一种垂直起降无人飞行器的制作方法

本发明涉及一种垂直起降无人飞行器，属于航空科学技术领域。

背景技术：

无人飞行器按功能一般可以分为固定翼无人飞行器和旋翼无人飞行器。固定翼无人飞行器具有巡航时间长、巡航距离远、气动性能优良、抗风性好等优点，但固定翼无人机也有先天的局限性：需要较长的起飞和降落跑道，就算是采用弹射起飞、伞降的方式也需要一段较大的操作空间，上述缺点极大的限制了固定翼无人飞行器的使用范围。旋翼无人飞行器通过旋翼来产生平衡重力和飞行操作的力和力矩，旋翼无人飞行器最大的优点是可以垂直起飞和降落、空中悬停、或向任意方向飞行，因此旋翼无人飞行器不需要提供专门的起降跑道，具有更多应用，但旋翼无人飞行器的缺点也很明显：飞行时间短、续航里程近、抗风性不好。

从飞行器诞生之日起，人们一直在努力尝试制作同时具有固定翼飞行器和旋翼飞行器优点的飞行器，如美国的鱼鹰倾转旋翼机，通过改变横向布置的两个螺旋桨的垂直状态至水平状态来实现垂直起飞和水平前飞，但在运动中将垂直旋转的螺旋桨逐渐旋转至水平状态，极大的增加了控制难度和飞机失事风险，历经近30年的完善，直至今日鱼鹰倾转旋翼机还不时失事。除了倾转旋翼机，美国的XFV-1飞机通过尾座支撑机头朝上垂直起飞，然后通过常规舵面的联合作用将飞机由垂直状态逐渐转至水平飞行状态，由于垂直起飞时要求发动机推力巨大而使发动机的“死重”过大，飞机效率很低，而且常规的固定翼飞行器的舵面产生的操作力矩有限，飞机的控制性能很差，且抗风能力严重不足，失事率太高。随着近年来多旋翼无人飞行器的兴起，成都纵横公司将常规的固定翼无人飞行器和四旋翼组合成复合无人飞行器，使用电动四旋翼来垂直起降，使用固定翼的发动机和舵面进行平飞，由于垂直起飞和降落时完全由四旋翼来平衡重力和提供操作力矩，因此四旋翼和需要的电池占整机很大一部分重量，在平飞时完全没用，因此，飞行器的“死重”过大，整个飞机的重量只能在几十公斤的量级，无法做大，且低速时固定翼状态发动机的反扭力矩不好平衡，另外，飞机进入平飞状态后不再供给电流的四个旋翼迎风部分产生的扰动增加了固定翼状态的控制难度。

技术实现要素：

为克服上述技术不足，本发明的目的是提供一种具有垂直起降能力、长航程、易于控制的垂直起降无人飞行器。

本发明的一种垂直起降无人飞行器，包括机体、机翼、发动机、发动机螺旋桨、副翼、平尾、垂尾、连接在垂尾(或机翼或平尾)上的四个起降支架、连接在机身(或机翼或平尾或垂尾)上的多个连接臂、连接在连接臂上的多个电机、连接在多个电机上的多个旋翼。

所述的连接在垂尾(或机翼或平尾)上的四个起降支架用于飞行器起飞和着陆时支撑飞行器。飞行器在起飞时，飞行器在发动机连接发动机螺旋桨旋转产生垂直向上的升力和电机带动旋翼旋转产生垂直向上的升力的联合作用下垂直起飞，连接在连接臂上的多个电机带动旋翼提供垂直向上的升力和飞行器俯仰、滚转和偏航三个自由度上的操作力矩；在飞行器由垂直起飞状态进入平飞状态过程中，机翼产生升力，副翼、平尾和垂尾上的气动力产生的力矩联合多个电机驱动旋翼产生的的气动力产生的力矩联合控制飞行器的俯仰、滚转和偏航三个自由度姿态将飞行器逐渐由垂直状态控制进入水平飞行状态；随着飞行器水平飞行速度的逐渐增加，电机驱动旋翼的转速逐渐减小直至停止，此后飞行器进入固定翼飞行状态，发动机带动发动机螺旋桨提供推力，机翼、副翼、平尾和垂尾联合提供操作飞行器的力和力矩； 当飞行器降落时，电机驱动旋翼旋转的气动力产生的力矩和副翼、平尾和垂尾上的气动力产生的力矩联合控制飞行器的俯仰、滚转和偏航三个自由度上的姿态，将飞行器由水平飞行状态向垂直降落状态转变，此时发动机连接发动机螺旋桨旋转产生的升力和电机带动旋翼旋转产生的升力联合提供克服飞行器重力的升力；当飞行器进入垂直降落状态，发动机连接发动机螺旋桨旋转产生垂直向上的升力和电机带动旋翼旋转产生垂直向上的升力的联合作用下垂直降落，连接在连接臂上的多个电机带动旋翼提供垂直向上的升力和飞行器俯仰、滚转和偏航三个自由度上的操作力矩。

所述的飞行器发动机可以是一个带动一个发动机螺旋桨，也可以是一个发动机(或两个发动机)带动两个旋转方向相反的发动机螺旋桨组成共轴系统，也可以是两个发动机带动两个旋转方向相反的发动机螺旋桨水平分布在机体两侧。

所述的连接在机身(或机翼或平尾或垂尾)上的多个连接臂可以是3个、4个、6个或8个。

所述的发动机由油来提供动力，所述的电机由电池或发电机提供动力。

所述的连接在连接臂上的多个电机和连接在多个电机上的多个旋翼可以组成四旋翼、六旋翼或八旋翼，每个旋翼和相邻的另一个旋翼旋转方向相反，每个旋翼的旋转轴倾斜一个大于等于0度小于90度的角度以提供平衡发动机螺旋桨旋转产生的反扭力矩的操作力矩；所述的旋翼在飞行器进入平飞状态后自动向后折叠，减小飞行阻力。

所述的连接在连接臂上的多个电机和连接在多个电机上的多个旋翼可以组成三臂共轴六旋翼、四臂共轴八旋翼、六臂共轴十二旋翼或八臂共轴十六旋翼，每个臂上的两个电机旋转轴同轴，每个连接臂上的两个电机驱动的旋翼旋转方向相反，每个旋翼和相邻的另一个旋翼旋转方向相反，每个旋翼的旋转轴倾斜一个大于等于0度小于90度的角度以提供平衡发动机螺旋桨旋转产生的反扭力矩的操作力矩；所述的旋翼在飞行器进入平飞状态后自动向后折叠，减小飞行阻力。

本发明提供的一种垂直起降无人飞行器既能像旋翼飞行器一样垂直起降，又能像固定翼飞行器一样高速飞行，还可以保持固定翼飞行器巡航时间长、巡航距离远、气动性能优良、抗风性好等优点，还能够大载重和大起飞重量飞行。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2为旋翼折叠示意图；

图3是本发明实施例2的结构示意图；

图4是本发明实施例3的结构示意图；

图5是本发明实施例4的结构示意图；

图6是本发明实施例5的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的一种垂直起降无人飞行器，包括机体1、机翼2、发动机3、发动机螺旋桨4、副翼5、平尾6、垂尾7、连接在垂尾7和平尾6上的四个起降支架8、连接在机翼2上的4个连接臂9、连接在连接臂9上的4个电机10、连接在4个电机10上的4个旋翼11。

所述的连接在垂尾7和平尾6上的四个起降支架8用于飞行器起飞和着陆时支撑飞行器。飞行器在起飞时，发动机3连接发动机螺旋桨4旋转产生垂直向上的升力和电机10带动旋翼11旋转产生垂直向上的升力的联合作用下垂直起飞，连接在连接臂9上的多个电机10带动旋翼11提供垂直向上的升力和飞行器俯仰、滚转和偏航三个自由度上的操作力矩；在飞行器由垂直起飞状态进入平飞状态过程中，机翼2产生升力，副翼5、平尾6和垂尾7上的气动力产生的力矩联合多个电机10驱动旋翼11产生的气动力产生的力矩联合控制飞行器的俯仰、滚转和偏航三个自由度姿态将飞行器逐渐由垂直状态控制进入水平飞行状态；随着飞行器水平飞行速度的逐渐增加，电机10驱动旋翼11的转速逐渐减小直至停止，此后飞行器进入固定翼飞行状态，发动机3带动发动机螺旋桨4提供推力，机翼2、副翼5、平尾6和垂尾7联合提供操作飞行器的力和力矩；当飞行器降落时，电机10驱动旋翼11旋转的气动力产生的力矩和副翼5、平尾6和垂尾7上的气动力产生的力矩联合控制飞行器的俯仰、滚转和偏航三个自由度上的姿态，将飞行器由水平飞行状态向垂直降落状态转变，此时发动机3连接发动机螺旋桨4旋转产生的升力和电机10带动旋翼11旋转产生的升力的联合提供克服飞行器重力；当飞行器进入垂直降落状态，发动机3连接发动机螺旋桨4旋转产生垂直向上的升力和电机10带动旋翼11旋转产生垂直向上的升力的联合作用下垂直降落，连接在连接臂9上的多个电机10带动旋翼11提供垂直向上的升力和飞行器俯仰、滚转和偏航三个自由度上的操作力矩。

所述的飞行器发动机3是一个并带动一个发动机螺旋桨4。

所述的连接在机翼2上的连接臂9是四个。

所述的发动机3由油来提供动力，所述的电机10由电池或发电机提供动力。

所述的连接在连接臂9上的4个电机10和连接在4个电机上的4个旋翼11组成四旋翼，每个旋翼11和相邻的另一个旋翼11旋转方向相反，每个旋翼11的旋转轴倾斜一个大于等于0度小于90度的角度a以提供平衡发动机螺旋桨4旋转产生的反扭力矩的操作力矩，每个旋翼11的旋转轴和对角线旋翼11的旋转轴倾斜产生的操作力矩方向相同；所述的旋翼11在飞行器进入平飞状态后自动向后折叠，减小飞行阻力。

实施例2

如图3所示，本实施例的一种垂直起降无人飞行器，其工作原理与实施例1相同，区别在于所述的飞行器发动机3是一个发动机3带动两个旋转方向相反的发动机螺旋桨4组成共轴系统。

实施例3

如图4所示，本实施例的一种垂直起降无人飞行器，其工作原理与实施例1相同，区别在于所述的飞行器发动机3是两个发动机3带动两个旋转方向相反的发动机螺旋桨4水平分布在机体1两侧。

实施例4

如图5所示，本实施例的一种垂直起降无人飞行器，其工作原理与实施例1相同，区别在于所述的飞行器所述的连接在4个连接臂9上的8个电机和连接在8个电机10上的8个旋翼11组成四臂共轴八旋翼，每个连接臂9上的两个电机10旋转轴同轴，每个连接臂9上的两个电机10驱动的旋翼11旋转方向相反，每个旋翼11和相邻的另一个旋翼11旋转方向相反，每个旋翼11的旋转轴倾斜一个大于等于0度小于90度的角度a以提供平衡发动机螺旋桨4旋转产生的反扭力矩的操作力矩，每个旋翼11的旋转轴和对角线旋翼11的旋转轴倾斜 产生的操作力矩方向相同；所述的旋翼11在飞行器进入平飞状态后自动向后折叠，减小飞行阻力。

实施例5

如图6所示，本实施例的一种垂直起降无人飞行器，其工作原理与实施例1相同，区别在于所述的连接臂9是四个，其中两个连接臂9连接在机翼2上，另两个连接臂9连接在垂尾7上。所述的四个起降支架8中两个连接在机翼2上，另两个起降支架8连接在垂尾7上。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案和构思做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要保护的范围之内。