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CN106800089A - 一种电动倾转三旋翼无人机 - Google Patents

一种电动倾转三旋翼无人机 Download PDF

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班韬泽
韦毅
刘健
陈惠惠
王雪峰
袁云
李支强
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Abstract

电动倾转三旋翼无人机是一种兼具直升飞机和固定翼飞机飞行特点，能够垂直起降和短距起降的飞机。其总体布局是由全动鸭翼、平直下单翼和固定V尾组成。该款无人机的两个电机和旋翼固定在鸭翼的翼尖，可独立随鸭翼倾转角度，另一个电机和旋翼安装在V尾之间，也可绕转轴倾转角度。当无人机三副旋翼的旋转轴倾转至Z轴附近时，飞机能够实现直升飞机的飞行模式，当三副旋翼倾转至X轴附近时，飞机能够实现固定翼飞机的飞行模式。通过同时控制三副旋翼的推力大小和方向来克服旋翼的反扭矩和控制无人机姿态。该款无人机能够让用户在有限的场地或者跑道起降无人机以执行特殊任务，提高无人机飞行速度、续航时间和有效载荷。

Description

一种电动倾转三旋翼无人机
技术领域
本发明涉及无人机领域，具体为能够实现垂直/短距起降的倾转旋翼无人机。
背景技术
目前，无人机技术已经广泛地应用到我们生活当中，比如航拍、巡视、侦查、娱乐等。而市场上的无人机主要分为两大类：固定翼类无人机和旋翼类无人机。固定翼类无人机大都采用在跑道上滑跑起降，其具有有效载荷大，巡航速度快，续航时间长和效率高等优点，但是其对跑道的依赖性强、不能小半径机动和悬停，从而限制了其使用场合。旋翼类无人机包括普通的直升飞机和多旋翼无人机，它们都能实现垂直起降，并能在较小的空间内飞行，灵活性要高于固定翼类无人机，但是其存在有效载荷较小，巡航速度较慢，续航时间较短的缺点。所以，两种无人机都有其各自的优缺点，从而一定程度上限制了其使用灵活性和效率。
发明内容
为了解决上诉的技术问题，本发明提供了一种通过倾转无人机旋翼的方法，实现无人机能够在直升飞机模式和固定翼飞机模式之间自由转换，从而使其拥有两种无人机的优点，提高飞机的适用性。
一种电动倾转三旋翼无人机，包括机身、主翼、副翼、起落架、左鸭翼、右鸭翼、左电机旋翼、右电机旋翼、固定V型尾翼、后电机旋翼和后电机支承转轴，主翼安装在机身中部，起落架设置在机身下部，副翼设置在主翼后部外侧，左鸭翼和右鸭翼通过转抽连接于机身，左电机旋翼和右电机旋翼分别固定在左鸭翼和右鸭翼的翼尖上，固定V型尾翼安装在机身的尾部上，后电机旋翼固定通过后电机支承转轴安装在V型尾翼之间，左鸭翼和右鸭翼分别独立倾转范围为0°～150°，后电机支承转轴倾转范围为0°～120°。
进一步，上述的电动倾转三旋翼无人机的左电机旋翼、右电机旋翼和后电机旋翼三者为独立控制转速，左电机旋翼和右电机旋翼的旋转方向相同并与后电机旋翼的旋转方向相反。
进一步，上述的电动倾转三旋翼无人机的起落架为前三点式起落架，该前三点式起落架在左鸭翼、右鸭翼及后电机支承转轴倾转到0°～70°之间的任意一角度时，无人机可进行短距滑跑起降。
本发明通过倾转无人机的旋翼，具备了无人机具备固定翼无人机和直升飞机的优点，使其能够一机多用，提高无人机飞行效率和适用性。
附图说明
图1是本发明直升机模式时的等轴视图。
图2是本发明固定翼模式时的等轴视图。
图3是本发明短距起降时的等轴视图。
图4是本发明直升机模式的俯视图。
图5是本发明直升机模式的正视图。
图6是本发明直升机模式的侧视图。
图7是本发明固定翼模式的俯视图。
图8是本发明固定翼模式的正视图。
图9是本发明固定翼模式的侧视图。
图中：1、机身；2、左鸭翼；3、右鸭翼；4、左电机旋翼；5、右电机旋翼；6、主翼；7、副翼；8、固定V型尾翼；9、后电机旋翼；10、后电机支承转轴；11.起落架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：
一种电动倾转三旋翼无人机，包括机身1、主翼6、副翼7、起落架11、左鸭翼2、右鸭翼3、左电机旋翼4、右电机旋翼5、固定V型尾翼8、后电机旋翼9和后电机支承转轴10，主翼6安装在机身1中部，起落架11设置在机身1下部，副翼7设置在主翼6后部外侧，左鸭翼2和右鸭翼3通过转抽连接于机身1，左电机旋翼4和右电机旋翼5分别固定在左鸭翼2和右鸭翼3的翼尖上，固定V型尾翼8安装在机身1的尾部上，后电机旋翼9固定通过后电机支承转轴10安装在V型尾翼8之间，左鸭翼2和右鸭翼3分别独立倾转范围为0°～150°，后电机支承转轴10倾转范围为0°～120°。
当飞机处于直升飞机模式的时候，升力由三副旋翼旋转产生，通过调整旋翼推力的大小和方向来控制飞机的姿态和运动方向。左电机旋翼4与右电机旋翼5的旋转方向是一致的（图1中显示为逆时针方向），并与后电机旋翼9旋转方向（图1中显示为顺时针方向）相反。如此设计能够使得鸭翼差动时，左右旋翼的反扭矩的X方向分量相互抵消，避免其使飞机滚转。此时，旋翼的反扭矩的Z方向分量一部互相抵消，另一部分则通过左鸭翼2与右鸭翼3前后差动一定角度产生滚转力矩Mz进行抵消，从而保证无人机稳定悬停。在上述角度基础上增加或减小差动角度便控制飞机的航向。通过左右鸭翼差动和电机差速使得左右旋翼推力的Z轴分量不同，产生滚转力矩Mx使得飞机滚转，而副翼7不能控制飞机滚转。通过左电机旋翼4和右电机旋翼5与后电机旋翼9差速使得前后旋翼推力的Z轴分量不同，产生俯仰力矩My使得飞机俯仰。
当飞机处于固定翼飞机模式的时候，左电机旋翼4与右电机旋翼5向前倾转至X轴方向附近，后电机旋翼9向后倾转至X轴方向附近，它们产生的推力用来克服飞机飞行阻力和姿态控制。主翼6产生的升力用来克服重力。其特征在于：通过左鸭翼2和右鸭翼3向上（或向下）偏转一定角度，后电机支承转轴10向下（或向上）偏转一定角度，产生俯仰力矩My使得飞机抬头（或低头）。通过左电机旋翼4与右电机旋翼5差速产生偏航力矩Mz使得飞机偏航。通过副翼7偏转产生滚转力矩Mx使得飞机滚转。固定V型尾翼8用来提高飞机航向稳定性。
当旋翼倾转到0°～70°之间任一定角度，无人机便可以这个角度进行短距起降。此时，与上述的直升机模式和固定翼模式类似，也是通过同时控制三副旋翼的推力矢量和副翼偏转来控制飞机的姿态。
该发明已通过验证试验试飞，证明飞行原理与控制可行。

Claims (3)

1.一种电动倾转三旋翼无人机，包括机身（1）、主翼（6）、副翼（7）和起落架（11），所述主翼（6）安装在机身（1）中部，所述起落架（11）设置在机身（1）下部，所述副翼（7）设置在主翼（6）后部外侧，其特征在于：所述电动倾转三旋翼无人机还包括左鸭翼（2）、右鸭翼（3）、左电机旋翼（4）、右电机旋翼（5）、固定V型尾翼（8）、后电机旋翼（9）和后电机支承转轴（10），所述左鸭翼（2）和右鸭翼（3）通过转抽连接于机身（1），所述左电机旋翼（4）和右电机旋翼（5）分别固定在左鸭翼（2）和右鸭翼（3）的翼尖上，所述固定V型尾翼（8）安装在机身（1）的尾部上，所述后电机旋翼（9）固定通过后电机支承转轴（10）安装在V型尾翼（8）之间，所述左鸭翼（2）和右鸭翼（3）分别独立倾转范围为0°～150°，所述后电机支承转轴（10）倾转范围为0°～120°。
2.根据权利要求1所述的电动倾转三旋翼无人机，其特征在于：所述左电机旋翼（4）、右电机旋翼（5）和后电机旋翼（9）三者为独立控制转速，所述左电机旋翼（4）和右电机旋翼（5）的旋转方向相同并与后电机旋翼（9）的旋转方向相反。
3.根据权利要求1或2所述的电动倾转三旋翼无人机，其特征在于：所述起落架（11）为前三点式起落架，所述前三点式起落架在左鸭翼（2）、右鸭翼（3）及后电机支承转轴（10）倾转到0°～70°之间的任意一角度时，无人机可进行短距滑跑起降。
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