本發(fā)明屬于無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種系留巡航垂直起降并可執(zhí)行多種模式任務(wù)的無人機(jī)。軍事領(lǐng)域中可應(yīng)用于陸軍車輛或海軍艦船，商業(yè)領(lǐng)域中可應(yīng)用于持續(xù)高空拍攝或搭載應(yīng)急通訊中繼設(shè)備。

背景技術(shù)：

無人機(jī)是在20世紀(jì)20年代作為訓(xùn)練使用的靶機(jī)而出現(xiàn)的一種新型空中飛行器，因具有成本低廉、零人員傷亡等特點(diǎn)，在近幾場局部戰(zhàn)爭中，不同類型的無人機(jī)都發(fā)揮了十分重要的作用，成為一支功能日趨全面的作戰(zhàn)力量，越來越受到各國軍方的重視。為增強(qiáng)航母綜合作戰(zhàn)能力，促進(jìn)航母有人機(jī)與無人機(jī)配合使用，美國海軍計(jì)劃在2018年前研發(fā)一種艦載無人機(jī)，用以為核動力航母提供持久的艦載情報(bào)、監(jiān)視和偵察及部分攻擊支持。

系留無人機(jī)主要應(yīng)用于長時(shí)間不間斷的空中監(jiān)控和應(yīng)急通訊，可以搭載特制可見光攝像機(jī)和紅外熱成像儀，也可以搭載特制應(yīng)急通訊中繼設(shè)備。巡航垂直起降無人機(jī)作為一類特殊的無人機(jī)，能以零速度起飛并著陸，可在狹小空間內(nèi)垂直起降。與常規(guī)無人機(jī)相比，巡航垂直起降無人機(jī)具有起降方式靈活、發(fā)射回收方便、機(jī)動性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具備常規(guī)無人機(jī)的一般功能。研發(fā)新型系留巡航多模式垂直起降無人機(jī)，對于贏得未來戰(zhàn)場的主動權(quán)具有較高的實(shí)用價(jià)值。

中國發(fā)明專利201610017284.4公開描述了一種復(fù)合翼垂直起降無人機(jī)。該方案垂直動力單元通過安裝桿連接于機(jī)翼下部，該無人機(jī)只能滿足垂直起降和巡航飛行要求，無法滿足系留無人機(jī)機(jī)動性強(qiáng)、懸停時(shí)間長的要求，也無法適用于執(zhí)行多模式的飛行任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合翼垂直起降無人機(jī)功能單一、無法適用于狹小空間的工作環(huán)境以及對無人機(jī)執(zhí)行多種任務(wù)的要求。本發(fā)明公開了一種系留巡航多模式垂直起降無人機(jī)，可針對不同的任務(wù)模式快速拆卸組裝成系留無人機(jī)模式或巡航垂直起降無人機(jī)模式。

本發(fā)明不僅能實(shí)現(xiàn)無人機(jī)在中小型載體的狹小空間內(nèi)垂直起降，不受巡航飛行并在目標(biāo)空域懸停的要求，作系留無人機(jī)模式使用時(shí)還可以長時(shí)間懸停于目標(biāo)上方空域，提供不間斷的空中監(jiān)控和應(yīng)急通訊。

本發(fā)明提供了一種系留巡航多模式垂直起降無人機(jī)，包括：固定翼機(jī)身；固定于固定翼機(jī)身兩側(cè)的機(jī)翼；分布在固定翼機(jī)身尾部的尾翼；位于固定翼機(jī)身上部的旋翼機(jī)身；由旋翼機(jī)身四周向外延伸的支架；位于固定翼機(jī)身前部的水平螺旋槳動力系統(tǒng)；位于支架端部的垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)；連接載體和旋翼機(jī)身下部的線纜；位于固定翼機(jī)身下部或旋翼機(jī)身下部的有效載荷部件。

所述固定翼機(jī)身上部、下部和兩側(cè)均有安裝槽，需要使用時(shí)可快速將旋翼機(jī)身、有效載荷部件、機(jī)翼插裝固定在固定翼機(jī)身上；固定翼機(jī)身內(nèi)部空降放置儲油箱以及水平螺旋槳發(fā)動機(jī)。

所述機(jī)翼水平固定于固定翼機(jī)身兩側(cè)關(guān)于固定翼機(jī)身中間平面呈對稱分布，無人機(jī)巡航飛行時(shí)，機(jī)翼產(chǎn)生的升力平衡其自身重力。機(jī)翼翼稍后緣外側(cè)的副翼為飛機(jī)的主操作舵面，左右副翼差動偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩使飛機(jī)在固定翼機(jī)身縱軸上滾轉(zhuǎn)。

所述尾翼分為水平尾翼和垂直尾翼，水平尾翼水平安裝在固定翼機(jī)身尾部，水平尾翼后緣的升降舵產(chǎn)生的俯仰力矩控制飛機(jī)俯仰飛行；垂直尾翼垂直安裝在固定翼機(jī)身尾部，垂直尾翼后緣的方向舵產(chǎn)生偏航力矩，實(shí)現(xiàn)方向操縱。

所述水平螺旋槳動力系統(tǒng)包括螺旋槳、發(fā)動機(jī)以及儲油箱。螺旋槳旋轉(zhuǎn)為無人機(jī)巡航狀態(tài)提供飛行動力。

所述垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的升力平衡其自身重力，遇到強(qiáng)風(fēng)等干擾因素時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)保持其平穩(wěn)飛行姿態(tài)。所述支架端部安裝單螺旋槳或共軸安裝雙螺旋槳。

所述有效載荷部件可搭載可見光攝像機(jī)和紅外熱成像儀，也可以搭載特制應(yīng)急通訊中繼設(shè)備。

所述機(jī)翼、支架、旋翼機(jī)身均可快速拆卸和安裝，拆卸后可節(jié)省空間存放，需要使用時(shí)可在短時(shí)間內(nèi)快速安裝。

所述旋翼機(jī)身由機(jī)載電源和控制系統(tǒng)組成，機(jī)載電源為垂直螺旋槳電機(jī)提供電力支持；控制系統(tǒng)控制舵面的偏轉(zhuǎn)、螺旋槳的轉(zhuǎn)速、和垂直螺旋槳電機(jī)的旋轉(zhuǎn)來控制無人機(jī)的飛行軌跡并保持其平穩(wěn)姿態(tài)。

所述旋翼機(jī)身、支架均具有可產(chǎn)生氣動升力的外形，在巡航飛行時(shí)提供部分升力并減小風(fēng)阻，可減小機(jī)翼尺寸、增加航程。

所述線纜插入旋翼機(jī)身下部接線口，從載體傳輸?shù)碾娏ψ鳛樗铰菪龢姍C(jī)的主要能源輸入。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.需要偵察遠(yuǎn)距離目標(biāo)時(shí)，可快速組裝成巡航垂直起降無人機(jī)模式，可在狹小空間內(nèi)垂直起飛至一定高度，隨后水平螺旋槳動力系統(tǒng)啟動使無人機(jī)巡航飛行，機(jī)翼產(chǎn)生的升力平衡自身重力提高飛行效率；至目標(biāo)空域上空后關(guān)閉水平螺旋槳動力系統(tǒng)并啟動垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)，可在目標(biāo)上空懸停實(shí)現(xiàn)偵察目的并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回載體。

2.需要不間斷的空中監(jiān)控和應(yīng)急通訊時(shí)，可快速組裝成系留無人機(jī)模式，可在載體上空持續(xù)工作，具有機(jī)動性強(qiáng)和懸停時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)。

3.不需要無人機(jī)工作時(shí)，可將機(jī)翼、支架、旋翼機(jī)身等部件拆下，存放于載體的狹小空間內(nèi)，節(jié)省存儲空間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明作系留無人機(jī)模式時(shí)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明作巡航垂直起降無人機(jī)模式時(shí)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種系留巡航多模式垂直起降無人機(jī)，針對不同的飛行任務(wù)可作為系留無人機(jī)模式或巡航垂直起降無人機(jī)模式使用。本發(fā)明的技術(shù)方案，可解決現(xiàn)有復(fù)合翼垂直起降無人機(jī)功能單一、無法適用于狹小空間的工作環(huán)境以及對無人機(jī)執(zhí)行多種任務(wù)的要求。

下面兩個(gè)實(shí)施例分別介紹了本發(fā)明作系留無人機(jī)模式和巡航垂直起降無人機(jī)模式時(shí)的實(shí)施例，但是本發(fā)明不僅限于以下實(shí)施例：

實(shí)施例1：

如圖1所示的系留無人機(jī)模式由垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)5、支架6、旋翼機(jī)身7、線纜8和有效載荷部件9組成。

所述垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)5安裝于支架6端部，采用共軸雙螺旋槳布置形式，螺旋槳轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的升力平衡其自身重力。遇到強(qiáng)風(fēng)等干擾因素時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)保持其平穩(wěn)飛行姿態(tài)。

所述旋翼機(jī)身7外表面由鈦合金材料加工制成，內(nèi)部放置供水平螺旋槳電機(jī)使用的機(jī)載電源以及穩(wěn)定無人機(jī)姿態(tài)的控制系統(tǒng)。

所述支架6安裝在旋翼機(jī)身7四周，使用時(shí)將其插入定位槽內(nèi)并用螺栓緊固連接，其材料為鈦合金或碳纖維復(fù)合材料。

所述有效載荷部件9插裝在旋翼機(jī)身7下部，通過螺栓緊固連接。可搭載可見光攝像機(jī)和紅外熱成像儀，也可以搭載特制應(yīng)急通訊中繼設(shè)備。

所述線纜8插入旋翼機(jī)身7下部接線口，從載體傳輸?shù)碾娏ψ鳛樗铰菪龢姍C(jī)的主要能源輸入。

本發(fā)明作系留無人機(jī)模式使用時(shí)，起飛時(shí)依靠載體提供的電力驅(qū)動垂直螺旋槳轉(zhuǎn)動，使其產(chǎn)生的升力超過其自身重力后保持勻速轉(zhuǎn)動，無人機(jī)平穩(wěn)上升至目標(biāo)區(qū)域；無人機(jī)進(jìn)入懸停工作狀態(tài)時(shí)，此時(shí)垂直螺旋槳產(chǎn)生的升力等于其自身重力，有效載荷部件9進(jìn)入工作模式，當(dāng)遇到強(qiáng)風(fēng)等干擾因素時(shí)，機(jī)載電源驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)保持其平穩(wěn)飛行姿態(tài)。

本實(shí)施例的安裝方式有兩種：初次安裝使用時(shí)，將支架6及垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)5、有效載荷部件9、線纜8安裝在旋翼機(jī)身7上；從巡航垂直起降無人機(jī)模式轉(zhuǎn)換為系留無人機(jī)模式時(shí)，將固定翼機(jī)身1從旋翼機(jī)身7下部的連接裝置上拆下，再將有效載荷部件9、線纜8安裝在旋翼機(jī)身7下部，即可完成飛行模式的轉(zhuǎn)換。

實(shí)施例2：

如圖2所示的巡航垂直起降無人機(jī)模式由固定翼機(jī)身1、機(jī)翼2、尾翼3、水平螺旋槳動力系統(tǒng)4、垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)5、支架6、旋翼機(jī)身7和有效載荷部件9組成。

所述固定翼機(jī)身1由鈦合金材料制成，其上部、下部和兩側(cè)均有安裝槽，需要使用時(shí)可快速將旋翼機(jī)身7、有效載荷部件9、機(jī)翼2插裝固定在固定翼機(jī)身1上；固定翼機(jī)身1內(nèi)部空降放置儲油箱以及水平螺旋槳發(fā)動機(jī)。

所述機(jī)翼2由鈦合金材料或碳纖維復(fù)合材料制成，水平固定于固定翼機(jī)身1兩側(cè)關(guān)于固定翼機(jī)身1中間平面呈對稱分布，無人機(jī)巡航飛行時(shí)，機(jī)翼2產(chǎn)生的升力平衡其自身重力。機(jī)翼2翼稍后緣外側(cè)的副翼為飛機(jī)的主操作舵面，左右副翼差動偏轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)力矩使飛機(jī)在固定翼機(jī)身1縱軸上滾轉(zhuǎn)。

所述尾翼3由碳纖維復(fù)合材料制成，分為水平尾翼3和垂直尾翼3，水平尾翼3水平安裝在固定翼機(jī)身1尾部，水平尾翼3后緣的升降舵產(chǎn)生的俯仰力矩控制飛機(jī)俯仰飛行；垂直尾翼3垂直安裝在固定翼機(jī)身1尾部，垂直尾翼3后緣的方向舵產(chǎn)生偏航力矩，實(shí)現(xiàn)方向操縱。

所述水平螺旋槳動力系統(tǒng)4包括螺旋槳、發(fā)動機(jī)以及儲油箱。螺旋槳旋轉(zhuǎn)為無人機(jī)巡航狀態(tài)提供飛行動力。

所述垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)5安裝于支架6端部，采用共軸雙螺旋槳布置形式，螺旋槳轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的升力平衡其自身重力。遇到強(qiáng)風(fēng)等干擾因素時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)保持其平穩(wěn)飛行姿態(tài)。

所述旋翼機(jī)身7外表面由鈦合金材料加工制成，內(nèi)部放置供水平螺旋槳電機(jī)使用的機(jī)載電源以及穩(wěn)定無人機(jī)姿態(tài)的控制系統(tǒng)，下部插裝固定與固定翼機(jī)身1上。

所述支架6安裝在旋翼機(jī)身7四周，使用時(shí)將其插入定位槽內(nèi)并用螺栓緊固連接，其材料為鈦合金或碳纖維復(fù)合材料。

所述有效載荷部件9插裝在固定翼機(jī)身1下部，通過螺栓緊固連接?？纱钶d可見光攝像機(jī)和紅外熱成像儀，也可以搭載特制應(yīng)急通訊中繼設(shè)備。

本發(fā)明作巡航垂直起降無人機(jī)模式使用時(shí)，機(jī)載電源驅(qū)動垂直螺旋槳轉(zhuǎn)動，使其產(chǎn)生的升力超過其自身重力后保持勻速轉(zhuǎn)動，無人機(jī)平穩(wěn)上升至目標(biāo)高度后進(jìn)入懸停狀態(tài)；此時(shí)水平螺旋槳動力系統(tǒng)4工作，垂直螺旋槳轉(zhuǎn)速逐漸下降，無人機(jī)水平加速飛行直至其達(dá)到巡航飛行狀態(tài)；無人機(jī)到達(dá)指定目標(biāo)上方空域后，垂直螺旋槳轉(zhuǎn)速增加使其產(chǎn)生的升力等于無人機(jī)自身重力，水平螺旋槳動力系統(tǒng)4關(guān)閉，無人機(jī)進(jìn)入懸停模式且有效載荷部件9進(jìn)入工作模式；無人機(jī)返航時(shí)的飛行方式和上述原理類似，在此不做贅述。

本實(shí)施例的安裝方式有兩種：即初次安裝使用時(shí)，將機(jī)翼2、有效載荷部件9、旋翼機(jī)身7分別快速插裝在固定翼機(jī)身1的安裝槽內(nèi)并緊固，將支架6及垂直螺旋槳電機(jī)系統(tǒng)5安裝在旋翼機(jī)身7上；從系留無人機(jī)模式轉(zhuǎn)換為巡航垂直起降無人機(jī)模式時(shí)，將有效載荷部件9和線纜8從旋翼機(jī)身7下部拆卸后，再將機(jī)翼2、有效載荷部件9、旋翼機(jī)身7分別快速插裝在固定翼機(jī)身1的安裝槽內(nèi)并緊固，即可完成飛行模式的轉(zhuǎn)換。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。