[实用新型]用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇

说明书

本实用新型公开了用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇，其特点是：包括圆筒状的涵道壁，安装在圆筒状涵道壁上且位于涵道壁轴向中间位置的矢量气动舵涵道风扇、靠近筒状涵道壁下端与涵道壁固接在一起的矢量气动舵内环、包围矢量气动舵内环并与其间隔一定距离的矢量气动舵外环，位于矢量气动舵内环和矢量气动舵外环之间且连接内环和外环的环形轴承、与矢量气动舵外环通过齿轮相啮合的外环伺服电机、安装在矢量气动舵外环上且位于矢量气动舵底部出风口的矢量气动舵可偏转的叶珊。本实用新型采用涵道风扇管道设计技术有效增加了涵道风扇的效率；还通过矢量气动舵产生侧向力抵抗测风所造成的偏航，保持了航向和航路。

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种用于垂直起降无人机的矢量气动舵涵道风扇。

背景技术

固定翼无人机具备大高度、大飞行速度范围、长航时、大航程，较大有效载重等许多方面的优势。但是固定翼无人机需要一定长度、宽度和表面质量的滑跑起飞地面作为起飞着陆场地。随着无人机重量的增加，对于起飞和着陆的场地要求和空域的要求有所增加。这种对场地和空域的要求是固定翼无人机应用中的一个重要障碍。

为了克服和减少这种对起降场地的压力，弹射起飞、伞降着陆已经成为解决以上困难的一个重要突破。这种起降方式或类似起降方式应当说是成功的，并且对飞机的适用性、可靠性也是可以接受的。但是弹射起飞、伞降回收在某些地面和空域使用也还是受到较大限制。尤其是在山区、水面、海上、森林地区。由于风向、突风、空域、地貌而损坏或丢失飞机的可能性很大。

因此，无人机采用垂直起降方式成为当今一种大众发展的现象。从2013年开始至今在中国流行的在机翼上或机身上加装“扁担式”升力自由螺旋桨提供垂直起降的举力，采用推力自由螺旋桨的垂直起降方案层出不穷，千奇百怪，充塞中国无人机市场。

这种“扁担式”式的、基于空气自由螺旋浆（空气自由螺旋浆的浆叶周围没有被圆筒状的涵道包围，靠桨叶直接裸露在空气中旋转将发动机的转动功率转化为推进力或升力的装置）的垂直起降无人机由于原理和结构设计上固有的缺点，使得此类无人机仅能应用于小型、低速无人机，实用性较差。实践证明，无论采用何种空气自由螺旋桨作为垂直举力和同时承担推力作用，而又无足够的变桨距方式的垂直起降无人机都面临着动力系统效率问题。

基于“扁担式”式空气自由螺旋浆动力系统效率问题之一：垂直起降低速上升无法满足平飞速度要求。按现在多数中小型无人机采用活塞式燃油、燃气发动机作为动力系统，或采用电动机作为系统的总体布局，垂直起降的上升速度都小于8米/秒，或者仅3-4米/秒。而此类无人机推持平飞所需要的最小失速速度一般在15-40米/秒，显然，该类无人机的垂直上升速度无法满足无人机维持平飞所需要的最小速度。为了保持动力系统效率、提高垂直起降的上升速度，无人机螺旋桨就必需是变螺距桨，但是变距桨带来结构重量增加，可靠性下降，按目前无人机的机构技术水平而言，转速高达千转的小型变距机构的结构重量和可靠性是难以令人满意的。

基于“扁担式”式空气自由螺旋浆动力系统效率问题之二：大直径空气自由螺旋桨几乎没有实施的可能性。小直径自由螺旋桨作为低速上升速度的垂直起降无人机而言，动力系统效率低下。因此，当无人机的起飞重量加大时，这种小直径桨几乎不可以被接受，为此要采用较大直径旋翼来代替自由螺旋桨。但是这样大直径旋翼几无可能与数千、至上万转/分转速的电机同步工作，因此必需带有减速器，而超过25马力的变速箱和相应的变速机构带来的结构设计、机构设计、和动力控制的问题对于中小型无人机来讲是一种灾难。

基于“扁担式”式空气自由螺旋浆动力系统效率问题之三：风速较大时侧向风导致无人机偏航。由于“扁担”型的布局，当采用较大直径螺旋桨或者旋翼、并且当地风速较大时，由于侧向风的影响，如果无人机的平衡系统没有足够的自动抑制振荡的阻尼，那么导致无人机偏航，由此而带来的飞行是不安全的。