[发明专利]一种尾坐式垂直起降无人机

说明书

本发明公开了一种尾坐式垂直起降无人机，包括机身、机翼组件；机翼组件包括三个旋翼，其中两个旋翼对称设在机身的尾部，第三个旋翼设在机身的尾部且位于另外两个旋翼对称面的位置；各旋翼的一端与机身相连，另一端设有电机舱，电机舱内设有电机，电机舱上设有与电机传动相连的螺旋桨；各旋翼上靠近电机舱一端的底部设有空气滑流舵，空气滑流舵沿旋翼的厚度方向具有转动的行程，旋翼内设有与空气滑流舵传动相连的舵机。其去掉复杂的桨叶变距装置和自动倾斜器，设计空气滑流舵，并利用螺旋桨滑流来控制机体姿态的稳定，降低了飞行器控制系统复杂度，减少了成本，同时在垂直起降状态下，减少机翼对螺旋桨气流产生的升力损失，提高动力输出的效率。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体是一种尾坐式垂直起降无人机。

背景技术

垂直起降飞行器(VTOL)的准确定义是:能够以零速度起飞/着陆,具备悬停能力,并能以固定翼飞机的方式水平飞行。

在21世纪的航空领域中，当固定翼飞行器具备垂直起降能力后，将会给各行业的应用带来非常大的益处。这类固定翼飞行器不同于传统的滑跑起降或弹射起飞的飞行器，它不需要专门的机场和跑道，也不需要复杂的弹射装置，只需要很小的平地就可以起飞和着陆，所以这类飞行器对起降环境要求很低，即使在野外的荒地也可以起飞和着陆。一般像直升飞机、气球等的飞行不在垂直起降技术的范围中考虑。

在一些实际应用中，通常不具备可供固定翼飞行器进行起降的跑道，比如土地测绘、应急救援、森林防火等。传统滑跑起降飞机的局限性使得垂直起降技术得到重视和发展。。

与传统飞机相比,垂直起降飞行器不依赖跑道进行起降，且在空中具有定点悬停的能力；与传统直升机相比,垂直起降飞行器具有更高的前飞速度,更好的巡航经济性，并具有更大的航程。正因为具备这些优点,垂直起降飞行器尤其适用于需要悬停或对起降条件有限的场合。

一些应用于测绘的固定翼无人机，一般使用弹射起飞和打开降落伞回收的方式。而垂直起降飞行器由于减少了对跑道的依赖，在实际应用中，可以灵活部署，省去了复杂的弹射机构和回收设备。另外，在一些基础设施建设不发达的地区，也省去了昂贵的机场建设费用，减少了应用成本。

早期的垂直起降飞行器为80年代后期开始研制的美国的V-22Osprey/鱼鹰，V-22鱼鹰式倾转旋翼机是由美国贝尔公司和波音公司联合设计制造的一款倾转旋翼机，也是一款中型运输机。它通过倾转机翼两端翼尖的两个直升机旋翼而实现旋翼在垂直和水平方向之间的转换,从而较完美地将直升机和固定翼飞机的特点融为一体。在垂直起降状态下，两个旋翼拉力方向垂直于地面，利用自动倾斜器保持机体纵向的姿态稳定。V-22鱼鹰既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又具有涡轮螺旋桨飞机的高速巡航飞行的能力，是一种军民两用的高新技术产品。目前，V-22鱼鹰主要用于军事需求，并能赋予战场指挥官更多的选择和更大的灵活性。它不需要专门的机场和跑道，维修简单，生存力强，特别适用于进行特种作战，可大大提高军队人员投送，布防，解救人质，灾难救援等行动的速度。但是，V-22鱼鹰采用了两个直升机旋翼，在垂直起降模式下，旋翼需要自动倾斜器来控制飞行器姿态的稳定，增加了控制的难度，并且桨叶采用周期变距装置，机构极其复杂，也增加了成本；而且V-22鱼鹰在垂直起降模式下,旋翼滑流正面吹在机翼翼面之上,造成很大的升力损失,并迫使机翼增加结构强度,进而导致飞行器结构重量增加，降低了飞机的性能。

近些年来也有一些关于垂直起降飞行器的研究，但基本都具有较为明显的问题，例如专利CN103287576A所公开的一种无尾布局单人尾坐式垂直起降飞行器，其采用两旋翼+升降副翼的控制稳定性不高，正向的环境风速过大会超过无人机的控制极限，增加垂直起降状态摔机的风险，同时其飞翼布局在平飞时，升降副翼同时要控制滚转运动，也要控制俯仰运动，耦合在一起，容易超过执行机构的行程，限制了无人机的机动能力。再例如专利CN108482668A公开的倾转式垂直起降飞行器，其倾转机构太多，增加系统的风险，降低可靠性，而且该飞行器在垂直起降时用到多个旋翼，而平飞时又不需要那么多动力，成为冗余重量。

发明内容