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原文传递一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器及其控制方法

专利名称：	一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器及其控制方法
摘要：	本发明公开了一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，由机身、机翼、垂直尾翼、起落架、升降副翼、第一动力系统、第二动力系统、第三动力系统、能源系统和飞行控制器组成。第一动力系统和第二动力系统安装于机翼中段，其螺旋桨直径大，第三动力系统安装于机身上侧，飞行器总的桨盘载荷低，垂直起降阶段飞行器效率高。起降阶段通过三个动力系统推力差控制飞行器俯仰和滚转姿态，水平飞行阶段通过第一、二动力系统与第三动力系统的推力差配平飞行器纵向通道，使得飞行器配平阻力小。一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器具有姿态控制能力强、起降及水平飞行效率高等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	王向阳;朱纪洪
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-10T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201811505895.9
公开号：	CN109795682A
代理机构：	北京三聚阳光知识产权代理有限公司
代理人：	张杰
分类号：	B64C29/00(2006.01);B;B64;B64C;B64C29
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园1号
主权项：	1.一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于含有：机身1、机翼2、垂直尾翼3、起落架4、升降副翼5、第一动力系统6、第二动力系统7、第三动力系统8、能源系统9和飞行控制器10；所述机翼2采用高效平飞的大展弦比机翼，对称安装在机身两侧，所述升降副翼5安装在机翼2后缘，所述垂直尾翼3安装在机身2上；所述第一动力系统6和第二动力系统7对称安装在机身1左右两侧，且在机翼2下侧，推力线至飞行器重心有一定距离的偏移；所述第三动力系统8安装在垂直尾翼3上，推力线至飞行器重心有一定距离偏移；所述第一动力系统6的特征在于含有：发动机6-1和螺旋桨6-2；所述第二动力系统7的特征在于含有：发动机7-1和螺旋桨7-2；所述第三动力系统8的特征在于含有：发动机8-1和螺旋桨8-2；所述螺旋桨6-2和螺旋桨7-2为大直径低桨盘载荷螺旋桨，所述螺旋桨6-2和螺旋桨7-2分别为正桨和反桨，螺旋桨6-2和螺旋桨7-2为反转扭矩相互抵消；所述能源系统9安装于机身1内部，为发动机6-1、发动机7-1和发动机8-1提供能源；所述飞行控制器10安装于机身1内部；一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器具有三个飞行阶段：垂直起飞、垂直降落和水平飞行阶段；在垂直起飞和垂直降落阶段，飞行器机头竖直向上，第一动力系统6、第二动力系统7和第三动力系统8的推力之和与飞行器重力相平衡；在平飞飞行阶段，一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器与一般固定翼飞行器一样，第一动力系统6、第二动力系统7和第三动力系统8的推力用于克服飞行器气动阻力。 2.根据权利要求1所述的高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于：螺旋桨8-2为共轴双旋翼螺旋桨，其反转扭矩接近于0。 3.根据权利要求1所述的高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于：螺旋桨8-2为正桨或者反桨，第三动力系统8的推力轴线与垂直尾翼3对称平面存在倾斜角，第三动力系统8的推力相对飞行器重心产生的力矩与螺旋桨8-2的反转扭矩之和接近于0。 4.根据权利要求1所述的高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于：螺旋桨8-2为正桨或反桨，通过驱动器带动第三动力系统8左右倾转，使第三动力系统8推力线倾斜，产生相对于飞行器重心的力矩抵消螺旋桨8-2的反转扭矩。 5.根据权利要求1-4任一项所述的高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于：所述发动机6-1、发动机7-1和发动机8-1为电动机，所述能源系统9为电池组。 6.根据权利要求1-4任一项所述的高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于：所述发动机6-1和发动机7-1为内燃机，所述发动机8-1为电动机，所述能源系统9为燃油系统和电池组的组合。 7.根据权利要求1-4任一项所述的高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于：所述发动机6-1和发动机7-1分别为内燃机与电动机组合的动力装置，所述发动机8-1为电动机，所述能源系统9为燃油系统和电池组的组合，在飞行器垂直起飞和垂直降落阶段发动机6-1和发动机7-1的内燃机与电动机共同驱动螺旋桨，在飞行器水平飞行阶段发动机6-1和发动机7-1的电动机利用内燃机剩余功率发电，给能源系统9的电池组充电。 8.根据权利要求1-4任一项所述的高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器，其特征在于：所述发动机6-1、发动机7-1和发动机8-1分别为内燃机与电动机组合的动力装置，所述能源系统9为燃油系统和电池组的组合，在飞行器垂直起飞和垂直降落阶段发动机6-1、发动机7-1和发动机8-1的内燃机与电动机共同驱动螺旋桨，在飞行器水平飞行阶段发动机6-1、发动机7-1和发动机8-1的电动机利用内燃机剩余功率发电，给能源系统9的电池组充电。 9.一种高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器控制方法，其特征在于：在本发明高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器垂直起飞和降落阶段，通过升降副翼5反对称偏转控制飞行器偏航姿态，通过改变第一动力系统6、第二动力系统7和第三动力系统8的推力与升降副翼5对称偏转组合控制飞行器俯仰姿态；在本发明高效尾坐式垂直起降固定翼飞行器水平飞行阶段，通过升降副翼5反对称偏转控制飞行器滚转姿态，通过第一动力系统6、第二动力系统7和第三动力系统8的推力与升降副翼5对称偏转组合配平飞行器纵向通道、控制俯仰姿态，并使升降副翼5下偏且偏转角较小，使飞行器处于高升阻比飞行状态。
所属类别：	发明专利