[发明专利]一种复合式垂直起降长航时无人机

说明书

一种复合式垂直起降长航时无人机，包括机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、共轴双旋翼、涡轴发动机、离合器、重油发动机和螺旋桨。该无人机具有垂直起降和巡航飞行两种模态。在垂直起降模态，涡轴发动机通过离合器驱动共轴双旋翼转动，由共轴双旋翼产生升力，并进行飞行操纵，重油发动机不工作。在巡航飞行状态，涡轴发动机停止工作，离合器断开，共轴双旋翼桨盘向后倾斜，进入自转状态以减小飞行阻力。此时旋翼产生的升力较小，主要依靠机翼产生的升力。本发明具有垂直起降和悬停作业能力，在巡航前飞状态可实现长航时飞行。

技术领域

本发明涉及一种复合式垂直起降长航时无人机，属于垂直起降飞行器领域。

背景技术

常规直升机虽然具有垂直起降能力，但气动效率低，小时耗油率高，难以实现长航时飞行。常规固定翼飞行器通过采用较大展弦比的机翼，可以实现远高于直升机的气动效率，但常规固定翼飞行器不具备垂直起降能力。倾转旋翼飞行器具有垂直起降和高度前飞能力，但倾转旋翼飞行器为了避免高速飞行时发生结构动力学问题，一般采用展弦比较小的机翼以保证机翼刚度。这导致倾转旋翼飞行器气动效率不高，不能实现长航时飞行。倾转旋翼飞行器为了实现模态转换，还需要设计较复杂的倾转机构，增大了技术难度和复杂性。

采用单一动力系统难以同时兼顾垂直起降和长航时飞行的要求。垂直起降阶段需用功率较大，而巡航平飞状态则需要尽量减小需用功率以提高航时，巡航平飞状态的需用功率是垂直起降阶段的几分之一。动力系统既需要在垂直起降阶段输出大功率，又需要在巡航平飞小功率工作状态维持较低的耗油率。采用涡轴发动机、活塞发动机等单一动力系统难以同时满足这些要求。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提出了一种复合式垂直起降长航时无人机，具有垂直起降和悬停作业能力，且飞行航时明显高于常规直升机。

本发明采用的技术方案：

一种复合式垂直起降长航时无人机，包括：机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼、共轴双旋翼、涡轴发动机、离合器、重油发动机以及螺旋桨；

机翼设置在机身两侧，水平尾翼和垂直尾翼设置在机身尾部；涡轴发动机、离合器和重油发动机设置在机身内，共轴双旋翼位于机身背部，螺旋桨位于机身尾部；涡轴发动机通过离合器驱动共轴双旋翼转动，由共轴双旋翼产生升力，重油发动机驱动螺旋桨产生推力。

无人机具有垂直起降和巡航飞行两种模态。

在垂直起降模态，涡轴发动机通过离合器驱动共轴双旋翼转动，由共轴双旋翼产生升力，并进行飞行操纵，重油发动机不工作。

在巡航飞行状态，离合器断开，涡轴发动机停止工作，共轴双旋翼桨盘向后倾斜，进入自转状态以减小飞行阻力，此时依靠机翼产生升力，重油发动机驱动螺旋桨产生推力，克服飞行阻力。

共轴双旋翼与机身背部连接位置为无人机质心。

共轴双旋翼处于自转状态时，桨盘向后倾斜的角度不大于5°。共轴双旋翼处于自转状态时，升阻比不低于10。机翼展弦比不小于10。机翼的升阻比不小于20。重油发动机的单位耗油率不高于0.3kg/kW/h。

本发明与现有技术相比的优点如下：

(1)本发明提出的无人机，具有垂直起降和巡航前飞两种飞行模态，既具有类似直升机的垂直起降、悬停作业能力，又具有类似固定翼飞行器气动效率高的优点。

(2)本发明提出的无人机，巡航飞行状态时，气动效率明显高于常规直升机，有利于降低燃油消耗，能够实现长航时飞行。

(3)本发明采用的涡轴发动机仅用于需用功率较大的垂直起降状态，可充分发挥涡轴发动机攻重比高的优势，巡航前飞状态死重较少，也避免了涡轴发动机耗油率高的缺点。