[发明专利]一种复合翼垂直起降太阳能无人机

说明书

本发明提出了一种复合翼垂直起降太阳能无人机，包括机体结构、能源系统、动力系统和机载航电系统。复合翼垂直起降太阳能无人机通过机上的太阳电池将光能转化为电能实现能量的自供给，通过多旋翼产生向上的拉力实现垂直起降，通过螺旋桨产生向前的拉力实现巡航飞行，具有航时长、航程远、升限高、起降灵活、使用成本低的优点。

技术领域

本发明涉及一种复合翼垂直起降太阳能无人机，属于无人机总体设计技术领域。

背景技术

近年来，随着无人机技术和电推进技术的进步，电动无人机也迎来了飞速的发展。包括电动直升机、多旋翼飞机、固定翼飞机在内的无人机，都有各自的优势和局限。直升机和多旋翼飞机具有垂直起降、可悬停，但巡航效率低、速度慢的特点。固定翼具有速度快、航时久、载重大，但需要依靠跑道起降、无法悬停的特点。因此，结合固定翼飞机和旋翼机优点的垂直起降无人机应运而生。垂直起降无人机包括倾转旋翼、倾转机翼、复合翼和尾座式等几种，倾转式和尾座式无人机技术难度较大，复合翼无人机的技术难度适中。

然而，受限于储能电池的能量密度，电动无人机的航时始终无法实现突破，市场上成熟电动无人机的航时通常在数小时甚至更低的水平。随着薄膜太阳电池的技术发展和广泛应用，为电动无人机的能量短板问题提供了一条解决途径，英国的西风太阳能无人机已经实现了26天的连续飞行。但国内外已有的太阳能无人机多采用水平滑跑、手抛或球载的起降方式，都不具备自主垂直起降的能力。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种复合翼垂直起降太阳能无人机，通过机上的太阳电池将光能转化为电能实现能量的自供给，通过旋翼产生向上的拉力实现垂直起降，通过螺旋桨产生向前的拉力实现巡航飞行。

本发明采用的技术解决方案是：

一种复合翼垂直起降太阳能无人机，包括：机体结构、能源系统、动力系统和机载航电系统；

机体结构包括：机翼、机身、尾撑杆、平尾、垂尾、起落架、副翼、升降舵和方向舵；机翼为无人机的主升力面；机身吊挂于机翼下方；尾撑杆为方形桁架，位于机翼下方，左右各一个尾撑杆；平尾和垂尾作为无人机的安定面，位于尾撑杆的尾部，两个垂尾对称分布，平尾安装于两个垂尾的顶端；起落架作为无人机的支撑装置，在起飞和着陆阶段支撑无人机并减缓地面冲击；两个副翼设置在机翼后缘，升降舵设置在平尾后缘，方向舵设置在垂尾后缘，副翼、升降舵和方向舵实现对无人机的飞行控制；

能源系统包括：太阳电池、蓄电池、电源控制器和设备配电器；太阳电池为无人机提供能量来源；蓄电池安装于机身内部，为无人机夜间飞行提供能量来源；电源控制器对应于太阳电池的布阵，分布式安装于机翼内部，实现太阳能的控制；设备配电器安装于机身内部，实现机载用电设备的供配电；

动力系统包括：电动机、螺旋桨和旋翼；电动机将机上的电能转换为动能，共五个，其中一个电动机驱动螺旋桨旋转，其余四个电动机驱动各自对应的旋翼旋转；螺旋桨安装于机身最前端，为无人机平飞和爬升阶段提供水平方向的拉力；四个旋翼分别位于左右尾撑杆上，为无人机起降阶段提供垂直方向的拉力；

机载航电系统用于导航、飞行控制、测控和环境控制。

进一步的，所述太阳电池采用高光电转换效率的柔性薄膜太阳电池，均匀铺装于机翼和平尾上表面，其光电转换效率不低于20％；太阳电池的铺片面积占机翼和平尾有效面积的90％以上。

进一步的，太阳电池将吸收的太阳辐射能量转换为电能，一部分用来维持动力系统和机载航电系统的正常运转，一部分对蓄电池进行充电作为夜间飞行的能量来源。

进一步的，蓄电池采用可循环充放电的锂电池。

进一步的，机翼的中翼段平面形状为矩形，外翼段平面形状为梯形。

进一步的，螺旋桨采用大桨径定距桨，旋翼采用高转速变距桨。