾转鸭翼连接；所述两根主梁的后端通过尾翼连接；所述前置倾转鸭翼上对称地设置有一对前置螺旋桨；所述两根主梁位于所述主翼后的部分上对称的设置有一对主静态螺旋桨。能够降低倾转机翼飞行器在旋翼倾转过渡过程中操纵和控制难度，增加了倾转过程中的整体稳定性。附图说明 [0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0019] 图1为本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器的结构示意图； [0020] 图2为本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器垂直起降模式下的状态示意图； [0021] 图3为本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器过渡过程的状态示意图； [0022] 图4为本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器平飞模式下的状态示意图。 [0023] 附图标记说明： [0024] 1：机体；2：主翼；3：主梁；4：前置倾转鸭翼；5：前置螺旋桨；6：主静态螺旋桨；7：尾翼。 具体实施方式[0025] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0026] 图1为本发明实施例一提供的三翼面无人飞行器的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的一种三翼面无人飞行器包括：机体1、主翼2、前置倾转鸭翼4、尾翼7、两根长度相等的主梁3、一对前置螺旋桨5和一对主静态螺旋桨6。 [0027] 主翼2设置在机体1两侧，两根主梁3设置在两个主翼2下方，两根主梁3沿所述机体1的纵向对称的设置在所述机体1两侧的所述主翼2上，两根主梁3的前端通过可旋转的前置倾转鸭翼4连接，两根主梁3的后端通过尾翼7连接，前置倾转鸭翼4上对称地设置有可旋转的前置螺旋桨5，两根主梁3位于所述主翼2后的部分上对称的设置有主静态螺旋桨6。 [0029] 可选地，机体1的横截面为圆形，因为在机体1横截面积相同的情况下，圆形横截面的周长最小，或者说在机体1体积相同的情况下，圆形横截面有着最小的表面积，因而选择圆形横截面作为本实施例飞行器机体的横截面，使得机体1具有最小的摩擦阻力。但是，如果因为某些特殊条件，不允许选用圆形横截面作为机体1的横截面时，也可以选择其他形状的截面作为其横截面，本实施例并不对机体1的横截面的形状进行限定。 [0030] 主翼2用于在飞行器平飞的过程中为飞行器提供升力，本实施例中主翼2为固定主翼，即主翼2不可旋转，主翼2沿其机体1纵向轴线对称地设置在机体1上。主翼2可以为平直翼、后掠翼、三角翼等结构形式，本实施例并不对主翼2的结构进行限定。 [0032] 主翼2的下方沿着飞行器的机体1的纵向轴线对称设置有两根长度相等的主梁3，主翼2与主梁3之间可以通过螺栓、焊接或者联接器等方式进行连接。主梁3可以采用高强度、轻质航空材料制成，例如铝合金或者钛合金。 [0033] 两根主梁3的前端通过可旋转的前置倾转鸭翼4连接，前置倾转鸭翼4由舵机驱动纵向轴转动，可实现0-90度的倾转。前置螺旋桨5设置在前置倾转鸭翼4上，在前置倾转鸭翼4沿着其转动轴进行旋转时，前置螺旋桨5也会随着前置倾转鸭翼4进行同步的旋转运动。 [0034] 两根主梁3位于主翼2后的部分上沿机体1的纵向轴线对称地设置有一对主静态螺旋桨6。主静态螺旋桨6用于与垂直状态的前置螺旋桨5形成规则多旋翼构型，用于飞行器垂直起降过程的升力增强和姿态保持。在理想情况下，主静态螺旋桨6甚至可以短时间提供足够的升力，确保前置螺旋桨5能够在无动力状态下实现倾转，从而降低倾转过渡过程中的升力波动。 [0035] 可选地，两根主梁3上还可以沿机体1的纵向轴线对称地设置至少一对辅助静态螺旋桨(图中未标出)，辅助静态螺旋桨用于进一步增加飞行器在垂直起飞时的升力，本实施例并不对辅助静态螺旋桨数量和位置进行限定。例如，增加一对辅助静态螺旋桨在垂直起降阶段构成六旋翼模式，增加两对辅助静态螺旋桨在垂直起降阶段构成八旋翼模式。在六旋翼模式时，辅助静态螺旋桨可以设置在前置螺旋桨5后部，主翼2的前部，也可以设置在主翼2的后部，尾翼7的前部。或者，辅助静态螺旋桨还可以设置在前置螺旋桨5后部，整机重心的前部。在八旋翼模式时，一对辅助静态螺旋桨可以设置在前置螺旋桨5后部，主翼2的前部，另一对辅助静态螺旋桨可以设置在主翼2的后部，尾翼7的前部。在垂直起降阶段，即使前置螺旋桨5在过渡过程不提供持续动力，也能通过主静态螺旋桨和辅助静态螺旋桨来维持飞行姿态。 [0036] 可选地，尾翼7为水平尾翼或V型尾翼。水平尾翼主要用于保持飞行器在飞行中的稳定性和控制飞行器的飞行姿态。V型尾翼同时兼有垂尾和平尾的功能，能同时起纵向和航向稳定作用，当两边舵面向相同方向偏转时，起升降舵的作用；相反的，向不同方向偏转时，则起方向舵作用，因此V尾翼大仰角可控性更好。 [0037] 当实施例一提供的一种三翼面无人飞行器进行垂直起降操作时，其状态如图2所示，图2为本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器垂直起降模式下的状态示意图。 [0038] 实施例一提供的一种三翼面无人飞行器进行垂直起降时，前置倾转鸭翼4的翼面垂直于地面，有利于减小全机垂向的阻力。而前置螺旋桨5与地面平行，与水平的主静态螺旋桨6一起提供垂直向上的升力，驱动飞行器完成垂直起降动作。起飞后，通过控制前置倾转鸭翼4与主静态螺旋桨6的转速，使其产生的升力与飞行器的重力达到平衡时，即可实现悬停。 [0039] 此外，当飞行器需要进行抬头和低头时，通过控制前置螺旋桨5与主静态螺旋桨6的转速，使得机体1前后的升力不同，从而产生抬头力矩或者低头力矩，实现飞行器的俯仰运动。 [0040] 当实施例一提供的飞行器进行垂直转平飞过渡时，其状态如图3所示，图3为本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器过渡过程的状态示意图。 [0041] 在实施例一提供的一种三翼面无人飞行器完成垂直起飞之后，前置倾转鸭翼4由舵机驱动纵向轴转动，逐步实现0-90度的倾转，此过程中前置螺旋桨5同时提供向上和向前的拉力，此时前置螺旋桨5处于矢量推进状态，可以实现推力矢量控制，完成垂直转平飞或者平飞刹车转垂直降落的过渡过程，可以保证在飞行器作低速、大攻角机动飞行而操纵舵面几近失效时利用推力矢量提供的额外操纵力矩来控制飞行器机动。由于前置倾转鸭翼4同时连接两端的前置螺旋桨5，可以起到同步器的作用，显著地提升了双侧前置螺旋桨5的同步率，增加了倾转过程中的整体稳定性。 [0042] 当实施例一提供的一种三翼面无人飞行器进入平飞模式时，其状态如图4所示，图4为本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器平飞模式下的状态示意图。 [0043] 当前置倾转鸭翼4完成90度的倾转后，前置倾转鸭翼4的翼面与尾翼7的翼面平行。这种状态下，前置螺旋桨5仅提供前飞拉力，在平飞状态下，当飞行器达到一定的飞行速度时，可以关闭主静态螺旋桨6，仅依靠主翼2的升力来维持飞行器的飞行姿态。此时，前置倾转鸭翼4与主翼2形成有利的流动耦合，有利于减小全机阻力。 [0045] 同理，在本发明实施例一提供的飞行器平飞状态转垂直降落的过渡过程中，其前置倾转鸭翼4倾转变化为垂直起飞转平飞的过渡过程的逆过程，从而完成飞行器的垂直着陆动作，此处不再赘述。 [0046] 本发明实施例一提供的一种三翼面无人飞行器在平飞和垂直起降状态下，由前置倾转鸭翼4、固定主翼2和尾翼7构成的三翼面气动外形通过主梁3相接，使全机结构强度和刚度更好；前置倾转鸭翼4和尾翼7配合，能较好地改善全机纵向和横侧向气动稳定性；过渡状态下，由于前置倾转鸭翼4同时连接两端的前置螺旋桨5，可以起到同步器的作用，显著地提升了双侧前置螺旋桨5的同步率，增加了倾转过程中的整体稳定性；三翼面布局与螺旋桨的相互配合，可以有效兼顾长航时水平飞行和垂直起降的气动要求。 [0047] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。 |
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