[发明专利]一种垂直起降飞行器及其飞行控制方法

权利要求书

1.一种垂直起降飞行器，其特征在于，包括：两个螺旋桨发动机，鸭翼，机翼，副翼，襟翼，机翼起落架，垂直安定面，方向舵和尾翼起落架；

所述两个螺旋桨发动机包括I号发动机和II号发动机，采用汽油活塞发动机配合螺旋使用，I号发动机固定在机身前端，II号发动机采用前后倒置形式固定安装于机身尾部，I号发动机螺旋桨采用拉力桨，II号发动机螺旋桨采用推力桨，II号发动机螺旋桨旋转方向与I号发动机旋转方向相反；在平飞状态当两发动机以同等功率工作时，扭矩相互抵消；

鸭翼在机身前端两侧对称布置，机翼在机身后端对称分布，分为A、B两段，靠近机身一侧的机翼后缘内外两端连接襟翼，机翼B段外端后缘连接副翼；

所述机翼起落架，对称分布在机翼两侧，与机翼固定连接；

垂直安定面采用后掠高垂尾形式，位于两个机翼连线的中轴线上，固定在机身上端；且在垂直安定面上通过转轴和轴端限定装置连接方向舵；在垂直安定面的尾端固定连接尾翼起落架。

2.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器，其特征在于，还包括机翼机轮和尾翼机轮；机翼机轮安装在机翼起落架末端；尾翼机轮安装在尾翼起落架末端。

3.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器，其特征在于，所述鸭翼与机身通过转轴和轴端限定装置连接。

4.如权利要求1所述的一种垂直起降飞行器，其特征在于，所述机翼A段后缘通过转轴和轴端限定装置连接襟翼，襟翼为2片简单偏转式襟翼；机翼B段外端后缘通过转轴和轴端限定装置连接副翼；机翼A段外端固定安装舵机，用于驱动机翼B段连同相连的副翼向机身上部翻折，进行折叠。

5.应用权利要求1所述的一种垂直起降飞行器的飞行控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

初始状态，飞行器的B段机翼折叠，且通过两个机翼机轮和尾翼机轮共同支撑，停放于地面；

同时启动两个舵机，打开折叠机翼；并先后启动两个螺旋桨发动机，分别产生拉力T1和T2，当T1+T2之和大于飞行器的重力G时飞行器竖直起飞；

对飞行器起飞上升过程中出现的滚转姿态，通过操纵襟副翼和鸭翼进行修正，对航向偏离和俯仰偏离，通过方向舵和发动机推力进行修正，使得飞行器保持竖直；

滚转姿态的修正具体为：

当拉力T1和T2相等时，扭矩互相抵消；即应调整T1和T2使其满足：T1·x1＝T2·x2；其中x1和x2分别为I号发动机和II号发动机相对重心的力臂距离；

当拉力T1和T2不相等时或者出现外界扰动时，飞行器出现滚转；当出现左滚转时，通过同时操纵机身左侧襟、副翼和鸭翼顺时针偏转，鉴于从机头看向机尾方向；右侧襟、副翼和鸭翼逆时针偏转，在螺旋桨高速气流吹拂下，将形成两侧机翼升力差和鸭翼升力差，进而产生滚转力矩，平衡由于发动机推力不一致产生的滚转力矩；同理当飞行器出现右滚时，同时操纵机身左侧襟、副翼和鸭翼逆时针偏转，右侧襟、副翼和鸭翼顺时针偏转，利用两侧机翼和鸭翼的升力差，产生的滚转力矩进行修正；

航向偏离的修正具体为：

当飞行器出现航向偏角γ时，使机身航向左偏，操纵方向舵右偏，此时由于螺旋桨气流高速后吹，在方向舵和垂直安定面上，将产生气动力R；此时重力联合气动力R将对飞行器产生一个航向修正力矩，进而修正外界扰动引起的航向倾斜；

同理，当机身航向右偏时，操纵方向舵左偏，利用重力联合气动力对航向修正力矩；

俯仰偏离的修改具体为：

当外界扰动使飞行器出现俯仰偏离Δθ，使飞机抬头，可调整拉力T1和T2，使力矩满足T1·x1T2·x2，此时飞机产生低头力矩可修正俯仰姿态偏离Δθ；

同理，当飞行器出现低头，可调整拉力T1和T2，使力矩满足T1·x1T2·x2，此时飞机产生抬头力矩可修正俯仰姿态偏离；

然后，飞行器由垂直起飞转换平飞状态进行巡航，通过鸭翼控制俯仰、副翼控制滚转，使用方向舵控制航向偏转；

最后，飞行器由平飞状态转换垂直悬停，当飞行器保持竖直后，逐渐减小拉力T1和T2，飞行器在重力作用下，将不断下降高度，最终完成从悬停状态到着陆。