[发明专利]双尾撑式共轴倾转旋翼无人机及其控制方法

说明书

本发明公开了一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，属于飞行器领域。该无人机包括旋翼、桨毂、机翼、机身、尾撑、尾翼和旋翼轴，所述的桨毂通过旋翼轴安装在机身的头部，所述的旋翼安装于桨毂上；旋翼为共轴式的上下旋翼，上下旋翼分别有若干片桨叶，且上旋翼与下旋翼的旋转方向相反；两侧机翼与机身固联，机翼上有副翼；尾翼为H型布局，包括垂尾和平尾，两片垂尾通过尾撑固定于机翼主梁上，且尾撑与机翼主梁之间具有转动自由度，使旋翼轴与尾撑之间的夹角变化范围为0～90°；平尾水平安装于两片垂尾之间，且垂尾上安装方向舵用于航向操纵，平尾上安装升降舵用于俯仰操纵。该无人机具有结构重量轻、成本低、环境适应性强、高速性能好且巡航时间长的特点。

技术领域

本发明属于飞行器领域，特别涉及一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机。

背景技术

倾转旋翼机是一类组合直升机与固定翼飞机的复合型飞行器，它兼备直升机和固定翼飞机的优点，近年来受到越来越广泛的关注。直升机具有悬停和垂直起降的功能，对机场的依赖性和要求很低，灵活性较高，在军民两方面有极其广泛的应用价值，但直升机存在旋翼前行桨叶激波失速和后行桨叶气流分离的问题，这就限制了直升机最大前飞速度的提高；而固定翼飞机能达到跨音速甚至超音速，但是飞机对机场的依赖性较强，机场的建设和维护成本较高，因此组合直升机和固定翼飞行器的复合型飞行器成为研究的一大热点。其中最典型的复合型飞行器是倾转旋翼机，倾转旋翼机的螺旋桨既能作为直升机模式时的旋翼产生升力，又能作为飞机的螺旋桨产生推力来提高飞行速度。

倾转旋翼机具有直升机垂直起飞和悬停性能，同时还具备固定翼飞行器的高速巡航性能。世界上第一款成熟的倾转旋翼机是鱼鹰(V-22)，V-22是一款横列式的倾转旋翼，但横列式的倾转旋翼机迎风面积较大，废阻功率较大；其次V-22的横向尺寸较大，需要占据较大的空间；再次，旋翼在直升机模式下与机翼产生较强的气动干扰，影响整架飞行器的气动性能；V-22的整机的结构重量太重，严重的限制了其飞行性能；最后，V-22的整机成本太高，灵活性与适应性受到限制。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，结合共轴倾转双旋翼及固定翼等技术，提出了一种双尾撑式共轴倾转旋翼无人机。与传统共轴倾转旋翼机相比，该无人机具有结构重量轻、成本低、环境适应性强、高速性能好且巡航时间长的特点。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

双尾撑式共轴倾转旋翼无人机，其包括旋翼、桨毂、机翼、机身、尾撑、尾翼和旋翼轴，所述的桨毂通过旋翼轴安装在机身的头部，所述的旋翼安装于桨毂上；旋翼为共轴式的上下旋翼，上下旋翼分别有若干片桨叶，且上旋翼与下旋翼的旋转方向相反；两侧机翼与机身固联，机翼上有副翼；尾翼为H型布局，包括垂尾和平尾，两片垂尾通过尾撑固定于机翼主梁上，且尾撑与机翼主梁之间具有转动自由度，使旋翼轴与尾撑之间的夹角变化范围为0～90°；平尾水平安装于两片垂尾之间，且垂尾上安装方向舵用于航向操纵，平尾上安装升降舵用于俯仰操纵。

该无人机具有两种工作模式：直升机模式和飞机模式：直升机模式时，共轴双旋翼在无人机的上方，产生升力；飞机模式时，共轴双旋翼在整机的前方，产生拉力，此时机翼产生所需升力。机身、旋翼以及机翼可绕机翼主梁在0～90°范围内倾转，从而实现飞机模式与直升机模式的转换。

作为优选，所述的上下旋翼上的桨叶数量均为3片。

作为优选，所述的旋翼中，桨叶翼型采用Clark-Y翼型，桨叶的安装角根部比尖部大4°。

作为优选，所述的上下旋翼的旋转方向为：从机头往后看，上旋翼逆时针旋转，下旋翼顺时针旋转。

作为优选，所述的机身采用梭形设计，上下左右均对称。

作为优选，所述的机翼为梯形机翼，前缘后掠角为15°，后缘与机身垂直，机翼翼型为NACA64A010。

作为优选，所述的尾撑前设有整流罩。