垂直起降固定翼飛行器的製作方法與工藝

2023-09-11 20:45:50

本實用新型涉及無人機技術領域，具體涉及一種垂直起降固定翼無人飛行器。

背景技術：
固定翼無人機具有續航時間長、巡航半徑大、飛行效率高等優勢。利用固定翼無人機作為任務平臺搭載各種負載設備進行飛行作業，可廣泛應用於地理測繪、地質勘探等領域。然而相比於旋翼式無人機，普通固定翼無人機的起飛和降落存在一定難度。就起飛方式而言，大型固定翼飛行器需要一定的起飛速度，一般利用彈射架提供一定的初始速度，降落時也需要較大面積的開闊場地。前拉單槳飛機前方視野受阻，發生故障降落時前端螺旋槳可能構成安全隱患；後推單槳飛機手拋或彈射起飛時快速轉動的螺旋槳也構成安全隱患。固定翼無人機實現垂直起飛並以多種形式靈活降落，能夠有效降低無人機在起降時對場地的限制。解決固定翼起降受限的難題將對固定翼無人機的應用和推廣起著極為關鍵的推動作用。事實上，部分無人機公司通過在固定翼機翼上安裝四個電動機的方式已經初步實現了固定翼垂直起飛轉平飛的功能，但是這種實現方式造成飛行姿態不穩定，導致飛行效率大打折扣。飛行器在水平飛行階段，四個電動機都處於關閉狀態，不僅增加整個飛行系統的阻力，還增加了負載的重量。因此，讓固定翼飛行器實現垂直起飛，並選擇跑道和垂直的方式降落，成為需要攻克的難點。

技術實現要素：
解決現有技術中固定翼無人機起飛距離長，降落方式單一的問題，為各類複雜的行業應用提供一種既能垂直起降也能跑道起降、控制精度高且可搭載多種設備的垂直起降固定翼無人飛行器。本實用新型採用以下技術方案實現，一種垂直起降固定翼無人飛行器，基礎型方案，包括機體，所述機體後側設有主機翼，機翼中部的前方設有螺旋槳，後方設有副翼，機體前方設有鴨翼，機體的上方和下方分別垂直設置有垂尾。為了實現垂直起降，所述下方的垂尾位於機體中部，所述垂尾的後翼面與機體尾部、機翼的末端位於同一平面。為了提高升力，所述螺旋槳與機翼緊貼設置。延伸型方案，為了實現冗餘控制，提高飛行可靠性，位於所述機身上方的垂直尾翼後方設有垂直舵。為了增加翼面積以提高載荷，同時增加橫滾安定性幫助實現無降落傘失速迫降，在主機翼的末端設有反角翼尖。為了實現跑道起降，所述機體的前方設有起落架，垂尾的結構為分別位於機翼下方的下垂尾，下垂尾的數量2個，下垂尾的下方設有滑輪。進一步的，所述機體前方的前輪架可摺疊設置。為提高飛行的精度，所述鴨翼前緣兩側及機翼後緣兩側安裝立體視覺避障傳感器，機身上設有超聲波模塊。本實用新型的有益之處在於，1.基礎型的設計方案，利用兩隻螺旋槳及兩側副翼提供四個自由度全姿態油門控制，控制簡單；螺旋槳強大的後洗氣流提高副翼舵面控制效能，有助於水平短距起降；採用前置鴨翼向機頭方向移動升力中心及重心，增加與副翼控制面的距離，有效提高姿態控制效率及水平飛行時縱向安定性。2.延伸型的方案可以安裝起落架，可以實現水平起降；主機翼上設有反角翼尖，既增加翼面積以提高載荷，又增加橫滾安定性幫助實現無降落傘失速迫降；立體視覺避障傳感器，實現飛行避障及垂直自主精準降落；機械結構相對簡單，製作成本低。附圖說明圖1本實用新型實施例一立體結構示意圖；圖2本實用新型實施例一俯視結構示意圖；圖3本實用新型實施例一側視結構示意圖；圖4本實用新型實施例二立體結構示意圖；圖5本實用新型實施例二後視結構示意圖；圖6本實用新型實施例二側視結構示意圖；圖中1.螺旋槳，10.起落架，11.滑輪，12.下垂尾，2.電機，3.舵機，4.副翼，5.垂尾，51.垂直舵，6.鴨翼，7.反角翼尖。具體實施方式下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。實施例一如圖1所示，本實用新型提供一種垂直起降固定翼飛行器，包括機體，所述機體後側設有主機翼，位於機翼中部的前方設有連接電機2的螺旋槳1，機翼後方設有副翼4，副翼4連接機體內部的舵機3。機體前方設有鴨翼6，位於機體的上方和下方分別垂直設置有垂尾5。為了便於控制，所述垂尾5位於機體中部，所述垂尾5的後翼面與機體尾部、機翼的末端位於同一平面。為了提高升力，利用強大的後洗氣流提高副翼4舵面控制效能，所述螺旋槳1與機翼緊貼設置。本實施例實施時，機頭向上機尾向下設置，利用螺旋槳強大的後洗氣流提高副翼舵面控制效能，使飛行器以豎直的姿態起飛。水平飛行時，前置鴨翼向機頭方向移動升力中心及重心，增加與副翼控制面的距離，有效提高姿態控制效率及水平飛行時縱向安定性。降落時依靠螺旋槳實現機身豎直方向的垂直降落。本實施例中僅利用兩隻螺旋槳及兩側副翼提供四個自由度全姿態油門控制；與單槳垂直起降飛機不同，兩隻螺旋槳裝在兩側機翼前端，利用螺旋槳強大的後洗氣流提高副翼舵面控制效能，並提高水平飛行時的機翼升力，有助於水平短距起降；採用前置鴨翼向機頭方向移動升力中心及重心，增加與副翼控制面的距離，有效提高姿態控制效率及水平飛行時縱向安定性。僅有兩隻螺旋槳，採用燃油發動機時機械結構相對簡單，並能大大提高航程與載荷能力。此外與單槳固定翼飛機相比，本設計起降安全、操控實用性好，避免了前拉單槳飛機前方視野受阻、發生故障降落時前端螺旋槳構成安全隱患以及後推單槳飛機手拋或彈射起飛時快速轉動的螺旋槳構成安全隱患的問題。實施例二如圖2所示，本實施例為了進一步提高控制精度，實現多種方式起降，與實施例一相比區別之處在於採用的技術方案是機身上方的垂直尾翼後方設有垂直舵51。水平舵51在水平飛行時提供指向冗餘控制，即使一側螺旋槳失去動力，飛行器也能安全平飛返航。同時為了實現跑道降落，機體的前方設有可摺疊的起落架10，相應的後方下垂尾12數量為2個，分別位於兩側機翼的下方，垂尾的下方前部設有滑輪11，在水平起降時充當滑行機構，大大提高載荷能力。為了增加翼面積從而提高載荷和橫滾安定性，幫助實現無降落傘失速迫降，主機翼的末端設有反角翼尖。為實現飛行避障及垂直自主精準降落，鴨翼前緣兩側及機翼後緣兩側安裝立體視覺避障傳感器，機身上還設有超聲波模塊，有效減小視覺盲區，擴大定位和避障感知的範圍。本實用新型具體實施時，可以依靠起落架和機身後方的2組垂尾和滑輪組合實現水平跑道起降，也可以如實施例一一樣實現垂直起降，而且加上垂直尾翼控制面，水平飛行時提供指向冗餘控制，即使出現一側動力缺失的情況飛行器也能安全平飛返航。垂直起降受風力影響較大，大風天氣時可以採用水平起降；由於燃油消耗或空投負載等原因返航降落時飛機可能較輕，有利於採用垂直降落，大大降低降落難度。鴨翼前緣兩側及主機翼後緣兩側可以安裝立體視覺避障傳感器，實現飛行避障及垂直自主精準降落。