一種可傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無人機(jī)及其控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]市場上現(xiàn)有的無人機(jī)主要分為兩大類:固定翼無人機(jī)和旋翼無人機(jī)。前者航程遠(yuǎn)、水平飛行速度快，但是需要起降跑道。后者不需要起降跑道，但是因?yàn)槠渫屏κ强啃砩Φ乃椒较蚍至繉?shí)現(xiàn)的，故水平方向速度沒有固定翼飛機(jī)快，且因?yàn)槠渖Φ漠a(chǎn)生是靠發(fā)動機(jī)驅(qū)動主旋翼產(chǎn)生而不是氣流經(jīng)過固定翼產(chǎn)生，故耗油率或同樣飛行距離的耗電量比固定翼飛機(jī)多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種既可垂直起降又能實(shí)現(xiàn)長航程、快速度的水平飛行，增大了飛行包線的可傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)及其控制方法。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明所述的一種可傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，包括四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼，兩個可偏轉(zhuǎn)的機(jī)翼，垂尾，發(fā)動機(jī)，傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變距機(jī)構(gòu)以及飛行控制系統(tǒng)，所述垂尾、機(jī)翼分別安裝在機(jī)身上并受飛行控制系統(tǒng)控制，所述四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼分別連接有發(fā)動機(jī)、傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變距機(jī)構(gòu)；每組所述可傾轉(zhuǎn)的旋翼包括若干槳葉、槳轂、變距拉桿和傾轉(zhuǎn)短艙，各槳葉分別通過槳轂和變距拉桿與所述傾轉(zhuǎn)短艙連接，所述槳轂包括擺震鉸、揮舞鉸和變距鉸，所述傾轉(zhuǎn)短艙內(nèi)設(shè)有機(jī)翼傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述機(jī)翼傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過傾轉(zhuǎn)鉸連接在機(jī)翼大梁上，所述機(jī)翼上還設(shè)有偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的上下偏轉(zhuǎn)。
[0005]進(jìn)一步的，所述四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼中的其中兩組旋翼與機(jī)翼連接。
[0006]進(jìn)一步的，所述四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼中的其中一組旋翼連接有垂尾。
[0007]進(jìn)一步的，所述四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼中的后旋翼高度大于前旋翼的高度。
[0008]進(jìn)一步的，所述變距鉸與所述萬向鉸之間還設(shè)有柔性片。
[0009]本發(fā)明還公開了上述一種可傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的控制方法，包括如下飛行模式:
(1)垂直起降:通過四組變距機(jī)構(gòu)采用變總距的辦法增加或減少升力；
(2)低速飛行:通過四組變距機(jī)構(gòu)采用周期變距的辦法由升力在水平方向的分量提供推力；
(3)高速飛行:將其中兩個對稱的旋翼向前傾轉(zhuǎn)至垂直于飛行方向以提供更大的推力，該推力的變化可由兩組變距機(jī)構(gòu)采用變總距的辦法實(shí)現(xiàn)，同時將左右兩機(jī)翼偏轉(zhuǎn)至水平方向以補(bǔ)償兩個旋翼向前傾轉(zhuǎn)后造成的升力損失；隨著飛行速度的增加，通過兩組變距機(jī)構(gòu)將飛行器頂部的其他兩個旋翼調(diào)成順槳狀態(tài)，在高速的相對氣流的作用下這兩個旋翼仍然旋轉(zhuǎn)并提供一定升力，不需要發(fā)動機(jī)對這兩個旋翼進(jìn)行功率輸入；
(4)偏航轉(zhuǎn)彎:低速飛行時，依靠左右兩旋翼的總距變化實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)，依靠四旋翼的周期變距實(shí)現(xiàn)偏航；高速飛行時，轉(zhuǎn)彎動作依靠機(jī)翼和垂尾的偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。
[0010]有益效果:本發(fā)明的效果在于結(jié)合了旋翼機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既可垂直起降又能實(shí)現(xiàn)長航程、快速度的水平飛行，增大了飛行包線，克服了兩種傳統(tǒng)飛行器的各自缺點(diǎn)。相比于美國的ν-22魚鷹式傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，本發(fā)明的偏轉(zhuǎn)機(jī)翼不存在對旋翼下洗流的阻塞影響；由于傾轉(zhuǎn)過程中仍有前后兩個旋翼提供升力，故垂直起降模式和前飛模式之間轉(zhuǎn)換的速度范圍也更寬；此外提供相同升力四個旋翼的直徑要比兩個旋翼的直徑小，使得本飛行器亦可通過將左右兩個旋翼作為螺旋槳以滑跑的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)起降。另外本發(fā)明的四組旋翼可以共用兩臺發(fā)動機(jī)的動力，這樣當(dāng)其中一臺發(fā)動機(jī)失效后，整架飛行器仍能夠有效運(yùn)行不致于墜機(jī)，只是分配到各個旋翼上的功率會有所減少。
[0011]目前本發(fā)明擬用于無人機(jī)領(lǐng)域，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)可行后亦能用于載人飛行器。如果用于民航運(yùn)輸，本飛行器可以不受地理?xiàng)l件限制實(shí)現(xiàn)起降，同時能實(shí)現(xiàn)比直升機(jī)更遠(yuǎn)距離的航行。如果用于軍事領(lǐng)域，本飛行器既能像螺旋槳飛機(jī)一樣快速抵達(dá)目的地，又能像直升機(jī)一樣在目的地上空長時間的滯留以便偵察或打擊。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明旋翼機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的一組可傾轉(zhuǎn)的旋翼結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明旋翼機(jī)尚速飛彳丁時的狀態(tài)不意圖；
圖4為本發(fā)明旋翼機(jī)高速飛行偏航時的狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1和圖2所示的一種可傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)，包括四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼，分別是前旋翼1、后旋翼3、左旋翼2和右旋翼4，兩個可偏轉(zhuǎn)的機(jī)翼5，6，垂尾7，發(fā)動機(jī)，傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變距機(jī)構(gòu)以及飛行控制系統(tǒng)，所述垂尾7、機(jī)翼5，6分別與所述旋翼連接，所述旋翼分別連接有發(fā)動機(jī)、傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和變距機(jī)構(gòu)；如圖2所示，每組所述可傾轉(zhuǎn)的旋翼包括三片槳葉11，12，13、槳轂16 (包含變距鉸14、擺振鉸17、揮舞鉸18)、變距拉桿19和傾轉(zhuǎn)短艙20，各槳葉分別通過槳轂16和變距拉桿19與所述傾轉(zhuǎn)短艙20連接，所述傾轉(zhuǎn)短艙20內(nèi)設(shè)有機(jī)翼傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)21，所述機(jī)翼傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)21通過傾轉(zhuǎn)鉸22連接有機(jī)翼，所述機(jī)翼由機(jī)翼大梁23和機(jī)翼外殼24構(gòu)成。
[0014]作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化，所述四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼中的其中兩組旋翼連接有機(jī)翼。所述四組可傾轉(zhuǎn)的旋翼中的其中一組旋翼連接有垂尾。所述槳葉的數(shù)量為2片、3片或更多片。所述槳葉采用彈性槳葉或剛性槳葉。所述槳葉與所述槳轂之間還設(shè)有柔性片15。為減少高速水平飛行時前旋翼I尾渦對后旋翼3的氣動干擾，把后旋翼3裝得高一些，同時也給垂尾的安裝預(yù)留了位置。
[0015]本發(fā)明的旋翼機(jī)的控制過程包括垂直起降、低速飛行、高速飛行以及偏航轉(zhuǎn)彎幾個模式:
需要垂直起降時，通過四組變距機(jī)構(gòu)采用變總距的辦法增加或減少升力。需要低速飛行時，通過四組變距機(jī)構(gòu)采