[发明专利]一种垂直起降的固定翼长航时飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种固定翼飞行器，具体是指一种垂直起降的固定翼长航时飞行器。

背景技术

由于垂直起降固定翼飞行器即有固定翼飞行器飞行速度高、航程远、航时长的性能优势，又能在场地和空域受限的山区、丛林和水面舰艇等复杂区域完成起降，因此，垂直起降固定翼飞行器的实用价值越来越受到业界的广泛认可。

目前，垂直起降无人飞行器包括倾转动力式和尾座式两类。倾转动力式垂直起降无人机通过倾转机构实现旋翼或喷气发动机从水平到垂直的相互转换，水平飞行时动力沿水平方向克服阻力，垂直飞行时动力沿垂直方向克服重力。这种垂直起降方式的不足之处在于必须有附加的倾转机构，增加了结构重量和复杂程度。

虽然不像倾转动力式垂直起降无人机需要附加机构，但是现有的尾座式垂直起降固定翼无人机也存在明显局限。举例说明中国专利公开号CN 102133926 A，公开日2011年7月27日，发明的名称为“一种尾座式垂直起降无人飞行器”，该发明公开的飞行器机身头部安装翼俯仰风扇，尾部于机翼相连，机翼上下左右对称分布四个垂直尾翼，尾翼后部装有偏航舵和起落架，机翼与垂直尾翼交汇处固定两个相互独立的螺旋桨。其有两点不足：第一，为了垂直起降，每个螺旋桨拉力至少为飞行器重力的50%，而巡航状态每个螺旋桨的拉力通常不会超过飞行器重力的10%，因此巡航状态的螺旋桨没有运行在最佳工作点，能量效率较低，不利于远航和久航；第二，垂直飞行过程中依靠螺旋桨滑流作用下的气动舵面偏转产生操纵力矩，操纵效率较低，而且容易受到螺旋桨转速的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种垂直起降的固定翼长航时飞行器，解决现有尾座式垂直起降无人机能量效率低、低速飞行状态下操纵性差的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种垂直起降的固定翼长航时飞行器，包括飞行状态呈水平位置的机身，在机身的头部安装有一对鸭翼，在机身的尾部设置有一对机翼，在机身尾部的下方设置有一个垂直尾翼，在所述的机翼下方至少设置有两对的偶数个分布式动力装置，动力装置的转轴沿机身的轴线分布；在所述机身的头部设置有一个垂直分布的通孔，在该通孔内安装有一个转轴呈竖直分布的俯仰控制动力。本发明的机身在平飞状态是水平位置，垂直起降状态是竖直位置；飞行器采用在机翼下方至少设置有两对的偶数个分布式动力装置，动力装置的转轴沿机身的轴线分布的方式，在机身的头部设置的一个俯仰控制动力可以改变飞行器的飞行状态，在悬停、垂直起降阶段和低速飞行阶段，这些阶段的特点是主要依靠分布式动力装置一起工作平衡飞行器重力，保持总拉力不变，竖直方向速度不变的情况时，可以通过增加左边机翼上螺旋桨转速，同时减小右边机翼上螺旋桨转速，可使飞行器向右偏航，反之亦然；保持总拉力不变，增加顺时针转动螺旋桨转速的转速，同时减小逆时针（从后向前）转动螺旋桨的转速，可使飞行器向右滚转；俯仰控制动力通过协调的改变变桨矩螺旋桨的转速和桨矩调整俯仰力矩，同时增加转速和桨矩，飞行器向上仰，反之亦然。高速飞行阶段的特点是主要依靠气动升力平衡重力，分布式动力装置中只有位于翼稍的一对工作，二冲程汽油发动机在这一阶段工作，驱动机身前部的定桨矩螺旋桨，这三个螺旋桨的动力共同平衡高速飞行的阻力。汽油发动机还可为锂聚合物电池充电。升降舵进行俯仰控制，副翼进行滚转控制，方向舵进行偏航控制。这个过程中，俯仰控制动力在整个飞行包线内通过变桨矩螺旋桨的转速和螺距输出所需俯仰控制力矩。由于采用变桨矩螺旋桨，俯仰控制响应速度更高，俯仰角速率和俯仰姿态效果更好；分布式动力组的所有定桨矩螺旋桨的转速组合可实现滚转和偏航控制。由于定桨矩螺旋桨的数量更多，每个螺旋桨的转速可以独立控制，所以滚转和偏航控制可调节的最小脉宽更小，控制精度更高。

所述机翼为上单翼布局，具有非负的上反角和非负的后掠角，在机翼后缘安装有副翼，所述垂直尾翼竖向分布，在垂直尾翼后缘安装有方向舵。

所述机翼的翼稍和所述垂直尾翼的翼稍共同构成三个支撑点，在停止状态时，该三个支撑点使飞行器竖直向上的停靠在地面。通过三个支撑点作为整个飞行器起降的支点，不用设置起落架。

所述的偶数个分布式动力装置均为定桨矩螺旋桨，且只有位于翼稍的一对为拉进式定桨矩螺旋桨，其余相邻的定桨矩螺旋桨的转向相反。位于翼稍的一对动力装置为拉进式螺旋桨可以在水平飞行的时候作为提升动力来平衡重力，而中部的其余螺旋桨就可以不工作，从而减少能耗，在能源相同的情况下，延长了航时和航程。