[发明专利]一种新型垂直起降固定翼无人机气动布局

说明书

本发明公开了一种新型垂直起降固定翼无人机气动布局，包括机头、机身、机尾和呈下单翼布局的机翼，其中，所述机身包括机身前段、机身中段和机身后段，所述机身中段包括上半部分的中心体和下半部分的机舱，所述中心体截面向机尾方向收缩，使整个无人机呈现流线；机舱内安装有进气装置、涵道风扇和排气装置，机头两侧平滑过渡至机身中段，进气装置后唇口与机身平滑连接，引导气流沿机身进入所述进气装置内，涵道风扇位于中心体下方且沿机身流向布置，在垂直起降、过渡飞行和高速平飞时气驱动风扇所需的气流沿机身两侧以不同方式进入进气装置，涵道风扇在所有飞行状态下都工作，为无人机提供合适的推力和升力，没有多余死重。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体为一种新型垂直起降固定翼无人机气动布局。

背景技术

具备矢量推进能力的垂直/短距起降飞行器是未来航空器发展的重要趋势之一。垂直起降技术能使飞行器减少甚至完全摆脱对跑道的依赖，可以大大降低飞行器对起降区域的设施要求。因此，垂直起降飞行器相对于常规起降飞行器而言具有更强的工作区域适应能力，其在起降区域小和地形环境复杂的条件下具有很大的应用空间，但常规旋翼垂直起降飞行器在垂直起降和平飞时均由旋翼提供升力和推力，导致耗油率很高。固定翼飞行器有大升阻比的机翼，主要升力来自机翼与空气的相对运动，基于这个原理固定翼飞行器具有飞行速度快、航程远、油耗小等特点。但常规固定翼飞行器需要很大的起飞速度，所以对起降跑道长度要求较高。

常规固定翼垂直起降飞行器的动力装置有升力风扇、涵道风扇、倾转旋翼和直接喷流几种形式。其中，瑞安公司的XV-5验证机它采用的是机翼布置升力风扇，飞机利用风扇产生的升力实现垂直起飞，成功验证了利用升力风扇布置在机翼上的固定翼垂直起降飞行器的可行性。不过XV-5验证机需要继续加大起飞重量的话，需要加大风扇直径，导致机翼面积和长度也得变大，从而需要增厚机翼增加强度，为了符合空气动力学要求大机翼头部更厚以获得更大升力，但同时增加了飞行阻力和带来了更大的结构尺寸代价；此外美国采用升力风扇的F-35B“联合攻击战斗机”的主发动机和前置升力风扇组合式动力系统是目前同类设计中综合性能最好的。成功验证了机翼和机身共同布置升力风扇这种布局的可行性，但是由于升力风扇在高速巡航时不工作，导致升力风扇飞行器在巡航状态的死重较大，机翼和机身共同布置升力风扇占用过多飞机空间，导致有效载荷小。

综上所述可以看出，机翼布置升力风扇为了获得大的起飞重量，会导致过大的结构尺寸。而机翼和机身共同布置升力风扇会占用过多的飞机空间并在平飞时存在死重问题。所以急需一种新型垂直起降固定翼无人机气动布局来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种新型垂直起降固定翼无人机气动布局，来解决上述现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型垂直起降固定翼无人机气动布局，包括机头、机身、机尾和呈下单翼布局的机翼，其中，所述机身包括机身前段、机身中段和机身后段，所述机身中段包括上半部分的中心体和下半部分的机舱，所述中心体截面向机尾方向收缩，使整个无人机呈现流线；

所述机舱内安装有进气装置、涵道风扇和排气装置，所述机头两侧平滑过渡至机身中段，进气装置后侧唇口与所述机身平滑连接，引导气流沿机身进入所述进气装置内，涵道风扇位于中心体下方且沿机身流向布置。

优选的，所述中心体与进气装置共同形成三维效应实现平飞时进气，其中，在中心两侧安装进气导叶配合进气装置实现高效进气。

优选的，所述涵道风扇与水平呈10度角安装在机舱内，其中，风扇压比为π，空气绝热指数k，气体常数g,空气密度ρ，流量为m，进气压力为Pin，排气压力为Pout，排气速度为V，排气膨胀到大气压P；排气马赫数推力等于最大起飞重力，由F＝m*V，得出流量，由风扇面积A＝π*d*d/4和流量m＝ρ*V*A，得出风扇直径；由转速公式Rpm＝V*60/(3.14*d)获得转速。