一种倾转垂直起降固定翼飞行器的制作方法及专利技术

一种倾转垂直起降固定翼飞行器的制作方法
1.本实用新型属于无人机技术领域，涉及一种倾转垂直起降固定翼飞行器。

<b>背景技术：</b>
2.垂直起降固定翼无人机通常为复合翼布局或者倾转旋翼布局。

这两种布局在固定翼巡航阶段均存在不工作的螺旋桨，这些不工作的螺旋桨对飞机巡航工作不起任何作用，故称之为“死重”，不工作的螺旋桨会增加巡航时整个飞机的阻力。

<b>技术实现要素：</b>
3.为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种倾转垂直起降固定翼飞行器，解决了固定翼巡航状态死重引起增加阻力的问题。

4.本实用新型是通过以下技术方案来实现：
5.一种倾转垂直起降固定翼飞行器，包括机身，与机身连接的尾翼、左机翼和右机翼；在左机翼的前缘安装有左前螺旋桨，后缘安装有左后螺旋桨，左前螺旋桨和左后螺旋桨转动方向相反；在右机翼的前缘安装有右前螺旋桨，后缘安装有右后螺旋桨，右前螺旋桨和右后螺旋桨转动方向相反；
6.左前螺旋桨连接有左一动力轴，左后螺旋桨连接有左二动力轴，左一动力轴和左二动力轴共轴线，且共用同一动力源；右前螺旋桨连接有右一动力轴，右后螺旋桨连接有右二动力轴，右一动力轴和右二动力轴共轴线，且共用同一动力源。

7.进一步，左一动力轴和右一动力轴均连接有第一锥齿轮，左二动力轴和右二动力轴均连接有第二锥齿轮；在左机翼和右机翼内均安装有动力源，动力源的输出轴连接有第三锥齿轮；第三锥齿轮与第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合。

8.进一步，在左机翼与机身连接的一侧设有左转轴，在右机翼与机身连接的一侧设有右转轴。

9.进一步，在机身内安装有左舵机和右舵机，左舵机输出轴与左转轴连接，用于控制左机翼相对机身的转动；右舵机输出轴与右转轴连接，用于控制右机翼相对机身的转动。

10.进一步，动力源采用电机或发动机。

11.进一步，在机身的尾部设有平尾。

12.进一步，在机身的尾部设有垂尾。

13.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
14.本实用新型公开了一种倾转垂直起降固定翼飞行器，包括机身，与机身连接左机翼和右机翼；在左机翼上前后各装有一个螺旋桨，在右机翼上前后各装有一个螺旋桨，且前后两螺旋桨采用同一动力源驱动，使得四个螺旋桨无论在什么状态下都同时工作，固定翼巡航阶段所有螺旋桨都在工作，从而减小垂直起降固定翼巡航阶段的阻力。

螺旋桨在有气流流经时，不管是不是工作，都会存在摩擦阻力，而工作的螺旋桨的压差阻力比不工作的螺旋桨小很多，所以总体而言，该发明这种布局的无人机能有效减小飞机的阻力。

15.进一步，动力源输出轴与第三锥齿轮连接，带动第三锥齿轮转动，从而驱动第一锥齿轮和第二锥齿轮转动，第一锥齿轮和第二锥齿轮转向相反，第一锥齿轮和第二锥齿轮分别带动前后螺旋桨，实现共轴反转。

一个动力源就可以驱动前后两个螺旋桨同时转动且转向相反，前后桨共轴反转消除了偏航控制时力矩耦合，操控更简单。

16.进一步，在左机翼与机身连接的一侧设有左转轴，在右机翼与机身连接的一侧设有右转轴，左机翼通过左转轴相对机身转动，右机翼通过右转轴相对机身转动，当两侧机翼同向向前倾转时，产生前向分力，在该分力产生的低头力矩导致机身低头；当两侧机翼同向向后倾转时，产生后向分力，在该分力产生的抬头力矩导致机身抬头，实现俯仰控制。

附图说明
17.图1为本实用新型的倾转垂直起降固定翼飞行器在巡航状态下的结构示意图；
18.图2为动力轴与动力源的连接结构示意图；
19.图3为本实用新型的倾转垂直起降固定翼飞行器垂直起降状态下示意图；
20.图4为本实用新型的倾转垂直起降固定翼飞行器机翼同向倾转状态下的示意图；
21.图5为本实用新型的倾转垂直起降固定翼飞行器机翼差动倾转状态下的示意图。

22.其中，1为机身，2为左机翼，3为右机翼，4为左转轴，5为右转轴，6为左前螺旋桨，7为左后螺旋桨，8为右前螺旋桨，9为右后螺旋桨，10为平尾，11为垂尾，12为第一锥齿轮，13为第二锥齿轮，14为第三锥齿轮，15为动力源。

具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
24.如图1和3所示，本实用新型公开的一种倾转垂直起降固定翼飞行器，包括机身1和与机身1连接的尾翼、左机翼2、右机翼3。

在左机翼2与机身1连接的一侧设有左转轴4，在右机翼3与机身1连接的一侧设有右转轴5，在机身 1内安装有左舵机和右舵机；左舵机输出轴与左转轴4连接，用于控制左机翼2 相对机身1的转动；右舵机输出轴与右转轴5连接，用于控制右机翼3相对机身1的转动；在左机翼2的前缘安装有左前螺旋桨6，后缘安装有左后螺旋桨7；在后机翼的前缘安装有右前螺旋桨8，后缘安装有右后螺旋桨9。

25.左转轴4和右转轴5共轴线，动轴与舵机摇臂连接，左右机翼3分别由两个舵机驱动其旋转，且左右两个舵机可以独立控制其旋转速度和角度。

26.左前螺旋桨6连接有左一动力轴，左后螺旋桨7连接有左二动力轴，左一动力轴和左二动力轴共轴线；右前螺旋桨8连接有右一动力轴，右后螺旋桨9 连接有右二动力轴，右一动力轴和右二动力轴共轴线。

27.如图2所示，左一动力轴和右一动力轴均连接有第一锥齿轮12，左二动力轴和右二动
力轴均连接有第二锥齿轮13；在左机翼2和右机翼3内均安装有电机或发动机，电机或
发动机的输出轴连接有第三锥齿轮14；第三锥齿轮14与第一锥齿轮12和第二锥齿轮13啮合。

通过同一动力源15驱动两个转轴转动，同时实现两个转轴反转。

28.共轴反转第二种实现方式，前后螺旋桨可以分别由不同的电机驱动其转动，只是电机
输出轴共线。

29.起降阶段：
30.所有螺旋桨同时工作，机翼倾转与机身1水平面近似垂直，螺旋桨工作产生竖直向上
的拉力，使得飞机起飞或降落。

31.俯仰控制：通过两侧机翼同步倾转实现起降阶段的俯仰控制
32.如图4所示，当两侧机翼同向向前倾转时，产生前向分力，在该分力产生的低头力矩
导致机身1低头；当两侧机翼同向向后倾转时，产生后向分力，在该分力产生的抬头力矩导致机身1抬头。

33.横滚控制：通过两侧螺旋桨转速差实现起降阶段的横滚控制
34.机翼左右两侧螺旋桨转速差带来两侧拉力差，产生横滚力矩，控制机体横滚姿态变化。

此处的转速差指的是左螺旋桨组和右螺旋桨组的转速差。

左螺旋桨组和右螺旋桨组均产生竖直向上的拉力分量，当转速不一致时，竖直方向拉力分量大小不一样，所有会存在一个绕飞机纵向对称轴的滚转力矩，从而实现飞行器的滚转控制。

35.偏航控制：通过两侧机翼差动倾转实现起降阶段的航向控制
36.如图5所示，两侧机翼差动倾转，产生偏航力矩控制机体航向。

此时由于左右两侧在
竖直方向的分力大小可能不同，所有需要调节两侧转速差维持横滚稳定。

同时由于前后桨同轴反转，反扭矩自抵消，因此不会带来控制耦合。

37.巡航阶段：
38.两侧机翼处于正常位置，所有螺旋桨同时工作，飞行器处于常规前拉后推的固定翼状态。

39.左机翼2、右机翼3绕转轴旋转，垂直起降时，螺旋桨动力轴旋转至竖直方向，巡航时，螺旋桨动力轴与飞机飞行方向一致，且左右机翼的旋转可以独立控制。