[发明专利]一种用于垂直起降无人机的变体机构

说明书

本发明公开了一种用于垂直起降无人机的变体机构，设计于无人机机身后部，使无人机具有垂直起降和高效巡航两种飞行模态。变体机构又分为两个组成机构，一是变体驱动机构，用于后机身上下两部分间的同步转动动作；二是螺旋桨朝向约束机构，保证变体过程中，垂尾梢部螺旋桨朝向同机身轴向始终一致。本发明能够使无人机流畅地在垂直起降模态和高效巡航模态之间进行切换，同时使得模态转换过程控制难度降低，转换进程平稳安全。

技术领域

本发明属于飞行器设计领域，涉及一种变体机构，具体来说，是一种用于垂直起降无人机的变体机构。

背景技术

现有垂直起降飞行器布局方案多采用倾转旋翼、倾转机翼、旋定变翼、尾坐式或旋翼/固定翼复合式等。

其中，倾转旋翼方案面临模态转换复杂、控制难度大的问题；倾转机翼方案面临倾转机构承载高、重量大的问题；旋定变翼方案面临着旋翼机体气动力耦合复杂、控制难度大的问题；尾坐式方案面临垂直起降稳定性差的问题；复合式飞行器面临着巡航效率和悬停效率都较低的问题。因此，寻求一种既能稳定垂直起降又能高效巡航，且模态转换安全可靠，控制难度小，耗油率低的垂直起降飞行器成为当前航空领域的研究热点。

发明内容

为克服上述多种垂直起降飞行器的不足，本发明提出一种用于垂直起降无人机的变体机构，是一种应用于垂直起降飞行器的，以后机身变体方案满足双模态布局转换要求、降低转换控制难度的变体机构。

本发明用于垂直起降无人机的变体机构，包括变体驱动机构与螺旋桨朝向约束机构，安装于机身后部。同时设计机身由前机身与后机身构成；且后机身由水平横截面分割为后机身上部与后机身下部。

后机身上部和后机身下部的前端与前机身后端间铰接，通过变体驱动机构实现后机身上部与后机身下部相对前机身0～90°的同步转动。后机身上部与后机身下部末端设计有上下对称的垂直尾翼，两个垂直尾翼梢部前缘设计有电机舱，电机舱末端与垂直尾翼间铰接。同时位于后机身上部的垂直尾翼顶端两侧具有对称的水平尾翼，水平尾翼与位于上方的电机舱固接。电机舱内安装有电机，电机的输出轴安装有螺旋桨，由电子调速器对电机转速进行调整控制；

所述后机身上部与后机身下部进行旋转运动的过程中，通过螺旋桨朝向约束机构约束住垂直尾翼上的螺旋桨的朝向，使螺旋桨始终同无人机轴线朝向一致。

本发明用于垂直起降无人机的变体机构，使无人机具有垂直起降和高效巡航两种飞行模态。

在垂直起飞阶段，控制后机身上部与后机身下部相对前机身转动90°；两个垂直尾翼上的螺旋桨始终朝向无人机头部；同时无人机头部朝上，垂直起飞；当起飞至预定高度时，飞机进入过渡转换过程；此时控制后机身上部与后机身下部相对前机身逐渐旋转转动至初始状态；无人机头部由朝上状态逐渐转变为朝前状态，进入高效巡航模态。

当无人机需要降落时进入垂直降落阶段，控制后机身上部与后机身下部相对前机身转动90°，两个垂直尾翼上的螺旋桨始终朝向无人机头部；且无人机头部朝上。

本发明的优点在于：

1、本发明用于垂直起降无人机的变体机构，采用后机身变体技术，使得无人机能够从多旋翼布局形式切换为大展弦比正常式固定翼布局，使无人机既具有能稳定垂直起降的十字形多旋翼布局形式，又具有能高效巡航的大展弦比正常式布局，能够流畅地在垂直起降模态和高效巡航模态之间进行切换，同时使得模态转换过程控制难度降低，转换进程平稳安全。

2、本发明用于垂直起降无人机的变体机构，相较于倾转机翼、倾转旋翼等方案，本发明中的变体机构承载小、结构紧凑、机构重量轻、易于布置。

附图说明

图1为具有本发明变体机构的垂直起降无人机整体结构示意图；

图2为具有本发明变体机构的垂直起降无人机机身结构示意图；