[go: up one dir, main page]

CN106184741A - 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机 - Google Patents

一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机 Download PDF

Info

Publication number
CN106184741A
CN106184741A CN201610872496.0A CN201610872496A CN106184741A CN 106184741 A CN106184741 A CN 106184741A CN 201610872496 A CN201610872496 A CN 201610872496A CN 106184741 A CN106184741 A CN 106184741A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ducted fan
vuav
flying wing
wing type
fuselage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201610872496.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106184741B (zh
Inventor
曾冠南
沈思颖
曹华振
闫晓鹏
赵大林
周礼洋
李晨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Original Assignee
Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Engineering Thermophysics of CAS filed Critical Institute of Engineering Thermophysics of CAS
Priority to CN201610872496.0A priority Critical patent/CN106184741B/zh
Publication of CN106184741A publication Critical patent/CN106184741A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106184741B publication Critical patent/CN106184741B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • B64C29/02—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis vertical when grounded
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/32—Rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U30/00—Means for producing lift; Empennages; Arrangements thereof
    • B64U30/20—Rotors; Rotor supports

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本发明公开了一种垂直起降型飞翼布局无人机，包括机身、机翼、上下尾翼和涵道风扇，特征是使用分布式涵道风扇动力以尾座式布局起飞，机身和机翼尾部设置主涵道风扇，用于垂直起降过程中的升力、姿态控制及提供巡航飞行推力，上下垂尾布置副涵道风扇，用于俯仰姿态控制，无人机使用电力与燃油混合动力。该无人机具有机动灵活的垂直起降能力，可以在不依赖机场跑道的前提下完成起飞降落过程，同时拥有优秀的巡航效率、速度及航程，且融合了飞翼布局不错的隐身性与较高的结构利用率等特点。

Description

一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机
技术领域
本发明涉及一种飞翼式布局分布式涵道风扇无人机，尤其涉及一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机。
背景技术
众所周知，飞机要克服重力在天空中飞行，那就需要通过机翼上下表面的不同流动速度的空气产生压力差，形成托举飞机的向上升力。这样的话，飞机起飞时就需要至少数百米甚至上千米的滑跑距离进行加速，由于飞机设计和材料的限制，飞机起飞只能在较为平坦的平地或跑道上进行，机场应运而生。通常，一个军用机场包括一条或多条跑道、滑行道、停机坪、作战指挥室等，这些组成部分都要占据大量的土地面积，因此一个机场的面积都超过3平方公里，目标特征非常明显。可以说，在航天侦察大发展的当下，各军事大国都了解彼此军用机场的分布地点和外观特征，在这方面已经没什么秘密可言。军用机场特征的明显性意味着其易受攻击，此外军用机场还存在脆弱性，即一旦遭受攻击，整个机场有可能陷入瘫痪状态，比如跑道被摧毁后，军用机场就无法放飞战机升空作战，战机就成为一堆废铁，机场也就失去了应用的价值。
传统的机身布局巡航速度低，隐身性能较差。传统的机械结构推进技术，机体内部传动操纵结构较复杂，且会占据部分空间。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了克服传统固定翼无人机起飞降落对机场跑道过于依赖，机动性差，没有定点悬停作业能力，且内部传动操纵结构复杂，整机空间利用率低，隐身能力弱的缺点。本发明提供一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，起飞与降落时机头朝向天空，机尾坐落在地面以尾座式布局起飞降落，起飞后通过整体机身倾转进入巡航飞行姿态。该无人机在具有机动灵活的垂直起降能力的同时，拥有优秀的巡航效率、速度及航程，并且还融合了飞翼布局不错的隐身性与较高的结构利用率等特点。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，包括机身、机翼和涵道风扇，所述涵道风扇分布设置在飞机尾部，所述无人机采用机头朝上机尾坐落在地面的尾座式布局垂直起降，其根据飞行需求调整各涵道风扇工作状态。
上述方案中，所述涵道风扇包括分布式主涵道风扇和副涵道风扇。
上述方案中，所述主涵道风扇分布设置在机身和机翼尾部，用于垂直起降过程中的升力、姿态控制及提供巡航飞行推力，。
上述方案中，无人机还包括上下垂尾，所述副涵道风扇分布设置在上下垂尾上，用于俯仰姿态控制。
上述方案中，所述上下垂尾内置舵机、副涵道风扇线缆和通讯天线。所述机身内置发动机和发电机，发动机带动发电机，发电机为涵道风扇提供电力。所述机翼内置主油箱、舵机和涵道风扇线缆。
上述方案中，所述机翼翼梢设置翼梢小翼。所述无人机整体采用翼身融合体设计，机身和机翼采用非对称翼型。
(三)有益效果
采用了新型电动分布式涵道风扇动力设计，实现了结构空间的高利用。可以在不依赖机场跑道的前提下完成起飞降落过程，有着优秀的巡航能力的同时还有着一定的隐身性。功能强大，起降机动性强，实用效益好。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的无人机总体整体结构图；
图2是本发明的一个实施例的翼身融合体的结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的翼身融合体的翼型示意图；
图4是本发明的一个实施例的垂尾及翼梢小翼的翼型示意图；
图5是本发明的一个实施例的无人机尾座式起飞降落姿态示意图。
具体实施方式
本发明提出一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，包括机身、机翼和涵道风扇，所述涵道风扇设置在飞机尾部，起飞与降落时机头朝向天空，机尾坐落在地面以尾座式布局起飞降落，起飞后通过整体机身倾转进入巡航飞行姿态。
新型分布式布局，能量管理与分配是设计的重点，为了在不同的飞行阶段与飞行状态时，涵道风扇都有较高的效率，故依据不同阶段的飞行特性，设计配备不同性能的涵道风扇。当以机头朝上的姿态起飞与降落时，所需风扇推力较大，因此整机所有涵道风扇共同工作。当以机身正常姿态巡航飞行时，整机有优秀的升阻特性，此时仅需部分涵道风扇组合工作即可完成推动飞行并调整俯仰姿态的需求。
该无人机具有机动灵活的垂直起降能力，可以在不依赖机场跑道的前提下完成起飞降落过程，同时拥有优秀的巡航效率、速度及航程，并且还融合了飞翼布局不错的隐身性与较高的结构利用率等特点。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明的一个实施例的无人机整体结构图。如图1所示，该实施例的无人机整体采用翼身融合体设计，机身机翼均采用有利于巡航效率及空间结构利用的非对称翼型WORTMANN FX 08-S-176，上下垂尾及翼梢小翼采用对称翼型BTP-8。机翼内布置主油箱、舵机及涵道风扇线缆，空间利用率高。上下垂尾内部布置舵机、副涵道风扇线缆、通讯天线。机身内置一台350kW涡轴发动机带动一台发电机，发电机产生的电力被分配至全机六个涵道风扇上。
图2是本发明的一个实施例的主副涵道风扇结构示意图，如图所示，垂尾上布置两个副涵道风扇，主要用于俯仰姿态控制，翼身融合体上的四个主涵道风扇用于垂直起降过程中升力、姿态控制及提供巡航飞行推力，保证全机具有较高的巡航效率。垂直起降采用尾座式设计，起飞时全部六个涵道风扇受飞控协调工作，起飞后，姿态变化过渡至巡航模式，副涵道风扇关闭，主涵道风扇在最优工作效率状态巡航工作。翼梢小翼的设计负责拟补飞翼布局航向稳定性的不足。
图3是本发明的一个实施例的翼身融合体的翼型示意图。如图所示，整机采用WORTMANN FX 08-S-176非对称翼型，升阻特性好，在巡航飞行时有较好的飞行效率，同时翼型厚度较为理想，机身内空间较大。
图4是本发明的一个实施例的垂尾及翼梢小翼的结构示意图。如图所示，垂尾及翼梢小翼采用BTP-8翼型，选用对称翼型，在巡航飞行时不会产生额外的偏航力矩。上下垂尾采用双垂尾对称翼型设计，在起飞与降落时在地面可以给予整机很好的支撑，在巡航飞行时，垂尾及翼梢小翼可以弥补飞翼布局偏航稳定性较弱的不足。
图5是本发明的一个实施例的飞行器尾座式起飞降落姿态示意图。在图5中，飞行器以图示姿态布置，当完成地检后，有地面站机长发出起飞指令，此时在机载电瓶与起动机的作用下，涡轴发动机进行点火，通过减速机构带动发电机工作。六个涵道风扇在飞控的控制下，保证姿态稳定的同时不断输出升力，使得飞行器完成垂直起飞过程。
当飞行器垂直起飞到达一定高度及状态时，六个涵道风扇协调输出俯仰力矩，在保证姿态稳定过渡的前提下，使飞行器进入巡航状态。经过飞控计算机的判定，将关闭部分涵道风扇，同时根据飞行需求协调剩余涵道风扇工作于最优能量效率状态。多余度合理的动力控制，保证了飞行器的巡航效率、机动性、稳定性与安全性。
当飞行器准备降落时，飞控将控制飞行器拉起俯仰，六个涵道风扇也将提供舵面外额外的俯仰力矩。当机头拉起整机垂直于地面后，飞控在保证飞行模态稳定过渡的前提下，变化为垂直降落模式，逐渐降低高度，降落至设定的降落点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，包括机身、机翼和涵道风扇，其特征在于，所述涵道风扇分布设置在飞机尾部，所述无人机采用机头朝上机尾坐落在地面的尾座式布局垂直起降，其根据飞行需求调整各涵道风扇工作状态。
2.如权利要求1所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述涵道风扇包括分布式主涵道风扇和副涵道风扇。
3.如权利要求2所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述主涵道风扇分布设置在机身和机翼尾部，用于垂直起降过程中的升力、姿态控制及提供巡航飞行推力。
4.如权利要求1所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，无人机还包括上下垂尾。
5.如权利要求4所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述副涵道风扇分布设置在上下垂尾上，用于俯仰姿态控制。
6.如权利要求4所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述上下垂尾内置舵机、副涵道风扇线缆和通讯天线。
7.如权利要求1所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述机身内置发动机和发电机，发动机带动发电机，发电机为涵道风扇提供电力。
8.如权利要求1所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼内置主油箱、舵机和涵道风扇线缆。
9.如权利要求1-8任一项所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述机翼翼梢设置翼梢小翼。
10.如权利要求1-8任一项所述的飞翼式涵道风扇垂直起降无人机，其特征在于，所述无人机整体采用翼身融合体设计，机身和机翼采用非对称翼型。
CN201610872496.0A 2016-09-30 2016-09-30 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机 Active CN106184741B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610872496.0A CN106184741B (zh) 2016-09-30 2016-09-30 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610872496.0A CN106184741B (zh) 2016-09-30 2016-09-30 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106184741A true CN106184741A (zh) 2016-12-07
CN106184741B CN106184741B (zh) 2020-04-07

Family

ID=57521116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610872496.0A Active CN106184741B (zh) 2016-09-30 2016-09-30 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106184741B (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107054668A (zh) * 2017-01-20 2017-08-18 成都前沿动力科技有限公司 一种基于电动涡喷垂直起降飞翼布局的隐形无人机
CN107097949A (zh) * 2017-04-25 2017-08-29 河南三和航空工业有限公司 一种垂直起降固定翼无人机
CN109116866A (zh) * 2018-09-20 2019-01-01 四川腾盾科技有限公司 一种无人机双向自主驶入控制方法
CN109279001A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 通用电气公司 竖直起飞和降落的飞行器
CN109774936A (zh) * 2019-01-08 2019-05-21 南京航空航天大学 一种复合三角翼的无人自转旋翼机结构
CN112208757A (zh) * 2020-10-21 2021-01-12 中山大学 一种三旋翼尾座式垂直起降无人机
CN112520019A (zh) * 2020-12-09 2021-03-19 南京长峰航天电子科技有限公司 一种无人直升机机载电磁环境模拟设备、系统及直升机
CN116985994A (zh) * 2023-09-21 2023-11-03 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种隐形飞行器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050178879A1 (en) * 2004-01-15 2005-08-18 Youbin Mao VTOL tailsitter flying wing
CN105129097A (zh) * 2015-09-09 2015-12-09 天峋创新（北京）科技有限公司 一种可垂直起降的无人机布局
BR102014025950A2 (pt) * 2014-10-17 2016-05-24 Univ Sao Paulo aeronave híbrida com as funcionalidades de helicóptero multirrotor e de motoplanador de asa fixa, modo de funcionamento da aeronave híbrida e arquitetura de controle da mesma
US20160144957A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 XCraft Enterprises, LLC High speed multi-rotor vertical takeoff and landing aircraft
CN206087302U (zh) * 2016-09-30 2017-04-12 中国科学院工程热物理研究所 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050178879A1 (en) * 2004-01-15 2005-08-18 Youbin Mao VTOL tailsitter flying wing
BR102014025950A2 (pt) * 2014-10-17 2016-05-24 Univ Sao Paulo aeronave híbrida com as funcionalidades de helicóptero multirrotor e de motoplanador de asa fixa, modo de funcionamento da aeronave híbrida e arquitetura de controle da mesma
US20160144957A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 XCraft Enterprises, LLC High speed multi-rotor vertical takeoff and landing aircraft
CN105129097A (zh) * 2015-09-09 2015-12-09 天峋创新（北京）科技有限公司 一种可垂直起降的无人机布局
CN206087302U (zh) * 2016-09-30 2017-04-12 中国科学院工程热物理研究所 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107054668A (zh) * 2017-01-20 2017-08-18 成都前沿动力科技有限公司 一种基于电动涡喷垂直起降飞翼布局的隐形无人机
CN107097949A (zh) * 2017-04-25 2017-08-29 河南三和航空工业有限公司 一种垂直起降固定翼无人机
CN109279001A (zh) * 2017-07-21 2019-01-29 通用电气公司 竖直起飞和降落的飞行器
CN109116866A (zh) * 2018-09-20 2019-01-01 四川腾盾科技有限公司 一种无人机双向自主驶入控制方法
CN109116866B (zh) * 2018-09-20 2021-05-14 四川腾盾科技有限公司 一种无人机双向自主驶入控制方法
CN109774936A (zh) * 2019-01-08 2019-05-21 南京航空航天大学 一种复合三角翼的无人自转旋翼机结构
CN109774936B (zh) * 2019-01-08 2024-04-12 南京航空航天大学 一种复合三角翼的无人自转旋翼机结构
CN112208757A (zh) * 2020-10-21 2021-01-12 中山大学 一种三旋翼尾座式垂直起降无人机
CN112520019A (zh) * 2020-12-09 2021-03-19 南京长峰航天电子科技有限公司 一种无人直升机机载电磁环境模拟设备、系统及直升机
CN112520019B (zh) * 2020-12-09 2022-05-03 南京长峰航天电子科技有限公司 一种无人直升机机载电磁环境模拟设备、系统及直升机
CN116985994A (zh) * 2023-09-21 2023-11-03 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种隐形飞行器
CN116985994B (zh) * 2023-09-21 2023-11-28 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种隐形飞行器

Also Published As

Publication number Publication date
CN106184741B (zh) 2020-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104290907B (zh) 新型混合动力垂直短距起降无人飞行器
CN107176286B (zh) 基于双涵道风扇动力系统的可折叠式固定翼垂直起降无人飞行器
CN106184741B (zh) 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机
CN103043212B (zh) 固定翼与电动多旋翼组成的复合飞行器
EP2760739B1 (en) Control of an unmanned aerial vehicle
CN202728575U (zh) 固定翼与电动多旋翼组成的复合飞行器
CN102120489A (zh) 倾转涵道无人机
CN202728574U (zh) 固定翼与电动多桨组成的具有直升机功能的复合飞行器
CN105173073A (zh) 一种复合升力垂直起降无人机
WO2013056493A1 (zh) 固定翼与电动多旋翼组成的复合飞行器
EP3087003A1 (en) An unmanned aerial vehicle
CN105667783A (zh) 一种动力结构的倾转定翼水上无人机
CN107140179B (zh) 一种尾座式串列翼长航时飞行器气动布局
CN112937849A (zh) 一种倾转式和固定式螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器
KR101828924B1 (ko) 내연 엔진과 전기 모터를 구비한 항공기
CN108128448A (zh) 双尾撑式共轴倾转旋翼无人机及其控制方法
CN105818980A (zh) 新型高升力垂直起降飞行器
CN107878746A (zh) 一种油电混合动力的垂直起降固定翼长航时无人机
CN112896499A (zh) 一种倾转涵道与固定螺旋桨组合布局的垂直起降飞行器
CN203544372U (zh) 一种加装横流风扇的固定翼飞行器
CN206087302U (zh) 一种飞翼式涵道风扇垂直起降无人机
CN110920881B (zh) 一种垂直起降无人运输机及其控制方法
CN106494614B (zh) 具有水平起降和垂直起降功能的飞行器
CN103847964B (zh) 一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器
CN111422348A (zh) 一种垂直起降无人机及其控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant