一种旋翼前后错开式倾转旋翼机及其控制系统和控制方法与流程

本发明属于飞机，涉及倾转旋翼机，具体涉及一种旋翼前后错开式倾转旋翼机及其控制系统和控制方法。

背景技术：

1、传统飞机的类型分为固定翼飞机和旋翼机。固定翼飞机技术比较成熟，速度快、航程较远、运载量大，但是在起飞或下降过程中需要较长的跑道。旋翼机可以不需要飞机跑道在狭小的起降场地进行垂直起降，但是飞行的速度较慢，航程较短。

2、倾转旋翼飞机不但拥有旋翼机的可以灵活方便进行垂直起降的功能和同时也兼顾了固定翼飞机速度高，航程远的性能。但是，传统常规结构的倾转旋翼机的机械结构极其复杂，需要通过两套复杂的和直升机相同的周期变距系统控制飞机的动力输出和姿态，并且需要专门的传动轴保持左右两套旋翼系统输出的同步一致性，操作和维护的难度也远高于普通飞机，所以，目前全球仅有美国v22鱼鹰(见图18)投入实际应用，并且因为造价昂贵(一亿美金)，因此尚未民用化。

3、近年来无人机和电动化垂直起降飞机发展迅速，目前也涌现出一批电动化倾转旋翼产品。以下是全球范围有新研发、还尚未投产应用的电动倾转旋翼机：

4、1、joby aviation公司研发的六边形旋翼布局的倾转旋翼机，见图19，具有以下特点及不足：

5、(1)拥有较多的倾转机构，整体结构重量较大，新型号jobys4重达2.4吨；

6、(2)倾转结构更复杂，有两套不同的倾转机构、四个翼尖倾转机构、以及两个前伸杆倾转机构，导致制造成本较高，使用维护较为复杂；

7、(3)对于飞机整体的设计限制较多，需要更多考虑旋翼位置，形成对称六边形结构，导致机体设计粗短，难以设计成更优化的固定翼机体；

8、(4)主机翼和尾翼外侧的四个倾转电机有较大的面积与机翼外侧重叠，使得机翼外侧受到下洗气流的负面影响。

9、2、wisk aero公司和archer aviation公司分别研发的前后排各6个旋翼布局的倾转旋翼机，见图20，具有以下特点及不足：

10、(1)旋翼支架较多，增加结构重量和风阻，影响巡航气动效率；

11、(2)前后旋翼不同(前倾转后固定)，导致飞控控制算法更复杂，导致姿态转换过程中对于飞机的姿态控制力较低，遇到大侧风等情况容易出现飞机失控；

12、(3)过多的旋翼导致旋翼布置过于密集，反而降低了旋翼的总体桨盘面积，导致飞机垂直起降和悬停阶段的桨盘载荷较高，降低了这个阶段的飞行效率。

13、综上，本领域的技术人员致力于开发一种新型旋翼布局的倾转旋翼机，以优化和克服上述现有倾转旋翼机的不足之处。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种旋翼前后错开式倾转旋翼机及其控制系统和控制方法。

2、本发明提供了一种旋翼前后错开式倾转旋翼机，包括机身、机翼、尾翼、起落架、以及倾转旋翼，具有这样的特征：倾转旋翼为复数个，并在机翼上呈前后错开地布置成前后两排，每个倾转旋翼包括旋翼和驱动旋翼倾转的倾转机构，前排倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼向上倾转，后排倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼向下倾转。

3、在本发明提供的旋翼前后错开式倾转旋翼机中，还可以具有这样的特征：前排倾转旋翼安装在机翼的前缘外侧处，后排倾转旋翼安装在机翼的后缘内侧处。

4、在本发明提供的旋翼前后错开式倾转旋翼机中，还可以具有这样的特征：前排倾转旋翼安装在机翼的前缘内侧处，后排倾转旋翼安装在机翼的后缘外侧处。

5、在本发明提供的旋翼前后错开式倾转旋翼机中，还可以具有这样的特征：前排倾转旋翼和后排倾转旋翼各为两个。

6、在本发明提供的旋翼前后错开式倾转旋翼机中，还可以具有这样的特征：每个倾转旋翼还包括撑杆，倾转机构通过撑杆与机翼连接，前排倾转旋翼的撑杆沿平行于机身的方向朝前设置，后排倾转旋翼的撑杆沿平行于机身的方向朝后设置。

7、在本发明提供的旋翼前后错开式倾转旋翼机中，还可以具有这样的特征：机翼包括主机翼和副翼。

8、在本发明提供的旋翼前后错开式倾转旋翼机中，还可以具有这样的特征：尾翼包括具有升降舵的水平尾翼和具有方向舵的垂直尾翼。

9、本发明还提供了一种旋翼前后错开式倾转旋翼机的控制系统，具有这样的特征，包括：飞行控制系统，用于控制机翼的副翼、尾翼的舵面、以及倾转旋翼的旋翼和倾转机构。

10、本发明还提供了一种旋翼前后错开式倾转旋翼机的控制方法，具有这样的特征，包括固定翼模式、倾转过渡模式、悬停垂直起降模式、向左偏航、以及向右偏航的控制；当旋翼前后错开式倾转旋翼机在固定翼模式时，所有倾转旋翼的旋翼在倾转机构的驱动下处于竖直姿态；当旋翼前后错开式倾转旋翼机在倾转过渡模式时，所有倾转旋翼的倾转机构以同一角速度同步驱动旋翼倾转；当旋翼前后错开式倾转旋翼机在悬停垂直起降模式时，所有倾转旋翼的旋翼在倾转机构的驱动下处于水平姿态；当旋翼前后错开式倾转旋翼机向左偏航时，位于左侧机翼前排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向后倾转，位于左侧机翼后排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向前倾转，同时位于右侧机翼前排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向前倾转，位于右侧机翼后排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向后倾转；当旋翼前后错开式倾转旋翼机向右偏航时，位于左侧机翼前排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向前倾转，位于左侧机翼后排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向后倾转，同时位于右侧机翼前排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向后倾转，位于右侧机翼后排的倾转旋翼的倾转机构驱动旋翼略微向前倾转。

11、在本发明提供的旋翼前后错开式倾转旋翼机的控制方法中，还可以具有这样的特征：当旋翼前后错开式倾转旋翼机在固定翼模式时，飞机的姿态控制通过机翼的副翼和尾翼的舵面实现；当旋翼前后错开式倾转旋翼机在倾转过渡模式时，飞机的姿态控制通过机翼的副翼、尾翼的舵面、以及倾转旋翼的旋翼的转速差实现；当旋翼前后错开式倾转旋翼机在悬停垂直起降模式时，飞机的姿态控制通过倾转旋翼的旋翼的转速差实现。

12、发明的作用与效果

13、根据本发明所涉及的旋翼前后错开式倾转旋翼机及其控制系统和控制方法，因为将机翼上的倾转旋翼设置成前后两排，并且前排倾转旋翼与后排倾转旋翼呈前后错开布置，所以，本发明具有以下优点：

14、(1)同时兼顾倾转旋翼机悬停和巡航状态下的效率，保证在任何工作状态下的所有倾转旋翼都在工作，能保持飞机整体的动力系统一直处于效率较高的状态；

15、(2)保证飞机拥有较为简洁的结构，有利于降低飞机的结构重量和整体气动性能，同时也有利于飞机的制造和使用维护；

16、(3)有利于飞机的姿态控制，保证在垂直起降悬停、姿态转换、固定翼巡航状态下都有很强的姿态控制效果，具有极高的安全飞行性能；

17、(4)有利于飞机的飞控软件设计，降低了飞控软件的设计难度，并提高了飞控软件的控制效果，能达成极佳的鲁棒性；

18、(5)有利于飞机的整体结构设计，不会因为倾转旋翼和动力装置布置的结构问题影响到飞机的整体结构设计，可以更方便地对于飞机整体结构进行设计优化；

19、(6)便于布置更大更优的旋翼系统，保证飞机拥有较大的桨盘面积和较低的桨盘载荷，在提升悬停和垂直起降方面拥有充沛的动力输出和优良的飞行性能。