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基本信息

作品名称:
新型多功能倾转涵道无人机
大类:
科技发明制作A类
小类:
机械与控制
简介:

该作品是在对现有无人机进行深入研究的基础上,针对其自身存在的一些不足,并且面向我国舰载无人机的发展现状和要求,以及无人机在城市、山地、森林等复杂环境下使用的要求,基于全新理念研发的一款新型无人机,兼具无人直升机和固定翼无人机的优点,既有效解决了现有涵道无人机飞行速度慢,控制复杂等不足,又克服了传统无人直升机飞行控制耦合严重、旋翼桨叶外露导致安全性差以及噪音大等一系列问题,具有广阔应用前景。

详细介绍:

该作品是在对现有无人机进行深入研究的基础上,针对其自身存在的一些不足,并且面向我国舰载无人机的发展现状和要求,以及无人机在城市、山地、森林等复杂环境下使用的要求,基于全新理念研发的一款新型无人机。
该无人机既有以下特点:
1、采用无尾、翼身融合布局,使得该无人机具有优良的气动性能;
2、采用可倾转中央涵道设计,使该无人机既具备垂直\短距起降和悬停性能,又能实现高、低速前飞和向后倒退飞行,兼具无人直升机和固定翼无人机的优点,该无人机还具有优良的空中减速性能;
3、采用三涵道姿态控制设计,每个涵道的动力面和控制面完全独立,克服了传统无人直升机飞行控制耦合严重的问题,有效保障了飞控系统的可靠性和稳定性;
4、可靠的涵道倾转机构设计,保证了涵道倾转的稳定性和精确性;
5、采用模块化结构设计,将整机分为七大模块,安装和拆解方便快捷,大大减少了飞机所占的空间,便于运输;
6、采用涵道旋翼设计,全部桨叶内置在涵道中,提高了复杂环境下飞行的安全性。
该无人机的控制原理如下:
1、通过调节三个姿态操控涵道内副旋翼的桨距和转速来改变三个姿态操控涵道产生的拉力大小,形成纵向控制力矩来控制该无人机的纵向姿态。
2、当该无人机处于垂直起降和悬停状态时,通过调节上、下主旋翼的转速,产生偏转力矩来控制该无人机的航向姿态;当该无人机处于前飞状态时,通过方向舵来控制该无人机的航向姿态。
3、通过反向调节机翼翼尖部位两个姿态操控涵道内副旋翼的桨距和转速使两个姿态操控涵道产生的反向的拉力,从而控制该无人机的横向滚转姿态。
该无人机的五种典型工作状态的描述如下:
1、垂直起降。中央涵道内两个主旋翼等速反转,产生竖直向上的拉力平衡飞机的重量,同时通过控制三个姿态操控涵道内副旋翼的桨距和转速,产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩。此时飞机为直升机飞行模式。
2、空中悬停。通过控制中央涵道内两个主旋翼的桨距和转速使其产生的升力刚好能平衡飞机的重量,从而使飞机处于悬停状态,同时通过控制三个姿态操控涵道内副旋翼的桨距和转速,产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩,保证飞机悬停状态的稳定性;通过调节上、下主旋翼的桨距和转速,产生偏转力矩,使飞机原地旋转,实现航向控制。此时飞机为直升机飞行模式。
3、低速前飞。通过操控涵道倾转机构使中央涵道向前逐渐倾转到一定角度,同时控制两个主旋翼的桨距和转速使其既能平衡飞机的部分重量,又能产生一定的推力并以最佳的推进效率来推动飞机低速飞行,通过控制三个姿态操控涵道内副旋翼的桨距和转速,产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩,保证飞行的稳定性,此时飞机处于由直升机模式向固定翼飞机模式过渡的飞行模式。
4、高速前飞。此时飞机已达到一定速度,机翼产生的升力已能够平衡飞机的重量,通过操控涵道倾转机构使中央涵道向前逐渐倾转到90°,同时控制两个主旋翼的桨距和转速使其以最佳的推进效率来推动飞机高速飞行,通过控制三个姿态操控涵道内副旋翼的桨距和转速,产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩,保证飞行的稳定性。此时飞机完成由直升机模式向固定翼飞机模式的过渡,为固定翼飞机飞行模式。
5、空中减速或向后倒退飞行。通过操控涵道倾转机构使中央涵道向后逐渐倾转到一定角度,同时控制两个主旋翼的桨距和转速使其既能平衡飞机的部分重量,又能产生一定的反推力并以最佳的推进效率来降低飞机的飞行速度或推动飞机向后倒退飞行,通过控制三个姿态操控涵道内副旋翼的桨距和转速,产生飞机所需要的纵向配平力矩和滚转配平力矩,保证飞行的稳定性,此时飞机处于由固定翼飞机模式向直升机模式过渡的飞行模式。
该无人机既有效解决了现有涵道无人机飞行速度慢,控制复杂等不足,又克服了传统无人直升机飞行控制耦合严重、旋翼桨叶外露导致安全性差以及噪音大等一系列问题,可作为舰载无人机,用于军情侦察、反恐和反潜扫雷等;也可在城市、山区、森林等复杂环境下进行火灾汛情监测、森林巡查、输油管道监察、核泄漏探测、指挥交通、追捕逃犯、空中摄影和广告宣传等,是一种具有广阔应用前景的无人飞行器。

获奖情况:

第十二届“挑战杯”作品 二等奖
该作品于2011年5月参加第十二届挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛赛区决赛中获得研究生组科技发明制作类一等奖。

作品视频

作品图片