一种垂直起降飞行器
阅读说明：本技术 一种垂直起降飞行器 (Vertical take-off and landing aircraft ) 是由 李志宁 于 2020-05-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种垂直起降飞行器,包括机身、短翼、控制单元和动力单元,动力单元包括电源、电机、水平推进器和垂直推进器,短翼水平对称设在机身两侧,每个短翼上设有一个与短翼垂直的机臂,机臂的两端设有所述垂直推进器,每个垂直推进器水平设置且单独连接一个电机,电机设在每个机臂的两个端部,水平推进器设在机身的尾部,水平推进器垂直设置且单独连接一个电机,电机连接电源,电源连接控制单元。这种飞行器不需要复杂的传动系统和倾转系统,不需要气动舵面控制系统,仅用比固定翼飞行器的机翼面积还小的短翼与一组多轴垂直起降动力系统、一组水平动力系统组成。外形简化减少飞行阻力和能耗,提高了航时和航速,进而大幅度增加航程。(The invention provides a vertical take-off and landing aircraft which comprises an aircraft body, short wings, a control unit and a power unit, wherein the power unit comprises a power supply, motors, horizontal propellers and vertical propellers, the short wings are horizontally and symmetrically arranged on two sides of the aircraft body, each short wing is provided with an arm perpendicular to the short wings, the vertical propellers are arranged at two ends of the arm, each vertical propeller is horizontally arranged and is independently connected with one motor, the motors are arranged at two ends of each arm, the horizontal propellers are arranged at the tail part of the aircraft body, the horizontal propellers are vertically arranged and are independently connected with one motor, the motors are connected with the power supply, and the power supply is connected with the control unit. The aircraft does not need a complex transmission system and a tilting system, does not need a pneumatic control surface control system, and only consists of short wings, a group of multi-axis vertical take-off and landing power systems and a group of horizontal power systems, wherein the short wings are smaller than the wing area of the fixed wing aircraft. The appearance is simplified, the flight resistance and the energy consumption are reduced, the time and the speed are improved, and the range is greatly increased.)
技术领域
本发明涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种垂直起降飞行器。
背景技术
目前常见的垂直起降飞行器各式各样，总结有几类：水平分布多个动力轴的形式、在固定翼飞行器的机翼上加装一套固定式多轴垂直起降系统的形式、固定翼飞行器倾转推进器的形式、倾转带动力的机翼的形式、固定翼坐起改变飞行姿态的形式旋翼飞行的形式。各种垂直起降形式的垂直起降方式都需要复杂的旋转传动机构或者复杂的控制系统，或者是独立的垂直起降系统在飞行时不参与工作造成不必要的能源浪费。
因此我们需要发明一种新型的垂直起降飞行器，这种飞行器不需要复杂的传动系统、复杂的倾转系统和气动舵面控制系统，仅用比固定翼飞行器的机翼面积还小的短翼与一组多轴垂直起降动力系统、一组水平动力系统组成。外形简化减少飞行阻力和能耗，提高了航时和航速，进而大幅度增加航程。
发明内容
本发明针对上述所提到的现有技术的推进器，发动机通过复杂的传动机构传递动力到旋翼产生升力，制造成本高，故障率高，间隔维护周期短，寿命低或者通过复杂的结构保证结构安全导致飞行器在高速飞行和低速飞行都需要较大的功率维持飞行的问题，研制一种垂直起降飞行器。
本发明解决技术问题的技术方案为：一种垂直起降飞行器，包括机身、短翼、控制单元和动力单元，所述的动力单元包括电源、电机、水平推进器和垂直推进器，所述短翼水平对称设在机身两侧，每个短翼上设有一个与短翼垂直的机臂，所述机臂的两端设有所述垂直推进器，每个垂直推进器水平设置且单独连接一个电机，电机设在每个机臂的两个端部，所述水平推进器设在机身的尾部，水平推进器垂直设置且单独连接一个电机，电机连接电源，电源连接控制单元。
进一步地，所述机臂上的端部设有安装座，所述电机设置于所述安装座内，所述安装座与机臂可拆卸设置。
进一步地，所述安装座底部设有支架座，所述支架座为圆锥状，且锥尖向下，安装座与支架座之间设有所述的垂直推进器。
进一步地，所述的垂直推进器的水平高度低于机身底部高度。
进一步地，所述的机臂为向底部凹陷的曲杆，机臂与短翼固定处即机臂的中部为最高点，机臂的两端为最低点，机臂的两端不高于机身的底部，机臂的中部和机臂的两端之间平缓延伸。
进一步地，所述的机臂上还设有竖立的副翼。
进一步地，所述机身的顶面的曲率大于底面的曲率。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明结构通过将飞行器设为为多轴垂直动力模式，每个轴均由独立的电动机直接驱动，不需要复杂的传动机构传递动力到旋翼产生升力，制造成本低，使用维护费用低，故障率低，间隔维护周期长，寿命高。
2.本发明飞行器由于起到辅佐升力的短翼在其旋翼之上，并且比在旋翼旋转面投影之中，旋翼引起强烈向下的气流不会影响短翼效提升辅佐升力的作用，使得飞行器在中高速飞行时降低了需求功率，为飞行器节约了能源，提高了航时和航程。
3.本发明飞行器由于其飞行器滚转俯仰控制依靠分散周围的旋翼变速产生控制力距通过机臂传递到机身上，距离重心远，容易获得合适的力矩控制，可以让飞行器顺利做出俯仰、滚转动作，动作作用在机臂上的破坏力小，机臂本身强度容纳动作产生的破坏力矩，保证结构安全，减少了很多重量。
4.本发明飞行器由于总升力控制是通过旋翼同步变速产生升力变化，没有复杂的旋翼控制机构，使得飞行器的制造成本低，使用维护费用低，故障率低，间隔维护周期长，寿命高。
附图说明
图1是本发明装置整体结构示意图。
图2是本发明侧视图。
图3是本发明仰视图。
图4是本发明控制单元控制示意图。
图中
1-机身，2-短翼，21-机臂 ，211-安装座， 212-支架座，213-副翼，
3-控制单元，4-动力单元， 41-电源，42-电机，43-水平推进器44-垂直推进器，441-垂直推进器一，442-垂直推进器二，443-垂直推进器三，444-垂直推进器四。
具体实施方式
在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正
为了更好地理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“上”、“下”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
一种垂直起降飞行器，包括机身1、短翼2、控制单元3和动力单元4，所述的动力单元4包括电源41、电机42、水平推进器43和垂直推进器44，所述短翼2水平对称设在机身1两侧，每个短翼2上设有一个与短翼垂直的机臂21，在本实施例中，机臂21为水平设置，机臂21的两端在同一水平面上，机臂的两端设有所述垂直推进器44，且所述的垂直推进器44的水平高度低于机身1底部高度。通过将推进器设在机臂21的下方，旋翼引起强烈向下的气流不会影响短翼效提升辅佐升力的作用，如图3所示，本实施例中所述垂直推进器共有四个，分别是垂直推进器一441、垂直推进器二442、垂直推进器三443和垂直推进器四444，每个垂直推进器44水平设置且单独连接一个电机42，电机42设在机臂21的两个端部，所述水平推进器43设在机身1的尾部，水平推进器43垂直设置且单独连接一个电机42，所有电机42的转动均通过控制单元3控制，电源41连接控制单元3。发明结构通过将飞行器设为为多轴垂直动力模式，每个轴均由独立的电动机直接驱动，不需要复杂的传动机构传递动力到旋翼产生升力，制造成本低，使用维护费用低，故障率低，间隔维护周期长，寿命高。
进一步地，所述机臂21上的端部设有安装座211，所述电机42设置于所述安装座211内，所述安装座211与机臂21可拆卸设置，从而方便运输。
作为一种优化方案，所述安装座211底部设有支架座212，所述支架座212为圆锥状，且锥尖向下，安装座211与支架座212之间设有所述的垂直推进器44。支架座可以用于飞行器静止状态和落地时与底面接触的支架，同时将支架座设为圆锥状，能够尽量减少添加支架座后对飞行器产生的风阻影响。
作为一种优化方案，所述的机臂21为弧心向下的曲杆，机臂21与短翼2固定处即机臂21的中部为最高点，机臂21的两端为最低点，机臂21的两端不高于机身1的底部，机臂21的中部和机臂21的两端之间平缓延伸。通过将机臂设为平缓的曲杆，减小了飞行器在飞行时的风阻，减少不必要的消耗。
所述的机臂21上还设有竖立的副翼213，所述的副翼213设在机臂21的后端即靠近水平推进器43的一端，副翼213的最高点高于机身的高度。
工作原理
在飞行器处于地面静止状态时，机身1通过支架座212支撑于地面上。
当需要垂直起升时，控制单元3对垂直推进器一441、垂直推进器二442、垂直推进器三443和垂直推进器四444进行控制，启动电机42，使垂直推进器一441、垂直推进器三443、垂直推进器二442和垂直推进器四444等速旋转产生竖直向上的升力，控制单元3通过调整多个推进器，进而使飞行器垂直平稳起飞；其中，在垂直起升过程中，4个推进器形成的平面均为水平状态；推进器平面保持水平状态，可产生竖直向上的升力；
待飞行器垂直起飞到一定高度后，机身为水平状，通过控制单元3控制水平推进器43转动产生前向的分力，使飞行器具备前飞动力；
在前飞状态中，当需要进行右偏航动作时，采取控制左右两方电机转速方式进行偏航，即：将控制垂直推进器一441和垂直推进器二442的电机42转速增大，将控制垂直推进器三443和垂直推进器四44的电机42转速减小，利用四个电机42上的不同推进器的所受到的反扭力的差，从而使得飞行器右滚转，待飞行到合适位置，再转为水平，以达到偏航目的；
前飞状态中，当需要进行低头动作时，增加垂直推进器二442和垂直推进器四444的电机42的转速，从而增加后侧推进器的拉力，降低垂直推进器一441和垂直推进器三443的转速，从而降低前侧推进器的拉力，使机尾的升力增加，进而达到使飞行器低头的目的。
任务执行完成后，飞行器返回基地或其他指定降落点，在接近基地或其他指定降落点时，逐渐减小前飞速度，此时随着机翼气动升力的减小，最终平稳降落，支架座212接触地面。
上述虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
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