[实用新型]一种高效垂直起降飞行器

说明书

技术领域

本实用新型属于航空飞行器设计领域，特别涉及一种高效多用途，同时又能够达到固定翼巡航飞行效率的垂直起降无人飞行器。

背景技术

目前最常见的无人飞行器主要有多旋翼和固定翼两种形式，多旋翼飞行器构造简单，单纯依靠旋翼提供升力，控制响应较为灵敏，能够做到垂直起降和定点悬停，但此类飞行器由于没有推进动力，同时气动效率低，导致其前飞速度慢，抗风能力弱，续航能力较差；固定翼无人机采用已经经过广泛验证的飞行布局，气动效率较高，能够实现较长时间的巡航飞行和较高的飞行速度，但是此类飞行器在起飞和降落过程中要达到一定的速度，对起降场地有一定要求，同时无法进行定点悬停和低速飞行，使得其适用范围受到了很大的限制。

为了综合这两种飞行器的优点，开发一种既能实现垂直起降和定点悬停又能进行长时间的高速巡航飞行的飞行器，人们进行了广泛的尝试，其中最早进入实用阶段的是美国研制的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机，之后还出现了XV-15、“鹰眼”以及V-44等一系列倾转旋翼验证机型和概念机型，我国也曾展示了“蓝鲸”倾转旋翼概念飞行器。

以上飞行器大都采用倾转旋翼的方式来实现垂直起降和高速固定翼巡航两种模式的转换，飞行器螺旋桨在垂直起降阶段其功能类似于直升机旋翼，在提供垂直向上的升力的同时通过周期变距对飞行器的姿态进行调整，在固定翼需向前倾转九十度为飞行器提供推进动力，这使得此类飞行器螺旋桨必须满足直升机旋翼和固定翼推进桨两种特性，这样不仅无法兼顾两种状态下的桨叶气动效率，而且还造成旋翼控制机构和控制方法十分复杂，同时由于机翼并不随螺旋桨一同倾转，造成垂直起降阶段机翼对螺旋桨下洗气流产生干扰，进一步降低了飞行器的气动效率和控制稳定性。以上不足导致了此类飞行器安全性和可靠性要远低于一般飞行器，在实际使用过程中事故频发。

中国专利公开号CN203332392U可倾转固定翼无人机提出了一种倾转机翼无人机，采用串列式机翼布局，在机身两侧设置前后两对可倾转机翼，并在每个机翼中部设置螺旋桨推进机构，飞机的垂直起降和固定翼巡航两种模式的转换通过两对机翼的倾转来实现，机身尾部额外安装了垂尾和平尾。

中国专利公开号205440867U提出的可倾转机翼飞机也采用的是串列式机翼布局，每个机翼中部布置螺旋桨驱动机构，后机翼螺旋桨后方设置垂直舵面。

从目前已经投入广泛使用的飞行器上可以看出，用于不同飞行状态的螺旋桨，其构型有很大的区别，特别是用于提供直升机垂直向上升力的直升机旋翼桨和用于提供固定翼飞机前进推力的高速螺旋桨，这两者无论是从形态尺寸上还是机械结构上都存在显著差异，这是由于不同飞行状态下螺旋桨的气动条件差别较大，螺旋桨必须从气动外形和内部结构上适应这种气动条件才能维持较高的气动效率，进而满足日常使用要求，因此作为同时要兼顾垂直起降状态和高速固定翼巡航状态的垂直起降飞行器，必须考虑这两种状态气动条件的不同对飞行器螺旋桨气动效率的影响。作为唯一投入实用的V-22“鱼鹰”倾转旋翼飞机就采用了类似于直升机旋翼的螺旋桨来维持直升机状态(垂直飞行状态)下的气动效率，但同时也带来了其前飞速度和航程要远低于相同量级的固定翼飞行器的固有缺陷。以上述专利为代表的现有技术在垂直起降状态和高速固定翼巡航状态也均采用相同的螺旋桨来提供升力和推进力，未考虑螺旋桨在这两种模式下的气动效率的差异，造成螺旋桨至少在其中一种模式下处于低效率状态，无法提高飞行器的整体使用效能，特别是随着飞行器的大型化，对于其航程和飞行速度等指标要求的不断提高，这种影响会愈发明显。

同时，以上述专利为代表的现有技术绝大部分方案均采用串列式机翼，前飞过程中前机翼下洗流对后机翼及螺旋桨的干扰会造成飞行器整体气动效率和控制稳定性的下降。

此外，倾转机翼飞行器机翼承受的载荷要远比普通固定翼飞行器和多旋翼飞行器要复杂，既要承受垂直状态下螺旋桨的拉力和振动载荷，又要承受水平状态下的气动弯矩、扭矩和剪切力，且这些载荷均通过机翼根部连接点传递至机身，因此机翼根部与机身的连接部位的结构形式直接决定了这个机翼的承载刚度和强度。以上述专利为代表的现有技术中机翼均采用主梁式结构，机翼根部通过一根圆管与机身连接，机翼载荷通过这根圆管传递到机身，由于形状限制，连接圆管的截面积要远小于机翼翼根处的横截面积，这相当于机翼结构在连接点处产生了一个截面突变，造成局部结构出现显著的应力集中现象，极大的降低了机翼结构的承载效率。

实用新型内容