[发明专利]一种尾座式垂直起降无人机设计方法

说明书

本发明公开了一种尾座式垂直起降无人机设计方法，根据机翼雷诺数确定最优S形翼型，并结合该S形翼型的气动特性确定展弦比，然后对无人机的飞行稳定性进行分析，确定最优机翼上反角，完成机翼设计，根据机翼确定升降副翼和垂尾的设计，进而完成整个尾座式垂直起降无人机的设计，该尾座式垂直起降无人机使用一套动力系统为无人机提供动力来源，在不同的飞行阶段，尾座式垂直起降无人机利用自身的结构特点，依靠不同操纵面产生的气动力使无人机进行不同飞行模式的过渡，该尾座式垂直起降无人机结构简单、飞行效率高且巡航速度快，同时具有垂直起降能力，极大地增加了无人机的优势，拓展了无人机的应用范围。

技术领域

本发明涉及飞行器设计领域，具体为一种尾座式垂直起降无人机设计方法。

背景技术

垂直起降固定翼无人机在传统固定翼无人机的基础上，简化了起飞和降落过程，取消了起降过程中的滑跑阶段，使得无人机起降场地的要求不再苛刻，并且使固定翼无人机具有了定点悬停的功能。垂直起降固定翼无人机按照技术特点大致可以分为倾转动力式、复合式和尾座式三大类。倾转动力式垂直起降无人机通常设有复杂且笨重的倾转机构，并且在动力倾转过程中，动力装置与机身部件的气动干扰严重，大大增加无人机重量的同时，又降低了飞行器的安全性和可靠性。复合式垂直起降无人机由旋翼机和固定翼组合而成，虽然结构较简单，但在起降或水平飞行时，存在一种动力系统不工作，成为了机构废重并大大增加了飞行阻力，降低了飞行效率；尾座式垂直起降无人机结构简单，没有复杂的倾转机构，仅依靠自身气动布局产生的控制力矩达到不同飞行模式之间的转换，已经成为近些年新概念飞行器的研发热点。

尾座式垂直起降无人机保留了固定翼无人机与旋翼式无人机的构型优势。在进入巡航阶段后，尾座式垂直起降无人机能够像常规固定翼无人机一样，保持高巡航速度、长航程和高飞行效率；在起降阶段，尾座式垂直起降无人机保留了旋翼式无人机的起降优势，受起降环境的限制较小，能够在狭小复杂的场地内进行垂直起降。尾座式垂直起降无人机将固定翼无人机和旋翼式无人机的优势良好地结合在一起，不存在结构废重，使得尾座式垂直起降无人机在具有较高飞行速度的同时，又具有垂直起降、定点悬停、灵活机动等特点。

目前尾座式垂直起降无人机气动布局，特别是无尾式布局，普遍存在抗风能力差和控制效率低的缺点，常规固定翼无人机的设计方法在尾座式垂直起降无人机的设计过程中存在着较为明显的不足，不同机翼、控制舵面等部件的设计方法对于尾座式垂直起降无人机的气动特性、抗风能力等有着较为显著的影响，因此，需要开发一种尾座式垂直起降无人机设计方法，解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种尾座式垂直起降无人机设计方法，解决了尾座式垂直起降无人机抗风能力差和控制效率低的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种尾座式垂直起降无人机设计方法，包括以下步骤：

机翼设计：根据无人机在基础参数工况下的机翼雷诺数，对多种S形翼型的气动特性进行对比，获取气动特性最优的S形翼型；

根据最优的S形翼型的气动特性，并结合失速速度确定机翼的翼载，根据翼载和最大起飞重量确定机翼面积，根据机翼面积和机翼展长确定展弦比；

对不同机翼上反角的无人机进行飞行过程的稳定性模拟，根据模拟的稳定性确定机翼的最优机翼上反角；

升降副翼设计：根据无人机的无尾式布局结构确定无人机的升降舵为升降副翼，根据机翼面积和机翼展长确定升降副翼的设计参数；

机身设计：根据基础参数确定无人机的机身长度，根据机身长度确定无人机的机身直径和机身最大截面积；

垂尾设计：根据机翼面积和机翼展长确定垂尾面积，根据垂尾面积确定垂尾展长，根据垂尾展长确定垂尾的翼根弦长和垂尾的翼梢弦长；

方向舵设计：根据垂尾的翼根弦长和翼梢弦长确定方向舵的弦长，根据垂尾展长确定方向舵展长，根据垂尾面积确定方向舵的面积。

优选的，所述基础参数包括巡航速度、巡航高度和最大起飞重量。