本發(fā)明涉及一種垂直起降飛行器，具體地說，涉及一種可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器。

背景技術：

飛行器設計專家和研究人員一直在嘗試設計一種能夠短距離或垂直起降的飛行器。以解決固定翼飛行器受起降場地限制和傾轉旋翼機存在飛行速度慢、續(xù)航時間短的缺陷，以及現有尾座式垂直起降固定翼無人駕駛飛行器操縱效率低、抗風性差的問題。

目前在實際應用中，無人飛行器一般分為固定翼飛行器與旋翼飛行器兩種類型，常規(guī)的固定翼無人飛行器雖然具有速度快、航程遠和巡航時間長的特點，但起降距離長，要求高質量的跑道，起降受到地理環(huán)境的限制，無法進行空中懸停，因而應用受到限制；而旋翼無人飛行器可以在復雜狹小的場地垂直起降，不受起降場地的限制，但旋翼效率遠不如固定翼飛機的機翼，功耗大，飛行阻力大，因而影響飛行速度以及續(xù)航時間。

隨著無人飛行器的廣泛應用，對無人飛行器的起降性能和續(xù)航性能要求大幅提高，由于可垂直起降的固定翼飛行器兼有固定翼飛行器速度快、航程遠、巡航時間長的特點和旋翼飛行器可在山地、叢林、艦船甲板等復雜狹小區(qū)域進行全地形起降的能力，因此，可垂直起降的固定翼無人飛行器已經成為研究的熱點。

現有可垂直起降的固定翼無人飛行器包括傾轉動力式和尾座式兩類。傾轉動力式垂直起降固定翼無人飛行器,通過傾轉旋翼或噴氣發(fā)動機使動力實現從水平到垂直的相互轉換，動力方向變?yōu)榇怪睍r通過克服重力進行垂直起降和懸停，變?yōu)樗綍r通過克服空氣阻力進行水平前飛。這種垂直起降方式的缺點是動力傾轉機構會增加結構重量和復雜程度、降低可靠性。如美國的v-22“魚鷹”傾轉旋翼機控制難度大，頻繁發(fā)生飛行事故，機構復雜且結構重量大，降低了其飛行性能。

尾座式垂直起降固定翼無人飛行器的動力方向固定，無需動力傾轉機構，但現有的尾座式垂直起降固定翼飛行器存在明顯缺陷。專利cn204822068u公開了“一種尾座式垂直起降飛行器”，該尾座式垂直起降飛行器采用的技術方案是其飛行器本體包括主機身翼板，主機身翼板相對的兩側邊上各套接有機身翼板組件；主機身翼板的前部設置有兩個電機，每個電機通過驅動軸連接一個螺旋槳，主機身翼板的尾部連接有兩組舵面組件。其不足之處是垂直起降與懸停階段，在螺旋槳滑流作用下，通過氣動舵面偏轉產生操縱力矩，操縱效率低，抗風性差。

技術實現要素：

為了避免現有技術存在的不足,本發(fā)明提出一種可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括機身、機翼、鴨翼、垂直尾翼、動力裝置,所述機身的頭部安裝有一對鴨翼，機身尾部兩側為機翼，機身尾部的上方和下方分別設置垂直尾翼，且上方垂直尾翼和下方垂直尾翼的中心線與機身軸線位于同一豎直平面內，機翼翼尖部位和垂直尾翼翼尖部位分別設置有動力裝置，且動力裝置的轉軸與機身的軸線相平行；機翼后緣安裝有升降副翼，垂直尾翼后緣安裝有方向舵，鴨翼后緣安裝有升降舵；機翼的翼尖、垂直尾翼的翼尖和機身的尾端共同構成五個支撐點，在停止狀態(tài)時，五個支撐點使飛行器豎直向上地?？吭诘孛?；

所述動力裝置為四組，其中兩組動力裝置對稱安裝在兩側機翼的翼尖部位，另外兩組動力裝置分別設置在垂直尾翼翼尖部位，且動力裝置的轉軸分別與機身的軸線相平行；所述動力裝置為變距螺旋槳，位于機身尾部兩側機翼上的動力裝置旋轉方向相同，位于機身尾部上下垂直尾翼上的動力裝置旋轉方向相同，機翼上的動力裝置與垂直尾翼上的動力裝置的旋轉方向相反。

所述機身內安裝有蓄電池或內燃機，蓄電池驅動電機帶動動力裝置，或內燃機通過機械傳動驅動動力裝置。

可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器，在垂直起降、懸停和低速飛行階段依靠動力裝置一起工作平衡飛行器重力，保持總拉力不變，通過增加下部垂直尾翼上的螺旋槳轉速/槳距，同時減小上部垂直尾翼上螺旋槳轉速/槳距，使飛行器上仰，反之亦然；保持總拉力不變，增加左側機翼上的螺旋槳轉速/槳距，同時減小右側機翼上的螺旋槳轉速/槳距，使飛行器向右滾轉，反之亦然；保持總拉力不變，增加左右機翼上的螺旋槳轉速/槳距，同時減小上下垂直尾翼上的螺旋槳轉速/槳距，如果左右機翼上螺旋槳旋轉方向為逆時針、上下垂直尾翼上螺旋槳旋轉方向為順時針，使飛行器向右偏航；若螺旋槳旋轉方向與此相反，則飛行器向左偏航，反之亦然。水平飛行階段，主要依靠機翼和鴨翼產生的氣動升力平衡重力，依靠動力裝置產生的推進力克服空氣阻力高速前飛，可進行久航、遠航飛行，鴨翼上的升降舵進行俯仰控制，機翼上的副翼進行滾轉控制，垂直尾翼上的方向舵進行偏航控制。

有益效果

本發(fā)明提出的可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器,在機身的頭部安裝有一對鴨翼，機身的尾部兩側為機翼，機身尾部的上方和下方分別設置垂直尾翼，且上方垂直尾翼的中心線和下方垂直尾翼的中心線與機身軸線位于同一豎直平面內，兩組動力裝置對稱安裝在兩側機翼的翼尖部位，另外兩組動力裝置分別設置在垂直尾翼翼尖部位，且動力裝置的轉軸分別與機身的軸線平行；機翼的翼尖、垂直尾翼的翼尖和機身的尾端共同構成五個支撐點，在停止狀態(tài)時，五個支撐點使飛行器豎直向上地?？吭诘孛妗?/p>

可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器采用可垂直起降方式，能在很大程度上減小對起降場地的要求。動力裝置采用變距螺旋槳，響應速度更快，且具有良好的操縱性、及抗風性能。

可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器的總體布局為鴨式布局，在水平飛行過程中以固定翼方式飛行，能量消耗小，飛行速度快，續(xù)航時間長，并具有良好的穩(wěn)定性、操縱性和機動性。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明一種可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器結構示意圖。

圖2為本發(fā)明可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器豎直狀態(tài)示意圖。

圖中:

1.機身2.機翼3.鴨翼4.垂直尾翼5.動力裝置

具體實施方式

本實施例是一種可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器。

參閱圖1、圖2，本實施例可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器，包括飛行狀態(tài)呈水平位置的機身1，機身1為流線型結構，在機身1的頭部兩側對稱安裝有鴨翼3，鴨翼3的后緣安裝有升降舵；在機身尾部的兩側設置有機翼2，機翼2的后緣安裝有副翼，在機身1尾部上方和下方設置有一對垂直尾翼4，垂直尾翼4后緣安裝有方向舵。

機翼2的翼尖、垂直尾翼4的翼尖共同構成四個支撐點，或機翼2的翼尖、垂直尾翼4的翼尖以及機身1尾端共同構成五個支撐點；在停飛狀態(tài)時，四個支撐點或五個支撐點使飛行器豎直向上地?？吭诘孛?。本實施例中機翼2的翼尖、垂直尾翼4的翼尖以及機身1尾端共同構成五個支撐點。

在機翼2翼尖和垂直尾翼4翼尖部位分別設置有動力裝置5，根據飛行器的重量可以增加動力裝置5的數量，動力裝置5的轉軸與機身1的軸線平行；動力裝置5為變距螺旋槳，根據實際需求由以下兩種方式驅動，第一種驅動方式為機身1內安裝有蓄電池，蓄電池驅動電機帶動動力裝置5；第二種驅動方式為機身1內裝有內燃機，內燃機通過機械傳動驅動動力裝置5。變距螺旋槳的轉速由驅動電機的電調控制，或由驅動內燃機的油門控制，變距螺旋槳的槳距由相應舵機控制。

本實例可垂直起降的尾座式四旋翼鴨式布局飛行器各飛行狀態(tài)的控制方式如下:

地面停靠階段:機翼2翼尖、垂直尾翼4翼尖構成四個支撐點；或機翼2翼尖、垂直尾翼4翼尖和機身1尾端構成五個支撐點，使飛行器豎直向上。

垂直起降、懸停和低速飛行階段:主要依靠動力裝置5一起工作平衡飛行器重力，保持總拉力不變，通過增加下部垂直尾翼4上的螺旋槳轉速/槳距，同時減小上部垂直尾翼4上螺旋槳轉速/槳距，使飛行器上仰，反之亦然；保持總拉力不變，增加左側機翼2上的螺旋槳轉速/槳距，同時減小右側機翼2上的螺旋槳轉速/槳距，使飛行器向右滾轉，反之，增加右側機翼2上的螺旋槳轉速/槳距，同時減小左側機翼2上的螺旋槳轉速/槳距，使飛行器向左滾轉；保持總拉力不變，增加左右機翼2上的螺旋槳轉速/槳距，同時減小上下垂直尾翼4上的螺旋槳轉速/槳距，如果左右機翼2上螺旋槳旋轉方向為逆時針、上下垂直尾翼4上螺旋槳旋轉方向為順時針，可使飛行器向右偏航，若螺旋槳旋轉方向與此相反，則飛行器向左偏航，反之亦然。

水平飛行階段:主要依靠機翼2和鴨翼3產生的氣動升力平衡重力，依靠動力裝置5產生的推進力克服空氣阻力高速前飛，可進行久航、遠航飛行，鴨翼3上的升降舵進行俯仰控制，機翼2上的副翼進行滾轉控制，垂直尾翼4上的方向舵進行偏航控制。