一种四涵道飞翼式无人机的制作方法

本发明涉及一种飞行器，尤其涉及一种四涵道飞翼式无人机。

背景技术：

无人机在城市和复杂地形条件下作战侦察的军事应用方面有着广泛的潜力，目前已经成为世界各国研究热点。在军事实用性方面，特别是作为城市作战侦察的无人机，要求其能够快速巡航、可垂直起降、灵活机动性好、可悬停、低噪声、自主飞行，易于控制等。

固定翼无人机能够实现高速前飞,但是不具有垂直升降和悬停的能力；涵道飞行器与螺旋桨飞行器相比，在相同螺旋桨直径和功率耗的情况下，能产生更大的拉力。另外，涵道提高了飞行器的使用安全性，并降低了气动噪声。然而，涵道飞行器在前飞时，处于前方来流和螺旋桨吸流的复杂流场中，气动环境十分复杂。近年来，在其应用前景刺激之下，涵道飞行器已经成为一个国际性的研究热点。该类涵道飞行器可以悬停和垂直升降，并能利用涵道前倾产生的前向拉力实现直升机模式低速前飞，但是抬头力矩和阻力随前飞速度而迅速增大，因此它们仅适用于悬停和低速飞行性能的场合。

公开号为CN2681998的中国发明专利公开了一种翼身融合体微型飞行器，包括机身、机翼、垂直安定面、舵面和螺旋桨。机身和机翼一体成形为一个扁平状的机体，机体沿一与飞行方向平行的中轴线对称。机体的平面形状沿所述中轴线对称，中轴线两侧的半个机体的平面形状为梯形。舵面包括两个对称设置在所述机体后缘的升降副翼，升降副翼可沿机体后缘偏转。本发明的翼身融合体微型飞行器将传统飞机的机身和机翼融为一体，形成一个整体成形的机体，机体不仅产生升力，同时提供任务载荷空间。但由于有后缘升降副翼,结构复杂控制较难。

公开号为CN203528809中国发明专利公开了一种有翼四涵道微型飞行器，它包括涵道、风扇、动力系统支架、飞翼式反齐默曼机翼，飞翼式反齐默曼机翼上下表面各安装二个动力系统支架，各个动力系统支架一端连接涵道，涵道里面装有风扇。虽然具有悬停、垂直升降和快速前飞的功能，但是由于机翼上设置支撑架，增加了飞行阻力，并且四个涵道间距较小，虽然机动性能较好但稳定性下降，机翼上可挂载的重量相对较小。

飞翼式飞机是没有尾翼和机身，只有巨大机翼的飞机。由无尾飞机发展而来，当巨型无尾飞机的机翼大到足以容纳人员和货物时，机身和机翼融为一体，成为飞翼式飞机。具有结构重量轻和飞行阻力小的特点，面且隐身性好，如美国的B-2轰炸机。目前市场上尚未发现组合飞翼式固定翼与涵道二者飞行器特点，具有快速巡航、垂直起降、机动灵活、可悬停、低噪音、自主飞行和易于控制等优点的四涵道飞翼式无人机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种四涵道飞翼式无人机，该无人机结合固定翼与涵道飞行器二者的特点，具有快速巡航、垂直起降、机动灵活、可悬停、低噪音、自主飞行和易于控制等优点。

本发明是这样来实现的，一种四涵道飞翼式无人机，它包括涵道、风扇、翼尖小翼、飞翼式机翼。其特征是：飞翼式机翼翼尖安装对称式翼尖小翼，在翼尖小翼上分别安装四个涵道风扇动力系统，涵道里面装有风扇。

本发明所述的涵道和风扇组成涵道风扇动力系统，通过控制四个涵道风扇转速大小控制力和力矩来实现姿态控制，涵道和风扇均采用S3010翼型。

本发明所述的姿态控制方式，包括悬停、垂直升降、俯仰、滚转和偏航等。

本发明所述的飞翼式机翼采用MH115翼型、对称式翼尖小翼采用NACA0012翼型。

本发明的有益效果是：（1）采用飞翼式机翼气动布局，具有较好的气动性能，最大限度地提供任务载荷空间，产生足够升力，有利于安排各种机载设备，（2）机翼安装对称式翼尖小翼，可以增强机翼航向稳定、减小诱导阻力、安装涵道风扇动力系统和充当起落架，（3）具有快速巡航、可垂直起降、可悬停、低噪音、自主飞行和易于控制优点，（4）可实现多种姿态控制，控制方法更加简单，灵活机动性好，更有利于在复杂特殊条件下完成特定任务。

附图说明

图1-1至1-4分别为本发明的正视图、左视图、俯视图、立体图。

图2为本发明的飞翼式机翼平面布局示意图。

图3为本发明的飞翼式翼尖小翼平面布局示意图。

图4为本发明动力系统各部件的相互关系示意图。

图5-1至5-3分别为本发明动力系统的正视图、左视图、立体图。

图6-1至6-3分别为本发明风扇的正视图、左视图、立体图。

图7为本发明的任务示意图。

图8为本发明的飞行运动控制示意图。

其中：涵道1，风扇2，其中第一风扇2_A，第二风扇2_B，第三风扇2_C，第四风扇2_D，桨叶21，轮毂22，翼尖小翼3，机翼4。

具体实施方式

如图1所示，本发明是这样来工作和实施的，包括对称式翼尖小翼3和飞翼式机翼4、可通过遥控装置遥控的动力系统，所述的动力系统包括涵道1、风扇2，飞翼式机翼4的翼尖安装对称式翼尖小翼3，在翼尖小翼3的翼尖上分别安装四个涵道1，涵道1里面装有风扇2。所述的涵道1和风扇2组成涵道风扇动力系统，涵道1和风扇2均采用S3010翼型，飞翼式机翼4采用MH115翼型，对称式翼尖小翼3采用NACA0012翼型，机体坐标轴为OXYZ，涵道风扇动力系统安装角为，即其旋转轴与机体X轴平行。

如图2、图3、图4所示，飞翼式机翼4中b、C₁、C₂、χ分别表示机翼4的展长、机翼4翼根弦长、机翼4翼尖弦长和机翼4前缘后掠角。翼尖小翼3中b_tip、C_1tip 、C_2tip、χ_tip分别表示翼尖小翼3展长、翼尖小翼3弦长和翼尖小翼3弦长。涵道风扇动力系统参数为：风扇2直径d_j、涵道1内径d，涵道1外径D，涵道1高度h，桨尖间隙e，锥角β，风扇2至涵道1入口距离s，总体参数见下表：

如图7所示，四涵道飞翼式无人机可以进行城市作战侦察或快递运输等任务，其中主要包括11个任务航段，其分别为：

（1）任务航段A-B—垂直起飞与爬升，

（2）任务航段B-C—水平过渡，

（3）任务航段C-D—水平巡航，

（4）任务航段D-E—垂直过渡，

（5）任务航段E-F—垂直下降，

（6）任务航段F-G—悬停与滚转调姿，

（7）任务航段G-H—垂直爬升，

（8）任务航段H-I—水平过渡，

（9）任务航段I-J—水平巡航，

（10）任务航段J-K—垂直过渡，

（11）任务航段K-L—垂直下降与着陆。

四涵道飞翼式无人机进行悬停、垂直升降、俯仰、滚转等运动姿态调整可完成该任务。

如图8所示，运动姿态控制方式通过控制四个涵道风扇的转速来实现，风扇2A与风扇2C转动方向相同为逆时针，风扇2B与风扇2D转动方向相同为顺时针，具体如下：

（1）垂直升降与悬停

风扇2A与风扇2D转速相等，风扇2B与风扇2C转速相等，风扇旋转产生的反扭矩相互抵消，当四个风扇产生的升力相等时，总升力大于或者小于自身重力时微型飞行器实现垂直升降；等于自身重力时，实现悬停。

（2）俯仰运动

同时增大（减小）风扇2B与风扇2C转速，保持风扇2A与风扇2D转速不变，涵道风扇推力产生抬头（低头）力矩，可实现俯仰运动。

（3）滚转运动

滚转运动通过风扇旋转产生的反扭矩来实现。同时增大（减小）风扇2A与风扇2C转速，保持风扇2B与风扇2D转速不变，产生与风扇2A转速相反的反扭矩，从而实现与风扇2A转速相反的滚转运动，反之可以实现反方向的滚转运动。

（4）偏航运动

同时增大（减小）风扇2C与风扇2D转速，保持风扇2A与风扇2B转速不变，涵道风扇推力产生偏航力矩，可实现偏航运动。