一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具

本发明涉及飞行器设计，尤其涉及一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具。

背景技术：

1、传统航空飞行器可以分为固定翼类飞行器和旋翼类飞行器两大类。固定翼类飞行器航程远，飞行速度快，节省能量，但对起降场地有一定的要求；旋翼类飞行器能够进行垂直起降，对起降场地要求不高，但是飞行速度低，航程短，能量利用率低。为了利用这两类飞行器共同的优点，短距/垂直起降飞行器得到重视和发展。

2、传统航空货运采用的飞行器主要为固定翼类飞行器，这类飞行器航程远，相同燃料下运载力强，但不同运载能力要求使用不同大小的飞行器，灵活度差。目前有公司计划采用多旋翼无人机实现货运，如国内京东公司的y-3货运无人机，这类无人机如前所述效率低，运载能力差，无法执行大载重、长航程任务，此外，这类飞行器采用多旋翼作为动力系统，理论而言可以通过灵活组合应对不同载重的货物，而且对起降场地无高要求，但存在效率上限。

3、短距/垂直起降飞行器能够解决上述问题，不受起降场地要求的限制，巡航过程中采用固定翼方式飞行，效率高，载重大。目前短距/垂直起降飞行器的布局形式多样，技术层面并未找到最好的布局形式。

4、因此，寻找一种相对较优的短距/垂直起降飞行器布局，并能够模块化以适应不同的载荷任务需求是无人机货运需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，能够根据载荷大小进行组合，实现不同载高效的航空运输；同时该载具对起降场地要求较低，飞行速度较快，飞行控制效率高，具有结构紧凑，控制高效和模块化的特点。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，所述飞行载具整体呈轴对称结构，包括中间机翼和设于中间机翼两端的动力模块、外侧机翼、外侧机翼翼梢小翼；所述动力模块、外侧机翼、外侧机翼翼梢小翼一体化设计；所述中间机翼的底面安装有货物挂载点；所述动力模块与中间机翼通过转轴连接，以实现顷转；所述动力模块包括涵道壳体、对转风扇、主轴、电机、舵机、矢量舵面和安定面；所述主轴位于涵道壳体内的中部；所述涵道壳体通过转轴和飞行器连接；所述安定面位于涵道出口处，安定面的一端与主轴固定连接，安定面的另一端与涵道壳体的内壁固定连接；所述电机设有两个，位于主轴内部共轴安装，对应地，所述对转风扇设有两个并通过所述电机驱动形成反向旋转；所述矢量舵面位于涵道出口处安定面的外侧，矢量舵面的两端分别与舵机和安定面连接。

4、所述中间机翼的内部安装有第一动力电池；所述外侧机翼的内部安装有第二动力电池；所述第二动力电池与第一动力电池共同为动力模块供电，驱动对转风扇转动，为飞行载具提供动力。

5、本发明中，矢量舵面的一端固定设有第一转动轴，所述第一转动轴与主轴内的舵机连接；矢量舵面的另一端固定设有第二转动轴，所述第二转动轴与一连杆的一端铰接，连杆的另一端与安定面连接，以此通过舵机驱动使矢量舵面偏转。

6、所述安定面和矢量舵面一一对应设有4个，均呈十字形分布。

7、所述舵机对应矢量舵面设有4个。

8、所述对转风扇通过变转速或者变桨距实现动力模块内部对转风扇的反扭矩平衡。

9、所述安定面的截面采用翼型设计。

10、所述中间机翼为平直机翼。

11、按照运送货物重量需求，将多个模块化飞行载具组合，实现垂直起降货物运输，最少可采用一个飞行载具。当采用一个飞行载具，货物通过中间机翼下表面的挂载点安装固定，起降状态时，通过两侧动力模块的偏转角度实现飞行姿态调节，巡航状态时，通过两侧动力模块出口处的矢量舵面操纵调节飞行姿态，当单个飞行载具中的单个涵道动力失效，剩余动力模块内部扭矩通过对转风扇自平衡，仍然可以工作。当使用多个模块化飞行载具执行货运任务，垂直起降阶段，通过调节不同飞行载具中不同动力模块的推力大小实现姿态调节，巡航阶段，既可以通过不同动力模块出口矢量舵面偏转控制姿态，也可以调节动力模块的偏转角度实现姿态调节。每个模块的中间机翼和外侧机翼内部均安装动力电池，每侧动力模块和外机翼成模块，与另一侧动力模块隔离，当单侧失效，另外一侧仍然可以继续工作。

12、相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

13、本发明中，动力模块和外侧机翼同时转动，同其他只倾转涵道风扇的短距/垂直起降飞行器相比，结构更加紧凑，空间利用率更高，气动效率更高；利用矢量舵面、动力模块的矢量偏转以及风扇的扭矩差实现姿态控制，控制方式更加高效和安全。每个飞行载具内部拥有独立的动力电池、动力模块和挂载点等，可以通过简单增加飞行载具数量满足大飞行载荷要求，灵活度高；每个飞行载具完全相同，零部件通用性好；多个飞行载具一起使用时，不同飞行载具之间还可以配合使用，实现任务飞行的冗余控制。

技术特征：

1.一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：所述飞行载具整体呈轴对称结构，包括中间机翼和设于中间机翼两端的动力模块、外侧机翼、外侧机翼翼梢小翼；所述动力模块、外侧机翼、外侧机翼翼梢小翼一体化设计；所述中间机翼的底面安装有货物挂载点；所述动力模块与中间机翼通过转轴连接，以实现顷转；所述动力模块包括涵道壳体、对转风扇、主轴、电机、舵机、矢量舵面和安定面；所述主轴位于涵道壳体内的中部；所述涵道壳体通过转轴和飞行器连接；所述安定面位于涵道出口处，安定面的一端与主轴固定连接，安定面的另一端与涵道壳体的内壁固定连接；所述电机设有两个，位于主轴内部共轴安装，对应地，所述对转风扇设有两个并通过所述电机驱动形成反向旋转；所述矢量舵面位于涵道出口处安定面的外侧，矢量舵面的两端分别与舵机和安定面连接。

2.如权利要求1所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：所述中间机翼的内部安装有第一动力电池；所述外侧机翼的内部安装有第二动力电池；所述第二动力电池与第一动力电池共同为动力模块供电，驱动对转风扇转动，为飞行载具提供动力。

3.如权利要求1所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：矢量舵面的一端固定设有第一转动轴，所述第一转动轴与主轴内的舵机连接；矢量舵面的另一端固定设有第二转动轴，所述第二转动轴与一连杆的一端铰接，连杆的另一端与安定面连接，以此通过舵机驱动使矢量舵面偏转。

4.如权利要求1所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：所述安定面和矢量舵面一一对应设有4个，均呈十字形分布。

5.如权利要求4所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：所述舵机对应矢量舵面设有4个。

6.如权利要求1所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：所述对转风扇通过变转速或者变桨距实现动力模块内部对转风扇的反扭矩平衡。

7.如权利要求1所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：所述安定面的截面采用翼型设计。

8.如权利要求1所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，其特征在于：所述中间机翼为平直机翼。

9.权利要求1～8任一项所述的一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具的应用，其特征在于：按照运送货物重量需求，至少采用一个飞行载具，实现垂直起降货物运输。

10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：当采用一个飞行载具，货物通过中间机翼下表面的挂载点安装固定，起降状态时，通过两侧动力模块的偏转角度实现飞行姿态调节；巡航状态时，通过两侧动力模块出口处的矢量舵面操纵调节飞行姿态；当使用多个飞行载具执行货运任务，垂直起降阶段，通过调节不同飞行载具中不同动力模块的推力大小实现姿态调节；巡航阶段，既可以通过不同动力模块出口矢量舵面偏转控制姿态，也可以调节动力模块的偏转角度实现姿态调节。

技术总结一种带涵道风扇和外机翼的复合倾转模块化飞行载具，整体呈轴对称结构，包括中间机翼和设于中间机翼两端的动力模块、外侧机翼、外侧机翼翼梢小翼；动力模块、外侧机翼、外侧机翼翼梢小翼一体化设计；中间机翼的底面安装有货物挂载点；动力模块与中间机翼通过转轴连接，以实现顷转；本发明可根据货物载重组合多个模块实现垂直起降货物运输，在起降和巡航阶段可按照要求转动，实现矢量推力；采用两级电动对转风扇，抵消反扭矩；载具采用位于涵道出口的矢量舵面进行飞行姿态控制，每个动力模块的矢量舵面相互分离，互不干扰。本发明具有可垂直起降、模块化和效率高的特点，可按照任务组合模块，通用性强。技术研发人员：周军,陈国涛,吴了泥,苏国强受保护的技术使用者：厦门大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12