一种倾转涵道垂直起降无人机

1.本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种倾转涵道垂直起降无人机。


背景技术：

2.固定翼无人机有几大优点，(1)飞行速度快；(2)飞行距离长，巡航面积大；(3)飞行高度高；但是同时操作难度较大风险较高，不能悬停对某处状况连续观察。
3.而垂直起降无人机在固定翼的基础上，提供独立的起飞系统在垂直起飞和垂直降落的过程，省略了滑跑的过程，大大降低了固定翼起飞和降落场地的限制，机动性好，巡航速度快，同时更加适应复杂的作业环境，可以用来执行特殊任务。一般而言，垂直起降无人机主要有尾座式无人机、复合翼无人机和倾转旋翼无人机三种构型。尾座式无人机在起飞和降落的阶段呈尾座朝下，飞行中慢慢转为水平状态，并且保持固定翼模式的飞行，由于起飞着陆阶段抗风阻的能力较弱，使得应用受限。复合翼无人机是多轴无人机与固定翼的结合。升桨电机用于多旋翼模态的垂直起飞和降落，推桨电机用于产生固定翼模态飞行的推力。倾转旋翼无人机以直升机方式起飞后，通过旋翼倾转，转换成用于平飞提供推力的螺旋桨，由机翼提供升力，实现高速巡航。
4.现有的垂直起降无人机在使用时还存在以下问题：
5.1.结构过于复杂，在无人机执行前飞命令时，多余结构带来的阻力较大；
6.2.气动布局不合理，导致飞行时稳定性降低，效率较差。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种倾转涵道垂直起降无人机。
8.为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种倾转涵道垂直起降无人机，包括机身、机翼、尾翼和涵道螺旋桨组件，所述机身主体内还设置有倾转机构，所述倾转机构包括倾转杆，所述涵道螺旋桨组件包括升力涵道螺旋桨、倾转涵道以及倾转涵道螺旋桨，所述升力涵道螺旋桨包括两副共轴反转的螺旋桨，所述倾转涵道设置在所述机身左右两侧，且左右两侧的所述倾转涵道采用同步倾转的方式倾转过渡，所述倾转杆与所述倾转涵道螺旋桨固定连接，所述机身的轴线中后段设置有尾涵道，所述尾涵道内壁支撑并嵌有双十字支撑架，所述双十字支撑架上设置有传动系统，所述传动系统与所述升力涵道螺旋桨连接。
9.优选的，所述机翼固定于所述机身的中段且关于所述机身的中轴线对称，所述机翼的后缘还铰接有一对面积相同的且关于所述机身对称的副翼，所述尾翼包括固定于所述机身尾部的水平尾翼和垂直所述机身的垂直尾翼。
10.优选的，所述机翼为平直中单翼且无上反角，翼展为4.313米，所述机翼5与所述机身的平行线之间的角度为3.5
°
，即机翼安装角为3.5
°
。
11.优选的，所述水平尾翼关于所述机身对称，且所述水平尾翼铰接有升降舵。
12.优选的，所述垂直尾翼平行于所述机身的法线方向，且所述垂直尾翼铰接有方向舵。
13.优选的，所述传动系统包括电机，所述电机的输出端设置有转轴，所述转轴上设置有定轴，所述定轴与所述升力涵道螺旋桨连接。
14.本实用新型有益效果：
15.1.本实用新型采用固定的机翼与独立的涵道螺旋桨组件设计使得该无人机具备了垂直起降与悬停的能力，又具备了高/低速前飞的能力，同时获得了固定翼无人机与直升机的特点。
16.2.本实用新型采用外连接倾转涵道和倾转涵道螺旋桨与机身内置升力涵道螺旋桨的结构方式，使得无人机噪音低，安全性高，且气动效率有所提高。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
18.图1是本实用新型整体结构示意图；
19.图2是本实用新型传动系统结构示意图；
20.图3为本实用新型一种倾转涵道垂直起降无人机的垂直起降状态图；
21.图4为本实用新型一种倾转涵道垂直起降无人机的倾转过渡状态图；
22.图5为本实用新型一种倾转涵道垂直起降无人机的前飞状态示意。
23.附图标注：
24.1、机身；2、倾转涵道；3、倾转涵道螺旋桨；4、升力涵道螺旋桨；5、机翼；6、副翼；7、水平尾翼；8、垂直尾翼；9、升降舵；10、方向舵；11、倾转杆；12、双十字支撑架；13、传动系统；14、倾转机构；
具体实施方式
25.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
26.参照图1-图5，本实用新型的优选实施例，一种倾转涵道垂直起降无人机，包括机身1、机翼5、尾翼和涵道螺旋桨组件，所述尾翼包括固定于所述机身1尾部的水平尾翼7和垂直所述机身1的垂直尾翼8，所述水平尾翼7关于所述机身1对称，且所述水平尾翼7铰接有升降舵9，用来控制飞机的俯仰运动；所述垂直尾翼8平行于所述机身1的法线方向，且所述垂直尾翼8铰接有方向舵10，用来控制无人机偏转方向；所述机身1主体内还设置有倾转机构14，所述倾转机构14包括倾转杆11，所述涵道螺旋桨组件包括升力涵道螺旋桨4、倾转涵道2以及倾转涵道螺旋桨3，所述升力涵道螺旋桨4包括两副共轴反转的螺旋桨，所述倾转涵道2设置在所述机身1左右两侧，且左右两侧的所述倾转涵道2采用同步倾转的方式倾转过渡，用于提供飞行动力，所述倾转涵道螺旋桨3是三叶螺旋桨，所述倾转杆11与所述倾转涵道螺
旋桨3固定连接，并且与所述倾转涵道2固定连接，所述机身1的轴线中后段设置有尾涵道，所述尾涵道内壁支撑并嵌有双十字支撑架12，所述双十字支撑架12上设置有传动系统13，所述传动系统13与所述升力涵道螺旋桨4连接，用于提供垂直起降的升力，具体的，所述传动系统13包括电机15，所述电机15的输出端设置有转轴16，所述转轴16上设置有定轴17，所述定轴17与所述升力涵道螺旋桨4连接。
27.本实施例中，所述机翼5固定于所述机身1的中段且关于所述机身1的中轴线对称，所述机翼5的后缘还铰接有一对面积相同的且关于所述机身1对称的副翼6，所述机翼5为平直中单翼且无上反角，翼展为4.313米，所述机翼5与所述机身1的平行线之间的角度为3.5
°
，即机翼安装角为3.5
°
。
28.具体的，本实用新型提供的无人机在飞行时，具有多种飞行状态：垂直起降过程，悬停，前飞及倾转过渡状态。
29.无人机处于直升机模式时，无人机垂直起降过程：机翼5前方的两个倾转涵道2及倾转涵道螺旋桨3垂直向上，两个倾转涵道2内的倾转涵道螺旋桨3以相反方向转动，为无人机提供向上的升力，尾涵道内的共轴反转的螺旋桨也开始转动使无人机起飞；在此状态下，由两个倾转涵道2和水平的机翼5上的副翼6控制飞机的滚转；悬停过程：当无人机的各翼面与舵面产生的升力与无人机重量相等且控制好无人机的俯仰与偏航时，倾转机构14也使倾转涵道2保持水平状态，无人机处于悬停状态。
30.无人机处于直升机模式向固定翼模式转换时，无人机由悬停状态转变为前飞状态，此时先经历倾转过渡态：倾转机构14控制倾转涵道2绕倾转杆11向前倾转一定的角度，角度可根据实际情况改变，倾转涵道2能产生一定的升力使之平衡无人机部分的重量，尾涵道此时也处于打开状态为无人机提供向前的拉力和向上的升力，无人机保持平衡的同时得以加速，在此状态下，由两个倾转涵道2和水平的机翼5上的副翼6控制飞机的滚转，由尾翼上的舵面控制偏航与俯仰。
31.无人机处于固定翼模式时，无人机刚完成飞行模式的转换，机翼5前方的倾转涵道2及倾转涵道螺旋桨3在倾转机构14的控制下由垂直向上转换为水平向前，倾转涵道2提供前飞时的推力，尾涵道在前飞状态时处于关闭状态，水平的机翼5上的副翼6控制无人机滚转和偏航，水平尾翼7上的升降舵9的舵面控制无人机俯仰。
32.本实用新型采用固定的机翼5与独立的涵道螺旋桨组件设计使得该无人机具备了垂直起降与悬停的能力，又具备了高/低速前飞的能力，同时获得了固定翼无人机与直升机的特点。
33.本实用新型采用外连接倾转涵道2和倾转涵道螺旋桨3与机身1内置升力涵道螺旋桨4的结构方式，使得无人机噪音低，安全性高，且气动效率有所提高。
34.在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
35.以上所述仅为本实用新型的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本实用新型目的的技术方案都属于本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种倾转涵道垂直起降无人机，其特征在于：包括机身(1)、机翼(5)、尾翼和涵道螺旋桨组件，所述机身(1)主体内还设置有倾转机构(14)，所述倾转机构(14)包括倾转杆(11)，所述涵道螺旋桨组件包括升力涵道螺旋桨(4)、倾转涵道(2)以及倾转涵道螺旋桨(3)，所述升力涵道螺旋桨(4)包括两副共轴反转的螺旋桨，所述倾转涵道(2)设置在所述机身(1)左右两侧，且左右两侧的所述倾转涵道(2)采用同步倾转的方式倾转过渡，所述倾转杆(11)与所述倾转涵道螺旋桨(3)固定连接，所述机身(1)的轴线中后段设置有尾涵道，所述尾涵道内壁支撑并嵌有双十字支撑架(12)，所述双十字支撑架(12)上设置有传动系统(13)，所述传动系统(13)与所述升力涵道螺旋桨(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种倾转涵道垂直起降无人机，其特征在于：所述机翼(5)固定于所述机身(1)的中段且关于所述机身(1)的中轴线对称，所述机翼(5)的后缘还铰接有一对面积相同的且关于所述机身(1)对称的副翼(6)，所述尾翼包括固定于所述机身(1)尾部的水平尾翼(7)和垂直所述机身(1)的垂直尾翼(8)。3.根据权利要求2所述的一种倾转涵道垂直起降无人机，其特征在于：所述机翼(5)为平直中单翼且无上反角，翼展为4.313米，所述机翼(5)与所述机身的平行线之间的角度为3.5
°
，即机翼安装角为3.5
°
。4.根据权利要求2所述的一种倾转涵道垂直起降无人机，其特征在于：所述水平尾翼(7)关于所述机身(1)对称，且所述水平尾翼(7)铰接有升降舵(9)。5.根据权利要求2所述的一种倾转涵道垂直起降无人机，其特征在于：所述垂直尾翼(8)平行于所述机身(1)的法线方向，且所述垂直尾翼(8)铰接有方向舵(10)。6.根据权利要求1所述的一种倾转涵道垂直起降无人机，其特征在于：所述传动系统(13)包括电机(15)，所述电机(15)的输出端设置有转轴(16)，所述转轴(16)上设置有定轴(17)，所述定轴(17)与所述升力涵道螺旋桨(4)连接。

技术总结
本实用新型公开了一种倾转涵道垂直起降无人机，包括机身、机翼、尾翼和涵道螺旋桨组件，机身主体内还设置有倾转机构，倾转机构包括倾转杆，涵道螺旋桨组件包括升力涵道螺旋桨、倾转涵道以及倾转涵道螺旋桨，升力涵道螺旋桨包括两副共轴反转的螺旋桨，倾转涵道设置在机身左右两侧，且左右两侧的倾转涵道采用同步倾转的方式倾转过渡，倾转杆与倾转涵道螺旋桨固定连接，机身的轴线中后段设置有尾涵道，尾涵道内壁支撑并嵌有双十字支撑架，双十字支撑架上设置有传动系统，传动系统与升力涵道螺旋桨连接，本实用新型采用外连接倾转涵道和倾转涵道螺旋桨与机身内置升力涵道螺旋桨的结构方式，使得无人机噪音低，安全性高，且气动效率有所提高。率有所提高。率有所提高。


技术研发人员：曾楚京 俞志明 陈炜锋 宁慧子
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/26