[发明专利]基于双涵道风扇动力系统的可折叠式固定翼垂直起降无人飞行器

说明书

本发明公开了一种基于双涵道风扇动力系统的可折叠式固定翼垂直起降无人飞行器，采用置于机身尾部、横列式、尾推布局的双涵道风扇动力系统，为飞行器提供垂直起降的升力和水平飞行的推力；通过偏转置于涵道出口处的控制舵面提供矢量推力，实现快速姿态转换；机翼采用折叠翼构型，飞行器垂直起降/低速飞行时机翼折叠以减小侧风迎风面积，水平飞行时机翼展开以获得较大升力；涵道—机翼组合优化，机翼置于特定涵道气流区内，涵道抽吸在机翼后缘产生康达效应，以提高机翼的性能。本发明实现飞行器的垂直起降与高速巡航等多模态飞行作业；垂直起降飞行器悬停/低速飞行时的气动效率高；起降/悬停抗扰动能力强；能耗低、噪声小、安全可靠性高。

技术领域

本发明涉及飞行器技术领域，具体涉及一种基于双涵道风扇动力系统的可折叠式固定翼垂直起降无人飞行器。

背景技术

垂直起降飞行器一直都是航空工程研究的热点，近年来，由于材料、能源、动力和控制技术的进步，许多先进的方案被应用于垂直起降飞行器上。目前主要的几类可实现舰载垂直起降飞行器构型设计主要有：倾转动力机构(含倾转翼等)、辅助垂直升力和尾座式结构。

(1)倾转旋翼是目前最为典型的一种垂直起降方案，通过旋转旋翼轴使其兼具直升机旋翼和固定翼螺旋桨的功能，最典型的飞机是美国的V-22“鱼鹰”。然而，倾转机构需要复杂的转动机构设计，其结构往往要承受动力旋转桨/翼产生的陀螺交变力矩等不利因素产生损伤，而且在低速和过渡过程中倾转翼面难以达到稳定的气动效果，目前实用过程中出现了大量的事故甚至经常坠毁(V-22鱼鹰坠毁的报道时有发生)，同时转动机构利用率低，在巡航飞行时成为了不必要的负载，影响了整机飞行性能。

(2)另一种可行的方案是采用辅助垂直升力系统，在传统固定翼飞机上加装垂直方向上的旋翼或动力风扇，依靠垂直方向上直接产生旋翼拉力来垂直起降和控制姿态。固定翼与四旋翼复合型飞机由于其结构简单，易于设计和控制，近年来成为了一热点。美国Latitude Engineering LLC.公司是目前世界复合四旋翼技术领域领先者。其HQ-20复合无人机全机重量11kg，可以装载0.9kg载荷。最大巡航速度达到约74km/h，最大续航时间15小时。辅助垂直升力系统固定翼飞行器，其两套动力系统在垂直起降和水平飞行模态中各自单独启用，造成了整机动力装置效率低下从而影响飞行器的飞行时间/距离/机动性等作战性能，同时暴露的旋翼也在平飞时有较大的气动阻力，难以实现高速巡航飞行。

(3)尾座式垂直起降飞行器是区别于倾转旋翼的另一种垂直起降方案，与倾转旋翼不同，尾座式飞行器旋翼一般不可倾转，而是直接使用螺旋桨动力垂直起降，在空中依靠飞行控制系统变化飞行姿态达到垂直起降与巡航飞行的转换。采用尾座式的垂直起降飞行器能有效克服冗余动力/倾转系统带来的性能下降，在垂直起降和水平飞行时均能最大限度地利用机载系统。其缺点在于飞行状态过渡过程控制困难，受风扰动较大。另外，其动力系统由于需要达到至少1以上的全机推重比，桨盘半径较大，转速较高，平飞时气动阻力大，难以达到较高的巡航速度。同时飞翼结构在垂直起降和过渡过程中有较大的迎风面积，受阵风干扰大。

现有的垂直起降飞行器构型大都面临着起降过程中操作翼面气动作用小因而易受不稳定气流影响，暴露在外的大尺寸的旋转翼同样也会受到阵风的作用(同时机头安装往往影响电子舱通讯与传感设备)；倾转动力机构复杂易损控制稳定性差，辅助冗余动力效率低不适合大载荷长航程设计。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于双涵道风扇动力系统的可折叠式固定翼垂直起降无人飞行器。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：