[实用新型]具有翼膜的可倾转旋翼的四旋翼飞行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及航天飞行动力机械领域，尤其涉及一种具有翼膜结构的可倾转旋翼的四旋翼飞行器。

技术背景

目前的四旋翼飞行器研究方向主要是实现姿态稳定控制、多机组群控制等，但是这些控制都无法回避四旋翼飞行器的一些缺点，特别是飞行速度慢、储能有限且不适合远距离飞行。因为传统四旋翼飞行器通过控制前后端旋翼转速不同而产生升力差，这不可避免的导致机身产生俯仰运动，然后才实现水平前飞动作，这种前进方式会使传统四旋翼飞行器水平前飞与竖直升降彼此影响。另一方面，传统四旋翼飞行器由于其设计机理限制，难以达到像固定翼那样较高的巡航速度，因此出现了可倾转四旋翼飞行器。

可倾转四旋翼飞行器，需要有动力装置带动旋翼等部件旋转，这些动力装置会一定程度地增加能耗，因此在储能量相等情况下，可倾转四旋翼飞行器比传统四旋翼飞行器巡航时间更短。正因为以上缺点使得可倾四旋翼飞行器在远距离航程上的应用受到极大限制，因此有人在可倾转四旋翼飞行器结构上添加了固定翼结构。

添加了固定翼的可倾转四旋翼飞行器，是靠控制四个动力组旋转，并借助机架结构上的固定翼，实现四旋翼垂直起降并高速巡航。但这样的固定翼结构在飞行器垂直起降时，固定翼宽大的表面更容易受到气流的扰动，因此在风力等同的情况下，装有固定翼的可倾斜四旋翼飞行器在垂直起降过程中稳定性较差。

发明内容

本实用新型为解决传统四旋翼飞行器巡航速度慢、垂直起降稳定性差和不适合远距离飞行的问题提供了一套可行的技术方案。

本实用新型解决问题所采用的技术方案是：

本实用新型是在传统四旋翼飞行器结构基础上进行的改进。

本实用新型主要包括“十”字钢架、辅助动力组、首舵、尾舵、翼膜和飞行控制系统。

本实用新型的结构状态可分为三种，即四旋翼飞行器状态、结构转换状态和类螺旋桨飞机状态。

本实用新型刚起飞时，通过四个旋翼的旋转为本实用新型提供升力，主翼膜和两片尾翼膜处于收缩状态。在垂直起降过程中，本实用新型处于四旋翼飞行器状态，避免了装有固定翼的四旋翼飞行器，宽大的翼面受风力影响较大的缺点。

本实用新型前向飞行速度达到主翼膜能提供升力的最小值时，飞行控制系统控制主翼膜展开，主翼膜能为本实用新型提供部分升力，因此本实用新型不再只依靠电动机提供升力。最终，飞行控制系统控制各电动机轴转至与主翼膜所在平面平行，使本实用新型处于类螺旋桨飞机状态，调节电动机转速可调节本实用新型巡航速度。在储能相同情况下，本实用新型比传统四旋翼飞行器具有更远的航程。

本实用新型的主翼膜展开时，飞行控制系统控制尾舵旋转，并最终旋转到与“十”字钢架处于同一平面，随后，尾舵上的两片尾翼膜展开。本实用新型尾舵上的两片尾翼膜的主要作用是，通过调整两片尾翼膜的角度获得相应方向的作用力，从而改变本实用新型的航行方向，一定程度上降低了传统四旋翼飞行器靠调节四个旋翼的速度差来改变飞行器航向方法的复杂性。在本实用新型减速时，飞行控制系统控制主翼膜和两片尾翼膜收缩，继续采用四旋翼飞行器方式使本实用新型降落，即本实用新型仍具有垂直降落能力。

因为本实用新型具有翼膜结构和根据传统四旋翼改进的首舵、尾舵和辅助动力组结构，它不仅能短距离起飞，还能借助翼膜结构在空中高速巡航。特别地，当本实用新型出现某一个或多个电机(不包括尾舵电机)出现故障时，仍能靠翼膜结构保持飞行姿态稳定。

本实用新型的翼膜结构能借助空气获得升力，从而一定程度上节省电能，增加巡航距离。

附图说明

图1为本实用新型的四旋翼飞行器状态时的示意图。

图2为本实用新型的首舵结构前倾45度角时的示意图。

图3为本实用新型的主翼膜完全展开时的示意图。

图4为本实用新型的辅助动力组前倾45角时的示意图。

图5为本实用新型的尾舵后倾90度角时的示意图。

图6为本实用新型的尾舵上两片尾翼膜完全展开时的示意图。

图7为本实用新型的首舵和辅助动力组前斜90度时的示意图。

图8a为本实用新型做上升动作时尾舵的侧视图。

图8b为本实用新型做右转动作时尾舵的后视图。

具体实施方式

本实用新型具体实施方式介绍中提到的方向和角度，当如此理解，所有方向和角度，均是指以两个“一”字钢架交点为参考点，观察者位于参考点并面向首舵，所观察到的方向和角度。