具有高配平升降舵的水平尾翼及货运无人机的制作方法

本发明涉及一种飞行器，尤其涉及一种具有高配平升降舵的水平尾翼及货运无人机。

背景技术：

目前在民用领域无人机主要应用在在航拍、农业、植保、自拍、货运、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域。

随着快递物流行业的蓬勃发展，无人机技术越来越多的被应用到快递物流行，但现有技术中的货运无人机的水平尾翼及其升降舵都是传统设计，水平尾翼后缘处左右各有一个升降舵面，传统的升降舵面的设计使飞机具有操控性好，飞机转弯角度大的优点，适用于大部分领域，但对于货运领域，由于其飞机的重量和飞行速度变化大，对无人机的舵面控制要求简单且稳定性高，而对于飞机的操控性要求较低，常规设计的升降舵已无法满足新型货运无人机的需要。

技术实现要素：

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本发明目的在于提供一种具有高配平升降舵的水平尾翼及配有水平尾翼的无人机。

具体技术方案包括：一种具有高配平升降舵的水平尾翼，该水平尾翼只有一个控制舵面，具体为：该水平尾翼包括翼板，翼板后侧设有用于安装升降舵的缺口，缺口内以可转动的方式安装有升降舵，所述升降舵为上表面弧度与下表面弧度相同的一体式结构，这样的设计将传统的左右两个升降舵合为一个升降舵，只留有一个控制舵面，简化了飞行控制系统，与现有技术的水平尾翼相比，配平能力更强。

一种优选的方案：该水平尾翼为后掠翼，后掠翼在一定程度上降低了相对空速,降低了激波,使波阻变小，主要适用于飞行速度比较快的货运无人机。该水平尾翼的翼型为NACA0015，且为对称翼型结构，该水平尾具体的参数为：根部弦长为L，展长为4L，1/4弦线后掠角的角度为16°，其中，1/4弦线为0.25L，所述的升降舵的展长为3.2L、宽度为0.23L～0.24L。所述水平尾翼的总面积为2.9L²，其中，所述的升降舵占水平尾翼总面积的24.3％～24.8％。上述的机翼尺寸及升降舵尺寸为该水平尾翼的黄金尺寸，根据流体力学数值计算，在此尺寸规格下，水平尾翼的配平性能达到最佳。该水平尾翼的翼梢的前缘形状为曲线形，通过验证，这种翼梢前缘形状能够减弱翼尖涡的影响，对升降舵气动效率影响较小。并且类椭圆分布水平尾翼翼载有利于结构强度设计。所述升降舵偏转角度的范围为-20°～20°，其中，升降舵下偏为正，上偏为负，这样的设计可以使得水平尾翼在满足高配平的前提下，还具有足够的操纵力，使其适用范围更广。

其中，L表示长度比例，L²相对的表示面积，由于不同大小的飞机水平尾翼的尺寸不同，但在相同的水平尾翼的型号下，水平尾翼各尺寸参数之间的比例相同，根据不同飞机的尺寸L可以取不同数值，在本申请案中，特指L＝276mm。

另一种优选的方案：该水平尾翼为平直翼，适用于飞行速度较慢的货运无人机，平直翼的特点是机翼面积大，使飞机留空时间长，对于飞行速度较慢的货运无人机来说，平直翼更加方便获得气动力。

本发明的技术方案还包括：一种配有水平尾翼的无人机，包括机身，还包括上述水平尾翼，所述的水平尾翼安装在机身的尾部。若货运无人机专门负责运输质量体积较大的货物时，对飞机飞行速度要求不高时，该机身的主翼和水平尾翼均采用平直翼；若货运无人机专门负责运输质量相对较轻且对飞机飞行速度要求较高时，该机身的主翼和水平尾翼均采用后掠翼。

所述的水平尾翼的安装角为2°30’～3°30’，货运无人机也属于运输机，所以采用T型的尾翼布局，即将水平尾翼安装在垂直尾翼的顶部，而安装角是指水平尾翼的前缘处相对于水平面上扬的角度，经过反复的实验得出，在大部分空速下，当水平尾翼的安装角为约3°的时候，抵消了机身自身迎角和机身流场对水平尾翼的影响。

本发明的有益效果是：

1.本发明水平尾翼的升降舵为一体式结构，大大增加了飞机的配平能力，更加适用于货运无人机。

2.升降舵偏转角度的范围为-20°～20°，使得水平尾翼在满足高配平的前提下，还具有足够的操纵力，使其适用范围更广。

3.水平尾翼合理的尺寸规格，使其配平性能极佳同时兼顾良好的操控性，更加实用。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明示例的无人机水平尾翼与升降舵的三维立体图；

图2为本发明示例的无人机水平尾翼与升降舵的俯视图；

图3为本发明示例的水平尾翼的纵截面图；

图4为本发明示例的升降舵偏转位置示意图；

图5为在安装角度为3°空速20m/s的情况下，水平尾翼在不同攻角和偏转角时产生的升力的示意图。

图中：1.翼板，2.升降舵，3.宽度，4.后缘，5.水平尾翼的展长， 6.升降舵的展长，7.翼梢，8.后掠角，9.前缘。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

如图1到图4所示，对于高速巡航的货运无人机，其载重货物质量相对较轻，所以该货运无人机的主翼及水平尾翼采用后掠翼，其中，水平尾翼安装在机身尾部垂直尾翼的顶部，安装角为3°，该水平尾翼只有一个控制舵面，包括翼板1，翼板1后侧设有用于安装升降舵的缺口，缺口内可转动连接有升降舵2，所述升降舵2为上表面弧度与下表面弧度相同的一体式结构，所述的升降舵2是形状为矩形的一体式结构。该水平尾翼的根部弦长为L，水平尾翼的展长5为4L，水平尾翼从根部至沿展长的0.8L处后掠角8为16度。所述的升降舵的展长6为3.2L、宽度3为0.225L。所述水平尾翼的总面积为2.9L²，其中，所述的升降舵2占水平尾翼总面积的24.6％。该水平尾翼的翼梢7 的前缘9形状为抛物线形。所述升降舵2偏转角度的范围为-20°～20°，其中，升降舵下偏为正，上偏为负。

如图5所示，沿横坐标方向，代表水平尾翼的攻角，沿纵坐标方向，代表水平尾翼的升力；在升降舵的偏转角度不变的情况下，攻角越大升力越大；在攻角不变的情况下，升降舵偏转角度在-20°～20°范围内，偏转角越大升力越大。

实施例2

如图1到图4所示，对于高速巡航的货运无人机，其载重货物质量相对较轻，所以该货运无人机的主翼及水平尾翼采用后掠翼，其中，水平尾翼安装在机身尾部垂直尾翼的顶部，安装角为2°30’，该水平尾翼只有一个控制舵面，包括翼板1，翼板1后侧设有用于安装升降舵的缺口，缺口内可转动连接有升降舵2，所述升降舵2为上表面弧度与下表面弧度相同的一体式结构，所述的升降舵2是形状为矩形的一体式结构。该水平尾翼的根部弦长为L，水平尾翼的展长5为4L，水平尾翼从根部至沿展长的0.8L处后掠角8为16度。所述的升降舵的展长6为3.2L、宽度3为0.221L。所述水平尾翼的总面积为2.9L²，其中，所述的升降舵2占水平尾翼总面积的24.3％。该水平尾翼的翼梢7的前缘9形状为抛物线形。所述升降舵2偏转角度的范围为-20°～20°，其中，升降舵下偏为正，上偏为负。

实施例3

如图1到图4所示，对于高速巡航的货运无人机，其载重货物质量相对较轻，所以该货运无人机的主翼及水平尾翼采用后掠翼，其中，水平尾翼安装在机身尾部垂直尾翼的顶部，安装角为3°30’，该水平尾翼只有一个控制舵面，包括翼板1，翼板1后侧设有用于安装升降舵的缺口，缺口内可转动连接有升降舵2，所述升降舵2为上表面弧度与下表面弧度相同的一体式结构，所述的升降舵2是形状为矩形的一体式结构。该水平尾翼的根部弦长为L，水平尾翼的展长5为4L，水平尾翼从根部至沿展长的0.8L处后掠角8为16度。所述的升降舵的展长6为3.2L、宽度3为0.229L。所述水平尾翼的总面积为2.9L²，其中，所述的升降舵2占水平尾翼总面积的24.8％。该水平尾翼的翼梢7的前缘9形状为抛物线形。所述升降舵2偏转角度的范围为-20°～20°，其中，升降舵下偏为正，上偏为负。

实施例4

对于飞行速度较低的货运无人机，其载重量较大，所以对气动力要求较高，所以该货运无人机的主翼及水平尾翼采用平直翼，其中，平直翼安装在机身尾部垂直尾翼的顶部，且安装角度为3°。

值得注意的是，实施例1～3中所描述的货运无人机适用范围更广，尤其是实施例1，而实施例2中的货运无人机适用于运输质量很重的物品，实际使用较小。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。