[发明专利]一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机

权利要求书

1.一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于通过在无人机机腹布置纳仿生吸附干胶（501），实现无人机在壁面上的吸附，该无人机包括两侧主机翼（1）、矢量动力系统（2）、气动舵面（3）、垂尾（4）、吸附-脱离系统（5）与机腹设备舱（6）；

机腹内部设计有机腹设备舱（6），所述机腹两侧连接所述主机翼（1），两侧所述主机翼（1）前端的安装座上均对称安装有矢量动力系统（2），两侧所述主机翼（1）后端均通过铰链对称安装有气动舵面（3），在机腹末端两侧对称布置垂尾（4），所述吸附-脱离系统（5）安装于机腹中上侧；

所述吸附-脱离系统（5）包括仿生吸附干胶（501）与脱离伺服机构（502）；其中，所述仿生吸附干胶（501）在机腹外侧沿主机翼（1）前后方向铺设，用于吸附壁面；机腹两侧对称安装有两套所述脱离伺服机构（502），用于实现所述仿生吸附干胶（501）与壁面的脱离；所述脱离伺服机构（502）包括脱壁伺服舵机（502a）、脱壁凸轮（502b）和脱壁摇臂（502c）；其中，脱壁伺服舵机（502a）固定在机腹设备舱（6）内；每个脱壁伺服舵机（502a）的输出轴上固定安装脱壁凸轮（502b），所述脱壁凸轮（502b）与所述脱壁摇臂（502c）末端外侧固定，脱壁凸轮（502b）与脱壁摇臂（502c）可从机腹设备舱（6）两侧预留的空隙中伸出与壁面接触。

2.根据权利要求1所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于，所述机腹设备舱（6）尺寸为18cm*7cm*10cm，外部布置仿生吸附干胶（501）。

3.根据权利要求1所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于，所述主机翼（1）设有上反角。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于，

所述矢量动力系统（2）采用微型螺旋桨（202），通过不同的矢量偏角配平，使姿态位置解耦，实现无人机的任意姿态悬停；

所述微型固定翼无人机悬停状态的纵向平衡方程如下式所示：

其中，F为矢量动力系统产生的拉力，接近无人机重力；q为无人机悬停状态的姿态角，接近0°；为矢量动力系统轴线和无人机机体轴线之间的角度，与无人机机体轴线平行为0，倾转机构前倾即下偏为负，后仰即抬头为正；m为飞机质量；L为矢量动力系统支架所在直线与重心之间的距离；为舵面俯仰力矩导数，为舵面X方向力的导数，两个气动导数由飞机固有的设计决定；为舵面偏角，限制在30°以内。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于，所述主机翼（1）采用梯形机翼，所述机腹设备舱（6）内安装舵机、控制系统、通信系统以及电池。

6.根据权利要求1-3任一项所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于，所述矢量动力系统（2）与主机翼（1）一体化设计，所述矢量动力系统（2）采用一对微型无刷电机带动的矢量动力微型螺旋桨202。

7.根据权利要求1-3任一项所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于，所述机腹设备舱（6）内部用于设置侦察设备任务载荷。

8.根据权利要求1-3任一项所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机，其特征在于，所述脱壁凸轮（502b）半径为0.3cm，所述脱壁摇臂（502c）长度为2cm，脱离时所述脱壁凸轮（502b）和脱壁摇臂（502c）前端对墙壁的最大推力分别达61.5N和24N。

9.权利要求1-6任一项所述的一种机腹吸附壁面的微型固定翼无人机的吸附壁面方法，其特征在于，步骤如下：

经过长距离高速平飞至预定目标壁面附近，控制无人机切换为垂直飞行模式，接着控制无人机缓缓贴近墙壁，使仿生吸附干胶（501）与垂直壁面贴合，完成在壁面上的吸附任务，在无人机处于吸附状态下，通过控制脱壁伺服舵机（502a），首先带动脱壁凸轮（502b）转动，较短的力臂对壁面施加较大的推力，受到壁面施加的反作用力；接着带动脱壁摇臂（502c）转动，由脱壁摇臂（502c）前端向壁面施加推力，脱壁摇臂（502c）相对较长，可实现较大距离的移动，使所述仿生吸附干胶（501）脱离壁面。