本發(fā)明涉及無人機和無線電/遠(yuǎn)程遙控飛行器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

無人機有許多私人和商業(yè)應(yīng)用作為空中傳感器平臺（即，視頻采集）、遞送系統(tǒng)、環(huán)境感測和通信中繼。它們也可以用于與國防相關(guān)的各種用途，譬如ISR（情報監(jiān)控偵察）、作為武器平臺、和作為電子戰(zhàn)平臺。它們按尺寸可以分為微型、小型、戰(zhàn)術(shù)（中）、或戰(zhàn)略（大），并且基于其氣動升力產(chǎn)生的方法可以被進(jìn)一步分類為：固定翼、旋轉(zhuǎn)翼、混合翼、或撲翼。根據(jù)美國-中國經(jīng)濟安全與審查委員會的報告，現(xiàn)有的中國無人機缺乏微、小、混合能力、撲翼類，更缺乏各種非常需要的私人和商業(yè)應(yīng)用機型和政府職能部門應(yīng)用機型如：搜索和救援、邊境安全、執(zhí)法與環(huán)境監(jiān)測。

混合型無人機結(jié)合固定翼和旋轉(zhuǎn)翼無人機的優(yōu)勢，使他們能夠成功地執(zhí)行固定翼和旋轉(zhuǎn)翼單獨都不能完成的任務(wù)。最有前途的混合型無人機是垂直起飛和著陸（VTOL）固定翼無人機。這種無人機能夠像一個傳統(tǒng)的固定翼飛機一樣快速、高效地飛向遙遠(yuǎn)的位置，然后過渡到低空慢飛、懸停等，目的達(dá)到后無人機能夠再次快速、高效地飛回使用者。本質(zhì)上，該無人機執(zhí)行任務(wù)時象一個旋轉(zhuǎn)翼機型，但從起始位置到達(dá)目的地則象一個固定翼機型，大大改善了飛行范圍、耐力、和最高速度。本發(fā)明混合翼無人機的小型/微型版本可以放入背包，攜帶傳感器穿過街道鉆進(jìn)樓房并返回，或沿小路穿過幾公里以外嶙峋的山地環(huán)境。

現(xiàn)有混合無人機使用許多不同的設(shè)計和配置。本配置是一個尾坐式垂直起落飛機，是罕見的機型。這是國內(nèi)市場的不幸，因為這種機型在許多許多方面優(yōu)于其它機型。本設(shè)計的機型，與中國的VD-200有重要的本質(zhì)不同。首先，VD-200的兩個反向旋轉(zhuǎn)螺旋槳和馬達(dá)均遠(yuǎn)離飛機的中心線，增加了不必要的復(fù)雜性。如果一臺馬達(dá)出現(xiàn)故障，飛機就會崩潰。不過，兩個遠(yuǎn)距分離的馬達(dá)和螺旋槳有助于提高滾慣性滾動穩(wěn)定性。其組件按傳統(tǒng)的方式位于中央機身狀的隔室之內(nèi)，是一種混合翼身設(shè)計。本發(fā)明使用位于飛機中心線的兩個同軸螺旋槳，允許當(dāng)一個螺旋槳失效后飛機仍能夠安全飛行。本設(shè)計的另一個優(yōu)點是能抵消螺旋槳產(chǎn)生的滑流，避免了因滑流撞擊垂直穩(wěn)定器而產(chǎn)生的偏航，從而避免了偏轉(zhuǎn)方向舵補償而帶來的額外空氣阻力。本發(fā)明的其他各組成部分以遠(yuǎn)離車輛中心線分布，以實現(xiàn)恰如其分的滾動慣性和穩(wěn)定性。其他使本發(fā)明獨特的重要點和新穎之處在于：在VD-200具有兩個分開的滑流和兩組垂直穩(wěn)定的偏航穩(wěn)定性（而不是一個），它可以使用差分推進(jìn)力控制偏航，而本發(fā)明設(shè)計采用了偏航控制單舵。另外，VD-200具有分別控制俯仰和滾轉(zhuǎn)的副翼和升降翼。本發(fā)明則以升降副翼取代了傳統(tǒng)分離的副翼和升降翼，從而能同時控制側(cè)傾和俯仰。設(shè)計上VD-200體積大，造價昂貴，只能在軍事領(lǐng)域應(yīng)用。本發(fā)明的設(shè)計可以由個人使用（即探險家，愛好者，背包客/開拓者），商業(yè)利益（拍攝，攝影等），以及較小的公共部門實體（即地方執(zhí)法，邊境安全，環(huán)境監(jiān)測等 ），用途靈活廣泛。它是各種不同的用戶能負(fù)擔(dān)得起的，并且能做得足夠小，能在體積較大的混合動力飛機不能安全飛行的嶙峋山區(qū)、市區(qū)和室內(nèi)環(huán)境中使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一個相對簡單、經(jīng)濟、實用、多功能、以及普及于不同客戶和市場的無人駕駛飛機。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種無人駕駛飛行器，其特征在于，由翹后緣翼型組成的低展弦比的固定式機翼，位于機翼后緣內(nèi)側(cè)附近的一個升降舵或兩個升降副翼，一個或多個位于飛機對稱面上并向機翼上下兩側(cè)延伸的垂直穩(wěn)定器，一個或多個附加于垂直穩(wěn)定器后面的方向舵，一對位于飛機對稱面上并在機翼上游的由馬達(dá)驅(qū)動的同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳，翼根截面弦線的中點在翼尖截面弦線的中點下游，帶有接收器以及電池。

所述的展弦比為1-3.5。

所述的馬達(dá)采用帶有速度控制器的電動馬達(dá)。

所述的馬達(dá)也可采用內(nèi)燃機，并配備有燃料箱和點火裝置。

配備有發(fā)射機，用于給用戶發(fā)送信息。

配備有陀螺儀和/或加速度計。

裝載有基于衛(wèi)星的跟蹤系統(tǒng)，包括但不限于GPS。

裝載有自動駕駛系統(tǒng)。

包括一個或多個接收器和電池的附件位于機翼內(nèi)部，而不是都裝在中央機艙室里。

所述的機翼的結(jié)構(gòu)設(shè)計是利用有承載能力的薄型表皮，其材質(zhì)包括復(fù)合材料，并帶有或不帶有內(nèi)部受力結(jié)構(gòu)或軟核，軟核包括泡沫。

機翼帶有二面角或反角（dihedral）。

機翼從翼根到翼尖逐漸變窄的變化形式不僅包括線性變化，而且包括其他任何形式。

帶有拍照和/或攝影設(shè)備。

帶有為安裝攝影攝像設(shè)備的轉(zhuǎn)向節(jié)。

帶有葉尖小翼。

裝有防碰撞系統(tǒng)和各種探測傳感器。

帶有液體存儲罐和管道，管道連接存儲罐和將液體排放到周圍環(huán)境中的噴嘴。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：本發(fā)明結(jié)合了固定翼和旋轉(zhuǎn)翼無人機的優(yōu)點，使其能夠執(zhí)行單獨固定翼和旋轉(zhuǎn)翼無人機均不能完成的任務(wù)和技巧。 足夠小而不需汽車或任何重/昂貴的設(shè)備來運輸，只需一人即可。 它可以在混亂的城市環(huán)境、甚至在室內(nèi)捕獲并傳輸視頻到地面站。

本發(fā)明的復(fù)雜實施例具有該尺寸機型的高度復(fù)雜的功能，包括：

1)在 “懸停”和“保持高度”模式中使用基于加速度計的穩(wěn)定系統(tǒng)，使得本發(fā)明能夠“盯”住物體，而獲得穩(wěn)定的高品質(zhì)視頻。

2)使用GPS坐標(biāo)，按照規(guī)定的路線智能飛行。

3)控制信號受干擾時能按照包含GPS信號的程序返航。

4)可擴展性 - 一個用戶可以部署多個單元，每個飛行不同的路線，而在

一個小地面站接收來自各單位的同步實況轉(zhuǎn)播。

5)熱視距探測。

6)現(xiàn)場位置、航向、飛行高度、速度和加速度數(shù)據(jù)傳輸。

7)定制攜帶各種不同的傳感器，包括：化學(xué)、熱學(xué)和聽覺傳感器。

8)能夠攜帶較小的有效負(fù)載到指定位置。

9)帶有防碰撞系統(tǒng)。

本發(fā)明具有安全、強壯、低成本、相對容易使用的、維護簡單、和抗沖擊的特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個簡單實施例的透視圖。

附圖標(biāo)記說明：1-機翼; 2-翼型; 3升降副翼; 4-垂直穩(wěn)定器; 5-方向舵; 6-螺旋槳; 7-翼根截面弦線的中點；8-翼尖截面弦線的中點；9-馬達(dá); 10-接收器;11-電池。

具體實施方式 簡單的實施方案：本發(fā)明的最簡單的實施例如圖1，具體構(gòu)造包括：由翹后緣翼型2組成的低展弦比的固定式機翼1，位于機翼1后緣內(nèi)側(cè)附近的一個升降舵或兩個升降副翼3，一個或多個位于飛機對稱面上并向機翼1上下兩側(cè)延伸的垂直穩(wěn)定器4，一個或多個附加于垂直穩(wěn)定器4后面的方向舵5，一對位于飛機對稱面上并在機翼1上游的由馬達(dá)9驅(qū)動的同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳6，翼根截面弦線的中點7在翼尖截面弦線的中點8下游，帶有接收器10以及電池11。該實施例不包括任何復(fù)雜的功能，它沒有傳感器、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)傳輸能力，主要用于航空模型愛好者的有趣而獨特的模型飛機。它可能會帶有葉尖小翼，也可能不帶。

本發(fā)明還可帶有液體存儲罐、管道和噴嘴，管道連接存儲罐和將液體排放到周圍環(huán)境中的噴嘴，噴嘴沿著管道間隔設(shè)置在機翼1的下面（未圖示），一般在儲罐與噴嘴之間裝有液壓泵。所述的存儲罐、液壓泵和管道位于機翼內(nèi)部，以保持機翼的流線型和空氣動力效率。管道位于機翼的后緣附近以提高農(nóng)藥施用效果。機翼的低展弦比導(dǎo)致了更強的翼尖渦流，強大的空氣渦流極大提高了農(nóng)藥的充分分散。為了在飛行期間保持機身的俯仰穩(wěn)定性，存儲罐被設(shè)計在飛機的質(zhì)量中心上，這樣存儲罐內(nèi)液體體積的明顯變化不會導(dǎo)致飛機質(zhì)量中心位置的明顯變化，這對于保持恰當(dāng)?shù)南鄬ξ恢玫馁|(zhì)量中心和飛機的空氣動力學(xué)中心非常重要。因為機翼的性能對其上表面的障礙物和缺陷最敏感，其中不利的壓力梯度可能導(dǎo)致流分離，所以噴嘴通過機翼下表面的小孔指向下方。為了把下表面的流動障礙和可能產(chǎn)生的湍流最小化，噴嘴端口與下表面齊平。存儲罐用于注入液體（如農(nóng)藥），使用時將存儲罐內(nèi)的液體經(jīng)過管道從噴嘴噴灑出去，主要用于農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中。

機身包括具有復(fù)合材料外皮和柔軟低密度的內(nèi)核。各部件按嵌入式份分布于整個機身，使側(cè)翻慣性最大化，同時保持質(zhì)量中心在機身對稱面上，并且位于距機翼1前緣約25％根弦長的位置。機翼1帶有一定的二面角或反角(dihedral）以改善側(cè)傾穩(wěn)定性。有兩個嵌入式伺服馬達(dá)（未圖示）驅(qū)動升降副翼3，還有一個嵌入式伺服馬達(dá)（未圖示）驅(qū)動方向舵。同軸反轉(zhuǎn)螺旋槳6產(chǎn)生的滑流幾乎不帶漩渦。這股非常強勁的滑流經(jīng)過升降副翼3和方向舵5，即使在非常低的飛行速度和懸停時，或幾乎沒有風(fēng)速時，也能對機身產(chǎn)生有效的控制力，保障了飛行的安全和復(fù)雜動作等功能。升降副翼3的對稱偏轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一個非零俯仰力矩，而升降副翼3的差動偏轉(zhuǎn)角產(chǎn)生一個非零滾轉(zhuǎn)力矩。機翼1的翼型較厚，使得機翼1中可以嵌入各種部件；翼型2的反翹性增加了俯仰動作的穩(wěn)定性（通用于所有機翼設(shè)計）。特定情況下機翼1也可以使用薄翼型。雙反轉(zhuǎn)電動機組件（即馬達(dá)9，帶有電子速度控制器）被用來驅(qū)動螺旋槳6。其中的電子速度控制器用于限制馬達(dá)9油門以控制其產(chǎn)生的推力。電池11用于向螺旋槳馬達(dá)9和各伺服馬達(dá)供電。

本發(fā)明為把翼尖渦流相關(guān)的能量損失降到最低，其機翼1的平面形狀是從翼根到翼尖線性過渡的近似Zimmerman（齊默爾曼）平面的獨特設(shè)計。該設(shè)計對低展弦比機翼特別重要。翼尖截面弦線的中點位于翼根截面弦線的中點的上游，不僅能增加機翼內(nèi)部的貯藏空間、減小翼尖渦對機翼的沖擊，更能增強俯仰力矩對陣風(fēng)的抵抗力。翼型2的選擇確保隨著方向和控制輸入的變化，其空氣動力性能是逐漸變化的（即“軟”失速），并且確?？諝鈩恿π首畲蠡耐瑫r實現(xiàn)可接受的高升力系數(shù)。機翼1的大部分被浸沒在推進(jìn)滑流中，因此機翼1的空氣動力學(xué)性能（最大升力系數(shù)，失速攻角等）強烈依賴于螺旋槳6的推進(jìn)比和許多其他因素（攻角，雷諾數(shù)，無量綱俯仰率等）。 為了得到如此空氣動力學(xué)復(fù)雜的飛機的穩(wěn)健控制算法，大量的空氣動力學(xué)實驗是必要的。

本發(fā)明是一種將旋轉(zhuǎn)翼和固定翼飛機優(yōu)勢結(jié)合的機型，能夠執(zhí)行各種傳統(tǒng)固定或旋轉(zhuǎn)翼機型都無法執(zhí)行的高技巧復(fù)雜任務(wù)。例如，它可以垂直起降，包括從手中起飛（懸停能力）和從空中抓?。☉彝r）。這使得它可以在幾乎任何地方使用。此外，當(dāng)轉(zhuǎn)換到其水平飛行姿勢后，它也可以快速有效地飛行，這大大超出了與其類似大小和重量的傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)翼機型的續(xù)航能力。到達(dá)目的地后，它可以轉(zhuǎn)換到低空慢飛姿勢，在空中精確上下左右移動，加上其小巧的尺寸，使得它在城市環(huán)境中迂回，繞過建筑物和障礙物，甚至在室內(nèi)都適合飛行。其高穩(wěn)定性的懸停模式使其便于采集高清晰度、近距離的圖像和視頻。

復(fù)雜的實施方案：

復(fù)雜的實施例包括部分或所有前述的復(fù)雜的功能和相關(guān)部件。額外增加的傳感器和其他組件被添加后，本發(fā)明的續(xù)航力、耐力和最大有效載荷通常會減少（保持原有尺寸恒定），而本發(fā)明的成本會增加。

實驗結(jié)果

本發(fā)明的實驗?zāi)Ｐ鸵呀?jīng)創(chuàng)建、測試和迭代式細(xì)化。

聲明：

所有上述實施例和討論僅僅是為了說明本發(fā)明的技術(shù)概念和特征，以使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解和實施本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍的目的。按照本發(fā)明所作的等效物的任何變化或修改應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。