一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及飞机设计技术，具体为一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器。
【背景技术】
[0002]由于固定翼飞行器的起飞和降落都在很大程度上受到场地的制约，往往需要有特定的跑道用于起飞和降落，并且其不能在空中悬停，执行不了一些特定的飞行任务。
[0003]传统四旋翼飞行器四个旋翼均不能发生向前或向后的倾转，一方面，其在实现水平前飞动作时，要求处于机身前端的两个旋翼转速减小，而处于机身后端两个旋翼转速增加，这样由于前后端旋翼转速不同而产生升力差，进而不可避免的导致机身产生俯仰运动，使得飞行器水平前飞与竖直升降相互影响；另一方面，传统四旋翼飞行器由于其设计机理限制，难以达到像固定机翼那样较高的巡航速度。
[0004]倾转旋翼飞行器同时具有旋翼机和固定机翼飞机的优势，在垂直起降时，由旋翼提供向上升力，在巡航飞行时，由固定于机身的固定机翼提供升力。现有的倾转旋翼飞行器多为两轴倾转，如美国的MV-22，此类倾转旋翼机的缺点在于垂直起降时飞行器的载重量非常有限而且两旋翼飞行器飞行时较不稳定。同时，现有的倾转旋翼机倾转机械结构复杂并且倾转过程不安全。正是因为上述的缺点使得倾转旋翼飞行器的应用受到极大限制。
【发明内容】
[0005]针对以上所述缺点或不足，本实用新型提供了一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，将四旋翼与固定翼有机结合，实现垂直起降、空中悬停与巡航平飞的功能，并且前后倾转电机组共用一套倾转控制装置通过倾转传动轴实现倾转简化倾转机械结构和倾转控制过程，提高倾转旋翼机的飞行稳定性和飞行器载重量。
[0006]本实用新型通过以下技术方案来实现:一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，包括四个电机、机身、外部倾转传动轴、两侧后掠翼、翼梢、垂直尾翼、中段横向机翼、机身内部倾转传动轴、传动齿轮、副翼和水平尾翼；其特征在于:机身前段通过外部倾转传动轴对称安装第一电机和第二电机，机身中段通过主梁安装中段横向机翼，机身后端通过外部倾转传动轴对称安装第三电机和第四电机，机身内部纵向安装机身内部倾转传动轴和传动齿轮，所述外部倾转传动轴通过二个传动齿轮与机身内部倾转传动轴连接在一起，机身后端安装水平尾翼和垂直尾翼，中段横向机翼两侧分别以50°的后掠角对称安装后掠翼，两侧后掠翼分别安装副翼，两侧后掠翼末端安装翼梢。
[0007]本实用新型所述第一、第二、第三、第四电机安装结构一样；所述第一、第二、第三、第四电机参数一样，两两相邻电机转动方向相反。
[0008]本实用新型所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机通过两根外部倾转传动轴分别对称安装在机身两侧，第一、第二、第三、第四电机各安装一套旋翼。
[0009]本实用新型所述通过倾转装置控制机身内部倾转传动轴转动从而带动外部倾转传动轴使得第一电机、第二电机、第三电机、第四电机同步倾转；前后电机组共用一套倾转结构，实现同步倾转。
[0010]本实用新型所述四旋翼和固定翼共用一套动力装置，当垂直起降或空中悬停时为四旋翼模式，以四旋翼飞行控制系统控制飞行器；当切换为固定翼模式时，以固定翼飞行控制系统控制飞行器。
[0011]当飞行器由四旋翼切换至固定翼模式过程时，第一、第二、第三、第四电机通过倾转控制系统和倾转传动结构同步向前倾转角度为0°至45°，此时仍然为四旋翼控制模式；当第一、第二、第三、第四电机同步向前倾转角度在大于45°时，单片机自动控制切换至固定翼控制模式，两组电机随即向前同步倾转至水平位置，接着以固定翼方式控制飞行器飞行姿态，此时为固定翼控制模式。
[0012]当飞行器为四旋翼模式时，通过控制第一、第二、第三、第四电机的差速来控制飞行器的飞行姿态；而当飞行器为固定翼模式时，通过控制水平尾翼、垂直尾翼、副翼来控制飞行器的飞行姿态。
[0013]当接收机接收到控制信号时，微型计算机控制系统根据指令自动产生四旋翼与固定翼倾转控制信号，驱动舵机倾转系统使得第一、第二、第三、第四电机倾转。
[0014]本实用新型的优点是:使得四旋翼和固定翼共用一套动力系统实现垂直起降、空中悬停和巡航平飞，前后倾转电机组(1、2) (3,4)共用一套倾转装置通过倾转传动轴实现同步倾转，以此简化倾转结构并提高倾转旋翼机的操纵性和稳定性。
[0015]【附图说明】:
[0016]图1是本实用新型结构示意图。
[0017]图2是本实用新型电机座结构示意图。
[0018]图3是本实用新型飞行器侧视图。
[0019]图1中，1、2、3、4分别为第一、第二、第三、第四电机，5、6为机身，7、8为外部倾转传动轴，9、13为两侧后掠翼，10为翼梢，11为垂直尾翼，12为中段横向机翼，14为机身内部倾转传动轴，15、16为传动齿轮，17、18为副翼，19为水平尾翼。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本实用新型进行详细描述；参考图1、图2和图3所示，本实用新型为一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，机身5、6前段通过外部倾转传动轴8对称安装第一、第二电机，机身5、6中段通过主梁安装中段横向机翼12，机身5、6后端通过外部倾转传动轴7对称安装第三、第四电机，机身5、6内部纵向安装机身内部倾转传动轴14和传动齿轮15、16，机身5、6后端安装水平尾翼19和垂直尾翼11。中段横向机翼12两侧分别以50°的后掠角对称安装后掠翼9、13，两侧后掠翼9、13分别安装副翼17、18，两侧后掠翼9、13末端安装翼梢10。
[0021]本实用新型中，四个电机1、2、3、4通过如图2所示电机座固定在外部倾转传动轴
7、8上，前电机组(1、2)和后电机组(3、4)所用电机一样，两两相邻电机转动方向相反。外部倾转传动轴7、8通过齿轮15、16与机身内部传动轴14连接一起形成整个倾转传动结构，当倾转传动轴转动时带动前后两组电机同步倾转。
[0022]本实用新型的工作原理为:当本实用新型飞行器垂直起降时，第一、第二、第三、第四旋翼垂直向上，相邻两个电机转动方向相反使得相互抵消扭矩，产生向上的升力；当飞行器做俯仰或向前运动时，前电机组(1、2)和后电机组(3、4)的转速不一样。如飞行器向前时，前电机组(1、2)的转速上升，后电机组(3、4)的转速上升；当飞行器需要调整航向角时，第一、第三旋翼转速同时上升(或下降)，第二、第四旋翼转速同时下降(或上升)；当飞行器做向左或向右运动时，第一、第四旋翼转速上升(或下降)，第二、第三旋翼转速下降(或上升)。
[0023]当飞行器以固定翼模式做巡航运动时，第一、第二、第三、第四电机同步向前倾转90°如图3所示，由机身和机翼产生升力，接着以升降舵、方向舵、副翼、水平尾翼、垂直尾翼控制飞行姿态。
[0024]本实用新型的四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器设计由四旋翼与固定翼共用一套动力装置的倾转旋翼飞行器，将四旋翼与固定翼有机结合，实现垂直起降、空中悬停与高速平飞的功能，并且前后倾转电机组共用一套倾转控制装置通过倾转传动轴实现倾转简化倾转机械结构和倾转控制过程，提高倾转旋翼机的飞行稳定性和飞行器载重量。
【主权项】
1.一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，包括四个电机、机身、外部倾转传动轴、两侧后掠翼、翼梢、垂直尾翼、中段横向机翼、机身内部倾转传动轴、传动齿轮、副翼和水平尾翼；其特征在于:机身前段通过外部倾转传动轴对称安装第一电机和第二电机，机身中段通过主梁安装中段横向机翼，机身后端通过外部倾转传动轴对称安装第三电机和第四电机，机身内部纵向安装机身内部倾转传动轴和传动齿轮，所述外部倾转传动轴通过二个传动齿轮与机身内部倾转传动轴连接在一起，机身后端安装水平尾翼和垂直尾翼，中段横向机翼两侧分别以50°的后掠角对称安装后掠翼，两侧后掠翼分别安装副翼，两侧后掠翼末端安装翼梢。2.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，其特征在于:所述第一、第二、第三、第四电机安装结构和参数一样，两两相邻电机转动方向相反。3.根据权利要求1所述的一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，其特征在于:所述第一、第二、第三、第四电机各安装一套旋翼。4.根据权利要求1或3所述的一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，其特征在于:四旋翼和固定翼共用一套动力装置，当垂直起降或空中悬停时为四旋翼模式，以四旋翼飞行控制系统控制飞行器；当切换为固定翼模式时，以固定翼飞行控制系统控制飞行器。5.根据权利要求4所述的一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，其特征在于:当飞行器由四旋翼切换至固定翼模式过程时，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机通过倾转控制系统和倾转传动结构同步向前倾转角度为0°至45°，此时仍然为四旋翼控制模式；当第一电机、第二电机、第三电机、第四电机同步向前倾转角度在大于45°时，单片机自动控制切换至固定翼控制模式，两组电机随即向前同步倾转至水平位置，接着以固定翼方式控制飞行器飞行姿态，此时为固定翼控制模式。6.根据权利要求5所述的一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，其特征在于:当飞行器为四旋翼模式时，通过控制第一电机、第二电机、第三电机、第四电机的差速来控制飞行器的飞行姿态；而当飞行器为固定翼模式时，通过控制水平尾翼、垂直尾翼、副翼来控制飞行器的飞行姿态。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于四旋翼与固定翼复合的倾转旋翼飞行器，其结构特点是：将第一、第二、第三、第四旋翼分两组通过两根轴分别对称安装在机身两侧，（1、2）为前电机组（3、4）为后电机组;中段机翼横向水平安装于机身上并且与机身垂直;两侧后掠翼以50°的后掠角分别安装于中段横向机翼两侧。本实用新型使得四旋翼和固定翼共用一套动力系统实现垂直起降、空中悬停和巡航平飞，前后倾转电机组（1、2）（3、4）共用一套倾转装置通过倾转传动轴实现同步倾转，以此简化倾转结构并提高倾转旋翼机的操纵性和稳定性。
【IPC分类】B64C27/22, B64C27/26
【公开号】CN205150237
【申请号】CN201520791421
【发明人】蔡志华, 王庆, 陶则旭, 王春琦, 邓俊, 郑心远, 淦亚苹, 韩亮, 史彧铭, 白鹤
【申请人】南昌航空大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年10月14日