The invention discloses a distributed hybrid variant, small VTOL UAV, with VTOL and efficient cruise two flight modes in VTOL mode is more efficient in cross rotor layout, cruise mode is of high aspect ratio of normal fixed wing layout. The invention adopts the distributed hybrid power system and the rear fuselage variant mechanism, and can realize the conversion of the vertical take-off and landing mode and the efficient cruising mode by the two. The distributed hybrid system includes two parts: the hybrid system of oil and electricity and the distributed propeller subsystem, which can effectively meet the dynamic demand of the two modes. The rear fuselage variant mechanism system is divided into two components, one is a variant of the driving mechanism, the rotation movement for rear fuselage body; two propeller toward restraint mechanism, ensure the variant process, the end of the propeller to the same vertical axial body consistently. The rear body variant mechanism can realize the mutual transformation of UAV configurations in two modes.
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種采用分布式混合動(dòng)力的變體高效小型垂直起降無人機(jī)
本專利技術(shù)屬于飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域,涉及一種垂直起降無人機(jī),具體來說,是一種采用分布式混合動(dòng)力的變體高效小型垂直起降無人機(jī)。
技術(shù)介紹
現(xiàn)有垂直起降飛行器動(dòng)力形式多為單獨(dú)油動(dòng)或電動(dòng),布局方案多采用傾轉(zhuǎn)旋翼、傾轉(zhuǎn)機(jī)翼、旋定變翼、尾坐式或旋翼/固定翼復(fù)合式等。單獨(dú)油動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)存在內(nèi)燃機(jī)重量過重、體積過大(內(nèi)燃機(jī)的功率重量比低于電動(dòng)機(jī))的問題,而單獨(dú)電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)存在著儲(chǔ)能電池重量過重(儲(chǔ)能電池能量密度低于航空燃油)的問題;傾轉(zhuǎn)旋翼方案面臨模態(tài)轉(zhuǎn)換復(fù)雜、控制難度大的問題;傾轉(zhuǎn)機(jī)翼方案面臨傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)承載高、重量大的問題;旋定變翼方案面臨著旋翼機(jī)體氣動(dòng)力耦合復(fù)雜、控制難度大的問題;尾坐式方案面臨垂直起降穩(wěn)定性差的問題;復(fù)合式飛行器面臨著巡航效率和懸停效率都較低的問題。因此,尋求一種既能穩(wěn)定垂直起降又能高效巡航,且模態(tài)轉(zhuǎn)換安全可靠,控制難度小,耗油率低的垂直起降飛行器成為當(dāng)前航空領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為克服上述多種垂直起降飛行器以及傳統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)的不足,本專利技術(shù)提出一種采用分布式混合動(dòng)力的變體高效小型垂直起降無人機(jī),是一種以分布式混合動(dòng)力系統(tǒng)滿足雙模態(tài)(垂直起降和高效巡航模態(tài))動(dòng)力需求、降低耗油率、提升安全性,并以后機(jī)身變體方案滿足雙模態(tài)布局轉(zhuǎn)換要求、降低轉(zhuǎn)換控制難度的高效小型垂直起降無人機(jī)。本專利技術(shù)采用分布式混合動(dòng)力的變體高效小型垂直起降無人機(jī),包括機(jī)身、左機(jī)翼、右機(jī)翼、后機(jī)身、水平尾翼與垂直尾翼;同時(shí)還具有分布式混合動(dòng)力系統(tǒng)與后機(jī)身變體機(jī)構(gòu)。其中,分布式混合動(dòng)力系統(tǒng)包括油電混合動(dòng)力分系統(tǒng)與分布式螺旋槳分系統(tǒng);后機(jī)身 ...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種采用分布式混合動(dòng)力的變體高效小型垂直起降無人機(jī),包括機(jī)身、左機(jī)翼、右機(jī)翼、后機(jī)身、水平尾翼與垂直尾翼;其特征在于:還具有分布式混合動(dòng)力系統(tǒng)與后機(jī)身變體機(jī)構(gòu);其中,分布式混合動(dòng)力系統(tǒng)包括油電混合動(dòng)力分系統(tǒng)與分布式螺旋槳分系統(tǒng);后機(jī)身變體機(jī)構(gòu)包括后機(jī)身變體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與螺旋槳朝向約束機(jī)構(gòu);所述機(jī)身包括前機(jī)身與后機(jī)身;且后機(jī)身由水平橫截面分割為后機(jī)身上部與后機(jī)身下部;后機(jī)身上部和后機(jī)身下部的前端與前機(jī)身后端間鉸接,通過后機(jī)身變體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)后機(jī)身上部與后機(jī)身下部相對(duì)前機(jī)身0~90°的同步轉(zhuǎn)動(dòng);所述油電混合動(dòng)力分系統(tǒng),包括發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油箱、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池與能源管理模塊;其中,發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油箱、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池、能源管理模塊均安裝于前機(jī)身內(nèi)部;發(fā)動(dòng)機(jī)與前機(jī)身間剛性固定,用于為巡航提供動(dòng)力以及發(fā)電機(jī)的發(fā)電;燃油箱用于燃油的儲(chǔ)備以及發(fā)動(dòng)機(jī)的供油;發(fā)電機(jī)的輸入軸與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器相連,將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,由儲(chǔ)能電池存儲(chǔ);儲(chǔ)能電池用于無人機(jī)垂直起降過程中大功率輸出的功能;能源管理模塊為油電混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制模塊,進(jìn)行無人機(jī)不同工作狀態(tài)能量流向的管理;所述分布式螺旋槳分系統(tǒng)包括電機(jī)、電子 ...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種采用分布式混合動(dòng)力的變體高效小型垂直起降無人機(jī),包括機(jī)身、左機(jī)翼、右機(jī)翼、后機(jī)身、水平尾翼與垂直尾翼;其特征在于:還具有分布式混合動(dòng)力系統(tǒng)與后機(jī)身變體機(jī)構(gòu);其中,分布式混合動(dòng)力系統(tǒng)包括油電混合動(dòng)力分系統(tǒng)與分布式螺旋槳分系統(tǒng);后機(jī)身變體機(jī)構(gòu)包括后機(jī)身變體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與螺旋槳朝向約束機(jī)構(gòu);所述機(jī)身包括前機(jī)身與后機(jī)身;且后機(jī)身由水平橫截面分割為后機(jī)身上部與后機(jī)身下部;后機(jī)身上部和后機(jī)身下部的前端與前機(jī)身后端間鉸接,通過后機(jī)身變體驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)后機(jī)身上部與后機(jī)身下部相對(duì)前機(jī)身0~90°的同步轉(zhuǎn)動(dòng);所述油電混合動(dòng)力分系統(tǒng),包括發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油箱、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池與能源管理模塊;其中,發(fā)動(dòng)機(jī)、燃油箱、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能電池、能源管理模塊均安裝于前機(jī)身內(nèi)部;發(fā)動(dòng)機(jī)與前機(jī)身間剛性固定,用于為巡航提供動(dòng)力以及發(fā)電機(jī)的發(fā)電;燃油箱用于燃油的儲(chǔ)備以及發(fā)動(dòng)機(jī)的供油;發(fā)電機(jī)的輸入軸與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸通過聯(lián)軸器相連,將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能,由儲(chǔ)能電池存儲(chǔ);儲(chǔ)能電池用于無人機(jī)垂直起降過程中大功率輸出的功能;能源管理模塊為油電混合動(dòng)力系統(tǒng)的控制模塊,進(jìn)行無人機(jī)不同工作狀態(tài)能量流向的管理;所述分布式螺旋槳分系統(tǒng)包括電機(jī)、電子調(diào)速器與螺旋槳;其中,電機(jī)共十個(gè);十個(gè)電機(jī)中,八個(gè)電機(jī)剛性固定于左機(jī)翼與右機(jī)翼前緣內(nèi)部,輸出軸朝向整個(gè)無人機(jī)前方;左機(jī)翼與右機(jī)翼前緣沿展向等間隔設(shè)置4個(gè),且左機(jī)翼與右機(jī)翼上的電機(jī)安裝位置對(duì)稱;另兩個(gè)電機(jī)分別剛性固定安裝于兩個(gè)垂直尾翼梢部前緣設(shè)計(jì)的電機(jī)艙內(nèi),且設(shè)計(jì)電機(jī)艙末端與垂直尾翼間鉸接,使電機(jī)艙可轉(zhuǎn)動(dòng);同時(shí)兩個(gè)水平尾翼同上方的電機(jī)艙固接為一體結(jié)構(gòu);每個(gè)電機(jī)的輸出軸上安裝有螺旋槳;每個(gè)電機(jī)還配有電子調(diào)速器,通過能源管理模塊為各個(gè)電子調(diào)速器與電機(jī)分配供電,進(jìn)而控制每個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),由電子調(diào)速器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,且控制左機(jī)翼與右機(jī)翼上的八個(gè)電機(jī)中相鄰電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反以平衡反扭矩,同時(shí)控制垂直尾翼梢部的兩個(gè)電機(jī)彼此反向轉(zhuǎn)動(dòng);所述后機(jī)身上部與后機(jī)身下部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中,通過螺旋槳朝向約束機(jī)構(gòu)約束住垂直尾翼上的螺旋槳的朝向,使螺旋槳始終同無人機(jī)軸線朝向一致。2.如權(quán)利要求1所述一種采用分布式混合動(dòng)力的變體高效小型垂直起降無人機(jī),其特征在于:前機(jī)身后端設(shè)計(jì)為由上下兩個(gè)相交平面構(gòu)成的尖端結(jié)構(gòu);同時(shí),后機(jī)身上部與后機(jī)身下部,后機(jī)身上部與后機(jī)身下部的前端設(shè)計(jì)為斜面;且當(dāng)后機(jī)身上部與后機(jī)身下部轉(zhuǎn)動(dòng)角度為0°時(shí),后機(jī)身上部底面與后機(jī)身下部頂面相接,形成整體機(jī)身結(jié)構(gòu);當(dāng)后機(jī)身上部與后機(jī)身下部轉(zhuǎn)動(dòng)至+90度與-90度時(shí),后機(jī)身上部與...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員:馬東立,夏興祿,楊穆清,劉興安,郭陽,陳剛,
申請(qǐng)(專利權(quán))人:北京航空航天大學(xué),
類型:發(fā)明
國別省市:北京,11
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