一种盒式倾转翼飞行器制造技术

本发明专利技术公开了一种盒式倾转翼飞行器，包括机身、起落架、固定前翼、可倾转后翼以及旋翼系统，所述固定前翼的翼尖通过连接构件与所述可倾转后翼的翼尖连接，所述旋翼系统包括设置于所述机身的前端的可倾转的前螺旋桨，和设置于所述可倾转后翼上且分别位于所述机身的两侧的一对后螺旋桨，所述一对后螺旋桨随所述可倾转后翼同步倾转。本发明专利技术的前后机翼在翼尖相连形成的盒式双翼构型使机翼尤其是可倾转后翼结构刚度大幅提高，同时机身前端的发动机和可倾转后翼两侧的电动机所构成的前三点式动力布局，使飞行器在垂直起降和悬停状态均具有足够的俯仰和滚转静平衡余度。

【技术实现步骤摘要】
一种盒式倾转翼飞行器
本申请涉及倾转翼飞行器领域，具体但不排他地，涉及一种具有可短距起降、垂直起降、悬停和前飞功能的前三点式动力布局盒式倾转翼飞行器。
技术介绍
近年来，随着蓄电池能量密度和主动控制技术的快速发展，加上电机驱动螺旋桨可快速调转速的特点，开发实用型的电驱动超轻型旋翼飞行器的条件已成熟。与直升机相比，倾转旋翼或倾转翼飞行器综合了旋翼和固定翼的优势，其中，倾转翼在垂直起降和悬停时的气动效率显著高于倾转旋翼，这对电驱动飞行器尤为重要，因此倾转翼成为首选构型。然而，目前倾转翼飞行器主要采用上单翼式或四个以上多旋翼构型，其主要有以下两方面的不足：一是导致静稳定裕度不足或是稳定裕度有余但动力系统复杂且低效；二是这类飞行器的主动控制系统在起飞悬停时对各旋翼的升力变化很敏感，因此对机翼的刚度要求更高，以免升力变化产生的机翼的振动和弹性变形引起系统对旋翼的过度调节而导致稳定性控制发散。而传统飞机构型采用的悬臂梁式倾转上单翼的刚度明显不足，采用小展弦比大厚度的机翼设计又会导致结构偏重以及机翼升力面偏小而低速前飞时升力不足。
技术实现思路
为克服或补偿上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种构型科学合理、结构紧凑、气动效率高、控制精准、具备短距起降、垂直起降和悬停并在前飞时可利用气流能量充电功能的前三点式动力布局盒式倾转翼飞行器。根据本专利技术的一方面，提供一种盒式倾转翼飞行器，包括机身、起落架、固定前翼、可倾转后翼、以及旋翼系统，所述固定前翼以下单翼方式安装于所述机身的前段下部，所述可倾转后翼以平直上单翼方式安装于所述机身的后段上部，所述固定前翼的翼尖通过连接构件与所述可倾转后翼的翼尖连接，所述旋翼系统包括设置于所述机身的前端的可倾转的前螺旋桨，和设置于所述可倾转后翼上且分别位于所述机身的两侧的一对后螺旋桨，所述一对后螺旋桨随所述可倾转后翼同步倾转。本专利技术的前后机翼在翼尖相连形成的盒式双翼构型使机翼尤其是可倾转后翼结构刚度大幅提高，另外小展长双机翼可提供足够的升力面，在相对低速飞行状态产生所需的升力。在一些实施方式中，所述前螺旋桨的倾转角度可为0-90度，所述可倾转后翼连同所述一对后螺旋桨的倾转角度可为0-90度。在一些实施方式中，所述飞行器可包括下端连接于所述机身的后段的垂向支架，所述可倾转后翼可包括沿其翼展延伸的翼梁、设置于所述翼梁的翼面以及连接于所述翼面的后部的升降副翼。所述翼梁可转动地连接于所述垂向支架的上端，所述一对后螺旋桨分别设置于所述翼梁的两个侧段。在一些实施方式中，所述翼梁的中段可设置有蜗齿传动机构及驱动所述蜗齿传动机构的伺服电机，所述伺服电机固定安装于所述垂向支架，所述蜗齿传动机构可包括相互啮合的齿轮和蜗杆，所述蜗杆设置于所述伺服电机的上端，所述翼梁穿过并固连于所述齿轮。在一些实施方式中，所述飞行器可包括下端均连接于所述机身的后段的前垂向支架和后垂向支架，所述可倾转后翼可包括沿其翼展延伸的平行间隔设置的前翼梁和后翼梁、设置于所述前翼梁和所述后翼梁的翼面以及连接于所述翼面的后部的升降副翼，所述后翼梁可转动地连接于所述后垂向支架的上端，所述前翼梁能够以所述后翼梁为轴转动，所述一对后螺旋桨分别设置于所述前翼梁的两个侧段。在一些实施方式中，所述后翼梁的中段可设置有蜗齿传动机构及驱动所述蜗齿传动机构的伺服电机，所述伺服电机固定安装于所述前垂向支架，所述蜗齿传动机构包括相互啮合的π/2扇形齿轮和蜗杆，所述蜗杆设置于所述伺服电机的上端，所述前翼梁和所述后翼梁分别穿过并固连于所述π/2扇形齿轮，所述π/2扇形齿轮的半径略大于所述前翼梁和所述后翼梁的间距。在一些实施方式中，所述蜗齿传动机构还可包括用于防止所述可倾转后翼的倾转角小于0度的杆，所述杆的一端固连于所述π/2扇形齿轮的非齿缘，另一端前伸至所述蜗杆的上方。在一些实施方式中，所述固定前翼可具有上反角和后掠角，所述上反角可为10-15度，所述后掠角可为15-20度。在一些实施方式中，所述连接构件可包括具有后倾角和外倾角的垂向梁及安装于所述垂向梁的可偏转的垂直安定面，所述垂向梁的后倾角可为20-30度，外倾角可为20-30度。在一些实施方式中，所述起落架可以为前三点式起落架。在一些实施方式中，所述前螺旋桨可由发动机驱动，所述一对后螺旋桨可分别由一对电动机驱动。机身前端的发动机和可倾转后翼两侧的电动机构成了前三点式动力布局，使飞行器的重心正好处于这三点形成的三角形形心附近，基于三点平衡原理，本专利技术的飞行器在垂直起降和悬停状态均具有足够的俯仰和滚转静平衡余度。附图说明为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术的一实施方式的飞行器处于前飞状态的结构示意图。图2为本专利技术的一实施方式的飞行器处于垂直起降和悬停状态的结构示意图。图3为本专利技术的另一实施方式的飞行器处于前飞状态的结构示意图。图4为本专利技术的另一实施方式的飞行器处于垂直起降和悬停状态的结构示意图。图5为本专利技术的飞行器设置有驾驶舱的示意图。具体实施方式下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。如图1和2所示，本专利技术的盒式倾转翼飞行器包括机身1、安装于机身1的底部的前三点式起落架(前起落架2和主起落架3)、安装于机身1的前端的发动机4和螺旋桨5、以及位于机身1的前端两侧的可驱动发动机4和螺旋桨5倾转的伺服电机(未示出)和蜗齿传动机构6。特别地，本专利技术的飞行器包括以下单翼方式安装于机身1的前段下部的固定前翼7，以在飞行器前飞时提供升力。该前翼7具有一定后掠角和上反角，特别地，上反角为10-15度，优选为10度，后掠角为15-20度，优选为15度。前翼7的外翼后缘处安装有副翼8，操纵副翼8偏转可控制飞行器的滚转姿态。在一些实施方式中，副翼8的长度约为前翼7的翼展的50％，其外端距离前翼7的翼尖0-0.05m。特别地，本专利技术的飞行器还包括以平直上单翼方式安装于机身1的后段上部的可倾转后翼。在如图1和2所示的实施例中，飞行器包括下端分别连接于所述机身的后段两侧的一对垂向支架10。在本实例中，可倾转后翼包括一根沿其翼展延伸的连续的翼梁11，该翼梁11通过安装于一对垂向支架10的上端的一对轴承12，可转动地连接于垂向支架10的上端。为清楚说明，将翼梁11划分为对应于机身1两侧的两个侧段和连接该两个侧段的中段。在一些实施方式中，翼梁11可以仅包括对应于机身1两侧的两个侧段。如图1和2所示，翼梁11的中段且邻近轴承12的内侧(或外侧)处设置有蜗齿传动机构13及驱动该蜗齿传动机构13的伺服电机14，该伺服电机14固定安装于垂向支架10。特别地，蜗齿传动机构13包括相互啮合的齿轮和蜗杆，其中，蜗杆设置于伺服电机14的上端，翼梁11穿过并固连于齿轮，使得蜗齿传动机构13能够驱动翼梁11转动，从而使可倾转后翼按需要的速率在一定角度之间倾转并且可以在该角度范围内任意停止和锁定。特别地，翼梁11的两个侧段上分别安装有可以随翼梁11本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盒式倾转翼飞行器，其特征在于，所述飞行器包括机身、起落架、固定前翼、可倾转后翼、以及旋翼系统，所述固定前翼以下单翼方式安装于所述机身的前段下部，所述可倾转后翼以平直上单翼方式安装于所述机身的后段上部，所述固定前翼的翼尖通过连接构件与所述可倾转后翼的翼尖连接，所述旋翼系统包括设置于所述机身的前端的可倾转的前螺旋桨，和设置于所述可倾转后翼上且分别位于所述机身的两侧的一对后螺旋桨，所述一对后螺旋桨随所述可倾转后翼同步倾转。

【技术特征摘要】
1.一种盒式倾转翼飞行器，其特征在于，所述飞行器包括机身、起落架、固定前翼、可倾转后翼、以及旋翼系统，所述固定前翼以下单翼方式安装于所述机身的前段下部，所述可倾转后翼以平直上单翼方式安装于所述机身的后段上部，所述固定前翼的翼尖通过连接构件与所述可倾转后翼的翼尖连接，所述旋翼系统包括设置于所述机身的前端的可倾转的前螺旋桨，和设置于所述可倾转后翼上且分别位于所述机身的两侧的一对后螺旋桨，所述一对后螺旋桨随所述可倾转后翼同步倾转。2.根据权利要求1所述的飞行器，其特征在于，所述前螺旋桨的倾转角度为0-90度，所述可倾转后翼连同所述一对后螺旋桨的倾转角度为0-90度。3.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括下端连接于所述机身的后段的垂向支架，所述可倾转后翼包括沿其翼展延伸的翼梁、设置于所述翼梁的翼面以及连接于所述翼面的后部的升降副翼，所述翼梁可转动地连接于所述垂向支架的上端，所述一对后螺旋桨分别设置于所述翼梁的两个侧段。4.根据权利要求3所述的飞行器，其特征在于，所述翼梁的中段设置有蜗齿传动机构及驱动所述蜗齿传动机构的伺服电机，所述伺服电机固定安装于所述垂向支架，所述蜗齿传动机构包括相互啮合的齿轮和蜗杆，所述蜗杆设置于所述伺服电机的上端，所述翼梁穿过并固连于所述齿轮。5.根据权利要求1或2所述的飞行器，其特征在于，所述飞行器包括下端均连接于所述机身的后段的前垂向支架和后垂向支架，所述可倾转后翼包括沿其翼展延伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭士钧，张曙光，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11