[发明专利]一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法

说明书

本发明一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，分别通过对无人机主翼、倒V尾翼和可偏转翼梢小翼的设计解决了现今大多数无人机在做俯冲和爬升机动时具有大的高度损失，不能保证续航性，并且具有失速特性欠佳的问题。采用倒V形尾翼布局和后置螺旋桨动力方式。该布局不仅能以较少的部件总数来减小尾翼之间及尾翼与机身之间的干扰阻力，而且能减弱尾翼上的气流下洗以增强航向稳定性。同时该布局也可避免螺旋桨滑流，提高俯仰稳定性。

技术领域

本发明属于无人机的设计领域，具体涉及一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法。

背景技术

在现代军事力量发展中，人们越来越重视信息化和自动化，日益复杂的战场环境也要求提高部队的综合作战能力。随着人工智能、传感器技术、自动控制技术的快速发展，无人机的多任务执行能力和作战能力越来越得到重视。虽然无人机的使用数量、种类和频次等呈快速增长趋势，但是多功能的高机动性军用无人机还未有深入研究与发展。在民用方面，可装载红外、数码照相机或气象传感器等设备，飞机采用手抛起飞，伞降或滑降，可广泛用于地面灾情探查，电力线路巡检，地理信息测绘，搜救，大气探测等领域。为兼顾无人机的储运和飞行机动性，拟提出一种可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，以此打开无人机性能改进和新一代飞行器发展研究的新思路。

国内现役无人机广泛采用大展弦比、固定翼梢小翼的平直机翼布局，以适应其低速飞行性能要求。这种布局飞机具有单一最优性能，不满足在多工况、多任务情况下保持优势飞行的需求。可偏转翼梢小翼无人机可以根据不同飞行状态，相应改变翼梢小翼偏转角，使其拥有更高的飞行效能和稳定性。2014年覃慷对可变斜角翼梢小翼飞机起飞效能展开研究，验证了此类翼梢小翼能够提高飞机的起飞效能，但并未提高其飞行器巡航速度下机动性能。国外对机翼大面积偏转的相关研究有许多，但是对翼梢小翼的偏转相关的研究报道还很少。美国的洛克希德·马丁公司受DARPA委托研制的一种代号“鸬鹚”的机翼可偏转的无人机，翼展4.9m，全机长5.8m，采用横向偏转的方式将机翼沿分离面转轴上下偏转。2017年，NASA计划研究和测试一种机翼能够在飞行过程中自由偏转的技术，以此来提高飞机飞行效率和能力。单一布局形式的无人机有以下两种问题，以航程为主的设计要求下，由于加装翼梢小翼来减小诱导阻力，无人机的机动性，就会受到影响而降低；以大迎角机动、转弯半径等高机动性能为主的设计要求下，无人机的航程就会受到影响而降低。京东物流无人机，虽通过加装4组电机来解决垂直起降的问题，但由于多加装的电机，其阻力增大，航程也相应降低。小翼偏转技术在国内无人机的应用还未见报道。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，解决了现今大多数无人机不能兼顾高俯冲机动性和低改出俯冲高度损失，并且具有失速特性欠佳的问题。

本发明的技术方案是：一种带有可偏转翼梢小翼的无人机设计方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：无人机主翼的设计：

根据设计点马赫数和升阻比的要求，依据普朗特升力线理论确定主翼取展弦比λ和根梢比η，无人机主翼展长为b_w，由公式(1)、(2)计算得主翼平均几何弦长C_W、主翼翼根弦长b₀和翼尖弦长b₁；

步骤二：倒V尾翼的设计：

首先，设定尾翼的布置方式是垂尾和平尾的布置方式；然后分别设计等效的水平尾翼和垂直尾翼，设定无人机平尾容量C_HT，垂尾容量C_VT，结合步骤一中主翼的设计参数C_w、b_w及主翼参考面积公式(3)、尾容量公式(4)、力臂经验公式(5)，求出取整后的平尾面积S_HT，垂尾面积S_VT，尾力臂L；