一种可实现垂直起降的固定翼无人机及实现方法与流程

本发明涉及一种无人机，特别是一种可实现垂直起降的固定翼无人机及实现方法。属于无人机技术领域。

背景技术：

目前，无人机技术已经广泛应用在农业、航测、军事等领域。固定翼飞机垂直起降的技术可以减少固定翼飞机对机场大小的依赖，极大的增强了固定翼无人机的应用场景，成为了固定翼无人机发展突破点技术，有着极其广阔的发展前景。

专利申请号：201810808993.3提出了一种固定翼无人机垂直起降的技术，如图1所示，采用了整体式控制叶片12来产生推力并通过叶片偏转来产生飞机操控所需力矩。不难看出，单桨动力在工作时会对飞机产生反扭矩作用（反扭矩作用下会使飞机产生滚转力矩，使机身朝与螺旋桨转速的反方向旋转），需要通过技术手段来平衡反扭矩使成飞机整体本增加，并损耗多余动力；整体式控制叶片的既要提供动力，又要产生操控所需力矩，需要较高的技术手段，同时增加了成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种飞机稳定性好、飞机机动性强、成本低、工艺性好的可实现垂直起降的固定翼无人机及实现方法。

本发明的技术方案：一种可实现垂直起降的固定翼无人机，至少包括：控制部件、机身、机翼，机翼与机身固连在一起，所述的机身顶端固定连接有机头整流罩，在机头整流罩下端的机身四个侧面分别铰接有第一操纵舵面、第二操纵舵面、第三操纵舵面和第四操纵舵面；机身的尾部固连有起落架机构，机身下方设置有共轴双桨动力源。

所述的第一操纵舵面、第二操纵舵面、第三操纵舵面、第四操纵舵面沿机身的四个侧面均匀分布，所述的第一操纵舵面、第二操纵舵面、第三操纵舵面和第四操纵舵面大小相等，且在机身轴向的位置高度相同。

所述的机身的尾部上还设置有气动稳定面，所述的气动稳定面包括八个气动稳定面，机身尾部的每个侧面分布有两个气动稳定面。

一种可实现垂直起降的固定翼无人机的实现方法，至少包括：机身四个侧面分别铰接有第一操纵舵面、第二操纵舵面、第三操纵舵面、第四操纵舵面，通过分别操作不同操纵舵面展开角度，来控制飞机航向。

所述的控制飞机航向，包括操控起飞阶段，飞机直立于地面，机头铅垂向上，在共轴双桨动力源推力作用下，飞机沿铅垂方向向上运动，到达一定安全高度后，第二操纵舵面打开，在气动力作用下，产生低头力矩，使飞机低头，转换为平飞状态。

所述的控制飞机航向在起飞阶段，若飞机受扰动产生俯仰、偏航力矩，通过打开第一操纵舵面和第二操纵舵面来调整飞机俯仰，若飞机低头，则打开第一操纵舵面，使飞机回正航向，若飞机抬头，则打开第二操纵舵面，使飞机回正航向；第三操纵舵面、第四操纵舵面用于调整飞机偏航，若飞机向左偏航，则需打开第四操纵舵面来调整航向，若飞机向右偏航，则需打开第三操纵舵面来调整航向。

所述的控制飞机航向，进一步包括操控降落阶段，当飞机需要降落时，第一操纵舵面打开，在气动力作用下，产生抬头力矩，调整飞机姿态为铅垂状态，机头垂直向上，此时，调整共轴双桨动力源的推力，在推力和重力共同作用下，飞机向下运动，直至飞机平稳落地。

所述的控制飞机航向在降落阶段，若飞机受扰动产生俯仰、偏航力矩，通过打开第一操纵舵面和第二操纵舵面来调整飞机俯仰，打开第三操纵舵面、第四操纵舵面调整飞机偏航，操纵舵面打开方向与起飞阶段相反。

本发明的优点是：通过使用共轴双桨动力来平衡单桨动力的反扭矩作用，降低了技术难度，同时也降低了飞机整体成本。通过在机头部位添加四个舵面来产生飞机机动操作所需的力矩，并且舵面距离飞机焦点更远，气动效率比专利申请号201810808993.3所述技术更高，飞机机动性更强。并在机尾部分增加八个气动稳定面，增加了飞机的稳定性。

附图说明

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明：

图1是现有技术结构示意图；

图2是本发明实施例结构示意图；

图3是本发明起飞阶段转为平飞阶段操纵舵面调整示意图；

图4是本发明平飞阶段转为降落阶段操纵舵面调整示意图；

图5是本发明降落阶段受扰动后操纵舵面调整示意图。

图中，1、第一操纵舵面；2、第二操纵舵面；3、第三操纵舵面；4、第四操纵舵面；5、机头整流罩；6、机身；7、机翼；8、起落架机构；9、共轴双桨动力源；10、副翼；11、气动稳定面；a、代表速度方向。

具体实施方式

实施例1

如图2所示，一种可实现垂直起降的固定翼无人机，至少包括：控制部件、机身6、机翼7，机翼7与机身6固连在一起，所述的机身6顶端固定连接有机头整流罩5，在机头整流罩5下端的机身6四个侧面分别铰接有第一操纵舵面1、第二操纵舵面2、第三操纵舵面3和第四操纵舵面4；机身的尾部固连有起落架机构8，机身下方设置有共轴双桨动力源9。

本发明通过使用共轴双桨动力来平衡单桨动力的反扭矩作用，降低了技术难度，同时也降低了飞机整体成本。通过在机头部位添加四个舵面来产生飞机机动操作所需的力矩，并且舵面距离飞机焦点更远，气动效率更高，飞机机动性更强。

实施例2

在实施例1的基础上，进一步，所述的第一操纵舵面1、第二操纵舵面2、第三操纵舵面3、第四操纵舵面4沿机身6的四个侧面均匀分布，所述的第一操纵舵面1、第二操纵舵面2、第三操纵舵面3和第四操纵舵面4大小相等，且在机身轴向的位置高度相同。

进一步，所述的机身6的尾部上还设置有气动稳定面11，所述的气动稳定面11包括八个气动稳定面，机身尾部的每个侧面分布有两个气动稳定面。机尾部分增加八个气动稳定面，增加了飞机的稳定性。

进一步，所述的共轴双桨动力源9位于机身6最下方，提供飞行所需稳定的动力。

进一步，所述的机翼通过榫卯结构与机身连接在一起。在机翼上设置有副翼10。

实施例3

在实施例1或2的基础上，本发明提供了一种可实现垂直起降的固定翼无人机的实现方法，至少包括：机身6四个侧面分别铰接有第一操纵舵面1、第二操纵舵面2、第三操纵舵面3、第四操纵舵面4，通过分别操作不同操纵舵面展开角度，来控制飞机航向。

进一步，如图3所示，图中箭头方向为速度方向，所述的控制飞机航向，包括操控起飞阶段，飞机直立于地面，机头铅垂向上，在共轴双桨动力源9推力作用下，飞机沿铅垂方向向上运动，到达一定安全高度后，第二操纵舵面2打开，在气动力作用下，产生低头力矩，使飞机低头，转换为平飞状态。

在平飞状态下，飞机操纵原理与一般布局固定翼飞机一致，可作为一般固定翼飞机来飞行，此时，可以减小共轴双桨动力源9的推力，转为由机翼7提供飞行所需升力，可减小能耗，增加续航里程。

进一步，所述的控制飞机航向在起飞阶段，若飞机受扰动产生俯仰、偏航力矩，通过打开第一操纵舵面1和第二操纵舵面2来调整飞机俯仰，若飞机低头，则打开第一操纵舵面1，使飞机回正航向，若飞机抬头，则打开第二操纵舵面2，使飞机回正航向；第三操纵舵面3、第四操纵舵面4用于调整飞机偏航，若飞机向左偏航，则需打开第四操纵舵面4来调整航向，若飞机向右偏航，则需打开第三操纵舵面3来调整航向。

进一步，如图4所示，图中箭头方向为速度方向，所述的控制飞机航向，进一步包括操控降落阶段，当飞机需要降落时，第一操纵舵面1打开，在气动力作用下，产生抬头力矩，调整飞机姿态为铅垂状态，机头垂直向上，此时，调整共轴双桨动力源9的推力，在推力和重力共同作用下，飞机向下运动，直至飞机平稳落地。

进一步，如图5所示，图中箭头方向为速度方向，所述的控制飞机航向在降落阶段，若飞机受扰动产生俯仰、偏航力矩，通过打开第一操纵舵面1和第二操纵舵面2来调整飞机俯仰，打开第三操纵舵面3、第四操纵舵面4调整飞机偏航，操纵舵面打开方向与起飞阶段相反。

总之，本发明由于采用了共轴双桨动力源，能有效解决单桨动力源对飞机产生反扭矩作用（反扭矩作用下会使飞机产生滚转力矩，使机身朝与螺旋桨转速的反方向旋转），进而实现了飞机起飞与降落阶段的稳定。

通过对机头四个舵面的不同操作，增加了气动面的力臂，提高了气动效率，进而实现了飞机机动性的增强。并且在起飞及降落阶段可以有效地调节飞机的航向，使飞机可操控性及安全性能增加。

由于机尾部分没有整体式控制叶片，结构得到了简化，可以增加八个气动稳定面，在遇到扰动时可以自行恢复原有飞行状态，增强了飞机飞行时的俯仰稳定性与偏航稳定性。

本发明中控制部件为无人机专用的控制器，属于本领域公知技术，这里不一一叙述。

本发明实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段。

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