[实用新型]一种复合翼飞行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种固定翼飞行器，特别是涉及一种复合翼飞行器。

背景技术

复合翼布局是一种将固定翼布局与多旋翼布局相结合的垂直起降飞行器解决方案，既能够像多旋翼飞行器一样通过多个螺旋桨拉力克服重力和气动阻力实现垂直起降、悬停和垂直爬升下降等飞行功能，又能够像固定翼飞行器一样通过气动升力克服重力，动力系统克服气动阻力实现高速巡航飞行。由于复合翼无人机具有结构形式可靠、力学模型成熟、垂直飞行和水平飞行转换过程中的控制导航相对容易，它成为一种技术风险小、可行性高的长航时垂直起降飞行器方案。

由于上述技术特点，复合翼垂直起降飞行器从概念提出以来一直是实用化固定翼垂直起降飞行器的研发热点，然而，这种解决方案却迟迟无法成为工业无人机产品。究其原因有二：第一，较低的偏航控制能力和较大的惯量之间的矛盾，多旋翼飞行方式通过多个转动方向相反的螺旋桨的转动阻力矩提供偏航控制力矩，其量值低于通过螺旋桨拉力差和力臂产生的滚转控制力矩和俯仰控制力矩；由于多旋翼飞行方式的螺旋桨转速同时改变拉力和转动阻力矩，因此滚转、俯仰和偏航三轴控制存在耦合，控制能力最差的偏航轴挤占电机转速余量最高，容易导致至少一个电机转速饱和，三轴控制精度均受到影响，直至控制发散，虽然通过改变控制律的参数或结构能够在一定程度上缓解这种控制饱和，但却无法从根本上解决问题。复合翼垂直起降飞行器是在多旋翼飞行器的基础上增加机翼、尾翼等部件，导致飞行器的转动惯量和气动阻力增加，偏航控制能力的短板更为显著。第二，结构重量占起飞总重的比例较高，制约了飞行器性能提升。相比常规固定翼飞行器，复合翼飞行器增加了将多旋翼连接到机体上的结构，为克服全机重力，多旋翼所需拉力较大，对连接结构的强度要求较高；另外，旋翼是高速转动部件，是复合翼飞行器主要的振动源，为保证全机结构可靠，多旋翼连接结构的刚度要求也较高；这两方面导致了连接结构的尺寸和重量都较大，根据经验，多旋翼连接结构占全机结构的比例5%至10%，如果考虑其它机体结构的增强，那么这个比例更高，这对于飞行器而言是“死重”，增加了飞行器的总重和气动阻力，减少航时、航程和最大飞行速度等性能指标。

实用新型内容

针对上述现有技术中复合翼飞行器飞行姿态的控制问题，本实用新型提供了一种复合翼飞行器，用于解决现有技术中复合翼垂直起降飞行器低速状态下偏航控制能力差和结构利用率低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供的一种复合翼飞行器通过以下技术要点来解决问题：一种复合翼飞行器，包括机身、机翼、尾撑杆、尾翼、垂直动力单元及水平动力单元，所述机翼固定于机身中段，机翼相对于机身的长度方向对称；

尾撑杆为两根，不同尾撑杆分别固定于机身不同侧的机翼上；

水平动力单元固定于机身上，尾翼的左、右端分别与不同尾撑杆的尾部固定连接；

所述垂直动力单元固定于机翼和/或尾撑杆上；

所述水平动力单元包括可产生沿着机身长度方向拉力的平飞螺旋桨；

各根尾撑杆上均设置有偏航控制单元，所述偏航控制单元包括偏航螺旋桨，所述偏航螺旋桨用于向飞行器提供偏航力矩。

具体的，以上方案中，飞行器上所具有的诸如能源装置、航电设备和任务设备等机载设备，可安装于机身内部的空间内。机翼相对于机身的长度方向对称，即机翼在飞行器上左右对称。本案中，该飞行器具有两种飞行状态，固定翼状态和多旋翼状态。固定翼状态下垂直动力单元不工作，水平动力单元的拉力向前的平飞螺旋桨克服气动阻力，机翼产生气动升力，克服重力；多旋翼状态下，垂直动力单元产生的拉力用于克服重力。

现有技术中，为获得足够的偏航控制力矩，与本案最为接近的现有技术为：在飞行器的机翼上设置偏航控制单元，然而，在偏航控制单元提供偏航力矩的同时，机翼受偏航力矩的作用会产生一定的变形，以上变形直接影响飞行器的飞行姿态，不利于飞行姿态的控制精度。同时，为获得较大的偏航力臂，通常会将偏航控制单元设置于翼梢位置，这样，在飞行器设计时，需要考虑因为偏航控制单元给机翼带来的受力，机翼的强度和刚度设计要求均有一定程度的提升。故现有技术中设置有偏航控制单元的飞行器的机翼部分一般较为笨重。