一种短翼展复合翼飞行器

本技术属于飞行器设计领域，具体提出一种短翼展复合翼飞行器。

背景技术：

1、无人机技术在近年来得到了快速的发展，它是一种较小的、无人驾驶的飞行器，与普通飞行器相比，无人机的结构简单、成本较低且易于维护和制造。当前无人机主要分为多旋翼、固定翼和复合翼等几类，表1给出了目前市场上部分复合翼无人机的相关参数。

2、表1.复合翼参数统计表

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5、多旋翼无人机因其灵活性强、质量轻、机械结构简单以及无需跑道即可实现垂直起降等特点，备受青睐。然而，其续航时间相对较短。固定翼无人机则通过机翼产生升力，螺旋桨产生推力，因此具有良好的续航能力，但对起飞环境的要求较高，需要借助弹射或者跑道。

6、常见的复合翼无人机由多旋翼和固定翼组成，融合了多旋翼和固定翼的优势。在垂直起降阶段采用多旋翼模式，利用螺旋桨产生的拉力平衡重力；而在巡航阶段，多旋翼停转转为固定翼模式，以增强飞行器的续航能力。目前市场上的复合翼无人机通常具有较长的翼展，以便获取飞行效率，而多旋翼最大拉力约为飞行器重量的1.3-1.5倍。据广泛统计，相关参数如表1，其最大起飞质量(即多旋翼最大拉力)与翼展的比值分布在3到10之间(如图1所示)。

7、本实用新型提出了一种短翼展复合翼飞行器。它与复合翼无人机类似，都是多旋翼和固定翼组成，但同时有两点本质不同：(1)飞行原理不同，飞行器在巡航阶段多旋翼仍然工作，提供部分向上的升力；(2)增大多旋翼最大拉力，减少翼展，使得新设计飞行器最大起飞质量(即多旋翼最大拉力)与翼展的比值大于等于14。这样设计的目的包括：增加控制冗余能力、增加抗风能力、缩小尺寸。

技术实现思路

1、本实用新型的主要目标就是减小复合翼的翼展，增加飞行器的抗风能力，最终设计了具有良好气动效率的翼面与控制舵面的复合翼飞行器。

2、为了实现上述目标，本实用新型设计了一种具有控制舵面的短翼展复合翼飞行器(如图2a、图2b与图3a、图3b所示)。飞行器包括四组拉力向上的旋翼系统、一组前推旋翼系统或者一组后推旋翼系统、能源与飞行控制系统、一对旋翼支杆、起落架、复合翼翼面；

3、其中，机身内部形成空腔用于容纳电池、飞行控制系统、航拍相机等负载；旋翼支杆于机身对称，四组拉力向上的旋翼系统分别安装在旋翼杆的顶端，旋翼支杆前后分别固定有起落架。

4、所述的每组旋翼系统由一个直流无刷电机、一个螺旋桨组成。

5、所述的能源与飞行控制系统由电池、电流计、飞控构成，用于控制电机转速、舵面偏角，进而控制飞行器的姿态。

6、所述的旋翼支杆为空心碳纤维杆，具有较高的强度，并且质量较轻，具有水滴形截面形状来减少阻力。

7、所述的起落架通过四点支撑，分别连接在旋翼支杆之上；所述的复合翼翼面具有良好的气动效率，并且翼展较小，提高了飞行器的抗风能力以及狭窄地形的飞行能力。

8、本实用新型的主要优点在于：飞行器的动力系统在不同的飞行情况下一直工作，其中向上的旋翼系统可以在巡航阶段继续提供向上的升力，因此对于翼面升力产生的需求降低，因此可以减少飞行器的翼展。由于存在向上的旋翼系统，因此其飞行姿态可以灵活调整，小翼展减少大风条件下对于飞行器的干扰，提升了飞行器的抗风能力。飞行器没有复杂的倾转机构，起降和巡航不需要停转螺旋桨，具有良好的可靠和稳定性。控制舵面进行辅助控制，提高飞机的抗扰动能力，提高飞行效率和稳定性。

技术特征：

1.一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：飞行器包括四组拉力向上的旋翼系统、一组前推旋翼系统或者一组后推旋翼系统、能源与飞行控制系统、一对旋翼支杆、起落架、复合翼翼面；其中，机身内部形成空腔用于容纳电池、飞行控制系统及航拍相机；旋翼支杆于机身对称，四组拉力向上的旋翼系统分别安装在旋翼杆的顶端，旋翼支杆前后分别固定有起落架；能源与飞行控制系统由电池、电流计、飞控构成，用于控制电机转速、舵面偏角，进而控制飞行器的姿态。

2.根据权利要求1所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：每组旋翼系统由一个直流无刷电机和一个螺旋桨组成。

3.根据权利要求1所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：旋翼支杆贯穿于左右翼面的中间，旋翼支杆安装角度与机翼水平，旋翼支杆为空心碳纤维杆，强度高，质量轻，具有水滴形截面形状来减少阻力。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：起落架通过四点支撑，分别连接在旋翼支杆之上。

5.根据权利要求1所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：复合翼翼面具有气动效率，并且翼展小。

6.根据权利要求1所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：四组拉力向上的旋翼系统的直流无刷电机通过螺栓固定于旋翼支杆的顶端，对于前推旋翼系统的直流无刷电机固定于机身前端内部，对于后推旋翼系统的直流无刷电机固定于机身后端内部。

7.根据权利要求1所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：飞行器的控制器选用pixhawk开源飞控板，通过飞控板输出pwm信号分别控制旋翼系统的转速以及控制舵面的舵机角度。

8.根据权利要求1或7所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：在无尾翼的结构中，控制舵面分别放置于左右外侧翼面后缘，控制舵面伺服作动器放置于翼面内部，控制舵面或者同向偏转作为升降舵，或者差向偏转作为副翼。

9.根据权利要求1或7所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：在有尾翼的结构中，控制舵面分别放置于左右外侧翼面后缘以及尾翼的垂直安定面与水平安定面，控制舵面伺服作动器放置于翼面内部，控制舵面或者同向偏转作为升降舵，或者差向偏转作为副翼，尾翼用于消除侧滑。

10.根据权利要求1所述的一种短翼展复合翼飞行器，其特征在于：电机的电源线通过旋翼杆连接到机身内部电子调速器上，电子调速器接受pixhawk飞控板传来的pwm信号分别控制每组电机的转速。

技术总结本技术提出一种短翼展复合翼飞行器，飞行器包括四组拉力向上的旋翼系统、一组前推旋翼系统或者一组后推旋翼系统、能源与飞行控制系统、一对旋翼支杆、起落架、复合翼翼面；其中，机身内部形成空腔用于容纳电池、飞行控制系统及航拍相机；旋翼支杆于机身对称，四组拉力向上的旋翼系统分别安装在旋翼杆的顶端，旋翼支杆前后分别固定有起落架；能源与飞行控制系统由电池、电流计、飞控构成，用于控制电机转速、舵面偏角，进而控制飞行器的姿态。飞行器没有复杂的倾转机构，起降和巡航不需要停转螺旋桨，具有良好的可靠和稳定性。控制舵面进行辅助控制，提高飞机的抗扰动能力，提高飞行效率和稳定性。技术研发人员：全权,陈鑫泉受保护的技术使用者：北京航空航天大学技术研发日：20231108技术公布日：2024/5/12