[发明专利]一种高速高效倾转机翼无人飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种倾转机翼垂直起降飞行器，属于航空产品技术领域。

背景技术

倾转机翼无人飞行器兼具直升机的垂直起降能力和螺旋桨固定翼飞机的高速飞行性能，属于垂直起降飞行器。倾转机翼无人飞行器动力作用力方向可倾转，具有广泛的应用前景，主要应用包括物流、巡线、森林防火、环境监测等。虽然倾转机翼无人飞行器能够满足一些特殊场景的应用需求，但实际应用中还存在垂飞旋翼效率低、平飞速度慢、垂飞航向控制性能差等问题。例如：1.现有倾转机翼无人飞行器垂飞与平飞采用同一套动力系统，且多为定距螺旋桨，而实际上，多旋翼与固定翼飞行器旋翼无论从形态尺寸上还是机械机构上都存在显著差异，这是由不同飞行状态下螺旋桨的气动条件不同所决定的，因此现有倾转旋翼无人飞行器动力系统很难同时高效兼容垂飞和平飞状态，且平飞速度较低；2.现有倾转旋翼无人飞行器方案多采用多旋翼方式垂直起降，通过旋翼转速或桨距控制实现飞行器航向控制，但在实际应用中机身机翼结构迎风面积大，旋翼反扭矩航向控制的控制力明显不足，这导致该类飞行器垂飞时的抗风性较差。

发明内容

本发明提供了一种高速高效倾转机翼无人飞行器方案，该飞行器布局具有更高的气动效率和控制可靠性，在保证垂直起降的前提下，能够实现高速高效飞行。

一种倾转机翼无人飞行器包括：倾转旋翼、倾转翼面、尾涵道、固定尾翼、机身结构和起落架，且至少包括2个倾转旋翼和倾转翼面和1个尾涵道。

根据上述技术方案之一所述的倾转机翼无人飞行器，其特征在于，所述倾转旋翼与倾转翼面可绕平行于翼展方向的旋转轴共同倾转。

根据上述技术方案之一所述的倾转机翼无人飞行器，其特征在于，所述倾转旋翼可兼顾飞行器垂飞与平飞旋翼效率。

根据上述技术方案之一所述的倾转机翼无人飞行器，其特征在于，所述倾转旋翼垂飞时为飞行器提供垂飞升力，前飞时为飞行器提供前飞拉力，垂飞与前飞采用同一套旋翼动力系统。

根据上述技术方案之一所述的倾转机翼无人飞行器，其特征在于，倾转翼面的机翼平面始终与倾转旋翼下洗流平行，减小翼面对旋翼下洗流的遮挡面积。

根据上述技术方案之一所述的倾转机翼无人飞行器，其特征在于，倾转翼面上具有控制舵面，倾转旋翼下洗流直接作用在控制舵面上。

根据上述技术方案之一所述的倾转机翼无人飞行器，其特征在于，尾涵道为变推力矢量涵道，能够为飞行器提供俯仰和航向控制力。

在一个更为具体的技术方案中，为了达到上述目的的本发明采用一种倾转机翼无人飞行器，包括倾转旋翼、倾转翼面、尾涵道、固定尾翼、机身结构和起落架。从起飞到平飞需经历垂直飞行状态(垂飞状态)、垂直转平飞的过渡飞行状态(过渡状态)和转平飞后的平直飞行状态(平飞状态)。采用的控制方法如下：在垂飞状态时，倾转旋翼和尾涵道为飞行器提供升力，通过改变左右旋翼桨距和尾涵道转速，实现飞行器俯仰和滚转控制，通过倾转翼面和尾涵道舵面偏转，实现飞行器航向控制。在过渡状态时，倾转翼面与倾转旋翼共同倾转，此时倾转旋翼升力在前飞方向上的分量会驱动飞行器前飞，在垂直于前飞方向上的分量与倾转翼面上产生的升力共同作用，为飞行器提供姿态控制力。在平飞状态时，倾转旋翼和倾转翼面完全倾转至与飞行方向平行，此时倾转翼面提供主要升力，倾转旋翼拉力驱动飞行器前飞，通过改变各倾转翼面和尾翼上的舵面偏角实现对飞行器的姿态控制。

本发明带来的有益效果：

(1)本发明飞行器倾转旋翼采用了变距螺旋桨，兼顾垂飞状态和平飞状态的旋翼效率，可实现高速飞行，同时提高了飞行器续航时间。

(2)飞行器倾转翼面位于倾转旋翼下洗流区域，舵面效率较高。

(3)尾涵道为变推力矢量涵道，可实现飞行器垂飞时俯仰和偏航控制，提高了飞行器垂飞时的控制稳定性。

附图说明

图1是本发明倾转机翼飞行器垂飞状态示意图；

图2是本发明倾转机翼飞行器平飞状态示意图；

图3是本发明倾转机翼飞行器平飞状态俯视图；

图4是本发明一实施例垂飞状态俯视图；

图5是本发明一实施例尾涵道与舵面相对位置示意图；

图1中：1.倾转旋翼；2.倾转翼面；21.倾转翼面控制舵面；3.尾涵道；4.固定尾翼；4.1尾翼控制舵面；5.机身结构；6.起落架。

图3中：1.倾转旋翼；2.倾转翼面；21.倾转翼面控制舵面；3.尾涵道；4.固定尾翼；4.1尾翼控制舵面；5.机身结构；6.起落架。