[发明专利]一种新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机

说明书

本发明公开了一种新型尾座式轴对称多螺旋桨垂直起降无人机。方案中包括：机身组件，头罩，尾罩组件，动力螺旋桨组件，对称机翼组件。其特点是，四个机翼相对于机身呈十字对称布局，其四个机翼上分别包含一个动力螺旋桨组件，在其机翼的下部使用带有减震装置的起落架；另外头罩尾罩组件位于机身两端用于减少巡航平飞过程的空气阻力。该无人机在垂直起降或者悬停阶段通过对四个螺旋桨推力的差动控制来保证其姿态稳定，在水平飞行时，通过后缘襟翼和副翼来控制无人机滚转，偏航等机动动作；本发明特别适合应用于舰载无人机，电力线巡检等领域或对机动性要求较高，速度较快，安全性较高的场合。

技术领域

本发明涉及航空技术领域，特别是涉及一种尾座式垂直起降无人机。

背景技术

目前国内主流的无人机包含两大类，一类靠螺旋桨直接提供升力的旋翼机，另一类靠机翼产生升力的固定翼机。这两类无人机各有其优缺点，旋翼机最大的优点是可以实现垂直起降，空中悬停等操作，其缺点为巡航速度较低，能量效率低，巡航时间短等；固定翼无人机具有速度快，巡航时间长，能量效率高的优点，但其无法实现垂直起降并且依赖一定距离的飞行跑道，无法悬停；因此近年来有学者将固定翼无人机飞行效率高和旋翼机可实现垂直起降和悬停的优点结合一起设计出很多类型新颖的垂直起降无人机。例如申请号为CN201510492472.8所述方案，当无人机起飞或者需要空中悬停时，机身下部的可收放多旋翼组件展开，来提供垂直起降与悬停能力；在无人机巡航时多旋翼组件收入机身内部，靠尾部动力机构来提供无人机向前飞行所需的推力，这种方案仅是实现固定翼无人机与旋翼无人机的简单组合，该方案的无人机悬停时其尾部的推力发动机变为多余的组件，增加悬停时的额外负重，在水平飞行时，收入舱内的固定翼组件则变为多余组件，同样增加了平飞时的额外负重，均不能够充分发挥无人机各个组件的功能。再如申请号为201710178417.0的倾转旋翼无人机，在起飞与悬停时旋翼平面垂直于飞行器重力方向，在水平飞行时，旋翼平面与大地水平面垂直，这类无人机在飞行姿态切换的过程中需要变化自身结构，对于结构发生变化的系统在进行控制律设计时更为复杂，另外可变的旋翼结构同样会影响其平飞时的空气动力性能，增加额外的空气阻力。

另外，常规的垂直起降固定翼无人机在悬停与水平飞行时有效操作机构是彼此独立的，当该类型无人机出现异常状况，例如在平飞时出现某一个控制舵面失效，无人机就需要被迫降落无法继续执行任务，因此其容错性较低；其次，该类型无人机仅关于通过机身的竖直平面对称，在平飞时有上下左右之分，并且难以实现高机动性和复杂的机动动作，因此如何实现高机动性和复杂的机动动作成为无人机广泛应用的关键。本发明轴对称结构的机翼解决方案，实现了无人机的高机动性和复杂的机动动作并且增强其容错性。

发明内容

本发明旨在解决现有垂直起降无人机其结构布局在水平飞行时气动阻力较大，巡航速度较低，机动灵活性与安全性无法满足特殊场合需求的缺陷，例如在舰载无人侦察机中需要一款安全性高，机动性强，巡航速度高可垂直起降的无人机。

为了实现上述目的，本发明采用一种十字轴对称结构的机翼气动布局来提高其机动灵活性，采用流线型机身来降低水平飞行时的空气阻力，采用四个对称分布的动力螺旋桨来实现垂直起降和提供平飞的前进动力，方案中包括机身组件，头罩，尾罩组件，动力螺旋桨组件，对称机翼组件，这里对称有两层含义，其一为机翼相对机身的安装位置为对称方式安装，其二为机翼所用翼型为对称翼型。

进一步的，所述无人机在垂直起降和空中悬停阶段，由四个类似四旋翼的螺旋桨提供静态推力，保持无人机的稳定；在由悬停飞行状态转为巡航平飞的过程直接通过机身的倾转来实现，轴对称的气动布局设计使其能够向任意方向倾转实现巡航平飞；在巡航平飞过程中由四个螺旋桨提供前飞动力。

所述机身组件，采用圆柱形结构，对机身内部可有效增加载荷仓容积，对于机身外部，可降低气动阻力，并在其外侧对称布置四个机翼安装座，机身是无人机主要承力及载荷部件，另外机身组件还起到连接机翼组件，头罩，尾罩组件的作用。