一种变体机尾坐立式垂直起降无人机及其飞行控制方法与流程

1.本发明涉及航空技术领域，具体是一种变体机尾坐立式垂直起降无人机及其飞行控制方法。

背景技术：

2.现有技术中，公开号cn110667837a的专利文件公开了一种新型矢量推力错位双翼尾座式垂直起降无人机。此无人机有上下错位布置的两副机翼，上下翼撑板支撑机翼，在撑板尾部布置尾舵面。中机身由两根碳纤维管与在其左右的上下翼撑板连接。双发矢量动力系统固定在前碳纤维管上。该发明采用的固定式起落架虽然能起到一定的起降支撑作用，但稳定范围有限且没有缓冲装置，另外固定式起落架会在空中造成不必要的气动阻力，不符合起落架的设计发展需要。

技术实现要素：

3.本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种变体机尾坐立式垂直起降无人机及其飞行控制方法，通过嵌入的缓冲装置辅助无人机着陆释能，通过起落架与水平尾翼结构功能一体化的设计，可有效解决机尾坐立式垂直起降无人机水平尾翼布局与起落架结构引起的机体高度与重心稳定性的矛盾，提升了无人机操纵效率与起降稳定性。
4.本发明提供的变体机尾坐立式垂直起降无人机包括两侧分布有机翼的机身，机翼上设置有动力系统，所述机身上下两侧设置有一组对称分布的变体起落架，变体起落架包括支撑杆控制系统、支撑杆、尾撑尾翼，其中，支撑杆分左右两组对称安装在左右两侧机翼上，支撑杆顶端通过支撑杆控制系统与机身铰接，每个变体起落架上的两根支撑杆末端分别通过水平尾翼控制器连接有尾撑尾翼，尾撑尾翼另一端连接有缓冲装置，两个尾撑尾翼水平长度之和与支撑杆间距相等。
5.所述动力系统为垂直起降无人机提供升力并具备姿态操纵能力，动力系统的运动包络体与起落架变体运动包络体不重叠。
6.进一步改进，所述的尾撑尾翼与支撑杆连接相反一端设置有磁片，两根支撑杆上的尾撑尾翼水平时通过磁片吸引组成一个整体尾翼。
7.进一步改进，所述尾撑尾翼尾部通过连接轴安装有升降舵，升降舵绕连接轴进行俯仰运动，提高无人机操纵性。
8.进一步改进，所述的缓冲装置包括缓冲器和缓冲垫，缓冲器与尾撑尾翼固定连接，尾撑尾翼上设置有滑道，缓冲垫通过滑块连接在滑道上，在缓冲器控制下沿滑道滑动。
9.本发明还提供了一种变体机尾坐立式垂直起降无人机的飞行控制方法，包括以下步骤：无人机地面停放及垂直起降时，支撑杆向机身两侧张开至水平，尾撑尾翼各自连接的支撑杆旋转向下转至与机身平行，缓冲垫沿滑道下滑伸出尾撑尾翼尾端，无人机通过缓冲垫支撑在起飞或停放区域表面，承担垂直起降无人机的主要重量及保持姿态平衡；
巡航状态，变体起落架向机尾闭合，水平尾翼控制器根据飞行状态需要调整尾撑尾翼的姿态。巡航状态时，尾撑尾翼上的升降舵进行俯仰偏转辅助无人机的操控。
10.所述的尾撑尾翼的姿态包括平尾姿态，平尾垂尾组合姿态以及v型尾翼姿态。所述的平尾姿态下，同一个变体起落架上的两个尾撑尾翼旋转通过磁片吸引组成一个整体尾翼，操控无人机俯仰和滚转力矩。所述的平尾垂尾组合姿态下，下方起落架的两个尾撑尾翼旋转通过磁片吸引组成一个整体尾翼，上方起落架的两个尾撑尾翼旋转与下方的尾翼垂直组成垂尾，操控无人机进行偏航运动。所述的v型尾翼姿态下，位于起落架同侧的两个尾撑尾翼旋转组成v型结构，兼有垂尾和平尾的功能，同时可以降低尾翼与机身之间的干扰阻力。
11.本发明有益效果在于：1、通过嵌入的缓冲装置可有效实现无人机的重心、焦点配平，并辅助无人机着陆释能。
12.2、通过起落架与水平尾翼结构功能一体化的设计，可有效解决机尾坐立式垂直起降无人机水平尾翼布局与起落架结构引起的机体高度与重心稳定性的矛盾，提升了无人机操纵效率与起降稳定性，且该结构使得收纳状态下的水平尾翼操纵力臂和张开状态下的支撑点间距呈正向关系，可有效提升无人机操纵性与着陆稳定性。
13.3、巡航状态下，尾撑尾翼可以根据飞行状态需求进行变形，有利于提高无人机整体气动效率和操纵特性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
15.图1为一种变体机尾坐立式垂直起降无人机巡航状态轴侧视图；图2为一种变体机尾坐立式垂直起降无人机垂直起降模式侧视图；图3为一种变体机尾坐立式垂直起降无人机水平尾翼内部结构图；图4为无人机巡航状态下平尾垂尾组合姿态示意图；图5为无人机巡航状态下v型尾翼姿态示意图。
16.其中，1-动力系统、2-机身、3-机翼、41-上端支撑杆控制系统、42-上端支撑杆控制系统、51-上端支撑杆、52-上端支撑杆、61-上端水平尾翼、62-上端水平尾翼、71-上端水平尾翼控制器、72-上端水平尾翼控制器、81-上端升降舵，82-上端升降舵、91-下端支撑杆控制系、92-下端支撑杆控制系、101-下端支撑杆、102-下端支撑杆、111-下端水平尾翼、112-下端水平尾翼、121-下端水平尾翼控制器、122-下端水平尾翼控制器、131-下端升降舵、132-下端升降舵、14-缓冲器、15-滑块16-缓冲垫16。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本发明一种具体结构如图1所示，包括动力系统1、机身2、机翼3、上端支撑杆控制系统4、上端支撑杆5、上端水平尾翼6、上端水平尾翼控制器7、上端升降舵8、下端支撑杆控制系9、下端支撑杆10、下端水平尾翼11、下端水平尾翼控制器12、下端升降舵13、缓冲器14、滑道15、缓冲垫16。
19.所述动力系统1为垂直起降无人机提供升力并具备姿态操纵能力，动力系统1的运动包络体与起落架变体运动包络体不重叠。
20.所述上端支撑杆控制系统4、上端支撑杆5、上端水平尾翼6、上端升降舵7与下端支撑杆控制系8、下端支撑杆9、下端水平尾翼10、下端升降舵11对称设置在机身2上下两侧，单侧分左右两组对称安装在左右两侧机翼3上，左侧分别为上端支撑杆控制系统41、上端支撑杆51、上端水平尾翼61、上端水平尾翼控制器71、上端升降舵81，下端支撑杆控制系91、下端支撑杆101、下端水平尾翼111、下端水平尾翼控制器121和下端升降舵131、右侧分别为上端支撑杆控制系统42、上端支撑杆52、上端水平尾翼62、上端水平尾翼控制器72、上端升降舵82、下端支撑杆控制系92、下端支撑杆102、下端水平尾翼112、下端水平尾翼控制器122和下端升降舵132。
21.所述上端支撑杆5顶端通过上端支撑杆控制系统4与机身2铰接，上端支撑杆5尾端通过上端水平尾翼控制器7与上端水平尾翼6连接，上端水平尾翼6位于左侧上端支撑杆51与右侧上端支撑杆52之间，上端升降舵8安装在上端水平尾翼6尾部，可绕连接轴进行俯仰运动，下端对称部件连接关系相同。
22.左侧上端水平尾翼61、下端水平尾翼111、右侧上端水平尾翼62、下端水平尾翼112内部均固定有缓冲器14与滑道，如图3所示，缓冲垫16位于水平尾翼与支撑杆连接相反一端，可在缓冲器14与控制下通过滑块15沿滑道上下运动，左侧上端水平尾翼61、下端水平尾翼111中缓冲垫与右侧上端水平尾翼62、下端水平尾翼112缓冲垫在水平尾翼上下方向安装位置相反，其上装有磁片，便于对接状态的相互吸附。
23.无人机地面停放及垂直起降时，如图2所示，上端支撑杆5与下端支撑杆10向机身两侧张开至水平，水平尾翼绕各连接支撑杆旋转向下转至与机身平行，缓冲垫16沿滑道下滑伸出尾撑尾翼尾端，无人机通过缓冲垫支撑在起飞/停放区域表面，承担垂直起降无人机的主要重量及保持姿态平衡。
24.巡航状态，如图1所示，上端支撑杆5与下端支撑杆10向机尾闭合，上端升降舵8与下端升降舵13可进行俯仰偏转，提高无人机操纵性。
25.所述的尾撑尾翼的姿态包括平尾姿态，平尾垂尾组合姿态以及v型尾翼姿态。所述的平尾姿态下，如图1所示，同一个变体起落架上的两个尾撑尾翼旋转通过磁片吸引组成一个整体尾翼，操控无人机俯仰和滚转力矩。所述的平尾垂尾组合姿态下，如图4所示，下方起落架的两个尾撑尾翼旋转通过磁片吸引组成一个整体尾翼，上方起落架的两个尾撑尾翼旋转与下方的尾翼垂直组成垂尾，操控无人机进行偏航运动。所述的v型尾翼姿态下，如图5所示，位于起落架同侧的两个尾撑尾翼旋转组成v型结构，兼有垂尾和平尾的功能，同时可以降低尾翼与机身之间的干扰阻力。
26.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部
分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种变体机尾坐立式垂直起降无人机，包括两侧分布有机翼（3）的机身（2），机翼（3）上设置有动力系统（1），所述机身（2）上下两侧设置有一组对称分布的变体起落架，变体起落架包括支撑杆控制系统、支撑杆、尾撑尾翼，其中，支撑杆分左右两组对称安装在左右两侧机翼（3）上，支撑杆顶端通过支撑杆控制系统与机身（2）铰接，其特征在于：每个变体起落架上的两根支撑杆末端分别通过水平尾翼控制器连接有尾撑尾翼（11），尾撑尾翼（11）另一端连接有缓冲装置；两个尾撑尾翼水平长度之和与支撑杆间距相等。2.根据权利要求1所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机，其特征在于：所述的尾撑尾翼缓冲装置处设置有磁片，两根支撑杆上的尾撑尾翼水平时通过磁片吸引组成一个整体尾翼。3.根据权利要求1或2所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机，其特征在于：所述尾撑尾翼尾部通过连接轴安装有升降舵，升降舵绕连接轴进行俯仰运动。4.根据权利要求1所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机，其特征在于：所述的缓冲装置包括缓冲器（14）和缓冲垫（16），缓冲器（14）与尾撑尾翼固定连接，尾撑尾翼上设置有滑道，缓冲垫（16）通过滑块（15）连接在滑道上，在缓冲器（14）控制下沿滑道滑动。5.一种变体机尾坐立式垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于包括以下步骤：无人机地面停放及垂直起降时，支撑杆向机身两侧张开至水平，尾撑尾翼各自连接的支撑杆旋转向下转至与机身平行，缓冲垫沿滑道下滑伸出尾撑尾翼尾端，无人机通过缓冲垫支撑在起飞或停放区域表面，承担垂直起降无人机的主要重量及保持姿态平衡；巡航状态，变体起落架向机尾闭合，水平尾翼控制器根据飞行状态需要调整尾撑尾翼的姿态。6.根据权利要求5所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于：巡航状态时，尾撑尾翼上的升降舵进行俯仰偏转辅助无人机的操控。7.根据权利要求5或6所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述的尾撑尾翼的姿态包括平尾姿态，平尾垂尾组合姿态以及v型尾翼姿态。8.根据权利要求7所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述的平尾姿态下，同一个变体起落架上的两个尾撑尾翼旋转通过磁片吸引组成一个整体尾翼，操控无人机俯仰和滚转力矩。9.根据权利要求7所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述的平尾垂尾组合姿态下，下方起落架的两个尾撑尾翼旋转通过磁片吸引组成一个整体尾翼，上方起落架的两个尾撑尾翼旋转与下方的尾翼垂直组成垂尾，操控无人机进行偏航运动。10.根据权利要求7所述的变体机尾坐立式垂直起降无人机的飞行控制方法，其特征在于：所述的v型尾翼姿态下，位于起落架同侧的两个尾撑尾翼旋转组成v型结构。

技术总结

本发明提供了一种变体机尾坐立式垂直起降无人机及其飞行控制方法，无人机机身上下两侧设置有一组对称分布的变体起落架，变体起落架包括支撑杆控制系统、支撑杆、尾撑尾翼，其中，支撑杆分左右两组对称安装在左右两侧机翼上，支撑杆顶端通过支撑杆控制系统与机身铰接，每个变体起落架上的两根支撑杆末端分别通过水平尾翼控制器连接有尾撑尾翼，尾撑尾翼另一端连接有缓冲装置。本发明可有效解决机尾坐立式垂直起降无人机水平尾翼布局与起落架结构引起的机体高度与重心稳定性的矛盾，提升了无人机操纵效率与起降稳定性。无人机操纵效率与起降稳定性。无人机操纵效率与起降稳定性。