一种y型三旋翼垂直起降无人机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种无人机，尤其是涉及一种Y型三旋翼垂直起降无人机。
【背景技术】
[0002]由于垂直起降无人机具有垂直起降和快速机动的能力，因此可以广泛的应用于军事侦察，地理测绘，灾情及气象监测，航空拍摄等方面，特别适合在复杂环境包括舰船甲板起降，又需要长时间巡航飞行的领域。目前，世界各国垂直起降动力装置的类型有如下几种:(1)升力发动机、(2)转喷口(推力转向)发动机、(3)升力风扇系统、(4)螺桨旋翼系统、(5)可停转或收藏式旋翼系统。升力发动机对推重比要求高，发动机寿命短；升力风扇系统需要一个占用空间较大的升力风扇；螺旋桨旋翼系统和收藏式旋翼系统机构复杂。上述动力系统应用于无人机存在一定困难，无人机发动机推重比较低，可利用的空间有限，无法携带复杂、沉重的机构。
[0003]目前应用于垂直起降无人机的动力装置主要为四旋翼以及由四旋翼衍生出的多旋翼系统。该系统能实现垂直起降、空中悬停等功能，常用于航拍。由于四旋翼系统动力方向不能转换为水平方向以及缺少机翼，该系统只能进行低速水平方向飞行，飞行范围也受至IJ限制。
[0004]V-22式鱼鹰运输机具有垂直起降的能力，在相同条件下，其航程远大于直升机，具有耗油量少、速度快，载重大等优点。但由于其螺旋桨具有较大的扭转角，虽然为其提供了较大拉力，也降低了发动机的效率；由于两台发动机必须满足垂直起降的要求，因此功率非常大，但是转为平飞时需要的拉力很小，发动机处于高耗能的工作状态；同时，其独特的结构造成了在起飞和降落阶段处于较大范围紊流中，因此，较高的事故率和比较低的可靠性是其面临的重要问题。
[0005]中国专利CN202170018U公开了一种消防监测用垂直起降小型无人机，包括机身，机翼，脚架，灭火模块和图像采集模块五大部分，所述的机翼和其下方的脚架各为四个，分别对称插接在机身左右两侧；所述的灭火模块和图像采集模块位于机身下部；所述的机身由控制模块电路仓，GPS接收模块仓和电池仓一体成型组接而成；所述的机翼为可旋角机翼；所述的脚架包括起落脚架和起震脚架避震器；所述的灭火模块包括灭火钢瓶、机械手臂抱夹、机械手臂油缸、灭火器压把和压把给压装置；所述的图像采集模块包括摄像设备和无线数据传输装置。该专利需要四个电机，电流输出速度大，同时使得无人机机体的重量和体积加大，且在同样电量的前提下，续航能力降低很多。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种Y型三旋翼垂直起降无人机，同时具有垂直起降和固定翼飞机快速飞行的能力，能耗低、可操控性好，发动机效率高。
[0007]本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0008]—种Y型三旋翼垂直起降无人机包括机身、设于机身两侧的机翼、通过尾管连接机翼的尾翼机构和设于机身腹部的起落架，还包括两个可由垂直方向向飞行方向前后旋转的可转动旋翼和按垂直方向固定设于机身尾部的涵道，所述两个可转动旋翼通过旋转控制机构对称设于机翼上。
[0009]所述可转动旋翼前后旋转的角度范围为O?95度。
[0010]所述两个可转动旋翼和涵道均为单驱动机驱动。
[0011]所述旋转控制机构包括连接架、舵机、摇臂和拉杆，所述连接架一端连接机翼，所述舵机设于连接架另一端，并连接摇臂，所述摇臂连接拉杆，所述拉杆连接可转动旋翼。
[0012]所述机翼设有翼梢小翼。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0014]—、动力系统效率高:与传统倾转四旋翼无人机相比较，由于本实用新型采用三旋翼动力结构，使得每一台驱动机(发动机)的使用效率均大幅度提升，避免了倾转四旋翼无人机在水平飞行时动力系统效率大幅降低的缺点。
[0015]二、可靠性好:采用的Y型旋翼结构可以简化垂直起降固定翼无人机控制系统的复杂性，使用经典的控制方案即可达到很好的控制效果。这样会使得无人机在起飞和过渡过程中安全性更高。
[0016]三、质量和能耗小:相较于倾转四旋翼固定翼无人机，由于减少了一台发动机，不仅会减轻自身质量，还能节约能耗。
[0017]四:功能齐全，应用广泛:本实用新型可以在没有跑道的地点垂直起飞和降落，有快速机动的能力，可以从悬停状态在短时间内加速到平飞状态，具备固定翼飞机大载荷、低能耗、快速巡航的能力，可在飞行过程中减速直至无人机达到悬停状态，从而可以完成对地侦察和测绘等指定任务。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的侧视示意图；
[0019]图2为本实用新型的俯视不意图；
[0020]图3为本实用新型垂直起降模式下控制示意图；
[0021]其中，(3a)为垂直起降模式下的俯仰控制示意图，(3b)为垂直起降模式下的滚转控制示意图，(3c)为垂直起降模式下的偏航控制示意图，(3d)为垂直起降模式下的高度控制不意图；
[0022]图4为本实用新型过渡模式下控制示意图；
[0023]图5为本实用新型固定翼模式下控制示意图。
[0024]图中:1、可转动旋翼，2、旋转控制机构，3、机翼，4、机身，5、尾管，6、垂尾，7、涵道，8、后起落架，9、前起落架，10、平尾。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0026]如图1、图2所示，一种Y型三旋翼垂直起降无人机包括机身4、一对机翼3、两个尾管5、尾翼机构、起落架、两个可转动旋翼1、涵道7、两个旋转控制机构2以及内部控制电路等，其中，尾翼机构包括两个垂尾6和一个平尾10，每个旋转控制机构2为摇臂拉杆结构，均包括连接架、舵机、摇臂和拉杆，机翼3设有翼梢小翼，可转动旋翼I为螺旋桨结构，起落架包括前起落架9和后起落架8。具体连接关系为:
[0027]两个机翼3设于机身4两侧，两个垂尾6分别通过尾管5对应连接一对机翼3，平尾10设于垂尾6之间，即平尾10端部分别连接一垂尾6，前起落架9设于机身4腹部前部，后起落架8设于机身4腹部后部，连接架一端对应连接机翼3，且同一侧的连接架和尾管5处于同一直线上，舵机设于连接架另一端，并连接摇臂，摇臂连接拉杆，拉杆连接一可转动旋翼1，两个可转动旋翼I相互对称，两个舵机分别控制各自可转动旋翼I的倾转角度，即由垂直方向向飞行方向前后旋转的角度，位于无人机尾部的涵道7由于其反转力矩可以忽略，故将涵道7的位置及安装角度固定不动。可转动旋翼I前后旋转的角度范围Θ为O?95度。且两个可转动旋翼I和涵道7均为单驱动机驱动，例如单电机或单燃油发动机驱动。两个可转动旋翼I与涵道7构成Y型布局。
[0028]工作过程:
[0029]I)垂直起降模式
[0030]在垂直起降模式下，无人机的速度小，各种控制舵面的效率极低，可将其忽略。此时，无人机姿态的控制完全依赖于可转动旋翼I及涵道7转速的差动和可转动旋翼I倾转角度的变化。具体如图3所示。具体实现过程如下:
[0031]俯仰控制:在垂直起降模式下，通过调节前方可转动旋翼I和后方涵道7的拉力差，可实现俯仰角度的变化。如图(3a)中，同时减小前方两可转动旋翼I转速或增大尾部涵道7转速，可使无人机产生低头力矩。
[0032]滚转控制:在垂直起降模式下，通过调节无人机前方两可转动旋翼I的拉力差，可实现对滚转角的控制。如图(3b)所示，增大左侧可转动旋翼I转速，减小右侧可转动旋翼I转速，可使无人机绕机身4轴线逆时针转动。
[0033]偏航控制:在垂直起降模式下，通过调节前方两可转动旋翼I的倾转角度，可实现对偏航角度的控制，如图(3c)所示，将右侧可转动旋翼I向前倾转一定角度，左侧可转动旋翼I向后倾转同样的角度，可使无人机绕垂直于机翼3平面的轴做逆时针转动。
[0034]高度控制:在垂直起降模式下，两个可转动旋翼I及涵道7同时改变速度，使高度产生变化。如图(3d)所示，可转动旋翼I及涵道7同时加速，无人机高度增加。
[0035]2)过渡模式
[0036]无人机在过渡模式下，操作相对比较复杂，气动舵面及旋翼拉力的共同作用，使得各个通道之间存在着较强的耦合关系。为了使无人机平稳过渡，采取如图4所示过渡方案:
[0037]俯仰控制:前后可转动旋翼I及涵道7转速差动+升降舵；
[0038]滚转控制:左右可转动旋翼I转速差动+副翼；
[0039]偏航控制:左右可转动旋翼I倾转角度差动+方向舵。
[0040]3)固定翼模式
[0041]随着无人机水平速度的增大，靠可转动旋翼I差动的控制权限逐渐减小，而依靠舵面偏转的控制权限逐渐增大，直至可转动旋翼I倾转到水平位置时，无人机完全由各个舵面进行控制，如图5。
[0042]综上，本实用新型无人机同时具有垂直起降和固定翼飞机快速飞行的能力；采用新的Y型布局布置发动机，在保证足够升力的前提下，节约了能耗，简化了结构和控制方法，具有优良的可操控性，提高了发动机的效率。
【主权项】
1.一种Y型三旋翼垂直起降无人机，包括机身、设于机身两侧的机翼、通过尾管连接机翼的尾翼机构和设于机身腹部的起落架，其特征在于，还包括两个可由垂直方向向飞行方向前后旋转的可转动旋翼和按垂直方向固定设于机身尾部的涵道，所述两个可转动旋翼通过旋转控制机构对称设于机翼上。2.根据权利要求1所述的一种Y型三旋翼垂直起降无人机，其特征在于，所述可转动旋翼前后旋转的角度范围为O?95度。3.根据权利要求1所述的一种Y型三旋翼垂直起降无人机，其特征在于，所述两个可转动旋翼和涵道均为单驱动机驱动。4.根据权利要求1所述的一种Y型三旋翼垂直起降无人机，其特征在于，所述旋转控制机构包括连接架、舵机、摇臂和拉杆，所述连接架一端连接机翼，所述舵机设于连接架另一端，并连接摇臂，所述摇臂连接拉杆，所述拉杆连接可转动旋翼。5.根据权利要求1所述的一种Y型三旋翼垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼设有翼梢小翼。
【专利摘要】本实用新型涉及一种Y型三旋翼垂直起降无人机，包括机身、设于机身两侧的机翼、通过尾管连接机翼的尾翼机构和设于机身腹部的起落架，还包括两个可由垂直方向向飞行方向前后旋转的可转动旋翼和按垂直方向固定设于机身尾部的涵道，所述两个可转动旋翼通过旋转控制机构对称设于机翼上。与现有技术相比，本实用新型同时具有垂直起降和固定翼飞机快速飞行的能力，能耗低、可操控性好，发动机效率高。
【IPC分类】B64C13/00, B64C29/00
【公开号】CN204750564
【申请号】CN201520286594
【发明人】段少东, 黄兹驰, 朱若愚, 李军
【申请人】同济大学, 上海易天无人飞行器科技有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月6日