[发明专利]一种复合式垂直起降飞行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直起降飞行器，尤其涉及一种复合式的垂直起降飞行器。

背景技术

S-72型复合式飞行器为西科斯基研制的“X翼”系统的复合式垂直起降试验机，该飞行器使用了“旋翼/机翼”技术（Rotor/Wing，RW）。“X翼”是作为“停转旋翼” （stopped rotor）系统的构思，四片桨叶的主旋翼能用于像常规直升机一样垂直飞行，一旦达到足够的前飞速率后就在半空中停止转动，作为像“X形状”的固定翼飞行。此外，“X翼”采用了环流控制旋翼（circulation control rotor，CCR），依靠CCR旋翼从旋翼桨叶叶片后缘吹出压缩空气，推动旋翼转动。

    波音公司研制的 X-50A“蜻蜓”无人机是一种复合式垂直起降试验机，这种复合式飞行器称之为鸭式旋翼/机翼（Canard Rotor/Wing，CRW）飞行器，X-50A“蜻蜓”设计有类似直升机的宽旋翼，它在起飞时就像普通直升机一样使用顶部旋翼，当飞机平飞时，旋翼被锁定在机身上，它就成为固定机翼，从而使飞机既具有直升机一样的垂直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机那样高速巡航飞行，这种设计不仅融合了两种不同种类飞机的飞行性能，提高了各自的飞行包线，而且还具有较低的信号特征值和很好的高速飞行生存性。X-50A “蜻蜓”无人机具有鸭式前翼和宽大的水平尾翼，机顶上有一字形的旋翼/机翼。在直升机模式状态下，旋翼/机翼在喷气翼尖的作用下旋转，产生升力。一字形的旋翼/机翼相当于双叶旋翼，可以用跷跷板铰链完成挥舞和领先-滞后动作，所以X-50A “蜻蜓”无人机对非对称升力的补偿还是常规的。X-50A “蜻蜓”无人机的动力装置是一台涡扇发动机，从压缩机引出高压气流，通过管路输送到旋翼/机翼的翼尖，驱动喷气翼尖。由于喷气翼尖不产生反扭力，X-50A“蜻蜓”无人机没有尾桨。达到一定的平飞速度后，鸭式前翼和水平尾翼产生足够的升力，旋翼/机翼锁住，作为固定的机翼，飞机转入固定翼状态。

X-50A“蜻蜓”采用宽弦刚性桨毂可锁定的两用旋翼/机翼（stopped rotor）。粗短宽厚的刚性旋转机翼从根本上解决了很多细长的柔性旋翼桨叶难以解决的问题，但是和常规直升机相比，这些飞机的悬停和非常规机动性能受到一定损失。CRW飞行器最主要的技术问题是来自于升力产生机制转换期间的飞行控制问题，容易造成控制交叉耦合；而且机身容易受到了严重的气流扰动，在两个方向的空速发生叠加而且机翼仍处于旋翼的旋转工作状态时，飞机会产生一个难以恢复的抬头力矩，可以直接导致飞机失控。事实上，所有在升力产生机制中转换的“旋翼/机翼”技术（Rotor/Wing， RW）都有这个机制转换期间的控制问题，机制转换动辄几十秒，快的也要 10 几秒，转换过快容易造成失控，同时机制转换也有速度和高度的限制，不是随时随地想转换就可以转换的。在战斗中，这个转换时间和高度、速度的要求给战术动作带来很大的困扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以更加平稳地转换升力产生机制的复合式垂直起降飞行器。

为解决上述的技术问题，本发明一种复合式的垂直起降飞行器包括机身、可以切换为旋翼状态或固定翼状态的旋翼/机翼、用于锁定旋翼/机翼的锁定装置、鸭式前翼、水平尾翼，鸭式前翼包括左前翼、右前翼，水平尾翼包括左尾翼、右尾翼；其中，该飞行器还包括姿态控制装置，姿态控制装置由调姿装置、调速器模块、飞行控制系统、电源模块组成；调姿装置由电机、与电机功率连接的螺旋桨组成；调速器模块用于分别调节各组调姿装置的电机的输出功率，调速器模块接受飞行控制系统的控制；电源模块用于提供电源；有4组调姿装置分别设置在左前翼、右前翼、左尾翼、右尾翼。飞行控制系统对调速器模块实施控制，调速器模块分别调节各组电机的输出功率，通过调节各组调姿装置所产生的推力的差异，实现对飞行器飞行姿态的控制；通过设置有独立于旋翼/机翼（Rotor/Wing，RW）的姿态控制装置，使升力产生机制转换期间的飞行控制更加稳定，独立于旋翼/机翼的姿态控制装置不会造成飞行控制交叉耦合的问题，使飞行器可以更加安全、平稳地转换到固定翼模式或直升机模式；而且以电机作为动力装置的姿态控制装置反应更加灵敏迅速而且更加易于操作，从而使飞行器的姿态控制更为稳定。