[发明专利]一种基于矢量喷管的单发动机飞行器及其方法

说明书

本发明公开了一种基于矢量喷管的单发动机飞行器及其方法，飞行器包括发动机和安装架；安装架为环形框架结构，中心同轴竖直安装有发动机，发动机的尾喷管位于安装架下方；尾喷管能在发动机轴线夹角20°、周向360°内自由转动，用于改变推力方向。与现有技术相比，采用单发动机提供升力，通过舵机控制尾喷管转动，从而引导气流实现推力矢量控制。本发明结构简单，结构重量轻，制造成本低，具有经济、便利的优点。

技术领域

本发明涉及无人飞行器技术领域，尤其是涉及一种基于矢量喷管的单发动机飞行器及其方法。

背景技术

无人飞行器通常具有体积小、造价低、使用方便、维护成本低等优点，在灾难救援、物资运输方面有着广泛的应用。推力矢量技术可以为飞行器提供垂直起降能力和额外的机动性能，增加无人飞行器对于小规模空运、城市运载等空间狭小、障碍物较多的飞行任务的应对能力。

目前由推力矢量技术控制的无人飞行器大多将矢量喷管与固定翼相结合，升力由固定翼提供，矢量喷管仅用于提供部分(或全部)改变方向所需的力，无法实现在狭窄空间，例如在树木之间或树冠之下飞行。中国专利CN113277079A采用四个涡喷发动机，利用可转动的弧形喷管对发动机的尾流进行导流，将水平方向的力转变为竖直方向的力，从而实现飞行，通过转动弧形喷管，产生侧向力。但使用四个发动机增加了结构重量，降低了推力的利用效率，也增加了制造成本。弧形喷管导流会导致推力损失。且为保证进气不受干扰，发动机对称安装的方式会造成飞行器的尺寸较大，与飞行器在狭小空间飞行的要求冲突。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于矢量喷管的单发动机飞行器及其方法。本发明采用单发动机进行推进，在满足负载要求、续航要求的基础上，减小了无人机的尺寸，减轻了结构重量，降低了制造成本。未来，它将对救援物资的定点投送以及救援过程中物资的快速转运产生重要影响。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种基于矢量喷管的单发动机飞行器，包括发动机和安装架；所述安装架为环形框架结构，中心同轴竖直安装有发动机，发动机的尾喷管位于安装架下方；所述尾喷管能在发动机轴线夹角20°、周向360°内自由转动，用于改变推力方向。

作为优选，所述安装架底部周向均匀固定有若干能沿发动机轴向伸缩的飞行器支撑架；飞行器支撑架处于拉伸极限位置时的底部超过尾喷管的端口，用于着陆支撑。

进一步的，所述飞行器支撑架包括第一支撑杆、第二支撑杆、第三连杆和传动块；所述第一支撑杆的一端固定于安装架底部，另一端与第二支撑杆同轴套设连接，两者能沿轴向滑动；可伸缩的第三连杆固定于第一支撑杆和第二支撑杆的外侧，第三连杆上设有用于控制其伸缩的传动块；通过传动块控制第三连杆伸缩以带动第一支撑杆和第二支撑杆的相对滑动。

进一步的，所述飞行器支撑架的底部设置有用于起到降落缓冲作用的柔性块。

作为优选，所述尾喷管通过铰接于其上部外周的环状第一连杆与发动机连接。

作为优选，所述尾喷管外周通过若干第二连杆与不同的舵机连接，通过舵机能驱动第二连杆使尾喷管发生偏转，以改变推力方向；

进一步的，所述第二连杆共有四个，均匀分布于尾喷管的外周，且每个第二连杆与尾喷管连接的一端位于同一径向横切面；所有第二连杆能分别控制尾喷管在正交方向上的偏转角度，使尾喷管具有360°的周向运动能力。

作为优选，所述安装架外圈布置有油箱、控制单元和通讯装置，用于供油、飞行控制和地面通讯。

作为优选，所述发动机包括但不限于涡喷发动机、活塞发动机或者涵道发动机。

第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述基于矢量喷管的单发动机飞行器的飞行降落方法，具体如下：