基本信息
- 項目名稱：
- 可變形垂直起降無人機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本項目提出一種既可以像直升機那樣實現(xiàn)豎直方向的懸停、垂直起降以及高機動性，同時又可像固定翼那樣利用機翼的升力進行相對低能耗的長途奔襲的無人機。 在不同飛行任務下，無人機可以變形，在四葉槳飛行器和固定翼飛行器之間進行切換，從而滿足不同環(huán)境的需求。無人機垂直起降或者需要減小無人機尺寸時，其翼端折疊，為四葉槳飛行器；當巡航飛行時，翼端展開、涵道翻轉90°時為固定翼飛行器。 垂直起降時，翼端折疊，4個葉槳作為動力，構成四葉槳飛行器，可以輕松實現(xiàn)垂直起降功能，同時折疊的機翼可以作為起落架使用；在巡航飛行時，兩個葉槳翻轉90°，推動無人機飛行，其它兩個葉槳關閉，可以節(jié)省能耗；同時，翼端展開，構成三角翼氣動布局，便于巡航飛行，具有較高的飛行速度和較大的飛行半徑。另外，如有必要，如飛行空間較小時，翼端折疊，可以有效減小無人機尺寸。
- 詳細介紹：
- 現(xiàn)代戰(zhàn)爭對無人機提出了更高的要求：既要高機動靈活，又要具備較大的飛行半徑。現(xiàn)有的無人機方案難以滿足上述要求。直升機和四葉槳飛行器均可垂直起降，但直升機飛控系統(tǒng)開發(fā)復雜、不易維護，而四葉槳飛行器能耗大、飛行速度低、飛行半徑很?。还潭ㄒ盹w機飛行能耗小、飛行半徑大，但垂直起降與懸停實現(xiàn)復雜，且不適用于狹小地段的偵查。 本項目提出的無人機采用4臺垂直安裝的發(fā)動機為動力，可以垂直起降與懸停；而在巡航飛行時，其中2臺發(fā)動機可以翻轉90°，另兩臺發(fā)動機關機，同時，翼端可以展開，無人機變形為三角翼布局的固定翼飛機，具有較高的飛行速度，可以進行長途奔襲，同時能耗較小，具有較大的飛行半徑，從而較好地解決了上述難題。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 設計目標： 獲得一種既可以像直升機那樣垂直起降和豎直懸停，又可像固定翼飛機那樣利用機翼升力進行相對低能耗長途奔襲的無人機。 設計思路： 將四葉槳飛行器和固定翼飛行器有機結合在一起，根據(jù)需要進行轉換。在垂直起降時，采用4個葉槳驅動，同時翼端向下折疊，起到起落架的作用，并有效減小體積；在巡航飛行時，位于兩翼的兩個葉槳可以翻轉90°而其它兩個葉槳關閉，同時機翼翼端展開，構成三角翼氣動布局，便于巡航飛行，具有較高的飛行速度和較大的飛行半徑。 創(chuàng)新點： 1）無人機類型可變：既可為能夠垂直起降、垂直懸停、靈活飛行的四葉槳飛行器，又能變形為可長途奔襲的固定翼無人機，可以根據(jù)需要在這二者之間進行轉換； 2）無人機形狀可變：在起降時或空間狹窄情況下翼端向下折疊，可以起到起落架的作用或者達到減小無人機尺寸的目的；在巡航飛行時翼端展開，構成三角翼布局，2個葉槳可以旋轉90°，為巡航飛行提供動力，具有較高飛行速度和較大的飛行半徑； 3）節(jié)省能源：以固定翼形式飛行時，僅使用2個葉槳驅動，節(jié)省能源，且具有較大的飛行半徑。 技術關鍵： 1）如何保證翼端變形運動到位后鎖定：采用二態(tài)四桿機構，在轉動過程中，為滑塊搖桿機構；在搖桿運動到極限位置時，利用推桿端部和轉動桿頂部之間的摩擦，起到定位鎖定的功能； 2）如何保證各個電機更好地協(xié)調：利用陀螺儀來輔助控制各個電機的轉速； 3）在四葉槳飛行器狀態(tài)下，如何控制飛機在航向上轉彎：在涵道下方安裝導流葉柵，通過調整葉柵角度來實現(xiàn)轉彎。
科學性、先進性
- 垂直起降飛行器是一類集固定翼飛機和直升機性能優(yōu)點為一身的飛行器。目前，垂直起降無人機可以分為兩大類：推力定向式和推力換向式。推力定向式垂直起降無人機包含常規(guī)無人直升機和共軸式無人直升機兩類；而推力換向式則包含側傾旋翼式、傾轉機身式和傾轉涵道式、尾坐式和旋翼/機翼轉換式等6類。推力定向式無人機存在機構復雜,不易維護,飛控系統(tǒng)復雜，在長途奔襲時能源耗費較大等缺點；推力換向式無人機則要么結構復雜，實現(xiàn)困難，要么機動靈活性能不足。 本項目提出的無人機結合了傾轉涵道式垂直起降無人機和固定翼飛機的優(yōu)勢，技術先進，很多優(yōu)點是目前已知垂直起降無人機所不具備的. 該無人機采用4個葉槳為動力，可以像直升機和四葉槳飛行器那樣豎直懸停，垂直起降，具有超高機動性；而在巡航飛行時，2個葉槳可以翻轉90°，同時，翼端可以展開，此時，無人機變形為三角翼布局的固定翼飛機，具有較高的飛行速度，可以進行長途奔襲，而此時僅有2個葉槳工作，其能耗較小，具有較大的飛行半徑。
獲獎情況及鑒定結果
- 在2009年由共青團河南省委，河南省科協(xié)，河南省教育廳，河南省學聯(lián)共同舉辦的第七屆“挑戰(zhàn)杯”河南省大學生課外學術科技作品競賽中獲得一等獎
作品所處階段
- 在多臺驗證機飛行試驗基礎上，對作品進行了多次改進，已達到項目預期目標?？蛇M入具體產品的初步設計階段。
技術轉讓方式
- 產品聯(lián)合開發(fā)并技術入股
作品可展示的形式
- 實物、現(xiàn)場演示、錄像、圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 可變形垂直起降無人機兼具直升機和固定翼飛機的優(yōu)點，解決了在缺乏跑道等條件下無人機起飛和降落以及長航時飛行的問題，具有較高的實際意義。在軍事方面，該無人機可用于軍事偵察，如對大面積空曠的地帶進行偵查、協(xié)助士兵了解房間、街巷角落等不便于觀測區(qū)域的情況等。該無人機可以變形，從而減小自身體積，對于空間狹小、地形復雜的區(qū)域，如：森林、城市的街道等，具有很強的適應性。另外，由于可以垂直起降、豎直懸停并能長途奔襲，特別適合在軍艦上起降，完成對海域、內陸城市的偵查等任務。同時，在反恐、安保等方面也能夠充分發(fā)揮作用。在民用方面，由于該無人機可以在復雜環(huán)境、地形條件下起降、飛行，既可以大范圍觀測，又可以針對特定物體實現(xiàn)凝視，因此，可獲得廣泛的應用，如災害救援與評估、地質勘測、航拍、電力線路巡查等。加上可以針對特定應用背景進行專門設計與改進，該無人機可以在更為廣泛的領域中獲得應用，具有良好的市場前景。
同類課題研究水平概述
- 垂直起降飛行器(VTOL)是：能夠以零速度起飛/著陸，具備懸停能力，并能以固定翼飛機的方式水平飛行。與傳統(tǒng)飛機相比，垂直起降飛行器對跑道無依賴，且具有可懸停的優(yōu)勢；與傳統(tǒng)直升機相比，垂直起降飛行器具有高得多的前飛速度，并具有更大的航程。正因為具備這些優(yōu)點，垂直起降飛行器尤其適用于需要懸?；驅ζ鸾祱龅赜刑厥庖蟮膱龊稀? 目前的垂直起降無人機可以分為兩大類：推力定向式和推力換向式。推力定向式垂直起降無人機包含常規(guī)無人直升機和共軸式無人直升機兩類，前者如美國Fire Scout無人機，后者的典型代表是國內的“海鷗”和國外的“哨兵”、“鬼怪”等。這兩類無人直升機不具備固定翼的水平飛行能力，飛行速度低、航程短；而推力換向式則包含側傾旋翼式、傾轉機身式和傾轉涵道式、尾坐式和旋翼/機翼轉換式等6類。推力定向式無人機存在機構復雜不易維護飛控系統(tǒng)開發(fā)復雜，在長途奔襲時對能源耗費較大等缺點；推力換向式無人機則要么結構復雜，實現(xiàn)困難，要么機動靈活性能不足。 綜上所述，目前的垂直起降無人機難以兼具直升機和固定翼飛機的特性和優(yōu)點，往往是根據(jù)需要突出一些優(yōu)點，但同時又會引入新的問題。本項目提出的可變形垂直起降無人機結合了傾轉涵道式垂直起降無人機和固定翼無人機的優(yōu)點，既可以垂直起降、懸停，又可以實現(xiàn)長途奔襲，優(yōu)勢非常明顯。
