垂直起降固定翼飛行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，提供一種垂直起降固定翼無人飛行器，基礎(chǔ)型方案，包括機體，所述機體后側(cè)設(shè)有主機翼，機翼中部的前方設(shè)有螺旋槳，后方設(shè)有副翼，機體前方設(shè)有鴨翼，機體的上方和下方分別垂直設(shè)置有垂尾；延伸型方案，為了實現(xiàn)冗余控制，提高飛行可靠性，位于所述機身上方的垂直尾翼后方設(shè)有垂直舵；主機翼的末端設(shè)有反角翼尖，下垂尾的數(shù)量2個。本發(fā)明基礎(chǔ)型的設(shè)計方案，利用兩只螺旋槳及兩側(cè)副翼提供四個自由度全姿態(tài)油門控制，控制簡單；延伸型可以實現(xiàn)水平起降，主機翼上設(shè)有反角翼尖和立體視覺避障傳感器，實現(xiàn)飛行避障及垂直自主精準(zhǔn)降落；機械結(jié)構(gòu)相對簡單，制作成本低。
【專利說明】
垂直起降固定翼飛行器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種垂直起降固定翼無人飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]固定翼無人機具有續(xù)航時間長、巡航半徑大、飛行效率高等優(yōu)勢。利用固定翼無人機作為任務(wù)平臺搭載各種負載設(shè)備進行飛行作業(yè)，可廣泛應(yīng)用于地理測繪、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。
[0003]然而相比于旋翼式無人機，普通固定翼無人機的起飛和降落存在一定難度。就起飛方式而言，大型固定翼飛行器需要一定的起飛速度，一般利用彈射架提供一定的初始速度，降落時也需要較大面積的開闊場地。前拉單槳飛機前方視野受阻，發(fā)生故障降落時前端螺旋槳可能構(gòu)成安全隱患；后推單槳飛機手拋或彈射起飛時快速轉(zhuǎn)動的螺旋槳也構(gòu)成安全隱患。
[0004]固定翼無人機實現(xiàn)垂直起飛并以多種形式靈活降落，能夠有效降低無人機在起降時對場地的限制。解決固定翼起降受限的難題將對固定翼無人機的應(yīng)用和推廣起著極為關(guān)鍵的推動作用。事實上，部分無人機公司通過在固定翼機翼上安裝四個電動機的方式已經(jīng)初步實現(xiàn)了固定翼垂直起飛轉(zhuǎn)平飛的功能，但是這種實現(xiàn)方式造成飛行姿態(tài)不穩(wěn)定，導(dǎo)致飛行效率大打折扣。飛行器在水平飛行階段，四個電動機都處于關(guān)閉狀態(tài)，不僅增加整個飛行系統(tǒng)的阻力，還增加了負載的重量。
[0005]因此，讓固定翼飛行器實現(xiàn)垂直起飛，并選擇跑道和垂直的方式降落，成為需要攻克的難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]解決現(xiàn)有技術(shù)中固定翼無人機起飛距離長，降落方式單一的問題，為各類復(fù)雜的行業(yè)應(yīng)用提供一種既能垂直起降也能跑道起降、控制精度高且可搭載多種設(shè)備的垂直起降固定翼無人飛行器。
[0007]本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)，
一種垂直起降固定翼無人飛行器，基礎(chǔ)型方案，包括機體，所述機體后側(cè)設(shè)有主機翼，機翼中部的前方設(shè)有螺旋槳，后方設(shè)有副翼，機體前方設(shè)有鴨翼，機體的上方和下方分別垂直設(shè)置有垂尾。
[0008]為了實現(xiàn)垂直起降，所述下方的垂尾位于機體中部，所述垂尾的后翼面與機體尾部、機翼的末端位于同一平面。
[0009 ]為了提高升力，所述螺旋槳與機翼緊貼設(shè)置。
[0010]延伸型方案，為了實現(xiàn)冗余控制，提高飛行可靠性，位于所述機身上方的垂直尾翼后方設(shè)有垂直舵。
[0011]為了增加翼面積以提高載荷，同時增加橫滾安定性幫助實現(xiàn)無降落傘失速迫降，在主機翼的末端設(shè)有反角翼尖。
[0012]為了實現(xiàn)跑道起降，所述機體的前方設(shè)有起落架，垂尾的結(jié)構(gòu)為分別位于機翼下方的下垂尾，下垂尾的數(shù)量2個，下垂尾的下方設(shè)有滑輪。
[0013]進一步的，所述機體前方的前輪架可折疊設(shè)置。
[0014]為提高飛行的精度，所述鴨翼前緣兩側(cè)及機翼后緣兩側(cè)安裝立體視覺避障傳感器，機身上設(shè)有超聲波模塊。
[0015]本發(fā)明的有益之處在于，
1.基礎(chǔ)型的設(shè)計方案，利用兩只螺旋槳及兩側(cè)副翼提供四個自由度全姿態(tài)油門控制，控制簡單;螺旋槳強大的后洗氣流提高副翼舵面控制效能，有助于水平短距起降;采用前置鴨翼向機頭方向移動升力中心及重心，增加與副翼控制面的距離，有效提高姿態(tài)控制效率及水平飛行時縱向安定性。
[0016]2.延伸型的方案可以安裝起落架，可以實現(xiàn)水平起降；主機翼上設(shè)有反角翼尖，既增加翼面積以提高載荷，又增加橫滾安定性幫助實現(xiàn)無降落傘失速迫降；立體視覺避障傳感器，實現(xiàn)飛行避障及垂直自主精準(zhǔn)降落;機械結(jié)構(gòu)相對簡單，制作成本低。
【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明實施例一立體結(jié)構(gòu)不意圖；
圖2本發(fā)明實施例一俯視結(jié)構(gòu)不意圖；
圖3本發(fā)明實施例一側(cè)視結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4本發(fā)明實施例二立體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5本發(fā)明實施例二后視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6本發(fā)明實施例二側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中1.螺旋槳，10.起落架，11.滑輪，12.下垂尾，2.電機，3.舵機，4.副翼，5.垂尾，51.垂直舵，6.鴨翼，7.反角翼尖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0019]實施例一
如圖1所示，本發(fā)明提供一種垂直起降固定翼飛行器，包括機體，所述機體后側(cè)設(shè)有主機翼，位于機翼中部的前方設(shè)有連接電機2的螺旋槳I，機翼后方設(shè)有副翼4，副翼4連接機體內(nèi)部的舵機3。機體前方設(shè)有鴨翼6，位于機體的上方和下方分別垂直設(shè)置有垂尾5。
[0020]為了便于控制，所述垂尾5位于機體中部，所述垂尾5的后翼面與機體尾部、機翼的末端位于同一平面。
[0021]為了提高升力，利用強大的后洗氣流提高副翼4舵面控制效能，所述螺旋槳I與機翼緊貼設(shè)置。
[0022]本實施例實施時，機頭向上機尾向下設(shè)置，利用螺旋槳強大的后洗氣流提高副翼舵面控制效能，使飛行器以豎直的姿態(tài)起飛。水平飛行時，前置鴨翼向機頭方向移動升力中心及重心，增加與副翼控制面的距離，有效提高姿態(tài)控制效率及水平飛行時縱向安定性。降落時依靠螺旋槳實現(xiàn)機身豎直方向的垂直降落。
[0023]本實施例中僅利用兩只螺旋槳及兩側(cè)副翼提供四個自由度全姿態(tài)油門控制；與單槳垂直起降飛機不同，兩只螺旋槳裝在兩側(cè)機翼前端，利用螺旋槳強大的后洗氣流提高副翼舵面控制效能，并提高水平飛行時的機翼升力，有助于水平短距起降;采用前置鴨翼向機頭方向移動升力中心及重心，增加與副翼控制面的距離，有效提高姿態(tài)控制效率及水平飛行時縱向安定性。
[0024]僅有兩只螺旋槳，采用燃油發(fā)動機時機械結(jié)構(gòu)相對簡單，并能大大提高航程與載荷能力。此外與單槳固定翼飛機相比，本設(shè)計起降安全、操控實用性好，避免了前拉單槳飛機前方視野受阻、發(fā)生故障降落時前端螺旋槳構(gòu)成安全隱患以及后推單槳飛機手拋或彈射起飛時快速轉(zhuǎn)動的螺旋槳構(gòu)成安全隱患的問題。
[0025]實施例二
如圖2所示，本實施例為了進一步提高控制精度，實現(xiàn)多種方式起降，與實施例一相比區(qū)別之處在于采用的技術(shù)方案是機身上方的垂直尾翼后方設(shè)有垂直舵51。水平舵51在水平飛行時提供指向冗余控制，即使一側(cè)螺旋槳失去動力，飛行器也能安全平飛返航。
[0026]同時為了實現(xiàn)跑道降落，機體的前方設(shè)有可折疊的起落架10，相應(yīng)的后方下垂尾12數(shù)量為2個，分別位于兩側(cè)機翼的下方，垂尾的下方前部設(shè)有滑輪11，在水平起降時充當(dāng)滑行機構(gòu)，大大提尚載荷能力。
[0027]為了增加翼面積從而提高載荷和橫滾安定性，幫助實現(xiàn)無降落傘失速迫降，主機翼的末端設(shè)有反角翼尖。
[0028]為實現(xiàn)飛行避障及垂直自主精準(zhǔn)降落，鴨翼前緣兩側(cè)及機翼后緣兩側(cè)安裝立體視覺避障傳感器，機身上還設(shè)有超聲波模塊，有效減小視覺盲區(qū)，擴大定位和避障感知的范圍。
[0029]本發(fā)明具體實施時，可以依靠起落架和機身后方的2組垂尾和滑輪組合實現(xiàn)水平跑道起降，也可以如實施例一一樣實現(xiàn)垂直起降，而且加上垂直尾翼控制面，水平飛行時提供指向冗余控制，即使出現(xiàn)一側(cè)動力缺失的情況飛行器也能安全平飛返航。
[0030]垂直起降受風(fēng)力影響較大，大風(fēng)天氣時可以采用水平起降；由于燃油消耗或空投負載等原因返航降落時飛機可能較輕，有利于采用垂直降落，大大降低降落難度。鴨翼前緣兩側(cè)及主機翼后緣兩側(cè)可以安裝立體視覺避障傳感器，實現(xiàn)飛行避障及垂直自主精準(zhǔn)降落。
【主權(quán)項】
1.一種垂直起降固定翼飛行器，包括機體，其特征在于，所述機體后側(cè)設(shè)有主機翼，機翼中部的前方設(shè)有螺旋槳，后方設(shè)有副翼，機體前方設(shè)有鴨翼，機體的上方和下方分別垂直設(shè)置有垂尾。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直起降固定翼飛行器，其特征在于，所述下方的垂尾位于機體中部，所述垂尾的后翼面與機體尾部、機翼的末端位于同一平面。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直起降固定翼飛行器，其特征在于，所述螺旋槳與機翼緊貼設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的垂直起降固定翼飛行器，其特征在于，位于所述機身上方的垂直尾翼后方設(shè)有垂直舵。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的垂直起降固定翼飛行器，其特征在于，所述機體的前方設(shè)有起落架，垂尾的結(jié)構(gòu)為分別位于機翼下方的下垂尾，下垂尾的數(shù)量2個，下垂尾的下方設(shè)有滑輪。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的垂直起降固定翼飛行器，其特征在于，所述機體前方的前輪架可折疊設(shè)置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的垂直起降固定翼飛行器，其特征在于，所述主機翼的末端設(shè)有向上傾斜的反角翼尖。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的垂直起降固定翼飛行器，其特征在于，所述鴨翼前緣兩側(cè)及機翼后緣兩側(cè)安裝立體視覺避障傳感器，機身上設(shè)有超聲波模塊。
【文檔編號】B64C3/00GK105905295SQ201610419753
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】汪正偉
【申請人】臨沂高新區(qū)翔鴻電子科技有限公司