該作品是在對現(xiàn)有無人機進行深入研究的基礎(chǔ)上,針對其自身存在的一些不足,并且面向我國艦載無人機的發(fā)展現(xiàn)狀和要求,以及無人機在城市、山地、森林等復(fù)雜環(huán)境下使用的要求,基于全新理念研發(fā)的一款新型無人機,兼具無人直升機和固定翼無人機的優(yōu)點,既有效解決了現(xiàn)有涵道無人機飛行速度慢,控制復(fù)雜等不足,又克服了傳統(tǒng)無人直升機飛行控制耦合嚴(yán)重、旋翼槳葉外露導(dǎo)致安全性差以及噪音大等一系列問題,具有廣闊應(yīng)用前景。
該作品是在對現(xiàn)有無人機進行深入研究的基礎(chǔ)上,針對其自身存在的一些不足,并且面向我國艦載無人機的發(fā)展現(xiàn)狀和要求,以及無人機在城市、山地、森林等復(fù)雜環(huán)境下使用的要求,基于全新理念研發(fā)的一款新型無人機。
該無人機既有以下特點:
1、采用無尾、翼身融合布局,使得該無人機具有優(yōu)良的氣動性能;
2、采用可傾轉(zhuǎn)中央涵道設(shè)計,使該無人機既具備垂直\短距起降和懸停性能,又能實現(xiàn)高、低速前飛和向后倒退飛行,兼具無人直升機和固定翼無人機的優(yōu)點,該無人機還具有優(yōu)良的空中減速性能;
3、采用三涵道姿態(tài)控制設(shè)計,每個涵道的動力面和控制面完全獨立,克服了傳統(tǒng)無人直升機飛行控制耦合嚴(yán)重的問題,有效保障了飛控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性;
4、可靠的涵道傾轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計,保證了涵道傾轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和精確性;
5、采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,將整機分為七大模塊,安裝和拆解方便快捷,大大減少了飛機所占的空間,便于運輸;
6、采用涵道旋翼設(shè)計,全部槳葉內(nèi)置在涵道中,提高了復(fù)雜環(huán)境下飛行的安全性。
該無人機的控制原理如下:
1、通過調(diào)節(jié)三個姿態(tài)操控涵道內(nèi)副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速來改變?nèi)齻€姿態(tài)操控涵道產(chǎn)生的拉力大小,形成縱向控制力矩來控制該無人機的縱向姿態(tài)。
2、當(dāng)該無人機處于垂直起降和懸停狀態(tài)時,通過調(diào)節(jié)上、下主旋翼的轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩來控制該無人機的航向姿態(tài);當(dāng)該無人機處于前飛狀態(tài)時,通過方向舵來控制該無人機的航向姿態(tài)。
3、通過反向調(diào)節(jié)機翼翼尖部位兩個姿態(tài)操控涵道內(nèi)副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速使兩個姿態(tài)操控涵道產(chǎn)生的反向的拉力,從而控制該無人機的橫向滾轉(zhuǎn)姿態(tài)。
該無人機的五種典型工作狀態(tài)的描述如下:
1、垂直起降。中央涵道內(nèi)兩個主旋翼等速反轉(zhuǎn),產(chǎn)生豎直向上的拉力平衡飛機的重量,同時通過控制三個姿態(tài)操控涵道內(nèi)副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力矩。此時飛機為直升機飛行模式。
2、空中懸停。通過控制中央涵道內(nèi)兩個主旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速使其產(chǎn)生的升力剛好能平衡飛機的重量,從而使飛機處于懸停狀態(tài),同時通過控制三個姿態(tài)操控涵道內(nèi)副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力矩,保證飛機懸停狀態(tài)的穩(wěn)定性;通過調(diào)節(jié)上、下主旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)力矩,使飛機原地旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)航向控制。此時飛機為直升機飛行模式。
3、低速前飛。通過操控涵道傾轉(zhuǎn)機構(gòu)使中央涵道向前逐漸傾轉(zhuǎn)到一定角度,同時控制兩個主旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速使其既能平衡飛機的部分重量,又能產(chǎn)生一定的推力并以最佳的推進效率來推動飛機低速飛行,通過控制三個姿態(tài)操控涵道內(nèi)副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力矩,保證飛行的穩(wěn)定性,此時飛機處于由直升機模式向固定翼飛機模式過渡的飛行模式。
4、高速前飛。此時飛機已達(dá)到一定速度,機翼產(chǎn)生的升力已能夠平衡飛機的重量,通過操控涵道傾轉(zhuǎn)機構(gòu)使中央涵道向前逐漸傾轉(zhuǎn)到90°,同時控制兩個主旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速使其以最佳的推進效率來推動飛機高速飛行,通過控制三個姿態(tài)操控涵道內(nèi)副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力矩,保證飛行的穩(wěn)定性。此時飛機完成由直升機模式向固定翼飛機模式的過渡,為固定翼飛機飛行模式。
5、空中減速或向后倒退飛行。通過操控涵道傾轉(zhuǎn)機構(gòu)使中央涵道向后逐漸傾轉(zhuǎn)到一定角度,同時控制兩個主旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速使其既能平衡飛機的部分重量,又能產(chǎn)生一定的反推力并以最佳的推進效率來降低飛機的飛行速度或推動飛機向后倒退飛行,通過控制三個姿態(tài)操控涵道內(nèi)副旋翼的槳距和轉(zhuǎn)速,產(chǎn)生飛機所需要的縱向配平力矩和滾轉(zhuǎn)配平力矩,保證飛行的穩(wěn)定性,此時飛機處于由固定翼飛機模式向直升機模式過渡的飛行模式。
該無人機既有效解決了現(xiàn)有涵道無人機飛行速度慢,控制復(fù)雜等不足,又克服了傳統(tǒng)無人直升機飛行控制耦合嚴(yán)重、旋翼槳葉外露導(dǎo)致安全性差以及噪音大等一系列問題,可作為艦載無人機,用于軍情偵察、反恐和反潛掃雷等;也可在城市、山區(qū)、森林等復(fù)雜環(huán)境下進行火災(zāi)汛情監(jiān)測、森林巡查、輸油管道監(jiān)察、核泄漏探測、指揮交通、追捕逃犯、空中攝影和廣告宣傳等,是一種具有廣闊應(yīng)用前景的無人飛行器。
第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎
該作品于2011年5月參加第十二屆挑戰(zhàn)杯全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽賽區(qū)決賽中獲得研究生組科技發(fā)明制作類一等獎。