一种具有倾转动力装置的垂直起降固定翼无人机

本实用新型涉及固定翼无人机领域，具体为一种具有倾转动力装置的垂直起降固 定翼无人机。

垂直起降飞行器(VTOL)的准确定义是：能够以零速度起飞/着陆，具备悬停能力， 并能以固定翼飞机的方式水平飞行。与传统飞机相比，垂直起降飞行器对跑道无依赖，且具 有可悬停的优势；与传统直升机相比，垂直起降飞行器具有高得多的前飞速度，并具有更大 的航程。正因为具备这些优点，垂直起降飞行器尤其适用于需要悬停或对起降场地有特殊 要求的场合。

无人机通常被分为固定翼无人机与旋转翼无人机，其中固定翼无人机，通过固定 翼与空气之间的相对运动产生升力，具有长航时、速度快、飞行效率高的特点，可实现长航 时大载荷飞行。但是同时，现有技术中，固定翼无人机存在的缺点是：需要专门开阔的场地 用于起飞降落，而且无法实现悬停。旋转翼无人机通过旋转翼的旋转，与空气产生相对运动 产生升力，具有控制精准、对起降场地要求小等特点，可实现垂直起降，但是飞行效率低续 航时间短，无法实现大载荷长航时飞行。

现有的垂直起降飞行器大都采用单轴、双轴或者三轴等控制难度很高的垂直起降 结构布局形式，不仅垂直起降模式时稳定性和可靠性都难以保证，而且由于其采用的方式 会导致飞机的结构不同于一般常规固定翼飞机，过于复杂，严重影响到固定翼模式下的气 动布局，从而严重影响平飞时的飞行品质。另外一个方面，现有的垂直起降飞机大部分由于 其结构设计所限，没有办法采用很大的翼展，从而无法增加有效的机翼面积，使得其飞行效 率无法提高，航程和传统固定翼飞机相比还是相差很大。所以，只有在尽量采用成熟旋翼机 模型布局形式且不影响常规固定翼飞机布局结构的情况下，做到垂直起降功能，才能最大 程度上提高垂直起降飞行器的各个方面的性能。

为解决了现有技术中无法同时满足垂直起降和大载荷长航时要求之间的矛盾，本 实用新型提供了一种具有倾转结构动力装置的垂直起降无人机，具体包括：机身、机翼、支 撑臂、旋翼动力装置和尾翼。

所述的机身与机翼为固定翼飞机布局；

所述的机身为中空壳体结构，机身内部布置货物舱、机载电子设备、电池以及梁和 加强框；所述的机载电子设备包括飞行控制板、电子调速器和传感器数据终端；机身侧面为 机翼的安装接口；所述的电池为聚合物锂离子电池；机身的前部安装有空速管；机身尾部上 安装有一组旋翼动力装置。

所述的机翼为固定翼翼型，机翼为中空式结构，内部布置翼肋和梁结构；在无人机 两侧机翼下方各安装一根支撑臂；两根支撑臂的尾部固定连接尾翼。

所述的支撑臂上对称安装四组旋翼动力装置，其中两组旋翼动力装置位于支撑臂 的前缘，构成本实用新型所述的倾转动力装置；另外两组旋翼动力装置位于机翼与尾翼之 间的支撑臂上；该四组旋翼动力装置的几何中心与整个无人机的重心位置重合。

所述的尾翼为倒V型。

所述的五组旋翼动力装置，为无人机提供垂直起降时的升力和巡航时的部分动 力。每组旋翼动力装置包括一部无刷电机和一只碳纤维螺旋桨；所述的无刷电机为外转子 无刷直流电机，使用螺钉固定于机翼下方的支撑臂或机身上，由机载电子设备进行控制，由 电池提供能源；所述的碳纤维螺旋桨包括桨毂、桨叶和发动机。

本实用新型提供一种具有倾转动力装置的垂直起降固定翼无人机，包括五组旋翼 动力装置，其中的两组旋翼动力装置通过倾转结构设置在支撑臂前缘，可同轴倾转；两组旋 翼动力装置位于机翼与尾翼之间的支撑臂上，提供垂直升力；最后一组旋翼动力装置位于 机身尾部，提供向前推力。垂直起降模式下，支撑臂上的四组旋翼动力装置提供垂直方向上 的动力，到达一定高度后倾转机身前端两侧的两只螺旋桨，降低机翼后侧的两只螺旋桨的 转速保持其升力与前侧两只螺旋桨的垂直升力分量平衡，从而使无人机切换至固定翼飞行 模式。

本实用新型的优点在于：结合现有固定翼无人机和旋转翼无人机的特点，实现本 实用新型提出的一种具有倾转动力装置的垂直起降固定翼无人机，同时满足了无人机对垂 直起降和大载荷长航时的要求，解决现有垂直起降飞行器在垂直起降结构布局的局限，增 加了有效的机翼面积，飞行效率大大提高，在垂直起降飞行器性能的各个方面都有很大改 善。

图1为本实用新型的一种具有倾转动力装置的垂直起降固定翼无人机的结构示意 图；

图2为本实用新型旋翼动力装置的碳纤维螺旋桨结构示意图。

图中：

1-机身；2-机翼；3-支撑臂；4-旋翼动力装置；5-尾翼；6-副翼；7-空速管；

401-桨毂；402-桨叶；403-发动机。

下面结合附图与实施例对本实用新型所述的一种具有倾转动力装置的垂直起降 固定翼无人机实现以零速度起飞/着陆，具备悬停能力，并以固定翼飞机的方式水平飞行进 行进一步说明。

如图1所示，本实用新型提供一种具有倾转动力装置的垂直起降固定翼无人机，包 括机身1、机翼2、支撑臂3、旋翼动力装置4和尾翼5。

所述的机身1与机翼2为常规的固定翼飞机布局。

所述的机身1为中空壳体结构，机身内部布置货物舱、机载电子设备、电池以及梁 和加强框；所述的机载电子设备包括飞行控制板、电子调速器和传感器数据终端等；所述的 电池为聚合物锂离子电池；机身侧面为机翼的安装接口，机身下方有带舱盖的舱口，用于机 载电子设备的拆装和维护、货物的装卸；机身1的前部安装有空速管7，以测量无人机的运动 速度；机身1的尾部安装有一组旋翼动力装置4，为无人机飞行提供向前推力。

所述的机翼2为固定翼翼型，中空式结构，内部布置翼肋和梁结构，机翼2中部下方 有开口，用于安装操纵副翼6使用的数字舵机；在两侧机翼下方各安装一根支撑臂3，两根支 撑臂3的尾部固定连接尾翼5，机身1通过支撑臂3与尾翼5相连。

所述的支撑臂3为机身连接装置，连接机身1与尾翼5；支撑臂3上对称安装四组旋 翼动力装置4，其中两组旋翼动力装置4位于支撑臂3的前缘，构成本实用新型所述的倾转动 力装置系统，通过倾转结构可以90度倾转，即从与机翼2水平位置倾转到与机翼2垂直位置； 另外两组旋翼动力装置4位于机翼2与尾翼5之间支撑臂上；该四组旋翼动力装置4的几何中 心与整个无人机的重心位置重合，为无人机提供垂直起降的升力及其倾转后的水平推力。

所述的五组旋翼动力装置4，为无人机提供垂直起降时的升力和巡航时的部分动 力；每组旋翼动力装置4包括一部无刷电机和一只碳纤维螺旋桨，所述的无刷电机为外转子 无刷直流电机，使用螺钉固定于机翼2下方的支撑臂3或机身1上，由机载电子设备进行控 制，由电池提供能源；所述的碳纤维螺旋桨包括桨毂401、桨叶402和发动机403，如图2所示。

所述的尾翼5为如图1所示的倒V型。

本实用新型所述的一种具有倾转动力装置的垂直起降固定翼无人机实现飞行任 务的具体过程如下：

(1)给出起飞指令，由支撑臂3上的四个旋翼动力装置4提供升力，实现垂直起飞；

(2)到达一定高度后，在飞行控制板的指令下，控制机翼2前侧的两只旋翼的偏转 角度，调整后侧两只旋翼的转速使前后两对旋翼提供的垂直升力平衡，开启机身1尾部的旋 翼动力装置4以增加水平推力，同时控制尾翼5的偏转角度，使得无人机由悬停状态转入巡 航飞行状态，由机翼2提供更多的升力，提高巡航的飞行效率，进入航线飞行。