[发明专利]一种倾转涵道连接翼布局垂直起降飞行器

说明书

本发明公开了一种倾转涵道连接翼布局垂直起降飞行器，包括机身、倾转涵道风扇、连接翼、起落架和机尾配平风扇；连接翼分为前翼和后翼；所述倾转涵道风扇左右对称配置，通过可倾转结构与机身中部连接，由布置在机身内部的发动机通过布置在倾转结构中的传动机构驱动，可为飞行器提供向上的升力或向前的推力；所述连接翼结构前后翼面有高度差，后翼翼根连接至垂尾，后翼翼尖连接至前翼中段，在平飞阶段提供全机升力；本发明将倾转涵道风扇和连接翼布局结合，机翼结构完整。既可垂直起落、空中悬停，也可滑跑起落、像固定翼飞机一样进行高速巡航，涵道风扇推进方式安静高效，发动机安装在机身内部，飞机总体布置紧凑合理，传动装置精简，安全可靠，具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种倾转双涵道连接翼布局垂直起降无人飞行器，属于航空飞行器技术的无人空中飞行交通工具技术领域。

背景技术

倾转旋翼垂直起降固定翼飞行器兼具垂直起降能力和水平飞行能力，主要应用于缺乏机场支持的复杂起降环境，同时具备迅速的任务响应能力。

目前已有的推力定向类的垂直起降固定翼无人机选用多旋翼系统提供垂直起降阶段的拉力，平飞阶段切换到另一套动力系统，飞行器质量多在80kg以下，有效载荷在6kg以下。如专利公布号CN106741919A所涉及的一种垂直起降的固定翼无人机，采用四旋翼做为垂起动力，平飞阶段动力来自一个尾部的螺旋桨。多旋翼系统效率低，提供的拉力有限，为增加拉力只能进一步增加电机功率和旋翼直径，因此很难研制重量为100kg级别的固定翼旋翼复合式无人机。该类型飞行器的关键问题在于采用了垂直、水平两套升力/推力装置，在不同飞行模态下，一种推进系统不工作，成为废重，质量效率低，降低飞行器的有效载荷，旋翼系统会使飞行阻力增大，影响飞机的操作稳定性。

目前已有的推力换向类的垂直起降固定翼无人机如，V-22鱼鹰是目前应用最为广泛的倾转旋翼机，另外还有以色列研制的倾转旋翼无人机“美洲豹”(Panther)和“迷你美洲豹”(Mini Panther)和韩国开发的倾转旋翼无人机TR-60等，通过安装在机翼前端的可倾转的驱动装置来改变动力的方向。推力与机身轴线垂直时可以实现垂直起降，推力与机身轴线平行时可实现高速平飞。但这种形式的飞行器需要倾转整个动力系统，对于机翼的结构强度、抗弯刚度及抗扭刚度提出了很高的要求；外露的桨叶产生巨大噪声的同时也使得飞机周边活动非常危险，低空飞行时也有可能产生碰撞，安全性能不佳；旋翼、机翼气动干扰问题是推力换向类的垂起无人机上的显著问题，旋翼产生的下洗流直接冲击机翼表面，对机翼产生很大的向下载荷，随后气流反弹使旋翼效率下降，影响飞机的悬停性能和稳定性。目前也有一些推力换向类的垂直起降飞行器采用机翼结构内置涵道风扇，如公布号CN104176250B所公布的一种机翼内置涵道的垂直起降旋翼飞行器就采用了这种布局形式，首先因为涵道倾转后机翼和涵道风扇之间的气动影响非常大，所以这种布置需要很大的机翼面积，机翼中部开口对翼型升力影响很大，同时对于机翼承力结构会产生较大的改变，在涵道布置区域需要局部加强，增加飞行器重量，推进装置效率低，飞行控制难度大。如公布号为CN105564633A所公布的近似水平转动推进器襟翼增升连接翼飞机，将涵道推进装置布置在机翼前缘，旋转电动风扇来实现垂直起降和水平飞行，对于机翼的结构强度有很高要求，只能安装尺寸很小推力有限的涵道风扇，且风扇冷喷流和机翼之间的影响非常大，对机翼前缘倾转结构的强度、刚度要求很高。如公告号CN106167096A所公布的一种改进型近似水平转动推进器襟翼增升连接翼飞机，所有的涵道推进器都布置在前翼的前缘，尾部只有一个在机身开口内的配平风扇，垂直起降时前缘风扇会产生无法配平的俯仰力矩，使飞行器的垂起姿态无法保持。

综上，目前已有的垂直起降固定翼飞行器使用性能都存在一定的缺陷，有必要设计一种新型飞行器，总体设计采用可倾转动力兼顾垂直起降与高速巡航，推进系统方面采用涵道风扇兼顾低速大推力与巡航高效率，气动布局采用高效非常规紧凑的连接翼布局形式，飞行控制采用尾部配平风扇、连接翼舵面和涵道风扇变桨距的综合多模态操控方式。通过以上关键技术的加持，倾转涵道连接翼布局垂直起降飞行器是一种应用范围广，使用性能好的无人垂起固定翼飞行器。

发明内容