[发明专利]三涵道螺旋桨动力方式的可垂直起降固定翼无人飞行器

说明书

本发明公开了一种三涵道螺旋桨动力方式的可垂直起降固定翼无人飞行器，属于无人飞行器领域，其包括结构单元、动力单元、飞行控制和航电单元，其中，结构单元包括机身、垂直尾翼、机翼、方向舵、升降副翼以及尾撑杆，机身位于整个无人飞行器的中心位置，机身上固定有一个垂直尾翼和两个机翼，一个垂直尾翼和两个机翼互为120°夹角，垂直尾翼和机翼的翼梢上均设置了动力单元，垂直尾翼上设置有方向舵，机翼上设置有升降副翼，尾撑杆设置在垂直尾翼和机翼上，飞行控制和航电单元安装于机身内部腔体内。本发明的飞行器系统整体冗余度较低，使用效率较高，可实现垂直起降、空中定点悬停与高效巡航平飞。

技术领域

本发明属于无人飞行器总体技术领域，更具体地，涉及一种三涵道螺旋桨动力方式的可垂直起降固定翼无人飞行器。

背景技术

传统的无人飞行器可分为固定翼和旋翼飞行器两种。固定翼飞行器飞行时升力由机翼提供，航时航程较大。根据重量尺寸的区别，固定翼飞行器可选择手抛、弹射、滑跑等方式起飞，通过撞网、伞降、滑跑等方式进行降落回收。

通常来说，固定翼飞行器的起降条件较为苛刻，滑跑起飞或降落需要较为平整的跑道，弹射起飞需要专门的弹射装置，手抛需要人员具有较为丰富的操作经验，撞网需要具有非常精确的导航控制系统等。此外，固定翼飞行器不能实现垂直起降，也无法在空中进行悬停。旋翼飞行器其升力由螺旋桨或涵道风扇提供，可以实现垂直起降，对起降场地要求较低，并且可以在空中稳定悬停。但是，旋翼飞行器巡航平飞效率较低，同等条件下航时航程较小。无论是单纯的固定翼飞行器或是旋翼飞行器，均无法同时实现高效巡航平飞、空中悬停以及垂直起降，因此，近年来出现了复合式垂直起降固定翼飞行器。

但是，该类型飞行器只是将多副旋翼固定于常规布局的固定翼飞行器上，垂直起降或悬停状态下，由旋翼提供升力，在巡航平飞状态下，由额外的水平动力装置提供平飞所需推力，因此，在巡航平飞状态下旋翼系统(包括电机、电池、螺旋桨等)完全不发挥功效，并占据了相当大一部分重量，显著影响了飞行器整体的工作效率。另一类可以实现垂直起降、空中悬停的固定翼飞行器是倾转旋翼飞行器，此类飞行器将旋翼通过可倾转装置固定于固定翼飞行器机翼之上，在垂直起降或空中悬停状态，旋翼推力垂直地面方向，提供飞行器所需升力，而巡航平飞状态下，旋翼通过倾转装置转动至水平方向，推力沿水平方向克服平飞阻力。倾转旋翼飞行器的倾转装置技术难度较高，机构复杂，不易保证可靠性，并且倾转机构本身具有相当一部分重量，也在一定程度上影响了巡航效率。

因此，需要开发一种新型的可垂直起降固定翼无人飞行器，要求其结构简单、控制操作容易而且可靠、无较多消极质量、能同时实现垂直起降、空中悬停以及水平飞行。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型可垂直起降固定翼无人飞行器，可实现垂直起降、空中定点悬停与高效巡航平飞，其动力系统既可以在起降和悬停过程中以旋翼飞行器动力形式提供升力，也可以在巡航平飞状态下以固定翼飞行器动力形式提供推力，其系统整体动力冗余度较低，使用效率较高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三涵道螺旋桨动力方式的可垂直起降固定翼无人飞行器，其包括结构单元、动力单元、飞行控制和航电单元，其中，结构单元包括机身、垂直尾翼、机翼、方向舵、升降副翼以及尾撑杆，机身位于整个无人飞行器的中心位置，机身上固定有一个垂直尾翼和两个机翼，一个垂直尾翼和两个机翼互为120°夹角，形成设置在机身上的三幅翼面，垂直尾翼和机翼的翼梢上均设置了动力单元，垂直尾翼上设置有方向舵，机翼上设置有升降副翼，尾撑杆设置在垂直尾翼和机翼上，尾撑杆用于起飞和降落时起支撑作用，

动力单元包括三套共轴反转涵道螺旋桨，三幅翼面上均分别设置有一套共轴反转涵道螺旋桨，共轴反转涵道螺旋桨包括支杆、电机、螺旋桨和涵道，电机和螺旋桨采用一体化集成设计形成整体，该整体通过支杆与机翼、垂直尾翼翼梢及涵道之间连接固定，飞行控制和航电单元用于控制飞行器的飞行轨迹、姿态以及实现同地面控制中枢的通信，其安装于机身内部腔体内。