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基本信息
- 項目名稱：
- 可變形垂直起降無人機(jī)
- 小類：
- 機(jī)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(jī)那樣實現(xiàn)豎直方向的懸停、垂直起降以及高機(jī)動性，同時又可像固定翼那樣利用機(jī)翼的升力進(jìn)行相對低能耗的長途奔襲的無人機(jī)。 在不同飛行任務(wù)下，無人機(jī)可以變形，在四葉槳飛行器和固定翼飛行器之間進(jìn)行切換，從而滿足不同環(huán)境的需求。無人機(jī)垂直起降或者需要減小無人機(jī)尺寸時，其翼端折疊，為四葉槳飛行器；當(dāng)巡航飛行時，翼端展開、涵道翻轉(zhuǎn)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(gòu)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(jī)翼可以作為起落架使用；在巡航飛行時，兩個葉槳翻轉(zhuǎn)90°，推動無人機(jī)飛行，其它兩個葉槳關(guān)閉，可以節(jié)省能耗；同時，翼端展開，構(gòu)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(jī)尺寸。
- 詳細(xì)介紹：
- 現(xiàn)代戰(zhàn)爭對無人機(jī)提出了更高的要求：既要高機(jī)動靈活，又要具備較大的飛行半徑。現(xiàn)有的無人機(jī)方案難以滿足上述要求。直升機(jī)和四葉槳飛行器均可垂直起降，但直升機(jī)飛控系統(tǒng)開發(fā)復(fù)雜、不易維護(hù)，而四葉槳飛行器能耗大、飛行速度低、飛行半徑很??；固定翼飛機(jī)飛行能耗小、飛行半徑大，但垂直起降與懸停實現(xiàn)復(fù)雜，且不適用于狹小地段的偵查。 本項目提出的無人機(jī)采用4臺垂直安裝的發(fā)動機(jī)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(jī)可以翻轉(zhuǎn)90°，另兩臺發(fā)動機(jī)關(guān)機(jī)，同時，翼端可以展開，無人機(jī)變形為三角翼布局的固定翼飛機(jī)，具有較高的飛行速度，可以進(jìn)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(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計目標(biāo)： 獲得一種既可以像直升機(jī)那樣垂直起降和豎直懸停，又可像固定翼飛機(jī)那樣利用機(jī)翼升力進(jìn)行相對低能耗長途奔襲的無人機(jī)。 設(shè)計思路： 將四葉槳飛行器和固定翼飛行器有機(jī)結(jié)合在一起，根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在垂直起降時，采用4個葉槳驅(qū)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(zhuǎn)90°而其它兩個葉槳關(guān)閉，同時機(jī)翼翼端展開，構(gòu)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(jī)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(jī)，可以根據(jù)需要在這二者之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換； 2）無人機(jī)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(dá)到減小無人機(jī)尺寸的目的；在巡航飛行時翼端展開，構(gòu)成三角翼布局，2個葉槳可以旋轉(zhuǎn)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(qū)動，節(jié)省能源，且具有較大的飛行半徑。 技術(shù)關(guān)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(jī)構(gòu)，在轉(zhuǎn)動過程中，為滑塊搖桿機(jī)構(gòu)；在搖桿運動到極限位置時，利用推桿端部和轉(zhuǎn)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(jī)更好地協(xié)調(diào)：利用陀螺儀來輔助控制各個電機(jī)的轉(zhuǎn)速； 3）在四葉槳飛行器狀態(tài)下，如何控制飛機(jī)在航向上轉(zhuǎn)彎：在涵道下方安裝導(dǎo)流葉柵，通過調(diào)整葉柵角度來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 垂直起降飛行器是一類集固定翼飛機(jī)和直升機(jī)性能優(yōu)點為一身的飛行器。目前，垂直起降無人機(jī)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(jī)包含常規(guī)無人直升機(jī)和共軸式無人直升機(jī)兩類；而推力換向式則包含側(cè)傾旋翼式、傾轉(zhuǎn)機(jī)身式和傾轉(zhuǎn)涵道式、尾坐式和旋翼/機(jī)翼轉(zhuǎn)換式等6類。推力定向式無人機(jī)存在機(jī)構(gòu)復(fù)雜,不易維護(hù),飛控系統(tǒng)復(fù)雜，在長途奔襲時能源耗費較大等缺點；推力換向式無人機(jī)則要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)困難，要么機(jī)動靈活性能不足。 本項目提出的無人機(jī)結(jié)合了傾轉(zhuǎn)涵道式垂直起降無人機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)勢，技術(shù)先進(jìn)，很多優(yōu)點是目前已知垂直起降無人機(jī)所不具備的. 該無人機(jī)采用4個葉槳為動力，可以像直升機(jī)和四葉槳飛行器那樣豎直懸停，垂直起降，具有超高機(jī)動性；而在巡航飛行時，2個葉槳可以翻轉(zhuǎn)90°，同時，翼端可以展開，此時，無人機(jī)變形為三角翼布局的固定翼飛機(jī)，具有較高的飛行速度，可以進(jìn)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(jié)果
- 在2009年由共青團(tuán)河南省委，河南省科協(xié)，河南省教育廳，河南省學(xué)聯(lián)共同舉辦的第七屆“挑戰(zhàn)杯”河南省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲得一等獎
作品所處階段
- 在多臺驗證機(jī)飛行試驗基礎(chǔ)上，對作品進(jìn)行了多次改進(jìn)，已達(dá)到項目預(yù)期目標(biāo)。可進(jìn)入具體產(chǎn)品的初步設(shè)計階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 產(chǎn)品聯(lián)合開發(fā)并技術(shù)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(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 可變形垂直起降無人機(jī)兼具直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)點，解決了在缺乏跑道等條件下無人機(jī)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(jī)可用于軍事偵察，如對大面積空曠的地帶進(jìn)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(jī)可以變形，從而減小自身體積，對于空間狹小、地形復(fù)雜的區(qū)域，如：森林、城市的街道等，具有很強的適應(yīng)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(nèi)陸城市的偵查等任務(wù)。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(jī)可以在復(fù)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(yīng)用，如災(zāi)害救援與評估、地質(zhì)勘測、航拍、電力線路巡查等。加上可以針對特定應(yīng)用背景進(jìn)行專門設(shè)計與改進(jìn)，該無人機(jī)可以在更為廣泛的領(lǐng)域中獲得應(yīng)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(jī)的方式水平飛行。與傳統(tǒng)飛機(jī)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(jī)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?；?qū)ζ鸾祱龅赜刑厥庖蟮膱龊稀? 目前的垂直起降無人機(jī)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(jī)包含常規(guī)無人直升機(jī)和共軸式無人直升機(jī)兩類，前者如美國Fire Scout無人機(jī)，后者的典型代表是國內(nèi)的“海鷗”和國外的“哨兵”、“鬼怪”等。這兩類無人直升機(jī)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(cè)傾旋翼式、傾轉(zhuǎn)機(jī)身式和傾轉(zhuǎn)涵道式、尾坐式和旋翼/機(jī)翼轉(zhuǎn)換式等6類。推力定向式無人機(jī)存在機(jī)構(gòu)復(fù)雜不易維護(hù)飛控系統(tǒng)開發(fā)復(fù)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(jī)則要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)困難，要么機(jī)動靈活性能不足。 綜上所述，目前的垂直起降無人機(jī)難以兼具直升機(jī)和固定翼飛機(jī)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(jī)結(jié)合了傾轉(zhuǎn)涵道式垂直起降無人機(jī)和固定翼無人機(jī)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。
