一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机制造技术

本发明专利技术公开一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，具有对称双后掠尾翼及流线型机身。大展弦比鸭翼、大展弦比机翼沿机身呈串列式布置；尾翼于两侧机翼呈H型布置。无人机动力系统由Ⅰ型、Ⅱ型两类双模态动力舱及复合式混合供电系统组成。其中Ⅰ型动力舱安装于机翼梢部，Ⅱ型动力舱分布式安装于机翼内部及尾翼梢部。起降模态下，两型动力舱前部垂直起降多叶折叠桨运转提供起降推力；推进模态下，两型动力舱前部垂直起降多叶折叠桨自然折叠于舱室外侧桨坞之上，同时Ⅰ型舱后部平飞推进舱后部平飞推进桨提供前飞推力实现高效巡航。复合式混合供电系统负责两型动力舱及载荷设备的供电任务，在实现高效供电的同时具备多路多源输出控制功能。

【技术实现步骤摘要】
一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机
本专利技术属于飞行器设计领域，涉及一种混电推进垂直起降无人机，具体来说，是一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机。
技术介绍
现有的垂直起降固定翼无人机可基本满足垂直起降和平飞巡航对气动外形和动力系统的不同要求，但其功能多依靠结构变体或固定翼改型实现，其中，结构变体方案通过动力单元或部分、整体机翼倾转来达到垂直起降和平飞巡航的目的，结构重量较大；固定翼改型方案则直接在固定翼无人机上加装升力旋翼，技术门槛较低，可靠性较高，但也存在重量冗余和巡航效率较低等问题；已有的鸭式布局垂直起降固定翼无人机虽无变体结构带来的冗余重量，但其外形设计多偏重于功能验证，不具备高效巡航功能。同时，除固定翼改型方案外，其他已有方案多使用单一动力系统满足大区间内的使用要求，动力系统整体效率较为低下。因此，寻求一种具备垂直起降能力、结构重量较轻、动力系统适用性较好、满足低阻高效巡航要求的无人机设计方案成为当下研究热点。
技术实现思路
为克服前述已有布局及其动力系统缺点，本专利技术提出一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机方案，在无人机本体优良的巡航气动特性基础上，通过使用复合式混合供电系统和双模态动力舱，将该无人机垂直起降与高效巡航两种差异工况进行动力链划分，提高了各工况下的动力系统工作效率，减小了燃油消耗，同时，将垂直起降动力系统对巡航气动外形的影响降到了最小。本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，机身前部两侧安装有左鸭翼与右鸭翼，机身后部两侧安装有左机翼与右机翼；左机翼与右机翼上安装有左垂尾与右垂尾。上述左机翼与右机翼梢部安装有Ⅰ型动力舱；左机翼与右机翼下方安装有Ⅱ型动力舱；左垂尾与右垂尾梢部安装有Ⅱ型改型动力舱。其中，Ⅰ型动力舱包括垂直起降多叶折叠桨、平飞推进桨、第一电磁离合器、第二电磁离合器、双模态电动机，均安装于Ⅰ型动力舱舱室内。双模态电动机采用长轴输出，长轴前端通过第一电磁离合器与垂直起降多叶折叠桨相连；长轴后端通过第二电磁离合器与平飞推进桨相连；Ⅱ型动力舱包括垂直起降多叶折叠桨与垂直起降专用电动机，均安装于Ⅱ型动力舱外壳内；其中，垂直起降专用电动机输出端上同轴安装垂直起降多叶折叠桨；Ⅱ型改型动力舱为在Ⅱ型动力舱的基础上加装减震缓冲装置构成。本专利技术中Ⅰ型动力舱、Ⅱ型动力舱与Ⅱ型改型动力舱基于各自的动力结构和桨坞结构设计，可具备起降模态与推进模态两种工作形式；起降模态中，Ⅰ型动力舱、Ⅱ型动力舱及Ⅱ型改型动力舱前部垂直起降多叶折叠桨运转，Ⅰ型动力舱上的平飞推进桨保持风车状态；在推进模态中，Ⅰ型动力舱的中平飞推进桨运转，同时Ⅰ型动力舱、Ⅱ型动力舱及Ⅱ型改型动力舱前部垂直起降多叶折叠桨和垂直起降多叶折叠桨运均保持低阻折叠状态。上述Ⅰ型动力舱、Ⅱ型动力舱与Ⅱ型改型动力舱由复合式混合供电系统为动力舱进行供电。复合式混合供电系统设置于机身内，具有由发动机、发电机与能量管理装置构成的发电机供电链路，以及由储能电池与能量管理装置构成储能电池供电链路。上述复合式混合供电系统具备垂直起降、混电爬升、充电巡航、纯电巡航等四类供电模式，具体如下：垂直起降模式中，Ⅰ型动力舱、Ⅱ型动力舱及Ⅱ型改型动力舱均处于起降模态，此时由发电机供电链路对Ⅰ型动力舱直接供电，由储能电池链路对Ⅱ型动力舱及Ⅱ型改型动力舱直接供电。混电爬升模式中，Ⅰ型动力舱处于推进模态，Ⅱ型动力舱及Ⅱ型改型动力舱处于关闭状态，此时由于爬升过程需用功率较大，发电机供电链路直接供电无法满足需用功率要求，因此由发电机链路与储能电池链路共同为Ⅰ型动力舱进行混合供电。充电巡航模式中Ⅰ型动力舱处于推进模态，Ⅱ型动力舱及Ⅱ型改型动力舱工作模式与混电爬升相同，此时发动机功率存在富余，因此发电机供电链路在为Ⅰ型动力舱直接供电的同时，也对储能电池进行充电。纯电巡航模式中，发动机停机，由储能电池链路对Ⅰ型动力舱进行直接供电。通过四种工作模式的合理配置，在整个飞行剖面内，发动机均可运行在理想运行区间内，从而获得远优于传统水平的油耗特性。本专利技术的优点在于：1、本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，采用大展弦比鸭翼配合大展弦比机翼、双后掠尾翼、流线型机身设计，相较于传统垂直起降固定翼无人机，具有气动特性优良、结构紧凑、无复杂转换机构、可靠性高等优点；2、本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，采用复合式混合供电系统，该系统具备多路多源输出控制功能，可对某一输出线路采用发动机—发电机直供、电池直供、双路混供等多种供电方式，在全飞行剖面内可构成垂直起降、混电爬升、充电巡航、纯电平飞四种供电方案。依托上述供电方案，该无人机可减小对发动机的功率需求，从而减轻发动机的重量体积；同时，发动机在整个飞行过程中均可运行在其理想区间内，燃油经济性较好；3、本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，采用Ⅰ型、Ⅱ型两类双模态动力舱设计，将垂直起降与巡航平飞主要动力源解耦，起降模态和推进模态下分别由多叶旋翼和平飞推进桨提供拉力，保证了差异性工况下的动力系统效率，同时，垂直起降多叶折叠桨与动力舱桨坞的设计最大程度减小了垂直起降功能实现对于平飞巡航气动外形的影响。附图说明图1为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机巡航状态示意图；图2为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机起降状态示意图；图3为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机中垂尾后掠角设计方式示意图；图4为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机中Ⅰ型动力舱内部结构示意图；图5为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机中Ⅱ型动力舱内部结构示意图；图6为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机中Ⅱ型动力舱改型内部结构示意图；图7为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机中动力舱多叶桨折叠方式示意图；图8为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机中复合式混合供电系统安装方式示意图；图9为本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机中复合式混合供电系统基本结构示意图。图中：101-机身102-左鸭翼103-右鸭翼104-左机翼105-右机翼106-左垂尾107-右垂尾201-Ⅰ型动力舱202-Ⅱ型动力舱203-Ⅱ型改型动力舱301-发动机302-发电机303-储能电池304-能量管理器305-燃油箱201a-垂直起降多叶折叠桨A201b-平飞推进桨201c-第一电磁离合器201d-第二电磁离合器201e-双模态电动机201f-Ⅰ型动力舱舱室202a-垂直起降多叶折叠桨B202b-垂直起降专用电动机202c-Ⅱ型动力舱外壳203a-减震缓冲器具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，包括无人机本体、双模态动力舱与复合式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，其特征在于：无人机本体机身前部两侧安装有左鸭翼与右鸭翼，机身后部两侧安装有左机翼与右机翼；左机翼与右机翼上安装有左垂尾与右垂尾；/n上述左机翼与右机翼梢部安装有Ⅰ型动力舱；左机翼与右机翼下方安装有Ⅱ型动力舱；左垂尾与右垂尾梢部安装有Ⅱ型改型动力舱；其中，Ⅰ型动力舱包括垂直起降多叶折叠桨、平飞推进桨、第一电磁离合器、第二电磁离合器、双模态电动机，均安装于Ⅰ型动力舱舱室内；双模态电动机采用长轴输出，长轴前端通过第一电磁离合器与垂直起降多叶折叠桨相连；长轴后端通过第二电磁离合器与平飞推进桨相连；Ⅱ型动力舱包括垂直起降多叶折叠桨与垂直起降专用电动机，均安装于Ⅱ型动力舱外壳内；其中，垂直起降专用电动机输出端上同轴安装垂直起降多叶折叠桨；Ⅱ型改型动力舱为在Ⅱ型动力舱的基础上加装减震缓冲装置构成；/n上述Ⅰ型动力舱、Ⅱ型动力舱与Ⅱ型改型动力舱由复合式混合供电系统为动力舱进行供电；复合式混合供电系统设置于机身内，具有由发动机、发电机与能量管理装置构成的发电机供电链路，以及由储能电池与能量管理装置构成储能电池供电链路。/n

【技术特征摘要】
1.一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，其特征在于：无人机本体机身前部两侧安装有左鸭翼与右鸭翼，机身后部两侧安装有左机翼与右机翼；左机翼与右机翼上安装有左垂尾与右垂尾；
上述左机翼与右机翼梢部安装有Ⅰ型动力舱；左机翼与右机翼下方安装有Ⅱ型动力舱；左垂尾与右垂尾梢部安装有Ⅱ型改型动力舱；其中，Ⅰ型动力舱包括垂直起降多叶折叠桨、平飞推进桨、第一电磁离合器、第二电磁离合器、双模态电动机，均安装于Ⅰ型动力舱舱室内；双模态电动机采用长轴输出，长轴前端通过第一电磁离合器与垂直起降多叶折叠桨相连；长轴后端通过第二电磁离合器与平飞推进桨相连；Ⅱ型动力舱包括垂直起降多叶折叠桨与垂直起降专用电动机，均安装于Ⅱ型动力舱外壳内；其中，垂直起降专用电动机输出端上同轴安装垂直起降多叶折叠桨；Ⅱ型改型动力舱为在Ⅱ型动力舱的基础上加装减震缓冲装置构成；
上述Ⅰ型动力舱、Ⅱ型动力舱与Ⅱ型改型动力舱由复合式混合供电系统为动力舱进行供电；复合式混合供电系统设置于机身内，具有由发动机、发电机与能量管理装置构成的发电机供电链路，以及由储能电池与能量管理装置构成储能电池供电链路。


2.如权利要求1所述一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，其特征在于：左垂尾与右垂尾为双后掠垂尾构型，上下部分对称，中部连接机翼。


3.如权利要求2所述一种使用双模态动力舱的混电推进垂直起降无人机，其特征在于：左垂尾与右垂尾侧翻角不小于30°、前倾角不小于20°；且左垂尾中上下部分的前缘中部到左机翼一段后掠角设计在45°～65°之间，剩余一...

【专利技术属性】
技术研发人员：马东立，陈刚，杨穆清，夏兴禄，何程，
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