[发明专利]一种混合式倾转旋翼无人机

说明书

技术领域

本发明属于航空飞行器设计技术领域，尤其涉及一种倾转旋翼无人机。

背景技术

长期以来，人们一直在寻求兼具多旋翼机和固定翼机优点的飞行器。经过多年探索和实践，出现了诸如美国第一代倾转旋翼原型验证机XV-15、已经服役的V-22“鱼鹰”倾转旋翼机、“鹰眼”倾转旋翼无人机等，在军用和民用领域发挥了重要作用，具有广阔的发展前景。倾转旋翼无人机不仅具有多旋翼无人机垂直起降、空中悬停等优点，同时还具有与固定翼飞机相当的飞行速度、航程及载荷能力。但由于鱼鹰为双动力舱的倾转旋翼机，飞行控制系统较为复杂，在垂飞以及在倾转垂飞平飞过渡的飞行状态时，存在纵向稳定性差，操作困难等问题，针对鱼鹰在纵向操作及稳定型上存在的不足，具有三个动力舱的新型的倾转旋翼方案被提出。

中国专利公开号CN 102632994 A提出一种倾转旋翼方案，该方案中，每段机翼中部各安装一个可以倾转的螺旋桨动力舱，尾部安装一个固定的螺旋桨动力舱，螺旋桨旋转轴线与机身轴线垂直。

中国专利公开号CN 106143895 A提出的倾转旋翼方案与上述类似，不同之处在于尾部的动力舱可以实现倾转。

中国专利公开号CN 105775122 A方案采用飞翼布局，两个可以倾转的前动力舱对称于机头处，由一根连杆连接，尾部由一个固定的后动力舱组成。在每个动力舱上，都由一对共轴但转向相反的螺旋桨产生推力。

从整体上来看，具有三个动力舱的倾转旋翼方案相比于双动力舱的倾转旋翼机在纵向的稳定性，操纵性上有了很大的提高，但从以上方案中可以看出，依然存在很多不足需要改进。一方面，在尾部动力端的设计上，大多采用螺旋桨推进，在平飞时，如果尾部不提供动力输出，将产生较大的阻力，影响飞机平飞性能。另一方面，两个前动力舱安装在机翼翼中，这会使飞机在垂飞时，螺旋桨产生的下洗流大部分被翼面遮挡，动力损失较为严重，影响垂飞性能。在专利公开号CN 105775122 A的方案中，虽然两个前动力舱并未被机翼遮挡，但连杆的存在却增加了飞机的结构重量和平飞时的飞行阻力。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，设计一种飞控系统简单，稳定性强，可靠性高，便于操作的新型倾转旋翼无人机。

本发明的目的通过以下任一技术方案实现。

一种混合式倾转旋翼无人机，包括机体、动力系统、控制系统和倾转机构。机体由机身、机翼和尾翼构成；动力系统由机翼两端的螺旋桨动力舱和尾部涵道动力舱构成，各动力舱均可以进行大角度倾转；控制系统可以对飞机平飞和垂飞状态进行稳定和姿态控制；倾转机构负责改变三个动力舱倾转角度。

根据上述任一技术方案的无人机，其特征在于，所述可倾转螺旋桨动力舱位于机翼两端。

根据上述任一技术方案的无人机，其特征在于，所述两个可倾转螺旋桨动力舱的螺旋桨旋转方向相反。

根据上述任一技术方案的无人机，其特征在于，所述倾转机构只作用于各动力舱，而不改变机翼与尾翼的安装角度。

根据上述任一技术方案的无人机，其特征在于，所述三个动力舱的动力类型是电动、油动或油电混合。

根据上述任一技术方案的无人机，其特征在于，所述无人机控制系统包括飞行控制系统，姿态测量系统和任选的图像采集及传输系统。

在一个更为具体的技术方案中，本发明提供一种混合式倾转旋翼无人机，包括机体、动力系统、控制系统和倾转机构，机体由机身，机翼，尾翼构成。相比与鱼鹰的双动力舱布局，本发明动力系统由机翼两端两个螺旋桨动力舱和尾部涵道动力舱三部分构成，呈等腰三角形分布，并且各个动力舱均可以进行大角度倾转，实现多旋翼和固定翼两种模式的转换；控制系统由飞行控制系统，姿态测量系统等系统组成，可以对飞机平飞垂飞状态进行稳定和姿态控制；倾转机构由作动机构和连杆构成，负责改变三个动力舱倾转角度。当机翼两端动力舱向上倾转，涵道动力舱向下倾转时，无人机处于多旋翼模式，可以垂直起降及空中悬停；当机翼两端螺旋桨动力舱向前倾转，涵道电机向后倾转时，无人机处于固定翼模式，飞行速度较快，效率较高。此外，三个动力舱的布局方式提高了飞机垂飞及过渡阶段的稳定性和机动性，具有广阔的应用前景。