一种具有双偏航控制系统的垂直起降无人机的制作方法
【专利说明】一种具有双偏航控制系统的垂直起降无人机
[0001] 本发明的内容及目的
[0002] 本发明是一种适于军用和民用的具有双偏航控制系统（TYCS)的无人机或垂直起 降无人机（VTOLUAV)。垂直起降无人机使用喷射发动机或活塞发动机作为主动机，其构成 复杂系统的一部分。电能被通过牙轮皮带传输到减速箱，以便将运动改变成水平方向，以驱 动主旋翼桨叶，从而对飞机进行提升以做上下运动。除此之外，为军事行动目的或其他任务 需要，垂直起降无人机配备有辅助设备。具有双偏航控制系统的垂直起降无人机受控于无 线电信号或称为"飞行控制系统"的电子装置，其能够控制飞机自动起飞和降落以及在预设 航线上飞行，因此该无人机不但容易使用，而且飞行的安全性很高。
[0003]本发明的目的是开发一种军用和民用的具有双偏航控制系统的无人机或垂直起 降无人机。所述飞机能够不依靠飞机场进行垂直起飞和降落。为了灵活性和安全运行，可 以选择外部操作员利用无线电信号进行手动飞行控制模式操作，以及一种自动或半自动的 飞行控制系统。
[0004] 发明涉及的技术
[0005] 机械工程（飞机结构、电力传输、发动机）
[0006] 空气动力学工程（主旋翼、尾部螺旋桨、和直升机飞机设计）
【背景技术】
[0007]在与安全相关的工作中使用无人机的概念在世界范围内的许多国家已出现。为军 用和民用目的，已经成功开发了支持各种任务的无人机。无人机或无人驾驶飞行器已被定 义为"一种具有发动机和桨叶的自动推进式飞机"这种飞机上没有飞行员，同时能够利用机 载自动飞行控制系统或远程飞行控制在空中自行飞行，上述机载自动飞行控制系统或远程 飞行控制专门为该飞机前后飞行设计并可重复使用。然而，本定义并未涵盖轻于空气的任 意飞行器，比如气球、软式小型飞船、齐伯林飞船、或飞艇，并且不包括导弹，因为其不使用 气动力将飞行器机身提升至浮于空中。这也不包括外部飞行控制操作员建造和控制的任意 制导武器、弹道弹药、以及RC飞机。即便所述RC飞机上没有操作员，但是其一直受控于外 部飞行控制操作员。
[0008]无人机可被粗略分为以下4种类型：（来自"泰国皇家空军期刊"，第8卷，作者，纳 塔波尔?尼尤姆太）
[0009] 1.续航无人机-为高海拔、远距离及高续航飞行设计，是高性能的无人机，总是被 发现飞行在地平线以上以及超视距，所述飞机的飞行控制和传感器与卫星网络连接。
[0010] 2.战术无人机-为中海拔设计，并且在地面控制站视距范围内，它们必须能够长 时间运行和经常使用。
[0011] 视线链路用于控制所述飞机并且检测接收信号。
[0012] 3.小型无人机-人工控制移动，并且为地面控制站周围几公里的飞行设计，其利 用视影通信，通常能够实现2-3小时的运行。
[0013] 4.微型无人机-非常便携，平均尺寸不超过6英寸，使其检测更为困难，从而能够 受控进入小区域，比如较大飞行器无法进入的建筑物开放窗口。
[0014] 另一种与无人机类似的飞机类型为遥控飞行器（RPV)。遥控飞行器是没有操作员 的飞机，但是其能够被通信网络远程控制。遥控飞行器一般为可回收设计，并且最初是遥控 飞机的大型形式。遥控飞行器已在军队中使用多年，比如遥控驾驶无人机、测试飞机、以及 侦察机。
[0015] 垂直起降无人机能够主要分为以下2类：
[0016] 1.常规直升机
[0017] 这是常规直升机的变型，从而其能够使用自动飞行控制自行飞行。在此，只讨论现 在已经开发和商业化的垂直起降无人机，比如：
[0018] 雅马哈R-MAX是有史以来最先进的商用直升机（垂直起降无人机）。1983年，雅 玛哈公司接到日本农林水产省中林业和渔业部门的研究要求之后，开始发展无人直升机用 于农田化肥播撒，比如稻田化肥散播和农药散播，从而取代人工。
[0019] 雅玛哈R-MAX的规格
[0020]
[0021] 西贝尔公司（Schiebel)的"坎姆考普特"(CAMC0PTER)S-100是一种主要用于军事 的中等操作范围及中程垂直起降无人机。其规格如表2所示。
[0022] 西贝尔（Sclliebel)公司"坎姆考普特"（CAMC0PTER)的规格
[0023]
[0025] 2.垂直起降无人机的其它类型
[0026] 目前，许多垂直起降无人机已经使用不同的概念进行设计，一些仍然处于开发阶 段，而其它则没有正式商业化，比如：
[0027] 尾旋翼和机尾
[0028] 这种概念利用原本安装在常规飞机上的平行于地面的倾转旋翼桨叶，以便使得它 们的轴垂直于地面或几乎垂直于地面。因此，该飞机能够利用非常小的距离垂直起飞和降 落。一旦达到某一高度，该桨叶轴将转回其初始方向（平行于地面）以固定翼或旋翼模式 飞行。以此设计，该翼将作为旋翼来回提升机身。达到某一高度后，该翼将停止转动并且转 变为固定翼飞机。
[0029] 尾座式
[0030] 这种设计当由水平停机到垂直停机过程中采用飞机的尾部作为座（sitter)来代 替通常的起落架以改变飞机方向。
[0031] 同轴旋翼
[0032] 这种设计利用了以相反的方向转动的两组旋翼，从而降低反作用扭矩的出现。原 来，直升机利用尾部端部的旋翼桨叶实现这个功能。一旦使用这两组旋翼，就不再需要尾部 螺旋桨，从而导致了飞机沿旋翼轴呈对称以及侧移自由性较高。其它国家同轴式旋翼垂直 起降无人机的研究与发展集合了有史以来的所有垂直起降无人机研究和发展的起源。回望 第一次世界大战期间，正如在英国海军的每个战列舰和巡洋舰看到的那样，海军是首次使 用有人驾驶飞机进行监控工作的组织。常常看到这些飞机从船舶基地跑道起飞，并且从敌 人的船上炮塔多次拍到它们。
[0033] 二十年后，飞机弹射系统已经变为蒸汽推进系统，之后变成了那时候航空母舰船 载的标准系统。利用舰载飞机用于监视目的成功地对陆战做出了许多贡献，它们中大部分 为短时飞行，后来遥控飞机替代了有人驾驶飞机执行监视任务。那时候，只有美国海军展现 出开发遥控飞机并将其投入运行的能力。为便于船上作业，已经改良了直升机使其能垂直 起飞和降落。美国海军使用的可在实际工作地区执行任务的第一架垂直起降无人机是遥 控直升机或GyrodyneRotorcycle公司用于反潜任务的无人机（DroneHelicopter)，其为 QH-50型的无线电遥控反潜艇直升飞机。最初，QH-50型无线电遥控反潜艇直升飞机为美 国海军设计，只能满足短距离机载一人的小直升机。自1963年1月QH-50型无线电遥控反 潜艇直升飞机投入使用之后，他们有配备了通过施放鱼雷具备反潜能力的水面战舰。QH-50 型无线电遥控反潜艇直升飞机的起飞和降落通过船舶甲板上的外部操作员控制。起飞之 后，在驱逐舰舰作战信息中心（CIC)工作的内部操作员利用雷达控制QH-50型无线电遥控 反潜艇直升飞机。QH-50型无线电遥控反潜艇直升飞机将