一種四涵道飛翼式無人機的制作方法

本發(fā)明涉及一種飛行器，尤其涉及一種四涵道飛翼式無人機。

背景技術(shù)：

無人機在城市和復(fù)雜地形條件下作戰(zhàn)偵察的軍事應(yīng)用方面有著廣泛的潛力，目前已經(jīng)成為世界各國研究熱點。在軍事實用性方面，特別是作為城市作戰(zhàn)偵察的無人機，要求其能夠快速巡航、可垂直起降、靈活機動性好、可懸停、低噪聲、自主飛行，易于控制等。

固定翼無人機能夠?qū)崿F(xiàn)高速前飛,但是不具有垂直升降和懸停的能力；涵道飛行器與螺旋槳飛行器相比，在相同螺旋槳直徑和功率耗的情況下，能產(chǎn)生更大的拉力。另外，涵道提高了飛行器的使用安全性，并降低了氣動噪聲。然而，涵道飛行器在前飛時，處于前方來流和螺旋槳吸流的復(fù)雜流場中，氣動環(huán)境十分復(fù)雜。近年來，在其應(yīng)用前景刺激之下，涵道飛行器已經(jīng)成為一個國際性的研究熱點。該類涵道飛行器可以懸停和垂直升降，并能利用涵道前傾產(chǎn)生的前向拉力實現(xiàn)直升機模式低速前飛，但是抬頭力矩和阻力隨前飛速度而迅速增大，因此它們僅適用于懸停和低速飛行性能的場合。

公開號為CN2681998的中國發(fā)明專利公開了一種翼身融合體微型飛行器，包括機身、機翼、垂直安定面、舵面和螺旋槳。機身和機翼一體成形為一個扁平狀的機體，機體沿一與飛行方向平行的中軸線對稱。機體的平面形狀沿所述中軸線對稱，中軸線兩側(cè)的半個機體的平面形狀為梯形。舵面包括兩個對稱設(shè)置在所述機體后緣的升降副翼，升降副翼可沿機體后緣偏轉(zhuǎn)。本發(fā)明的翼身融合體微型飛行器將傳統(tǒng)飛機的機身和機翼融為一體，形成一個整體成形的機體，機體不僅產(chǎn)生升力，同時提供任務(wù)載荷空間。但由于有后緣升降副翼,結(jié)構(gòu)復(fù)雜控制較難。

公開號為CN203528809中國發(fā)明專利公開了一種有翼四涵道微型飛行器，它包括涵道、風(fēng)扇、動力系統(tǒng)支架、飛翼式反齊默曼機翼，飛翼式反齊默曼機翼上下表面各安裝二個動力系統(tǒng)支架，各個動力系統(tǒng)支架一端連接涵道，涵道里面裝有風(fēng)扇。雖然具有懸停、垂直升降和快速前飛的功能，但是由于機翼上設(shè)置支撐架，增加了飛行阻力，并且四個涵道間距較小，雖然機動性能較好但穩(wěn)定性下降，機翼上可掛載的重量相對較小。

飛翼式飛機是沒有尾翼和機身，只有巨大機翼的飛機。由無尾飛機發(fā)展而來，當(dāng)巨型無尾飛機的機翼大到足以容納人員和貨物時，機身和機翼融為一體，成為飛翼式飛機。具有結(jié)構(gòu)重量輕和飛行阻力小的特點，面且隱身性好，如美國的B-2轟炸機。目前市場上尚未發(fā)現(xiàn)組合飛翼式固定翼與涵道二者飛行器特點，具有快速巡航、垂直起降、機動靈活、可懸停、低噪音、自主飛行和易于控制等優(yōu)點的四涵道飛翼式無人機。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種四涵道飛翼式無人機，該無人機結(jié)合固定翼與涵道飛行器二者的特點，具有快速巡航、垂直起降、機動靈活、可懸停、低噪音、自主飛行和易于控制等優(yōu)點。

本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種四涵道飛翼式無人機，它包括涵道、風(fēng)扇、翼尖小翼、飛翼式機翼。其特征是：飛翼式機翼翼尖安裝對稱式翼尖小翼，在翼尖小翼上分別安裝四個涵道風(fēng)扇動力系統(tǒng)，涵道里面裝有風(fēng)扇。

本發(fā)明所述的涵道和風(fēng)扇組成涵道風(fēng)扇動力系統(tǒng)，通過控制四個涵道風(fēng)扇轉(zhuǎn)速大小控制力和力矩來實現(xiàn)姿態(tài)控制，涵道和風(fēng)扇均采用S3010翼型。

本發(fā)明所述的姿態(tài)控制方式，包括懸停、垂直升降、俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航等。

本發(fā)明所述的飛翼式機翼采用MH115翼型、對稱式翼尖小翼采用NACA0012翼型。

本發(fā)明的有益效果是：（1）采用飛翼式機翼氣動布局，具有較好的氣動性能，最大限度地提供任務(wù)載荷空間，產(chǎn)生足夠升力，有利于安排各種機載設(shè)備，（2）機翼安裝對稱式翼尖小翼，可以增強機翼航向穩(wěn)定、減小誘導(dǎo)阻力、安裝涵道風(fēng)扇動力系統(tǒng)和充當(dāng)起落架，（3）具有快速巡航、可垂直起降、可懸停、低噪音、自主飛行和易于控制優(yōu)點，（4）可實現(xiàn)多種姿態(tài)控制，控制方法更加簡單，靈活機動性好，更有利于在復(fù)雜特殊條件下完成特定任務(wù)。

附圖說明

圖1-1至1-4分別為本發(fā)明的正視圖、左視圖、俯視圖、立體圖。

圖2為本發(fā)明的飛翼式機翼平面布局示意圖。

圖3為本發(fā)明的飛翼式翼尖小翼平面布局示意圖。

圖4為本發(fā)明動力系統(tǒng)各部件的相互關(guān)系示意圖。

圖5-1至5-3分別為本發(fā)明動力系統(tǒng)的正視圖、左視圖、立體圖。

圖6-1至6-3分別為本發(fā)明風(fēng)扇的正視圖、左視圖、立體圖。

圖7為本發(fā)明的任務(wù)示意圖。

圖8為本發(fā)明的飛行運動控制示意圖。

其中：涵道1，風(fēng)扇2，其中第一風(fēng)扇2_A，第二風(fēng)扇2_B，第三風(fēng)扇2_C，第四風(fēng)扇2_D，槳葉21，輪轂22，翼尖小翼3，機翼4。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明是這樣來工作和實施的，包括對稱式翼尖小翼3和飛翼式機翼4、可通過遙控裝置遙控的動力系統(tǒng)，所述的動力系統(tǒng)包括涵道1、風(fēng)扇2，飛翼式機翼4的翼尖安裝對稱式翼尖小翼3，在翼尖小翼3的翼尖上分別安裝四個涵道1，涵道1里面裝有風(fēng)扇2。所述的涵道1和風(fēng)扇2組成涵道風(fēng)扇動力系統(tǒng)，涵道1和風(fēng)扇2均采用S3010翼型，飛翼式機翼4采用MH115翼型，對稱式翼尖小翼3采用NACA0012翼型，機體坐標(biāo)軸為OXYZ，涵道風(fēng)扇動力系統(tǒng)安裝角為，即其旋轉(zhuǎn)軸與機體X軸平行。

如圖2、圖3、圖4所示，飛翼式機翼4中b、C₁、C₂、χ分別表示機翼4的展長、機翼4翼根弦長、機翼4翼尖弦長和機翼4前緣后掠角。翼尖小翼3中b_tip、C_1tip 、C_2tip、χ_tip分別表示翼尖小翼3展長、翼尖小翼3弦長和翼尖小翼3弦長。涵道風(fēng)扇動力系統(tǒng)參數(shù)為：風(fēng)扇2直徑d_j、涵道1內(nèi)徑d，涵道1外徑D，涵道1高度h，槳尖間隙e，錐角β，風(fēng)扇2至涵道1入口距離s，總體參數(shù)見下表：

如圖7所示，四涵道飛翼式無人機可以進行城市作戰(zhàn)偵察或快遞運輸?shù)热蝿?wù)，其中主要包括11個任務(wù)航段，其分別為：

（1）任務(wù)航段A-B—垂直起飛與爬升，

（2）任務(wù)航段B-C—水平過渡，

（3）任務(wù)航段C-D—水平巡航，

（4）任務(wù)航段D-E—垂直過渡，

（5）任務(wù)航段E-F—垂直下降，

（6）任務(wù)航段F-G—懸停與滾轉(zhuǎn)調(diào)姿，

（7）任務(wù)航段G-H—垂直爬升，

（8）任務(wù)航段H-I—水平過渡，

（9）任務(wù)航段I-J—水平巡航，

（10）任務(wù)航段J-K—垂直過渡，

（11）任務(wù)航段K-L—垂直下降與著陸。

四涵道飛翼式無人機進行懸停、垂直升降、俯仰、滾轉(zhuǎn)等運動姿態(tài)調(diào)整可完成該任務(wù)。

如圖8所示，運動姿態(tài)控制方式通過控制四個涵道風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)，風(fēng)扇2A與風(fēng)扇2C轉(zhuǎn)動方向相同為逆時針，風(fēng)扇2B與風(fēng)扇2D轉(zhuǎn)動方向相同為順時針，具體如下：

（1）垂直升降與懸停

風(fēng)扇2A與風(fēng)扇2D轉(zhuǎn)速相等，風(fēng)扇2B與風(fēng)扇2C轉(zhuǎn)速相等，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反扭矩相互抵消，當(dāng)四個風(fēng)扇產(chǎn)生的升力相等時，總升力大于或者小于自身重力時微型飛行器實現(xiàn)垂直升降；等于自身重力時，實現(xiàn)懸停。

（2）俯仰運動

同時增大（減?。╋L(fēng)扇2B與風(fēng)扇2C轉(zhuǎn)速，保持風(fēng)扇2A與風(fēng)扇2D轉(zhuǎn)速不變，涵道風(fēng)扇推力產(chǎn)生抬頭（低頭）力矩，可實現(xiàn)俯仰運動。

（3）滾轉(zhuǎn)運動

滾轉(zhuǎn)運動通過風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的反扭矩來實現(xiàn)。同時增大（減?。╋L(fēng)扇2A與風(fēng)扇2C轉(zhuǎn)速，保持風(fēng)扇2B與風(fēng)扇2D轉(zhuǎn)速不變，產(chǎn)生與風(fēng)扇2A轉(zhuǎn)速相反的反扭矩，從而實現(xiàn)與風(fēng)扇2A轉(zhuǎn)速相反的滾轉(zhuǎn)運動，反之可以實現(xiàn)反方向的滾轉(zhuǎn)運動。

（4）偏航運動

同時增大（減?。╋L(fēng)扇2C與風(fēng)扇2D轉(zhuǎn)速，保持風(fēng)扇2A與風(fēng)扇2B轉(zhuǎn)速不變，涵道風(fēng)扇推力產(chǎn)生偏航力矩，可實現(xiàn)偏航運動。