[发明专利]一种垂直起降无人机及其控制方法

说明书

一种垂直起降无人机及其控制方法，无人机包括翼身融合体机身、动力系统及起落架，动力系统包括涡扇发动机和升力风扇发动机；翼身融合体机身采用沿俯视平面的纵轴和横轴均对称的结构；两台涡扇发动机对称外接在翼身融合体机身左右两侧，涡扇发动机通过倾转传动机构与翼身融合体机身相连；两台升力风扇发动机对称埋设在翼身融合体机身前后两端。控制方法包括五个阶段，阶段一：垂直起飞→空中悬停；阶段二：空中悬停→平飞；阶段三：平飞；阶段四：平飞→空中悬停；阶段五：空中悬停→垂直降落。无人机垂直起降时，由四台发动机提供升力及辅助平衡，飞行器控制难度低且机身内部空间大，解决了现有垂直起降无人飞行器的控制困难与载重量小的问题。

技术领域

本发明属于航空飞行器技术领域，特别是涉及一种垂直起降无人机及其控制方法。

背景技术

近年来，无人机技术得到飞速发展，在民用方面，无人机在航拍、运输、巡检、植保等领域有着极大的应用价值；在军用方面，无人机可用于运输、加油、侦察、打击等作战任务。

垂直起降无人机作为一类特殊的无人机，能以零速度起飞并着陆，无需开辟专门的起降跑道，与常规无人机相比，垂直起降无人机不但具有起降方式灵活、发射回收方便、机动性好等优点，同时也具备常规无人机的一般功能。因此，研发新型垂直起降无人机，对于赢得未来战场的主动权具有较高的实用价值。

目前，垂直起降技术主要有三种，第一种是倾转旋翼，通过倾转发动机和旋翼实现垂直起降和平飞的转换，但倾转旋翼机的悬停能力、低速能力及经济性还远不如同档次直升机，倾转旋翼机的前飞能力又远不如同档次固定翼飞机，尽管如此，倾转旋翼机的存在却填补了两者之间的空白，给航空界带来了新的思路；第二种是复合式布局，既具有旋翼无人机可垂直起降、空中悬停的功能，又具备常规无人机出色的巡航功能，二者合二为一地体现在同一架无人机身上，使用中不但具有便捷性和灵活性，而且平飞速度、续航力、升限、巡航性能、航程等项技术指标均优于旋翼无人机，但其载重量很有限，只适用于中小型无人机；第三种是倾转发动机喷口或搭配升力风扇实现垂直起降，通过倾转发动机喷口，将其推力从平行方向引向其它方向，推力矢量技术除了可以提供垂直起降或短距起降能力外，还能在空战中为飞机提供额外的机动力，但其对控制系统要求较高，不仅控制硬件众多，控制软件也非常复杂。因此，有必要设计一种全新的垂直起降飞行器，用以解决现有技术存在的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种垂直起降无人机及其控制方法，在无人机垂直起降时，由升力风扇发动机和可倾转的涡扇发动机提供升力及辅助平衡，并且在飞行过程中控制飞机姿态，同时通过对飞机结构和气动布局的设计，降低飞行器的控制难度，增大飞行器的内部空间，有效解决现有垂直起降无人飞行器的控制困难与载重量小的问题，具有飞行灵活平稳、适用范围广、载重量大的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种垂直起降无人机，包括翼身融合体机身、动力系统及起落架；所述翼身融合体机身采用沿俯视平面的纵轴和横轴均对称的结构，且翼身融合体机身的横向翼展大于纵向总长；所述动力系统包括涡扇发动机和升力风扇发动机；所述涡扇发动机数量为两台，两台涡扇发动机对称外接在翼身融合体机身的左右两侧，涡扇发动机通过倾转传动机构与翼身融合体机身相连，涡扇发动机借助倾转传动机构可进行360°倾转调姿；所述涡扇发动机进行倾转调姿时，左右两台涡扇发动机的推力方向相同且平行于翼身融合体机身的纵向对称面；所述升力风扇发动机数量为两台，两台升力风扇发动机对称埋设在翼身融合体机身的前后两端，升力风扇发动机的几何中心位于翼身融合体机身的纵向对称面内，且升力风扇发动机的几何中心与翼身融合体机身的几何中心的间距大于翼身融合体机身的纵向总长的75％；所述起落架数量为四支，在所述翼身融合体机身的左右翼根处各设置有一支起落架，且左右两支起落架相对于翼身融合体机身的几何中心左右对称分布；在所述翼身融合体机身的前端点与无人机前方的升力风扇发动机之间、在翼身融合体机身的后端点与无人机后方的升力风扇发动机之间各设置有一支起落架，且前后两支起落架相对于翼身融合体机身的几何中心前后对称分布。

一种垂直起降无人机的控制方法，包括五个阶段，具体如下：